skip-lazy

От идеи до воплощения: в ПАО «Селигдар» создана первая в мире установка термической подготовки упорной руды

Автор: Грознов И. Н., руководитель проекта, советник генерального директора ПАО «Селигдар» по технологиям, кандидат физ.-мат. наук

Постепенная выработка легкодоступных золотоносных россыпей и окисленных руд привела к смещению фокуса золотодобычи в сторону упорных первичных руд — в данный момент именно на их долю приходится порядка 50 % разведанных запасов золота. Обычная схема переработки таких руд, учитывая малую эффективность прямого цианирования, подразумевает их обогащение с выделением золотонесущего концентрата и последующей его переработкой.

Выбираем способ

Обычно золото в упорных рудах бывает связано с сульфидами металлов, преимущественно железа и меди в различных соотношениях. Наибольшую эффективность в процессах выделения золота в цианируемую форму демонстрируют три способа:

— разложение концентратов в автоклавах;

— окисление с помощью бактерий — биовыщелачивание;

— окислительный обжиг в печах при умеренных температурах от 500 ºС до 700 ºС и при условии доступа кислорода.

seligdar01-678x340

В случае применения способа окислительного обжига, если концентрация сульфидов высока, требуется наддув кислорода, и процесс может перейти в стадию самостоятельного горения. При этом в процессе окисления сульфидные минералы разрушаются, золото освобождается и образует тончайшие золотины, легко поддающиеся прямому цианированию.

Окислительный обжиг упорных сульфидных руд в золотодобыче известен давно и применяется преимущественно для термической обработки концентратов. При этом достигается вскрытие золота свыше 90 % с переводом его в цианируемую форму. Сам процесс обжига концентратов и применяемые для этого установки постоянно совершенствуются. Как правило, такой обжиг осуществляется в обычных подовых печах в циклическом режиме или в барабанных печах косвенного нагрева, обладающих много большей производительностью.

Положительные и отрицательные стороны технологии обжига упорных концентратов

seligdar02

Отметим, что стадия концентрирования является неотъемлемой частью технологического цикла при переработке упорных сульфидных руд. К сожалению, решения, применяемые для обжига концентратов, по экономическим соображениям оказываются совершенно неприемлемыми для обжига непосредственно исходных упорных руд.

Капризы упорных руд

Среди руд, в которых золото ассоциировано с сульфидными минералами, все чаще встречаются руды с «невидимым» золотом. Эти золотоносные включения настолько тонко вкраплены в несущий минерал, что не обнаруживаются ни при визуальном наблюдении, ни при рентгеноструктурном анализе, ни при электронной микроскопии — только при проведении элементного и пробирного анализа. В число особенностей таких руд входит не только их «упорность», но и недостаточная обогатимость.

Именно с таким типом золота сотрудники ПАО «Селигдар» столкнулись на участке «Самолазовский» в Якутии, специализировавшемся на кучном выщелачивании окисленных руд. По мере выработки карьера и с переходом добычи на более глубокие горизонты окисленные руды постепенно сменились первичной упорной рудой. Это естественный процесс, учитывая, что в природе окисление сульфидной руды происходит с помощью аборигенных бактерий при условии достаточного поступления кислорода из атмосферного воздуха. Именно отсутствие кислорода на больших глубинах тормозит жизнедеятельность бактерий и, как следствие, окисление сульфидных минералов.

В поисках решения по переработке упорных необогатимых руд ПАО «Селигдар» приступило к разработке технологии кучного биовыщелачивания в условиях Крайнего Севера. В ходе реализации проекта был заложен экспериментальный штабель и начато культивирование аборигенных бактерий. Однако с учетом таких факторов, как непродолжительный летний сезон, глубокое промерзание штабеля зимой и низкое содержание сульфидов в руде, процесс окисления развивался крайне медленно, что приводило к большому времени ожидания выхода золота — в течение 3–4 сезонов.

Параллельно в течение десяти лет ПАО «Селигдар» проводило поиск среди существующих технологий: несколько организаций выполняли НИР по заказу компании, предлагали различные технологии обогащения, в которых сочетались все известные на данный момент методы. Однако ни одно решение не обеспечивало извлечения золота на уровне выше 50–60 %. В то же время окислительный обжиг руды при температуре 600 ºС в обычной муфельной печи демонстрировал перевод 90 % золота в легкоцианируемую форму.

Особенности печей кипящего слоя

seligdar03-678x307

Сегодня известна только одна реально применяемая технология окислительного обжига руды в печах кипящего слоя. Эта технология довольно сложна, требует высокой квалификации персонала, а использованная автоматика должна обеспечивать неукоснительное соблюдение техрегламента процесса, кроме того, необходимо наличие кислородной станции. Из-за этих особенностей рентабельность переработки руды в подобных печах значительно снижается.

Подобные печи чаще всего используют для руды с содержанием золота 7,5 г/т и выше. Конечно, такое высокое содержание встречается нечасто, и руда на участке «Самолазовский» не соответствовала этим требованиям.

В поиске решения

В первую очередь поиск ПАО «Селигдар» был обращен к печам барабанного типа прямого нагрева как наиболее производительным, экономичным и автоматизированным. В ходе мониторинга рынка и изучения продукции и предложений компания связалась с несколькими фирмами, готовыми к разработке и проектированию установки термической подготовки упорных сульфидных руд.

При этом ПАО «Селигдар» был определен ряд важных условий:

— производительность установки терморудоподготовки должна составлять не менее 10 т/ч;

— расход газа не должен превышать 30 кг/т руды;

— установка должна выдерживать необходимый температурный режим.

Предложения, рассмотренные компанией, по поводу разработки установки термической подготовки руды

seligdar04-678x322

К сожалению, поступившие предложения не в полной мере соответствовали задаче, которая была поставлена компанией. Поэтому в итоге руководством ПАО «Селигдар» было принято решение о разработке требуемой установки собственными силами. Также в ее создании на основании договоров участвовали ООО «Комас» и ООО «ПКФ «Тульские машины». Проектирование фабрики осуществлялось НПП «ГеоТЭП».

seligdar05-678x452

Какой нужен температурный режим?

Окислительный обжиг сульфидных руд различного состава подробно исследован и описан в литературе, и наша руда демонстрировала типичные свойства. Однако были необходимые требования по температурному режиму: так, руду было необходимо не только нагреть до температуры обжига 600 ºС, но и выдержать при этой температуре около 30–40 мин. Это приводило к необходимости создания для руды распределения температур по длине печи, приведенного на рис. 1.

seligdar06-678x423
Рис.1 Распределение температур по длине печи

При этом отклонение значения температуры от заданной на последнем участке печи не должно было превышать ±20 ºС, так как при понижении температуры процесс окисления сильно замедляется, а при более высоких температурах в присутствии двуокиси кремния продукты окисления остекловываются и «запирают» золотины. В обычных обжиговых печах барабанного типа выдержать такой температурный режим оказалось невозможно.

В процессе создания

После проведения полного анализа проектируемая печь была условно разбита на три зоны (рис. 2). Организовать зону выдержки руды при заданной температуре и обеспечить традиционный нагрев руды было возможно только при условии размещения острофакельной горелки внутри печи — такая горелка вывешивалась внутри печи на откатной консоли. Постоянство температуры внутри зоны III обеспечивал подтопок, представляющий собой еще одну горелку объемного пламени.

seligdar07-678x442
Рис. 2. Технологическая схема печи. Стрелки указывают направление потоков, цифры — температурные значения

Для каждой из трех зон были составлены дифференциальные уравнения теплообмена. Кроме того, были найдены точные или приближенные аналитические решения, позволившие выполнить количественные оценки и рассчитать приведенные на рис. 2 температуры. Выполненное моделирование подтвердило возможность построения печи с необходимым температурным режимом обжига, обеспечиваемым работой двух различных по назначению горелок.

Разработка математической модели печи позволила начать предпроектную работу, в которой принимали участие высококвалифицированные теплофизики и конструкторы. Понемногу печь обрела конкретные формы и размеры, комплектацию, требования к расходу воздуха и сжиженного газа. После одобрения результатов предпроектной работы со стороны руководства ПАО «Селигдар» был дан старт проектированию и положено начало строительству установки окислительного обжига упорных сульфидных руд.

Главным элементом предприятия стала разработанная компанией барабанная печь прямого нагрева производительностью 12,5 т/ч. Длина печи составила 48 м, внешний диаметр — 2,2 м. В комплекте с печью был также построен мощный холодильник-рекуператор, позволяющий за счет рационального теплообмена между рудой и потребляемым воздухом более чем вдвое снизить расход сжиженного газа.

Печь оснащена термопарами контроля температуры в печи по всей длине. Результаты измерений подтверждают выполненные расчеты и наличие температурного плато на последних 10 м движения руды. Таким образом, задача создания барабанной печи прямого нагрева с заданным температурным режимом для окислительного обжига сульфидных руд была успешно решена. На рис. 3 приведен внешний вид руды крупностью 20 мм до обжига (слева) и после обжига в печи (справа).

seligdar08-678x335
Рис. 3. Внешний вид руды до и после обжига

Изменение цвета руды и лабораторные исследования указывают, что процесс окисления прошел успешно. Эффективность технологии подтверждается и высоким процентом извлечения золота из окисленной руды цианированием — на уровне 90 %.

Есть повод гордиться!

После проектирования и первого опыта экспериментальной эксплуатации построенной печи в ПАО «Селигдар» приступили к разработке аналогичной печи с увеличенной производственной мощностью — 35 т/ч или 240 тыс. т руды в год. Согласно планам, ее ввод в эксплуатацию состоится в 2023 году. В таблице приведены основные эксплуатационные показатели, достигнутые для построенной печи мощностью 12,5 т/ч и ожидаемые для проектируемой печи мощностью 35 т/ч.

seligdar09-678x233

Затраты указаны с учетом резкого роста цены на сжиженный газ до 50 руб/кг. Несмотря на повышение цены на металл и снижение цены на золото, проект демонстрирует высокую рентабельность даже при переработке относительно бедных руд с содержанием золота 1 г/т и выше. При содержании золота в упорных рудах 2–3 г/т инвестиции в печь окупаются в течение первого года эксплуатации.

Простота исполнения и легкость в эксплуатации, увеличение эффективности обогащения, высокие экономические показатели делают данную технологию одним из важнейших прорывов в современной золотодобыче. Несомненно, разработанный специалистами ПАО «Селигдар» метод составит конкуренцию технологиям чанового биовыщелачивания или автоклавной гидрометаллургии. Установка термической подготовки упорной руды с управляемым распределением температуры по длине печи, позволяющая выполнять окислительный обжиг упорных сульфидных руд в соответствии с заданными технологическими параметрами, была спроектирована и создана впервые в мировой практике. Ее использование позволяет повысить процент извлечения золота с показателей в 20–40 % до 90 %, а эксплуатационные характеристики выдерживают сравнение с традиционными технологиями извлечения золота из упорных и труднообогатимых сульфидных руд.

Технология уже получила признание на форуме Minex 2021, состоявшемся в Москве в октябре 2021 года: так, на конкурсе «Российская горная награда» в номинации MineTech ПАО «Селигдар» был завоеван «Горняцкий «Оскар» — это подтверждает инновационный характер разработки, ее перспективность и важность для дела золотодобычи.

seligdar10-678x530

Посмотрите видео, демонстрирующее работу установки термической подготовки упорной руды.

Поделиться статьёй

Понравилась статья? Подпишитесь на рассылку