Геометаллургия — краеугольный камень полной оптимизации горнодобывающего предприятия

Иан Липтон — ведущий геолог, специалист по практической геометаллургии, AMC Сonsultants, Австралия

Геометаллургия представляет собой сочетание геологических, геотехни­ческих, горнодобывающих, металлур­гических, экологических и экономи­ческих знаний, позволяющее макси­мально увеличить чистую приведен­ную стоимость (NPV) месторождения. 

Благодаря геометаллургии  возможно: Повышение пропускной способнос­ти и коэффициента извлечения ведет к повышению валового дохода, а также обеспечивает более высокий уровень контроля и стабильности процессов горного передела, что, в свою оче­редь, ведет к снижению эксплуатаци­онных расходов.

Рис. 1. Дробление рудной массы посредством шаровой мельницы

Несмотря на то, что некоторые гео­металлургические принципы применя­лись в течение многих лет, только в последнее десятилетие геометаллур­гия получила явное признание и более широкое применение. Повышенное внимание, уделяемое геометаллургии, было обусловлено стечением несколь­ких факторов, в том числе снижением содержаний полезных компонентов в рудах, усложнением реализации гор­но-добывающих проектов, развитием анализа данных и совершенствовани­ем технологий измерения химических, минералогических и физических характеристик руды.

Начальный слог «гео» в термине «геометаллургия» указывает на то, что при добыче и переработке руды качес­тво руды на каждом этапе контролиру­ется на основании геологических характеристик минерализации. Даже в механических процессах, таких как буровзрывные работы, дробление и измельчение, фрагментация руды определяется ее минеральным составом, гранулометрическим составом, текстурными и структурными характеристиками, а также тем, как эти харак­теристики реагируют на воздействие конкретных нагрузок. 

Таким образом, основной целью геометаллургических исследований, как правило, является сопоставление широкого спектра количественных данных, которые совмещают геологи­ческие характеристики руды, с коли­чественными данными, фиксирующи­ми воздействие процессов добычи и переработки на руду.

Многие характеристики поведения руды оцениваются по прокси (замеща­ющим) переменным: свойства руды, которые можно легко замерить в боль­шом объеме с применением недорогих методов, а затем использовать для прогнозирования параметров перера­ботки руды, которые традиционно определялись с использованием небольшого числа данных, получаемых в ходе применения дорогостоящих методов прямых измерений. Прокси­переменные предоставляют возмож­ность оценки и детального планирова­ния таких параметров, как извлечение металла, расход энергии и реагентов на фабрике. 

Анализ многопараметрических дан­ных чрезвычайно важен для поиска логических связей и установления прогнозирующих отношений, вытекаю­щих из этих комплексных наборов дан­ных. Существующие статистические методы классификации типов руд, такие как анализ основных компонен­тов, теперь дополняются или заменя­ются методами машинного обучения, генетическими алгоритмами и деревь­ями решений. 

Применение геометаллургии ведет команду проекта к цели создания еди­ной системы знаний о рудных телах, которая будет являться интегрирован­ной основой для развития проекта. Работа каждой дисциплинарной груп­пы опирается на общую базу геологи­ческих знаний и более четкое понима­ние общих целей проекта. В некотором смысле, геометаллургия — это не только научная дисциплина, но и фило­софия.

Целостный характер геометаллур­гии — ценный вклад в оптимизацию стратегии горных работ как для новых проектов, так и для уже действующих горнодобывающих предприятий. Содержание полезных компонентов в руде зачастую ставят во главу угла, но неспособность правильно охарактери­зовать и спроектировать физико-­меха­нические характеристики, такие как изменения в составе руды и пустой породы, крепости и абразивности, может серьезно снизить рентабель­ность и ценность проекта.

Рис. 2. Образец горной массы на объекте заказчика, Новый Южный Уэльс, Австралия

Геометаллургия предоставляет дополнительные данные и выявляет взаимосвязи, которые могут значитель­но улучшить результаты оптимизации производственных параметров горно­добывающего предприятия в целом. Отказ от использования геометаллур­гических данных при сквозной оптими­зации всех процессов горного переде­ла может привести к составлению неоптимальных планов горных работ, и разница может быть значительной.

Горнодобывающие компании, как правило, сталкиваются с многочислен­ными альтернативными параметрами разработки месторождений, такими как производительность, система разработки, размер выемочной единицы, последовательность отработки, режим измельчения, технологический режим переработки руды, товарные продукты и варианты размещения пустой поро­ды. Возможно наличие нескольких рудных тел, каждое из которых имеет свои особенности. Все эти альтерна­тивные варианты связаны между собой, и решения, принимаемые на каком­-либо из этапов производствен­ного процесса, могут повлиять на результаты предыдущих и последую­щих этапов. Принимаемые изолиро­ванно решения вряд ли будут опти­мальными и зачастую влекут за собой непреднамеренные последствия в других сферах производства. 

Например, увеличение фрагмента­ции непосредственно при добыче для снижения затрат на дробление не будет выгодным, если экономия ока­зывается меньше затрат, связанных с увеличением потерь и разубоживания руды. Потенциальная экономия и затраты напрямую связаны с геомет­рией рудных зон и механическими характеристиками руды.

При таком наборе вариантов выбор правильной стратегии представляет собой сложную задачу, решение кото­рой, однако, дает серьезные выгоды. Производительность, затраты и извлече­ние, связанные с каждым компонентом руды или вариантом организации горно­го передела, тесно связаны с геометал­лургическими характеристиками руды. Следовательно, всесторонняя геометаллургическая характеристика является предпосылкой для хорошей оптимиза­ции всей производственной цепочки гор­нодобывающего предприятия.

Характеристики рудного тела обычно изменяются в пространстве таким образом, который отражает историю образования вмещающих пород, собы­тий формирования минерализации, постминерализационной деформации и метаморфизма, а также последующе­го изменения характеристик горной массы в результате выветривания. Эти процессы приводят к сложным пространственным изменениям в распре­делении типов пород, рудных минера­лов, безрудных минералов, текстуры и структуры горной массы. Эти фунда­ментальные особенности пород определяют характеристики руды и пустой породы, а также их поведение во время и после добычи.

Если в прошлом для каждой харак­теристики руды могли быть оценены или приняты средние значения, то сей­час для характеристики пространс­твенной изменчивости минерализации следует использовать хорошо спроек­тированную и выполненную программу геометаллургических исследований. По результатам этих исследований можно расширить традиционную ресурсную блочную модель, включив в нее оценки геометаллургических пара­метров, в том числе индексы дробле­ния и измельчения или производные оценки пропускной способности, коли­чественные оценки видов минералов и извлечения попутных металлов, пот­ребления энергии и реагентов. Такие манипуляции внутри блочной модели позволяют полностью оценить допол­нительные параметры затрат, валового дохода и времени при проведении оптимизации.

Также не следует упускать из виду характеристики блоков пустых пород, поскольку с ними связаны значитель­ные операционные и постоперацион­ные затраты. Оценка крепости пород, трещиноватости и нарушений сплош­ности минерализации позволяют достоверно оценить затраты на БВР и крепление горных выработок. Аналогичным образом потенциальная возможность пустой породы образо­вывать или уменьшать дренаж кислот и металлосодержащих минералов имеет важное значение для оценки затрат, связанных со строительством и эксплуатацией отвалов пустых пород, включая расстояние на ее транспортировку, управление водны­ми ресурсами и реабилитацию после закрытия рудника.

Комплексная геометаллургическая блочная модель позволяет реалистич­но планировать варианты разработки с использованием коммерческого или собственного программного обеспечения. Рентабельность каждого вари­анта может быть оценена с полным учетом характеристик изменчивости рудного тела (или рудных тел) и аль­тернативных последовательностей добычи рудных блоков и поставки руды на фабрику.

Отказ от использования усреднен­ных параметров поведения рудного материала и связанных с этим допу­щений значительно снижает риск ошибочных результатов процесса оптимизации и тем самым улучшает процесс принятия решений. Количественное знание неопреде­ленности оценок геометаллургичес­ких параметров также дает возмож­ность применять методы моделиро­вания для более тщательной оценки риска и возможностей.

Решения по стратегии реализации горнодобывающих проектов имеют далеко идущие последствия. Плохая стратегия может привести к массово­му обрушению стоимости акций в результате использования сценариев, подвергающих риску план разработки месторождения. И наоборот, правиль­ные стратегические решения обеспе­чивают высокую отдачу и минимизиру­ют риск даже в неблагоприятных обстоятельствах. 

Оптимизация стратегии должна иметь под собой прочную основу, чет­кое понимание взаимосвязей между всеми этапами и процессами планиру­емой производственной деятельности, реалистичные оценки затрат, практи­ческий опыт, исследование бизнес-­рисков и опираться на достоверные данные, а не предположения. 

Геометаллургические исследова­ния предоставляют важные данные, необходимые для надежного анализа вариантов стратегии организации горнодобывающего производства. Применение этих данных также спо­собствует формированию комплекс­ного подхода со стороны управлен­ческого и технического персонала, что снижает риск расслоения между традиционными дисциплинами в областях геологии, горного дела и металлургии. Геометаллургия явля­ется краеугольным камнем полной оптимизации горнодобывающего предприятия.

Данная статья была впервые опуб­ликована в апрельском выпуске авс­тралийского издания «The AusImm Bulletin» в 2019 г.  

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 1/март 2019 г.