Анализ внедрения многоцелевого производственного инвестиционного проекта для обогащения платинометального техногенного месторождения

С. Г. Чебурашкин, Н.И. Геоня — ООО «Нординвэс».

1. Характеристика техногенного месторождения

ЗФ ОАО «Норильский Никель» владеет уникальными месторождениями медно — никелевых руд, имеющих в своём составе все 6 элементов платиновой группы, золото, серебро. В результате эксплуатации этих уникальных месторождений образовались и новые платино-метальные техногенные месторождения, запасы металлов в которых отвечают очень крупным месторождениям. К таким объектам относится и законсервированное хвостохранилище Норильской обогатительной фабрики (НОФ), образовавшееся за 27 лет эксплуатации (1948–1975 гг.) при переработке сульфидных платино-медно-никелевых руд месторождений Норильск-1 и частично Талнахского. Его площадь 6,2 км2, максимальная мощность залегающих хвостов — 50–60 м, объём заскладированных хвостов — 160 млн. м3 [1,2]. Ориентировочные ресурсы по запасам только благородных металлов составляют несколько сотен тонн [1]. Микрозондовые исследования [1] показали, что в хвостах сохраняется тот же набор минералов благородных металлов (МБМ), что и в рудах. Минералы платины и палладия, в основном, представлены тетраферроплатиной, изоферроплатиной (магнитные формы), сперрилитом и станнидами палладия. Другие формы МБМ встречаются реже. В классах крупности более 75 мкм находится свыше 90% тетраферроплатины и изоферроплатины. Эти минералы обладают ковкостью и слабо поддаются переизмельчению. В тонких классах преобладают минералы сперрилит, станниды палладия и другие, обладающие хрупкостью и, как следствие, склонностью к повышенному переизмельчению. Минералы золота, серебра представлены электрумом, кюстелитом, самородным золотом, они находятся в крупных и тонких классах хвостов. Сульфиды цветных металлов (пирротины — гексагональный и моноклинный, пентландит, халькопирит), МБМ и их сростки с сульфидами в хвостохранилище находятся без экзогенных изменений, так как хвостохранилище проморожено на всю глубину [1,2]. Данный набор факторов позволяет успешно использовать для извлечения цветных и благородных металлов гравитационные, флотационные и магнитные методы обогащения.

Фото 1.

2. Общность задач ЗФ ОАО «ГМК „Норильский Никель“» и ООО «Нординвэс»

Эффективная деятельность любой горно — металлургической компании определяется прибылью, величина которой зависит от затрат на производство, величины извлечения металлов, комплексности использования сырья, экологически безопасного производства.

Схема цепи аппаратов обогащения материала хвостохранилища №1

Вовлечение в производственный процесс техногенного месторождения должно базироваться на современных технологиях с применением последних научных достижений и направлено на эффективный конечный результат — прибыль ЗФ ОАО «ГМК „Норильский Никель“», а усовершенствованные инвестиционные проекты должны быть многоцелевыми и направленны на решение сложных и срочных технических задач. Уже внедрённый данный инвестиционный проект и выполняет эту многоцелевую задачу — повышает извлечение металлов и увеличивает прибыль, и самое главное, участвует в строительстве экологически безопасной дамбы в действующей и расширяемой части хвостохранилища «Лебяжье».

3. Концепция развития обогатительной фабрики ООО «Нординвэс» за 2002–2008 гг. и её реализация

Объективные условия жизнедеятельности современного предприятия в период становления определяют необходимость иметь стратегическую долгосрочную концепцию развития производства. Период становления предприятия ООО «Нординвэс» продолжался около года, с момента запуска промышленного модуля, после которого были определены стратегические направления развития:

• многократное повышение уровня извлечения цветных и благородных металлов.
• модернизация оборудования и технологической схемы на уровень, соответствующий лучшим мировым образцам, с увеличением мощности по переработке материала хвостохранилища на 66%.
• разработка экономичной схемы оттайки, разработки и подъёма многолетнемёрзлого материала хвостохранилища с применением высокопроизводительной, надёжной и современной техники в карьерном поле.

Через 7 лет после запуска мы можем констатировать, что принятая концепция развития фабрики выполнена в полном объёме:
1. Извлечение цветных и благородных металлов увеличили в 4–5 раз, за счёт разработки и внедрения флотационного передела после центробежного обогащения [3].
2. Построили и запустили в эксплуатацию обогатительную фабрику (вместо промышленного модуля) увеличенной мощности с заменой оборудования на более высокопроизводительное, более эффективное и с одновременной модернизацией:
2.1. На участке центробежного обогащения установили сепараторы с изменяемым количеством оборотов и чашами новой конструкции.
2.2. На участке флотации девять камер пневмомеханических флотомашин с объёмом камер 144 м3 в операции основной флотации, заменили на 3 механические энергосберегающие флотокамеры Smart Sells-130 фирмы «Wemco», общим объёмом 390 м3. Вместо одной перечистки концентрата основной флотации внедрили две перечистки с применением пневмомеханических флотомашин Dorr Oliver 600 (4 камеры) и Dorr Oliver 300 (3 камеры), с объёмом каждой камеры 17 м3 и 8 м3 соответственно.
2.3. Для транспортировки технологических продуктов обогащения установили насосы с регулируемым количеством оборотов, для стабилизации питания технологических операций.
3. Усовершенствовали схему разработки карьерного поля. Оборудование для подъёма растеплённого материала хвостохранилища заменили на более высокопроизводительное и более надёжное. Построена стационарная береговая насосная станция с предварительным виброгрохочением по классу 14 мм и возвратом части пульпы в карьерное поле для размыва и оттайки материала и стабилизации питания фабрики (фото 1). Приобретены, установлены и освоены более надёжные в эксплуатации земснаряды «Beaver1200» (Голландия) производительностью 3600 м3/час и три земснаряда «Dredge D-200» производительностью 800 м3/час каждый. В карьерном поле постоянно работают бульдозеры D9R для механического рыхления многолетнемёрзлых хвостов.

Рис. 2. Динамика роста переработки и выпуска металлов в концентрате от обогащения материала хвостохранилища НОФ

4. Действующая технологическая схема, учёт товарной продукции, автоматизация

Обогащение материала хвостохранилища № 1 осуществляют по комбинированной схеме с предварительным центробежным обогащением для извлечения минералов благородных металлов (МБМ) крупностью более 40 мкм и флотационным обогащением для извлечения МБМ крупностью менее 40 мкм и сульфидов меди, никеля, никеленосного пирротина различной крупности.

Пульпа с карьерного поля подаётся на береговую насосную станцию, где на виброгрохоте фирмы «SEPRO» (поз. 32 см. схему цепи аппаратов) отделяется шлак, щебень и другие посторонние предметы. Подрешётный продукт грохота насосами подаётся на обогатительную фабрику, где на 10 грохотах 5000В4ZTHS-15 (поз. 4), отделяются частицы пустой породы крупностью более 1,7мм. Пульпа с частицами крупностью менее 1,7мм насосами подаётся в 64 шт. обесшламливающих гидроциклона диаметром 250мм фирмы «KREBS» (поз. 7). Сливы гидроциклонов направляют на складирование, пески насосами направляют на 10 центробежных сепараторов КС-ХD48 (поз. 12) фирмы «Knelson», где получают концентрат, содержащий 30–40 г/т благородных металлов (извлечение 3–4%) и хвосты. Хвосты центробежных сепараторов поступают на основную флотацию в три камеры флотомашины Smart Cells (поз. 16) фирмы «WEMCO» общим объёмом 390 м3, концентрат основной флотации далее дважды перечищается в 7 камерах двух флотомашин Dorr Oliver (поз. 19,21). Перечищенный концентрат флотации объединяют с концентратом центробежного обогащения и гидротранспортом направляют на Норильскую обогатительную фабрику, где установлены приборы учёта количества и качества концентрата для составления товарного баланса по цветным, благородным металлам и взаиморасчётов согласно договорным условиям, таким образом, ООО «Нординвэс» в учёте своей товарной продукции не участвует.

На фабрике внедрены надёжные и простые в эксплуатации системы автоматического регулирования (САР) и контроля (САК).

САР:
- уровня пульпы во флотомашинах, на основе ультразвуковых датчиков;
- дозирования собирателя и вспенивателя, в зависимости от количества твёрдого в питании технологических операций;
- уровня пульпы в зумпфах насосов;
- распределения пульпы по грохотам, батареям обесшламливающих гидроциклонов, центробежным сепараторам;
- поддержания оптимального давления в питании обесшламливающих гидроциклонов.

САК:
- количества твёрдого в исходном питании флотации, концентрате центробежного обогащения.

Управление технологическим процессом ведется с централизованного пульта и при необходимости по месту установки оборудования.

Рис. 3. Оптимальные технологические режимы.

Для отбора проб, участвующих в технологическом балансе за смену, за месяц установлены пробоотборные устройства на конечных и промежуточных продуктах обогащения.

Приобретён и освоен рентгенофлуоресцентный спектрометр «Альфа-2000» фирмы «Innov X Systems» в комплектации со стационарным стендом, на котором проводится экспресс-анализ продуктов обогащения на никель, медь, железо для контроля технологического процесса.

5. Динамика переработки материала хвостохранилища, выпуска товарной продукции и оптимизации основных технологических режимов.

Особенность обогащения материала хвостохранилища заключается в том, что повышение технико — экономических показателей, в первую очередь, связано с количеством переработанного материала хвостохранилища. Такое обстоятельство обусловлено минеральным составом заскладированных хвостов, в которых основная масса сульфидов представлена пирротином, в кристаллической решётке которого содержание никеля не превышает 1%, а количество сульфидного никеля составляет всего 45%, поэтому повысить технико-экономические показатели возможно только за счёт решения двух задач — увеличения объёмов переработки и полноты извлечения никеленосного пирротина при том же качестве концентрата.

Рис. 4. Динамика поставки крупнозернистого материала для строительства дамбы хвостохранилища «Лебяжье» 

Первая задача решена реализацией концепции развития до 2008 года, запущена фабрика повышенной производительности с увеличением выпуска товарной продукции (графики, рис. 2). Вторая по дальнейшему повышению извлечения цветных и благородных металлов постоянно совершенствуется за счёт поддержания оптимальных технологических режимов при внедрении современного оборудования, изменения вещественного состава материала хвостохранилища. С пуском фабрики увеличенной производительности на установленном новом оборудовании, в промышленных условиях, определены оптимальные технологические режимы всех технологических операций. Например, эффективность обесшламливания в гидроциклонах, удельный расход ксантогената в основную флотацию, плотность пульпы в питании перечисток (рис. 3). Строгое соблюдение технологических режимов, обеспечивает получение устойчивых показателей по извлечению металлов. Отдельно следует рассматривать вопрос о влиянии удельного расхода ксантогената на извлечение цветных и благородных металлов. За период эксплуатации хвостохранилища с 1948 по 1976 гг. суммарный расход ксантогената по технологическим операциям при обогащении вкрапленных руд находился и находится в настоящее время в пределах 80–100 г/т [4,5], при котором теряется никеленосный пирротин и другие сульфиды крупностью более 300 мкм, а также тяжёлые и ковкие и переизмельчённые МБМ. Полнота извлечения цветных и благородных металлов из материала хвостохранилища требует повышенного расхода ксантогената до 150 г/т, что проверено и подтверждено лабораторными и промышленными испытаниями. Особенность пирротинов из Норильских руд, состоит в том, что редкие платиновые металлы родий, рутений, иридий, осмий, по условиям рудообразования, сконцентрированы в виде твёрдых растворов в пирротине и их содержание в нём превышает содержание в рудах [6]. Основной минерал в концентрате, полученном из материала хвостохранилища, — пирротин (45–50% по массе). Поэтому содержание редких платиновых металлов полученных из материала хвостохранилища превышает их содержание в рудных концентратах НОФ.

С перспективой на внедрение, специалистами ООО «Нординвэс» разработаны схемы и реагентные режимы, внедрение которых позволит увеличить извлечение цветных и благородных металлов на 7–10%.

В связи с отсутствием технической возможности экспрессного определения низких содержаний платины, палладия, золота (суммы трёх) в концентрате перечистки, для управления процессом флотации, определена зависимость содержания суммы трёх от содержания меди в концентрате. Коэффициент аппроксимации данной зависимости — 0,92, что позволяет с высокой надёжностью ориентироваться на то, что при определённом содержании меди в концентрате, содержание суммы трёх соответствует плановому значению.

6. Поставка крупнозернистой части материала хвостохранилища №1 для строительства экологически безопасной дамбы хвостохранилища «Лебяжье»

Расширяемая часть хвостохранилища «Лебяжье» равнинного типа и дамба сооружается по всему периметру, за исключением примыкания к действующей части. Протяжённость строительства дамбы 4км. Хвостохранилище относится ко 2 классу капитальности [6]. За хвостохранилищем, ниже по рельефу местности, проходят три магистральных газопровода, снабжающих газом Норильский промышленный район. Расстояние от дамбы хвостохранилища до ближайшего газопровода 200м, т.е. в опасной зоне, поэтому тело дамбы должно быть намыто с гарантированной устойчивостью. Для качественного строительства (намыва) и безопасной эксплуатации дамбы необходимы крупнозернистые пески (хвосты), которые заскладированы в хвостохранилище № 1. Хвосты от обогащения других типов руд, имеющих более тонкий помол, можно использовать только совместно с крупнозернистыми хвостами. Потребность в крупнозернистых хвостах на перспективу составляет несколько миллионов тонн в год, причём уложить их в тело дамбы, в условиях Крайнего Севера, возможно только в тёплое время года, т. е. за май-сентябрь. Фабрика по переработке материала хвостохранилища № 1 в течение всего периода эксплуатации поставляет крупнозернистые хвосты для строительства дамбы хвостохранилища «Лебяжье» (рис. 4).

Рис. 5. Динамика капитальных вложений ООО «Нординвэс» в развитие производства за 1999–2007 гг.

7. Динамика финансовых вложений ООО «Нординвэс» в развитие производства за 1999–2007 гг.

Безусловно, успешное развитие ООО «Нординвес» полностью связано с производственной деятельностью ОАО «ГМК „Норильский никель“» и основано на позитивных взаимоотношениях. Основой для этого, с нашей стороны, является постоянное совершенствование организации производства, обновление техники и технологии за счёт средств заработанных на договорных условиях (рис. 5). Так, в 1999–2000 гг. заработанные средства затрачены на промышленные испытания будущей технологии извлечения благородных металлов из материала хвостохранилища № 1. В 2001–2002 гг. вся прибыль затрачена на строительство промышленного модуля производительностью 3 млн. т/год. В 2003 г. значительные средства затрачены на модернизацию и замену оборудования. В 2004–2007 гг. за счёт своих средств и банковских кредитов построили современную, самую крупную в России, обогатительную фабрику для переработки техногенного сырья. Таким образом, все заработанные средства (за исключением текущих затрат) вложены в развитие производства и поэтому, в будущем, дирекция ОАО «ГМК „Норильский никель“» может рассчитывать, что ООО «Нординвэс» будет продолжать вкладывать заработанные средства в капитальное строительство для совершенствования и развития производства с целью получения положительного совокупного результата от плодотворного совместного сотрудничества.

8. Динамика прибыли ЗФ ОАО «ГМК „Норильский никель“» от реализации металлов полученных из материала законсервированного хвостохранилища Норильской обогатительной фабрики

Производственная деятельность ООО «Нординвэс» вносит свой положительный вклад в финансовую деятельность ЗФ ОАО «ГМК „Норильский никель“». За годы деятельности «Нординвэс» наблюдается многократный рост стоимости товарной продукции и чистой прибыли от реализации цветных и благородных металлов, полученных от обогащения хвостов законсервированного хвостохранилища (рис. 6).

Рис. 6. Динамика роста чистой прибыли ЗФ ОАО «ГМК „Норильский никель“» от реализации цветных и благородных металлов полученных от обогащения материала хвостохранилища

С ростом объёмов обогащения хвостов также наблюдается резкое снижение доли стоимости исполнения работ ООО «Нординвэс» от стоимости товарной продукции, полученной от реализации металлов переданных ЗФ ОАО «ГМК „Норильский никель“» с концентратом от обогащения хвостов. Если в 2004 г. эта доля составляла 38,3%, то в 2007 г. 16,6%, а в первом квартале 2008 г. уже 11,1%. Эффективность переработки материала хвостохранилища можно также характеризовать следующим показателем — при переработке 8,6 тонны хвостов реализация из них товарной продукции в стоимостном выражении эквивалентна переработке 1 тонны руды из месторождения «Норильск 1».

Заключение

Внедрённый инвестиционный проект с современными технологическими решениями, в совокупности решения многоцелевых задач, позволил с высокими технико-экономическими показателями вовлечь в производственный процесс материал законсервированного хвостохранилища Норильской обогатительной фабрики, что обеспечивает дополнительную прибыль ЗФ ОАО «ГМК „Норильский никель“» и частичную экономию невозобновляемого рудного сырья.

1. Додин Д.А., Изоитко В.М., Говорова Л.К., Коваленко Л.Н., Кулагов Э.А., Леньчук Д. В. Техногенные месторождения платинометального сырья Норильского региона. Сб. научных трудов. Платина России. Москва, АОЗТ «Геоинфомарк», 1994 г.
2. Бутюгин В.В., Гулан Е.А. Геодинамическая и геоэкологическая безопасность хвостохранилищ в Норильском промышленном районе. Горн. инфор. — аналит. бюллетень, №1, 2005 г. Изд. МГГУ.
3. Благодатин Ю.В., Яценко А.А., Захаров Б.А., Чегодаев В.Д., Алексеева Л.И. Вовлечение в переработку новых сырьевых источников цветных и благородных металлов. Цветные металлы. 2003 г. № 8–9.
4. Перфильева А.Н. Активация труднофлотируемых сульфидов руд Норильского месторождения. Сборник материалов научно-технической конференции НТО обогатительной фабрики по повышению извлечения металлов из Норильских руд. Норильск. 1959 г.
5. Производство металлов за полярным кругом. Технологическое пособие. Норильск. 2007 г. Под общей редакцией зам. главного инженера ЗП ОАО «ГМК „Норильский никель“» Кайтмазова Н.Г.
6. Генкин А. Д., Дистлер В. В., Филимонова А. А и др. Сульфидные медно-никелевые руды Норильских месторождений. М., Наука, 1981 г.
7. Батаногов А.П. Подъёмо-транспортное, хвостовое и ремонтное хозяйство обогатительных фабрик. М., Недра, 1989 г.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (9)/июль 2010 г.