Реализуемые проекты в области обогащения полиметаллических руд на месторождениях Казахстана

А. Доберсек (к.т.н.), А. Аврахов (к.т.н.), И. Ферхо,  Ю. Фильшин, А. Матинин (к.т.н.) —  Engineering Dobersek GmbH, г. Мёнхенгладбах, Германия
С. Штойк (к.т.н.) —  ООО «Инжиниринг Доберсек ГмбХ», г. Москва, Россия

---

По запасам свинца и цинка Казахстан занимает одно из первых мест в мире. Географически можно выделить три зоны расположения месторождений.

В Восточном Казахстане расположены рудноалтайские колчеланно-полиметаллические месторождения, такие как Артемьевское, Николаевское, Орловское, Белоусовское, Иртышское, Риддер-Сокольное, Новолениногорское, Тишинское, Чекмарь, Зыряновское, Малеевское, Греховское. В Центральном Казахстане расположены такие месторождения как Жайрем, Акжал, Бестобе, Карагайлы, Узынжал, Абаз, Алайгыр. В Южном Казахстане находятся такие месторождения как Миргалимсай, Шалкия, Талап, Текели, Большой Усек, Яблоневое.

На некоторых из выше перечисленных месторождений уже завершена промышленная эксплуатация, поэтому для замещения выбывающей сырьевой базы реализуются новые проекты.

Месторождение Жайрем

Месторождение расположено на территории Жана-Аркинского района Карагандинской области в 340 км к юго-западу от г. Караганда и в 10 км к югу от поселка Жайрем (рис. 1).

Рис. 1.   Территориальное расположение месторождения Жайрем

Горно-обогатительный комбинат был введен в эксплуатацию в 1972 г. для освоения железомарганцевых и баритполиметаллических месторождений Ушкатын I, Ушкатын III, Жомарт, Западный Жомарт, участок Перстеневский и барит-свинцового месторождения Жайрем Атаскийского рудного района.

В 1976 г. началась добыча свинцовоцинково-баритовых руд месторождения Жайрем на участках Западный и Дальнезападный. Добытая свинцовоцинково-баритовая руда транспортировалась на расстояние более 1 тыс. км на обогатительные фабрики, расположенные в городах Кентау и Текели. В начале 90-х годов прошлого столетия в связи с повышением транспортных тарифов свинцово-цинково-баритовое производство стало нерентабельным и в 1994 г. добыча этих руд была приостановлена. В 1982 г. началась добыча марганцевой и железной руд на месторождении Ушкатын III, а в 1992 г. было начато производство марганцевых концентратов.

Разработкой технологии обогащения руд Жайремского месторождения с 1966 года занимались различные научно-исследовательские организации: «ЦЛ ЦКТГУ» г. Караганда, ВНИИЦВЕТМЕТ, лабораторный комплекс комбината «Ачполиметалл», ГНПОПЭ «Казме ханобр», ТОО «Центрогеоаналит», ТОО «Казцинк», Outotec, НИиПИ «ТОМС».

Реализация проекта осуществляется на базе Технологического регламента, выполненного ООО НИиПИ «ТОМС». Разработчик проектной и рабочей документации — Engineering Dobersek GmbH.

Руды Жайремского месторождения характеризуются несколькими технологическими сортами (первичные, окисленные, свинцово-цинково-баритовые, безбаритовые). Содержание основных компонентов в различных типах руды, поступающей на переработку с разных участков, варьируется в широком диапазоне: свинца от 0,60 до 3,14 %; цинка от 2,80 до 5,99 %; бария от 0,23 до 33,54 %. Наибольшие трудности возникают при переработке смешанных свинцово-цинковых безбаритовых руд, технологические показатели которых значительно ниже среднеотраслевых.

Минеральный состав представлен преимущественно породообразующими минералами, основными из которых являются кварц и барит. В баритовых рудах количество барита составляет 47–55 %. Рудная минерализация представлена в основном сульфидами. По количеству сульфидов пробы характеризуются от умеренно сульфидного до существенно сульфидного типов руды. Основными сульфидами являются пирит, сфалерит, галенит. Макси мальное количество сульфидов 21,2–22,9 % отмечается в безбаритовых рудах. Содержание пирита в зависимости от типа руды варьируется в диапазоне 4,8–16,5 %. Сульфиды в руде находятся в тесной ассоциации друг с другом. Характерно наличие большого количества тонких зерен рудных минералов размером менее 10 мкм. Селективное разделение на мономинеральные фракции галенита и сфалерита затруднительно. Поэтому серьезная технологическая проблема — это качество концентратов. Оно достаточно низкое вследствие тесной ассоциации минералов свинца и цинка между собой, с пиритом, а также с пустой породой.

Одним из способов, позволяющих организовать рентабельную переработку упорных руд подобного типа, является ультратонкое измельчение продуктов до крупности менее 20 мкм. При измельчении до таких размеров значительная доля материала переходит в область микро- и наночастиц. Это приводит не только к раскрытию сростков ценных компонентов, но и к изменению свойств сырья, что открывает возможность эффективного извлечения ценных металлов. Разрушение минералов в мельницах при ультратонком измельчении сопровождается многогранными структурно-химическими преобразованиями: изменяются длины и углы межатомных связей, электронная структура и химический состав веществ. Возникают точечные дефекты, дислокации, деформации и искажения решетки, в результате чего происходит разрыв связей между фрагментами структуры и их распад, завершающийся переходом части вещества в рентгеноаморфное высокореакционное состояние. Таким образом, переход минерального сырья на уровень микро- и нанометров расширяет область эффективного применения процессов обогащения за счет качественного изменения агрегатно-фазового состояния и кристаллохимической структуры полезных ископаемых. Это позволяет вовлечь в эксплуатацию труднообогатимые руды, аналогичные рудам месторождения Жайрем, переработка которых долгое время считалась малоперспективной и экономически нецелесообразной. Новые свойства такого микро- и наносырья позволили повысить уровень извлечения ценных металлов в кондиционные товарные свинцовый и цинковый концентраты.

При проведении исследований на обогатимость семи типов руд месторождения Жайрем в НИиПИ «ТОМС» получены удовлетворительные результаты обогащения всех типов руд с выделением кондиционных свинцовых и цинковых концентратов (кроме окисленной Pb-Zn руды участка «Дальнезападный»). При этом отмечено, что каждая из руд обладает индивидуальными технологическими свойствами, что не позволяет их перерабатывать в составе шихты по единой флотационной схеме.

Для всех типов руд рекомендована прямая селективная схема с выделением свинцового и цинкового концентратов и баритового промпродукта. Наиболее упорной к обогащению является окисленная Pb-Zn руда участка «Дальнезападный», для данной руды не удалось получить кондиционный свинцовый концентрат, перед цинковым циклом рекомендована угольная флотация.

При промышленном применении для всех семи типов руд рекомендуется обработка острым паром, как средством получения более качественного по содержанию кремния и пиритного железа цинкового концентрата.

В целом полученные свинцовые концентраты характеризуются достаточно низким качеством по содержанию свинца и попутных компонентов (лучшие концентраты соответствуют маркам КС-5 и КС-6).

Цинковые концентраты содержат от 35,8 до 49,5 % цинка, от 1,2 до 3,7 % свинца, от 5,3 до 8,6 % железа, от 0,052 до 0,55 % меди и от 0,7 до 7,6 % кремнезема. Извлечение цинка в одноименный концентрат составляет от 75,9 до 85,3 %. По содержанию цинка концентраты могут быть отнесены к марке КЦ-4, а по примесям — к маркам КЦ-5 и КЦ-6. На окисленной Pb-Zn руде участка «Дальнезападный» не был получен кондиционный концентрат, соответствующий ТУ.

Из материала проб баритовых руд были получены баритовые концентраты с содержанием бария 53,6–56,4 % (93– 98 % барита). Извлечение бария в одноименный концентрат составило 83,1–88,5 %. Содержание вредных примесей в концентратах составило: СаО — 0,64–1,8 %; SiO2 — 0,8–2,7 %; общего железа — 0,2–1,0 %. Содержание класса 5 мкм в баритовых концентратах находится в диапазоне от 10 до 20 %. По содержанию бария концентраты относятся к высшим маркам КБ-1 и КБ-2, а по содержанию примесей — к марке КБ-4.

По данным исследований рекомендована раздельная (последовательная) переработка руд на обогатительной фабрике с изменением конфигурации технологической схемы под конкретный тип обогащаемой руды (табл. 1).

Параметры	Значение
Режим работы фабрики	Круглогодично
Количество рабочих дней в году	365
Режим работы обогатительной фабрики	Круглосуточно
Производительность по исходному сырью, т/год	5 млн
Максимальная крупность исходной руды, поступающей в дробильный комплекс, мм	Участок «Западный» — 1000 мм Участок «Дальнезападный» — 1200 мм
Влажность руды, %	15 — окисленная 10 — сульфидная
Вид строительства	Новое
Месторасположение фабрики	В районе добычи
Способ добычи руды	Открытый
Водоснабжение	Оборотное
Способ переработки типов руд	Раздельная, поочередная
Складирование хвостов	В хвостохранилище хвостов обогащения
Типы руд участка «Западный»
ZH-001-WE	Окисленная Pb-Zn: Ag — 32,82 г/т; Pb — 1,22 %; Zn — 5,99 %; Ba — 6,22 %
ZH-002-WE	Сульфидная Pb-Zn: Ag — 25,13 г/т; Pb — 1,78 %; Zn — 4,81 %; Ba — 5,94 %
ZH-003-WE	Сульфидная Ba-Pb-Zn: Ag — 62,59 г/т; Pb — 3,14 %; Zn — 3,33 %; Ba — 33,54 %
ZH-004-WE	Окисленная Ba-Pb-Zn: Ag — 43,78 г/т; Pb — 2,24%; Zn — 3,58 %; Ba — 31,70 %
Типы руд участка «Дальнезападный»
ZH-001-DW	Сульфидная Pb-Zn: Ag — 16,65 г/т; Pb — 1,16 %; Zn — 4,85 %; Ba — 0,98 %
ZH-002-DW	Сульфидная Ba-Pb-Zn: Ag — 35,06 г/т; Pb — 1,56 %; Zn — 2,80 %; Ba — 27,75 %
ZH-003-DW	Окисленная Pb-Zn: Ag — 6,41 г/т; Pb — 0,60 %; Zn — 4,29 %; Ba — 0,23 %
Требования к конечной продукции	Свинцовый концентрат согласно ТУ 48-6-116-60; Цинковый концентрат согласно ТУ 647 РК-00200928-117-90

Табл. 1.  Исходные данные, режим работы и производительность фабрики

Основное технологическое оборудование обогатительной фабрики подобрано таким образом, чтобы обеспечить возможность раздельной поочередной переработки всех типов руд с использованием имеющегося в наличии оборудования, а также с учетом технологического резерва на случай изменения технологических свойств перерабатываемого сырья.

На основании результатов технологических исследований проб руды месторождения «Жайрем» и опыта работы аналогичных предприятий для обогащения свинцово-цинковых и свинцово-цинково-баритовых руд применена раздельная переработка по комбинированным схемам, включающим тяжелосредную сепарацию исходной руды (далее по тексту ТСС) с последующим флотационным обогащением концентратов тяжелосредной сепарации (рис. 2).

Рис. 2.  3D модель обогатительной фабрики

Основные операции, заложенные в схему переработки руд месторождения «Жайрем»:

1. Крупное дробление в щековой дробилке с предварительным грохочением по классу -150 мм для руд участка «Дальнезападный», крупное дробление в двух последовательно установленных шнекозубчатых дробилках без предварительного грохочения для руд участ ка «Западный» — данный вариант обусловлен большой вариативностью свойств руд и возможным повышенным содержанием влаги и глины в руде.
   
2. Среднее дробление руды в конусной дробилке в замкнутом цикле с грохотом и предварительной отмывкой по классу -40 мм.
   
3. Грохочение подрешетного продукта грохота -40 мм по классу 5 мм. Надрешетный продукт грохота крупностью -40+5 мм является питанием тяжелосредной сепарации, подрешетный продукт -5 мм направляется для дальнейшей классификации в спиральный классификатор.
   
4. Классификация подрешетного продукта -5 мм с направлением песков классификации в цикл измельчения, а слива на шламовую флотацию.
   
5. Тяжелосредная сепарация с предварительной отмывкой фракции -40+5 мм. Плотность суспензии варьируется от 2,1 до 2,9 г/см3 в зависимости от типа перерабатываемой руды.
   
6. Дробление концентрата тяжелосредного обогащения в конусной дробилке в замкнутом цикле с грохотом до крупности -12 мм.
   
7. Сгущение шламов в гидроциклонах и сгустителях до требуемого содержания твердого для флотационного обогащения.
   
8. Основная, контрольная и перечистная шламовая флотация и десорбция реагентов с поверхности минералов с последующим направлением концентрата в цикл измельчения (для окисленной Pb-Zn руды участка «Дальнезападный» ZH-003-DW — шламовая флотация не предусмотрена);
   
9. Шаровое измельчение концентратов ТСС в замкнутом цикле с гидроциклонами (1-я стадия измельчения) до крупности 60 % -71 мкм.
   
10. Межцикловая свинцовая флотация (для руд ZH-002-WE, ZH-003WE) с получением товарного свинцового концентрата.
11. Шаровое измельчение в замкнутом цикле с гидроциклонами (2-я стадия измельчения) до крупности 90 % -71 мкм.
12. Цикл свинцовой флотации (основная, контрольная, 3 перечистные операции).
    
13. Угольная флотация перед цинковым циклом окисленной Pb-Zn руды участка «Дальнезападный» (ZH-003-DW).
    
14. Цинково-пиритный (основная и контрольная флотации) и цинковый (основная и контрольная, 3 перечистные операции) циклы на хвостах свинцового цикла.
    
15. Доизмельчение чернового цинково-пиритного концентрата перед основной цинковой флотацией операциями в бисерных мельницах до крупности 80 % -20 мкм.
    
16. Обработка острым паром доизмельченного концентрата основной цинково-пиритной флотации.
    
17. Сгущение и фильтрация свинцовых и цинковых концентратов.
    

Конечными продуктами обогащения являются:

• c винцовый концентрат согласно требованиям ТУ 48-6-116-90; 
  
• цинковый концентрат согласно требованиям ТУ 647 РК-00200928117-90;
  
• баритовый промпродукт; 
  
• легкая фракция тяжелосредного обогащения; 
  
• хвосты флотационного  обогащения.
  

Месторождение Шалкия

Месторождение Шалкия расположено в северо-западной части хребта Большой Каратау, на территории Кызылординской области, в 15 км от железнодорожной станции Жанакорган (рис. 3). Участок рудника плоский с небольшим уклоном на запад по направлению к реке Сырдарья. Растительность преимущественно степная трава и низкорослые кустарники. Хозяйственное использование земель — пастбища. Климат района резко континентальный. Характеризуется засушливостью и значительными колебаниями дневной и ежегодной температур.

Рис. 3.   Территориальное расположение месторождения Шалкия

Месторождение открыто в 1963 году и было разведано в течение 1964– 1990 годов. Работы по освоению месторождения начались в 1982 году и велись с перерывами, была создана инфраструктура для добычи руды. В 2008 году добыча руды была остановлена и рудник был законсервирован в связи со сложной экономической ситуацией. Возобновление проектных работ по разработке месторождения и обогатительной фабрике произошло в 2014 г.

Руды месторождения свинцово-цинковые с преобладанием цинка над свинцом. Среднее содержание в рудах свинца 0,89 %, цинка 3,2 %. Руда представлена кремнисто-доломитизированными породами с прожилками кальцита и углистого вещества. В кальцитовых прожилках зёрна галенита и сфалерита имеют размер до 70 мкм, в углистых — 5–20 мкм.

Главные рудные минералы — сфалерит, галенит, пирит. Второстепенные — арсенопирит, блеклая руда, англезит, смитсонит, церуссит, гетит, гидрогетит и др. Галенит на 80–90 %, сфалерит порядка на 94 % представлены сульфидными формами. Руда характеризуется слоистой текстурой, имеющей тонкозернистую минерализацию, вплоть до эмульсионной, галенита, сфалерита, пирита.

Галенит со сфалеритом образуют тонкозернистые, близкие к эмульсионным прорастания. Пирит образует самостоятельные прожилки и обособленные тонкозернистые агрегаты в углисто-кремнисто-доломитовой породе.

Технологический регламент выполнен компанией Engineering Dobersek GmbH на основании исследований вещественного состава и технологических свойств руды месторождения Шалкия, проведенных специалистами Engineering Dobersek GmbH, различными организациями России и зарубежья, исследовательской лабораторией Кентауской обогатительной фабрики и с учётом мировой практики переработки аналогичных руд (табл. 2).

Параметры	Значение
Режим работы фабрики	Круглогодично
Количество рабочих дней в году	365
Режим работы	Круглосуточно
Производительность по руде, т/год	4 млн (две секции, по 2 млн каждая)
Производительность оборудования в отделении крупного и среднего дробления, т/ч	1,084,03 (по 2 секциям) 542,02 (по 1 секции)
Производительность оборудования в отделении мелкого дробления, т/ч	660,17 (по 2 секциям) 330,09 (по 1 секции)
Производительность оборудования в отделении тонкого дробления, измельчения и обогащения, т/ч	582,5 (по 2 секциям) 291,25 (по 1 секции)
Вид строительства	Новое
Месторасположение фабрики	В районе добычи
Способ добычи руды	Подземный
Удельный вес руды, т/м3	2,8
Насыпная плотность руды, т/м3	1,8
Влажность руды, %	3
Тип руды	Pb-Zn
Содержание ценных компонентов в руде (%): — Pb — Zn — в том числе SiO2	1,2 3,85 около 50

Табл. 2.  Исходные данные для проектирования обогатительной фабрики

Рекомендуемая технология включает:

1. Крупное дробление руды под землей: 2 дробилки ЩКД с переходом от крупности 400 мм до 150 мм.
   
2. Среднее дробление руды под землей: 1 дробилка КСД с переходом от крупности 150 мм до 60 мм.
   
3. Выдача среднедробленой руды вертикальным конвейером на поверхность.
   
4. Мелкое дробление руды: 2 дробилки КМД с переходом от крупности 60 мм до 35 мм.
   
5. Тонкое дробление руды: 2 установки измельчающих валков высокого давления с переходом от крупности 35 мм до крупности 100 % класса -5,0 мм.
   
6. Одностадиальное измельчение в шаровой мельнице до крупности 87–88 % класса 74 мм.
   
7. Основную и контрольную свинцовые флотации.
   
8. Четыре стадии перечистки свинцового концентрата.
   
9. Основную и контрольную цинковые флотации.
   
10. Доизмельчение чернового цинкового концентрата в мельнице тонкого измельчения до крупности 85–90 % класса -20 мкм.
    
11. Четыре стадии перечистки чернового цинкового концентрата.
    
12. Контрольная флотация хвостов первой цинковой перечистки.
    
13. Сгущение свинцового концентрата.
    
14. Двухстадиальное сгущение продуктов флотации (цинковый концентрат и хвосты отвальные).
    
15. Фильтрация свинцового концентрата и цинкового концентрата в фильтр-прессах.
    

В результате испытаний достигнуты следующие технологические показатели: свинцовый концентрат с содержанием свинца около 41 % при извлечении свинца около 56 %; цинковый концентрат с содержанием цинка около 57 %, SiO2 не более 5 % при извлечении цинка около 77 %. По результатам дополнительных испытаний на пробе бедной руды были достигнуты аналогичные технологические показатели без изменения схемы.

Рекомендуемая технология позволяет осуществить переработку руды, усредненной по вещественному составу и содержанию основных компонентов.

Товарной продукцией обогатительной фабрики на месторождении «Шалкия» являются:

• концентрат свинцовый флотационный, соответствующий марке КС-7; 
  
• концентрат цинковый флотационный, соответствующий марке КЦ-4.
  

Выводы

Сложный состав руд месторождения Жайрем требует селективной переработки каждого из 7-ми типов руды. Исследования руды месторождения Шалкия показали возможность её усреднения для дальнейшей переработки.

Общей чертой обоих месторождений является тонкозернистая минерализация (5-20 мкм), переходящая в эмульсионную вкрапленность, что снижает качество свинцового и цинкового концентратов и в обоих случаях требует использования операции сверхтонкого измельчения для повышения качества цинкового концентрата.

Снижающееся качество сырья требует применения более сложных технологических схем и решений. Приведенные примеры демонстрируют возрастающую роль инжиниринга в разработке технологических процессов обогащения, позволяющих компенсировать ухудшение качества вовлекаемых в переработку месторождений свинцовоцинковых руд за счет применения передовых подходов и решений при проведении технологических испытаний, разработке регламентов и проектировании. 

Опубликовано в журнале “Золото и технологии”, № 3 (45)/сентябрь 2019 г.