В области обогащения полезных ископаемых объем реализации товаров (концентратов) определяется степенью перевода добываемого ископаемого в реализуемый товар. Если все, что добывается, превращается в товар, то это максимизирует объем реализации и делает нулевыми затраты на содержание хвостохранилища. Правильный выбор технологии (из всех возможных вариантов) добычи и переработки полезного ископаемого – это главное средство реализации задачи получения максимальной прибыли.
Технология переработки на современном обогатительном предприятии (ГОК'е) включает:
- добычу горной массы (открытым иди подземным способом) с влажностью 2÷5% и доставку ее на обогатительную фабрику;
- крупное, среднее и мелкое дробление (сухое);
- измельчение горной массы мокрым способом до раскрытия минералов;
- разделение измельченного продукта мокрым способом на концентрат(ы) и хвосты с помощью магнитной сепарации, флотации, гравитации и т.п.;
- отгрузку концентратов и складирование хвостов.
При реализации такой технологии в измельчение и все последующие операции добавляется вода, главной функцией которой является транспорт частиц разделяемой смеси минералов. Расход воды по ГОК'ам колеблется от 2м3 на 1т исходной руды до 20м3/т и более (на Качканарском ГОК'е расход воды, например, составляет ~ 9м3/т). Это значит, что для транспортирования 1т (0,25÷0,4м3) руды надо качать, перекачивать, отправлять в хвостохранилище в среднем 10т воды, а затем вернуть их на фабрику в виде оборотной воды. Другими словами: чтобы разделить 0,3м3 руды мы перекачиваем по системе трубопроводов 20м3 воды. Результат – полезной работы 1т/20т • 100 = 5%, т.е. из 20 насосов полезную работу по перемещению продуктов обогащения совершает только 1. К этому надо добавить капитальные и эксплуатационные расходы на содержание пульповодов, водоводов и насосов, которые подвергаются быстрому коррозионному и механическому износу. Весьма ощутимой статьей расходов в себестоимости товара (концентратов) является строительство и эксплуатация мокрого хвостохранилища. Добавим здесь, что после получения концентрата необходимо его обезводить, отфильтровать и высушить до влажности ~ 5-7%, а иногда до 1,5÷2% (напомним, что исходная влажность была 2÷5%). Расход условного топлива на сушку 0,1 – 0,2 кг/кг влаги.
При реализации технологии с использованием флотации в процесс обогащения вводятся флотореагенты, а затем начинается «героическая» борьба с ними, которая нередко приводит к экологическим катастрофам (примеры: заражение цианидами бассейна реки Дунай в 1998 году; прорыв дамбы хвостохранилища в Качканаре – хорошо без реагентов).
Очевидно, что при объективно возрастающей хозяйственной деятельности человечества требования к охране окружающей среды будут только ужесточаться. Выполнение этих охранных мероприятий однозначно будет приводить к увеличению расходной составляющей формулы прибыли. Альтернативой этому могут быть только выбор экологически чистых ресурсо- и энергосберегающих технологий. Поэтому, решая вопрос выбора технологии обогащения, необходимо учитывать и аспекты (тенденции) развития природоохранной политики человечества. Прибыльное, по сегодняшним меркам, предприятие через 10-15 лет может оказаться убыточным при чрезвычайно высоких расходах на охрану природы.
Приведем конкретный пример оценки экономических показателей при мокрой технологии переработки полезных ископаемых. В 1984 году институтом Механобрчермет (г. Кривой Рог) выполнен расчет (проект) себестоимости переработки 1т смешанной железной руды ЮГОК'а и НКГОК'а. Технологическая схема обогащения включает две стадии мокрого измельчения (до крупности сначала 65% -0,074мм, а затем до 99,5% класса –0,074мм), магнитное обогащение в слабом поле, две операции магнитного обогащения в сильном поле, основную флотацию суммарного магнитного продукта, одну перечистку флотоконцентрата и 3 контрольных флотации хвостов основной флотации. Результат: себестоимость получения 1т концентрата (при выходе ~ 48%) составила ~ 28,4 руб/т. В это время себестоимость концентрата по ГОК'ам Криворожья и КМА составляла от 6-9 руб/т до 14 руб/т. Поэтому комбинат по обогащения окисленных и смешанных железных руд так и не появился ввиду экономической несостоятельности принятых технологических решений. Такой же экономически бесперспективной оказалась технология магнетизирующего обжига на ЦГОК'е и Лисаковском ГОК'е.
Однако:
1. Запасы этих руд (окисленных и смешанных) превышают запасы магнетитовых кварцитов.
2. Известно также, что уже при степени измельчения ~ 65 % класса -0,074 мм из этих руд можно получать магнетито-гематитовый концентрат с содержанием железа 65 % при извлечении ~ 70 %.
3. С точки зрения физики затраты на разделение одной тонны смеси (исходной руды) на концентрат и хвосты в потенциальном поле (магнитном, гравитационном, электростатическом) могут составлять приблизительно 100 Вт/т = 0,1 кВт/т.
Затраты электроэнергии по переделам составляют:
| 1. на дробление, измельчение до 65 % -0,074 мм | ~ 10 кВт·ч/т |
| 2. на измельчение от 65 % до 99 % -0,074мм | ~ 20 кВт·ч/т |
| 3. на ММС в слабом поле | ~ 0,6 кВт·ч/т |
| 4. на ВММС (в сильном поле) | ~ 15 кВт·ч/т |
| 5. на флотацию | 2,5 кВт·ч/т |
| 6. на сгущение и фильтрацию | ~ 25 кВт·ч/т |
| 7. очистка сточных вод | ~16 кВт·ч/т |
| Итого: | ~ 98,1 кВт·ч/т |
Отсюда видно, что наименее энергозатратной разделительной операцией является мокрая магнитная сепарация в слабом поле (0,6 кВт /т против теоретически возможных 0,1 кВт /т).
Эта операция может быть еще дешевле в сухом исполнении (сепараторы ПБСЦ, сепараторы на постоянных магнитах высокой энергии). Электростатический сепаратор СЭ-70/100 (см. СЭ-70/140) при производительности 10,0 т/ч потребляет 3 кВт/ч электроэнергии, т. е. 0,33 кВт /т исходного питания. Между тем, флотация потребляет 2,5 кВт /т, а ВММС – 15 кВт /т. Сгущение (25 кВт /т) и очистка сточных вод (16 кВт /т) вообще не являются обогатительными операциями. Высокозатратная операция измельчения до 99 % -0,074 мм вызывает сомнение в своей необходимости. Другими словами: если принципиально руда раскрывается при более грубом помоле, то надо искать альтернативу (ВММС и флотации). Такой альтернативой являются сухие методы магнитного и электростатического обогащения.
В рассмотренном выше примере расход электроэнергии составил ~ 50 кВт/т. При сухой технологии обогащения операция дробления и измельчения до 65% класса –0,074мм остается и составит 10 кВт/т. Операция электросепарации израсходует 0,3 кВт/т, а с учетом перечистной и контрольной сепарации ~ 1÷1,5 кВт/т. Итого расходов по главным переделам: 11÷12 кВт/т. Отпадают капитальные и эксплуатационные расходы на все водо-насосное хозяйство (нет насосов, сгустителей, фильтрации, хвостохранилища с дамбой, водоводами и т.п.), нет флотореагентов и всего, что с ними связано, нет сушки концентрата. Появляется необходимость сушки всей исходной руды от 3-5% влаги до 0%. При норме ~ 0,1 кг условного топлива на 1кг испаряемой влаги это составит: 50 кг • 0,1 = 5 кг условного топлива на 1т руды.
Итак, логическая перспективность сухих методов обогащения полезных ископаемых состоит прежде всего в отказе от воды и флотореагентов. Это резко удешевляет природоохранные мероприятия и снижает энергетические расходы во всех операциях технологии обогащения.