Преимущества усовершенствованного моделирования в добыче

В приводимом примере мы показываем способы изучения и моделирования вариабельности медной руды и оптимизации переработки различных типов руды. Из примера видно, что вариабельность значений при геометаллургических исследованиях может быть на порядок больше по сравнению с определением содержания металлов. При использовании геометаллургических методов повышается эффективность производственных операций и стоимость произведенной продукции по всей производственно-сбытовой цепочке от руды до товарной продукции.

Проект на юге Грузии

ЗАО «RMG Copper» (RMG) производит медно-золотой концентрат из двух карьеров Маднеули и Сакдриси, расположенных в шахтном районе Болниси на юге Грузии. RMG и Outotec начали сотрудничество с целью повышения извлечения металлов и их содержания в концентрате путем улучшения понимания вариабельности руды и разработки более эффективных процессов шихтовки руды и переработки минералов (например, процесса флотации). Такой подход, основанный на минералогических исследованиях, уже использовался для других сложных руд, таких как железооксидно-медно-золотые руды (Hunt et al., 2011) и для рудных месторождений Купфершифер (Rahfeld et al., 2018).

Сотрудничество с RMG началось с аудитов технологического процесса, определения минералогических и химических характеристик технологических проб. Затем были выполнены подробные исследования химических и минералогических характеристик шести различных типов руды с одновременным проведением опытов по флотации. На основе полученных результатов проведена предварительная геометаллургическая классификация типов руды. Затем вся производственно-сбытовая цепочка была смоделирована с помощью программы Metso Outotec HSC Chemistry 9 для оптимизации организации технологического процесса, повышения эффективности производства и стоимости продукции.

Геологическая характеристика карьеров Маднеули и Сакдриси

Согласно техническому отчету RMG (2016), домены с медно-золотыми включениями в карьерах Маднеули и Сакдриси встречаются в вулканических и осадочных породах верхнего мелового периода.

Месторождение Маднеули характеризуется куполовидной складкой, увеличивающейся к северо-востоку с крыльями, понижающимися под углом 10-40°. По всему месторождению встречаются резко понижающиеся дислокации. Слои породы в основном состоят из риодацитовых пирокластических пород, а ядро купола состоит из крупнозернистых и среднезернистых туфов. Над этими породами лежат чередующиеся слои туфов и туфогенных песчаников. Гидротермальное изменение пирокластических вмещающих пород месторождения Маднеули включает силицирование, хлорирование, серицитизацию и сульфидизацию. Измененные участки обычно имеют неправильную форму, а степень изменения является самой высокой в ядре купола, уменьшаясь в направлении к краевым зонам.

Месторождение Маднеули характеризуется тремя типами минерализации: прожилково-вкрапленная, брекчия и массивная штокверковая. Большая часть золото- и медьсодержащих минералов находится в богатых кремнеземом участках.

Минерализация в границах месторождения Сакдриси определяется структурой и литологией, включающей в себя, в основном, линзообразные тела, свиты прожилковых пластов и бедные рудой штокверки. Первичные минералы покрыты частицами из процессов поверхностного выветривания, в результате чего образовались спорадические зоны сверхгенного обогащения. Золото, как правило, встречается в виде не связанных зерен на границах сульфида и в незначительной степени с зернами кремнезема. Вид минерализации представляет собой переход между вулканогенными массивными сульфидами и эпитермальным типом золота.

Пробы и аналитические методы

Пробы руды из месторождений Маднеули и Сакдриси были разделены на подпробы: одна подпроба использовалась при химическом анализе и минералогических исследованиях, а другая ─ при проведении опытов по флотации. Опыты по определению минералогического и химического состава были проведены в лабораториях ИЦ Outotec в Финляндии, а опыты по флотации с замкнутым циклом ─ в лаборатории RMG при месторождении Маднеули в Грузии.

Подробные химические анализы включают в себя комплексные анализы после полного растворения с помощью атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), анализы золота и серебра при пробирной плавке, а содержание серы и углерода было выявлено методом сжигания. Кроме того, анализы содержания меди проводились после четырехэтапной последовательной методики количественного анализа фазы меди, описанной Юнгом (1974) и дополнительно проработанной Outotec. Эта методика позволяет проводить химическое количественное определение различных сульфатов меди, оксидов, вторичных и первичных сульфидов меди с использованием метода преобразования данных об элементах в данные о минералах, доступного в модуле HSC Chemistry 9 Geo (Lamberg et al., 1997; Lund et al. ., 2013). Основные минералы и характер их залегания были сначала изучены методами оптической микроскопии и рентгенодифракции. Сканирующая электронная микроскопия и измерения степени раскрытия проводились с использованием сканирующего электронного микроскопа с полевой эмиссией, оснащенного энергодисперсионным спектрометром в сочетании с программным обеспечением для измерения высвобождения INCAMineral (Liipo et al., 2012). Твердость каждого типа руды определялась в соответствии со стандартным опытом на измельчаемость по методике Бонда (Bond, 1961).

Типы руд и геометаллургическая классификация

Данные, полученные посредством опытов по определению минералогического состава и опытов по флотации в замкнутом цикле, были обработаны с помощью модуля данных HSC Chemistry 9, использующего линейно-регрессивный анализ и анализ главных компонентов. Благодаря данному анализу объединенных данных на основе минералогического состава и измельчаемости было выявлено наличие двух геометаллургических типов руд:

• С преобладанием халькопирита
• С преобладанием халькозина

Остальные пробы находятся в пределах этих типов. Тип руды с преобладанием халькопирита представляет собой менее измененные первичные зоны, и с увеличением степени изменения количество халькозин и оксидов меди увеличивается. Самое высокое качество и извлечение концентрата как для меди, так и для золота были получены из типа руды с преобладанием халькопирита, а при отхождении от этого типа ухудшается как качество, так и извлечение. Основные характеристики трех геометаллургических типов руд (ГМР A, B, C) и результаты опытов над ними представлены в Таблице I.

Программное обеспечение и параметры для моделирования

Моделирование основано на данных опытов по флотации и по определению минералогического состава на пробах руды из месторождений Маднеули и Сакдриси, а также концептуальной разработке технологического оборудования медной обогатительной фабрики. Параметры (например, эксплуатационные расходы, затраты на обработку и очистку и т. д.), используемые в моделировании OreMet Optimizer, включенном в HSC Chemistry 9 Sim, имеют общий характер и не представляют каких-либо конкретных операций (Таблица II).

Переработка различных типов руды оценивалась с точки зрения металлургических параметров каждой руды и экономической прибыльности при добыче и переработке на обогатительной фабрике. Оценка проводилась с помощью модуля HSC Chemistry 9 Sim. Факторы затрат для каждого этапа, начиная с добычи рудного блока и на всех этапах добычи и обогащения, оценивались отдельно. Итоговое значение концентрата рассчитывалось по формуле чистой выручки от реализации (NSR). Инструмент оценки экономической прибыльности, модуль OreMet Optimizer, доступен и интегрирован с помощью программы моделирования технологической схемы переработки минералов HSC Sim. Технологическая схема модели отображена на Рис. 4, а Рис.5 раскрывает детали модели обогатительной фабрики. Концептуальная схема обогатительной фабрики состоит из двухстадийного дробильного отделения, участка измельчения в мельнице ПСИ и шаровых мельницах, участка коллективной флотации Cu–Au с последующим повторным измельчением, двухстадийной перечистной флотацией и обезвоживанием.

Преимущество моделирования технологической схемы HSC Sim со встроенным инструментом экономической оценки OreMet Optimizer заключается в том, что производительность и состав каждого этапа переработки определяются непосредственно в соответствии с моделируемыми параметрами металлургической руды. Эксплуатационные затраты (OPEX) на производительность в USD/т на каждой стадии переработки даются или определяются в соответствии с характеристиками переработки руды. Стоимость конечного концентрата рассчитывается с использованием чистой выручки от реализации (NSR): NSR = ∑ Стоимость продукции - ∑ Неустойки - ∑ Стоимость обогащения - ∑ Затраты на очистку.

Экономическая прибыльность для данного типоразмера рудного блока (или смеси руды) с предварительно заданным расходом по питанию рядовой руды рассчитывается путем вычитания общих затрат из чистой выручки от реализации, что дает операционную прибыль/убытки за конкретный период времени производства.

Результаты моделирования

Прогоны моделирования включали раздельное моделирование для каждого геометаллургического типа руды (ГМР A, B, C) и для различных смесей [смесь A (1/3) + B (1/3) + C (1/3), смесь A (½) ) + B (½), смесь A (½) + C (½), смесь B (½) + C (½)]. Прогон моделирования представляет собой 24-часовую эксплуатацию с общим объемом добычи и переработки 9000 тонн руды. Результаты моделирования четко демонстрируют, что вариабельность питания мельницы оказывает существенное влияние на показатели переработки и экономичность операций. Результаты моделирования приведены в Таблице III.

Эксплуатационные затраты для разных типов руды варьируются от 14,2 до 15,2 USD/т, в основном отражая изменения в индексе измельчаемости по Бонду и потреблении энергии для измельчения. Опыты по флотации показали значительную вариабельность извлечения и качества концентратов между типами руды. В результате были обнаружены существенные различия в значениях NSR (чистой выручки от реализации) и операционной прибыли для различных геометаллургических типов руд и смесей.

Руда типа ГМР А с преобладанием халькопирита приносит самую высокую чистую выручку от реализации и операционную прибыль, несмотря на самые высокие эксплуатационные затраты. Руда с преобладанием халькозина типа ГМР С дает вторую по величине чистую выручку от реализации и операционную прибыль, а смешанная с халькопиритом и халькозином руда типа ГМР В обеспечивает самую низкую чистую выручку от реализации и операционную прибыль.

Значения содержания меди (@USD 6000/т) и золота (@USD 1300/т) по месту:

• ~USD 50/т для ГМР A
• ~USD 40/т для ГМР B
• ~USD 39/т для ГМР C

Различия в значениях чистой выручки от реализации между геометаллургическими типами руды намного больше, чем различия в качестве металлов и значениях по месту. Это подчеркивает важность понимания показателей минералогии и переработки при определении стоимости. Что касается практики, различные типы руд добываются и перерабатываются отдельно. Сценарии моделирования со смешанными типами руды предоставляют дополнительную информацию для планирования производства.

Резюме

Определение вариабельности состава рудного месторождения и понимание минералогического состава и металлургических показателей различных типов руды являются ключевыми факторами для эффективной добычи и переработки минералов. Моделирование всей производственно-сбытовой цепочки от добычи до товарной продукции предоставляет полезную информацию о факторах, определяющих эффективность месторождения и операций. Приведенный пример демонстрирует, что вариабельность типов руды, особенно в отношении минералогического состава и показателей переработки, играет ключевую роль в формировании стоимости в ходе операций.

Планирование проекта или производства, которое не учитывает минералогический состав и металлургические показатели, приводит к неоптимальному режиму работы. К примеру, бортовые содержания для расчета запасов руды должны учитывать не только качество металлов, но и минералов, а также соответствующую вариабельность металлургических показателей.

Благодарность

Данная статья основана на материале, представленном на SAIMM Copper Cobalt Africa - 9-ой конференции по основным металлам, проходившей в Ливингстоне, Замбия, 9-12 июля 2018 года. Список авторов данного материала приведен ниже.

Матти Таликка 1), Антти Ремес 1), Мэтью Хикс 1), Юсси Лиипо 1), Веса-Пекка Такало 1), Сандро Хизанишвили 2) и Малхаз Нацвлишвили 2)

1) Outotec, Эспоо, Финляндия 2) JSC RMG Copper, Тбилиси, Грузия

Список литературы

Bond, F.C. (1961). Crushing and grinding calculations. British Chemical Engineering, 6 (6), 378–385.

Hunt, J., Berry, R., Bradshaw, D. (2011). Characterising chalcopyrite liberation and flotation potential: Examples from an IOCG deposit, Minerals Engineering, 24, 1271–1276.

Lamberg, P., Hautala, P., Sotka, P., Saavalainen, S. (1997). Mineralogical balances by dissolution methodology. Proceedings Short Course on ‘Crystal Growth in Earth Sciences. Mamede de Infesta. S. (ed.), Portugal. pp. 1–29.

Liipo, J., Lang, C., Burgess, S., Otterström, H., Person, H., Lamberg, P. (2012). Automated mineral liberation analysis using INCAMineral. Proceedings Process Mineralogy ‘12, Cape Town. pp. 1–7.

Lund, C., Lamberg, P., Lindberg, T. (2013). Practical way to quantify minerals from chemical assays at Malmberget iron ore operations - an important tool for the geometallurgical program. Minerals Engineering. 49, 7–16.

Rahfeld, A., Kleeberg, R. Möckel, R., Gutzmer, J. (2018). Quantitative mineralogical analysis of European Kupferschiefer ore. Minerals Engineering, 115, 21–32.

JSC RMG (2016). Technical Report on the JSC RMG Copper Mine Operations: Madneuli & Sakdrisi in Georgia (unpublished).

Young, R.S. (1974). Chemical Phase Analysis. Charles Griffin and Company Limited.