Методы гидрометаллургии широко применяются для производства цветных и благородных металлов. Результатом их развития стало внедрение в промышленную практику автоклавной гидрометаллургии, отличающейся использованием высоких температур и давлений, которая позволяет максимально интенсифицировать технологические процессы, повысить прямое извлечение металлов, улучшить селективность их выделения, вовлекать в переработку сложное по составу сырье и полупродукты.

Общепризнан приоритет русских ученых К. Байера, Н. Бекетова, В. Ипатьева, О. Звягинцева, В. Тронева, И. Плаксина, И. Масленицкого в формировании идеологии автоклавных технологий. Их идеи в последующем развили исследователи Канады, США, Германии, Англии, Австралии, а также Японии, Китая, реализовав в производстве алюминия, урана, никеля, кобальта, цинка, золота, редких металлов.

Наибольшее развитие в металлургии получили автоклавные процессы переработки алюминиевого, никелевого, цинкового и упорного золотосодержащего сырья. В настоящее время в мире работают более 50 автоклавных установок.

Рост мировых цен на золото в последние годы усилил интерес к разработке золотоносных месторождений, в том числе с упорными рудами, где золото тонко диспергировано в  сульфидных минералах (арсенопирите, пирите), часто в сочетании с углистым веществом. Такое сырье редко удается переработать по традиционной технологии цианирования. Дополнительную проблему представляет присутствие в упорных рудах мышьяка, который необходимо вывести в относительно безвредных и пригодных для складирования формах.

Автоклавное вскрытие золотосодержащих сульфидов зарекомендовало себя, как достаточно простой и эффективный метод переработки упорного сырья. Его сущность заключается в окислении кислородом сульфидных минералов  в водной среде и при повышенных температурах. В результате ассоциированное с сульфидами субмикроскопическое золото освобождается и делается доступным выщелачиванию цианистым раствором. В процессе вскрытия часть железа и мышьяка переходит в раствор, а часть остается в твердом остатке в виде нетоксичного соединения, аналогичного природному минералу скородиту. Поэтому после цианирования хвосты можно направлять в обычное открытое хвостохранилище.

Первое золотоизвлекательное производство, работающее по данной технологии (завод Маклафлин, США) было запущено в 1985 году. В последующие 10-15 лет по всему миру вырос целый ряд промышленных предприятий, на которых автоклавный метод применяют для вскрытия как руд, так и концентратов.  Ниже  приводятся некоторые сведения  об автоклавных предприятиях, работающих, строящихся и проектируемых в настоящее время.

В последние годы автоклавные процессы при разработке новых проектов и выборе эффективной технологии используются ведущими российскими производителями золота: компании «Петропавловск» и «Полиметалл» уже реализуют такие проекты, «Полюс золото» ведет активные исследования в данной области.

Предприятия, применяющие автоклавное вскрытие упорных золотосодержащих руд и концентратов.

*Предположительно

Учитывая все возрастающую роль автоклавной технологии  в золотоизвлекательной промышленности, Группа компаний  «Петропавловск» в 2009 году создала в своем составе «Научно-исследовательский центр «Гидрометаллургия» (далее – НИЦ). Основу творческого коллектива центра составил сплав специалистов, за плечами которых большой  опыт работы в металлургии, пуск и эксплуатация гидрометаллургических и автоклавных установок Кубы, Норильска, и молодых выпускников ВУЗов Санкт-Петербурга.

Возглавляет НИЦ известный ученый, доктор технических наук, профессор Я.М. Шнеерсон, один из разработчиков успешно работающей на Надеждинском металлургическом заводе (г. Норильск, Россия) технологии автоклавного вскрытия пирротиновых концентратов.

Главное назначение НИЦ — разработка технологий автоклавного вскрытия упорного золотосодержащего сырья, в первую очередь, для новых золотоизвлекательных предприятий компании «Петропавловск». Однако возможности НИЦ значительно шире и охватывают многие другие  области автоклавной гидрометаллургии, в частности, автоклавные технологии в металлургии никеля, меди, цинка, олова и других металлов.

НИЦ  оснащен современным лабораторным оборудованием. Для исследований гидрометаллургических процессов установлены управляемые ЭВМ автоклавные комплексы швейцарских производителей Bǘchi (1 л) и Premex (1 и 8 л). Эти установки характеризуются высоким диапазоном возможностей регулирования режимов высокотемпературных процессов.

НИЦ имеет современное химико-аналитическое оборудование (атомно-эмиссионный спектрометр АЭС-ИСП с индуктивно связанной плазмой, атомно-адсорбционный спектрофотометр и др.), что позволяет выполнять большое количество экспресс анализов. Проведена  регистрация НИЦ в Пробирной Палате РФ.

Центр разрабатывает технологии извлечения золота из упорного сырья для ряда отечественных золотоизвлекательных предприятий. Разработана и продолжает совершенствоваться технология автоклавного вскрытия золотосодержащих концентратов для ОАО «Покровский рудник», входящего в группу компаний «Петропавловск». Для проведения пилотных испытаний в опытном цехе компании «Петропавловск» (г. Благовещенск) создана и запущена в эксплуатацию пилотная автоклавная установка, показанная на фотографии. В настоящее время испытания вступили в завершающую фазу. Одновременно ведется проектирование  крупного промышленного предприятия по переработке упорных золотосодержащих концентратов месторождений «Маломыр» и «Пионер». Проектом предусмотрены непрерывно действующие многокамерные автоклавы емкостью 100 м³. Пуск предприятия намечен на 2013 год.

Помимо решения прикладных задач НИЦ ведет также научную работу в области теории и практики гидрометаллургических процессов, результаты которой публикуются в статьях и материалах конференций.

Мы приглашаем к сотрудничеству производителей золота и цветных металлов, научные центры, учебные организации и надеемся, что наш опыт в разработке и освоении автоклавных процессов внесет вклад в развитие Российской промышленности.

Авторы:

Я.М. Шнеерсон, Генеральный директор НИЦ, д.т.н., профессор;

Л.В. Чугаев, зав. группой разработки автоклавных технологий, к.т.н.;

М.А. Плешков, вед. научн. сотр., к.х.н

Яков Михайлович Шнеерсон – генеральный директор ООО «НИЦ «Гидрометаллургия», д.т.н., профессор

Глобальный тренд в производстве никеля из окисленных (латеритных) руд современными технологиями автоклавного и кучного выщелачивания – поиск путей снижения капиталоемкости, себестоимости и расширения минерально-сырьевой базы кондиционных руд (не менее 1 % Ni).
На Урале и в северном Казахстане сосредоточены большие запасы окисленных силикатных руд (около 2 млн т по никелю) в мелких или бедных (0,5–1 % Ni) месторождениях, некондиционных для разработки современными технологиями.
Вместе с тем достаточно давно известна технология скважинного подземного выщелачивания (ПВ) металлов из руд на месте залегания, которая уже более 40 лет широко применяется для добычи урана во всем мире. Для технологии ПВ характерно снижение в 2–4 раза капитальных и эксплуатационных затрат. В России в настоящее время по технологии ПВ ведется промышленная добыча урана (ЗАО «Далур», Курганская обл.; ОАО «Хиагда», Республика Бурятия), меди (ОАО «Уралгидромедь», Свердловская обл.) и золота (ЗАО «Геопоиск», Свердловская обл.).
Для добычи никеля технология ПВ до сих пор не применяется из-за высокого удельного расхода кислоты и отсутствия эффективной схемы переработки продуктивных растворов.
Помощь ионообменных смол
Специалистами ГК «Голд» разработана и запатентована технология ПВ, позволяющая рентабельно добывать никель из бедных силикатных руд в виде 45–50 % концентрата высокой степени очистки от примесей с помощью ионообменных смол.
В 2008 году ГК «Голд» успешно провела опытные работы по ПВ никеля на Точильногорском месторождении (Свердловская обл., запасы Ni – 32,4 тыс. т, содержание – 0,56 %). В настоящее время идет проектирование опытно-промышленного предприятия ПВ производительностью по Ni1, 5 тыс. т/год.

Как это работает?
Принципиальная схема технологии добычи никеля методом подземного выщелачивания (ПВ) представлена на рис. 1. Рудные тела вскрываются сетью нагнетательных (закачных) и откачных скважин, пробуренных с поверхности, оборудованных полиэтиленовыми трубами и в рудной части – фильтрами. Раствор серной кислоты закачивается через закачные скважины в руду, фильтруется через нее с образованием продуктивных по никелю растворов, которые откачиваются через откачные скважины погружными насосами на поверхность и перерабатываются с помощью ионообменных смол в никелевые концентраты высокой степени очистки от примесей.

Рис. 1. Принципиальная схема ПВ никеля из бедных окисленных руд на месте залегания и извлечения его в очищенный концентрат с помощью ионообменных смол.
К природным критериям пригодности руд для отработки по технологии ПВ следует отнести: степень обводненности руд, их фильтрационные свойства, наличие непроницаемых водоупоров, минеральную форму соединений металлов, относительно легко вскрываемую растворителем и др. К технологическим критериям относятся: возможность применения недорогого селективного растворителя металла, наличие эффективной технологии переработки продуктивных растворов на поверхности, позволяющей извлекать металл в товарный продукт, очищать оборотные растворы от балластных примесей и возвращать их на выщелачивание, а также некоторые другие.

На рис. 2 показана диаграмма, характеризующая удельную капиталоемкость действующих и проектируемых предприятий по добыче никеля из окисленных руд современными технологиями автоклавного и кучного выщелачивания в сравнении с проектом нашего предприятия. Из сравнения следует, что капиталоемкость предприятия ПВ составляет 5–7 тыс. $ на 1 т Ni в год, что в 5–10 раз ниже капиталоемкости предприятий автоклавного и кучного выщелачивания никеля (22–55 тыс. $).
В табл. 1 приведены технико-экономические показатели этих же предприятий, откуда следует, что удельный расход серной кислоты при подземном выщелачивании (по технологии ГК «Голд») снижается в 2–3 раза, с 300–600 кг/т руды до 180–220 кг/т, энергозатраты – в 2–4 раза, с 7–14 МВт до 3–4 МВт на 1 т никеля в год.
При равной себестоимости получения никеля в концентрате (3,5–5,5 тыс. $/т) себестоимость 1 т конечного рафинированного никеля при добыче методом ПВ снижается с 5,2–7,0 тыс. $ до 4,0–5,0 тыс. $ за счет более глубокой ионообменной очистки. Глубину очистки характеризует соотношение СNi: ∑ Спримеси, которое в случае нашей технологии повышается с 7–20 до 200–500.

Тыс. $/т Ni в год

- кучное выщелачивание (HeapLeaching), – автоклавное выщелачивание (HPAL),- подземное выщелачивание ГК «Голд» (GoldMining)

Рис. 2. Капиталоемкость предприятий по добыче никеля из окисленных руд

Кондиционное содержание никеля в руде в результате уменьшается с 1–1,5 до 0,5 %, а потенциал кондиционных ресурсов окисленных (латеритных) руд увеличивается с 40–100 до 200 млн т никеля.
Эти показатели технологии ПВ явились следствием отсутствия высокозатратных переделов: вскрыши и добычи руды, ее транспортировки и измельчения. А также снижения расхода серной кислоты.
Меньшая степень извлечения никеля из руд при ПВ 70–80 %, с одной стороны, снижает конкурентную способность технологии ПВ при переработке богатых руд, но, с другой стороны, возможность рентабельной отработки бедных руд значительно ее повышает, где конкуренции технологии ПВ практически нет.
А ресурсная база месторождений может быть увеличена как минимум вдвое. Так, при детальной разведке Точильногорского месторождения под ПВ запасы никеля были увеличены с 11 тыс. т до 32 тыс. т за счет снижения балансового содержания никеля в рудах с 1,1 до 0,56 %, что дало практически тройной прирост ресурсной базы.
Эти обстоятельства и позволяют рентабельно разрабатывать малые и бедные месторождения никеля и значительно снижают экономические и технологические риски.

Таблица 1. Технико-экономические показатели переработки окисленных никелевых руд.

Показатели    Автоклавное выщелач. (HPAL)    Кучное выщелач. (HeapLeach)    Подземное выщелач. (InsituLeach) с сорбц. очисткой
Основные переделы:
– вскрышные работы и добыча руды
– транспортирование руды
– измельчение или дробление руды
– выщелачивание при повышенной температуре и давлении
– гидрометаллургическая переработка растворов
– бурение скважин

Капиталоемкость на 1 т Ni в год, тыс. $    37–55    22–26    5–7
Операционные затраты, на 1 т Ni в концентрате, тыс. $    3,5–5,5    3,5–5,5    3,5–5,5
Доля затрат на реагенты в себестоимости, %    20    30    50
Затраты на аффинаж на 1 т Ni, тыс. $    1,5–1,7    1,5–1,7    0,5–1,2
Себестоимость рафинированного никеля, тыс. $    5,2–7,0    5,2–7,0    4,0–5,0
Энергозатраты, на 1т Ni в год, МВт    12–14    7–8    3–4
Расход серной кислоты, кг/т руды    300–400    350–600    180–220
Степень извлечения Ni из руды в концентрат, %    90    75–80    70–80
Кондиционное содержание Ni в руде, не менее %    1,5    1,0    0,5
Рентабельная производительность, тыс. т Ni в год, не менее
20
20
1,5
Содержание Ni в концентрате, %    45–60    45–60    45–50
Соотношение СNi: ∑ Спримеси в концентрате    7–20:1    7–20:1    200–500:1
Потенциал кондиционных мировых ресурсов окисленных (латеритных) руд, млн т никеля

40–100

40–100

200
Примечание: Знак «+» обозначает наличие, знак «–» – отсутствие данного передела

В мире насчитывается 36 стран с выявленными ресурсами никеля. Исходя из опубликованных данных, их можно оценить в 300–305 млн т. Самыми крупными ресурсами обладают Австралия, Россия, Новая Каледония, Куба и Индонезия.
На долю латеритного никеля (в окисленных рудах) в мировых ресурсах приходится 72 % (216 млн т), сульфидного – 28 % (84 млн т). Из них балансовых запасов латеритного никеля (по категориям А+В+С1+С2) – не более 100 млн т (+ 62 млн т сульфидного), а подтвержденных по кондициям (А+В+С1) – не более 40 млн т (+18 млн т сульфидного).
В результате запасы бедных и забалансовых (некондиционных) руд могут составить не менее чем двукратный дополнительный прирост, еще как минимум 100 млн т латеритного никеля.
Но использование современных технологий (автоклавного и кучного выщелачивания) для бедных некондиционных руд (менее 1 % Ni) экономически нецелесообразно.

Мировая никелевая промышленность обеспечена подтвержденными запасами металла в сульфидных и окисленных рудах при текущей добыче около 1,5 млн т/год (сейчас на 2/3 из сульфидных руд) на 40 лет, хотя общих запасов хватит на 120 лет. Вместе с тем ежегодный мировой прирост производства никеля в товарных рудах и концентратах начиная с 1990 г. в среднем составляет 3,1 %. Даже при таких темпах увеличения добычи истощение рентабельных запасов произойдет значительно быстрее.
Рост спроса на никелевые продукты (в основном на производство нержавеющих сталей) составляет 4–5 % в год. То есть спрос опережает предложение. При современном осуществлении проектов мировое производство никеля в конечной продукции может возрасти с начала второго десятилетия XXI века с 1 500 до 2 000 тыс. т/год, причем более 2/3 этого объема будет производиться из руд латеритных месторождений. В результате к 2020 г. основной объем никеля будет производиться не из сульфидных, а из окисленных руд. Причем наращивание минерально-сырьевой базы никелевой промышленности мира ведет к диверсификации горнодобывающего и металлургического комплексов.

Без аналогов
Промышленное подземное выщелачивание никеля не имеет аналогов в мире, поэтому исходные данные для проектирования опытно-промышленных работ на Точильногорском месторождении и основные проектные решения в настоящее время проходят многократную проверку. В качестве методической основы для технологических исследований используются разработки, применяемые для ПВ урана, как наиболее полные и многократно подтвердившие свою эффективность. Согласно принятой методике, проектирование промышленного предприятия ПВ осуществляется на основе исходных данных, полученных по этапам:
– укрупненные лабораторные опыты по фильтрационному выщелачиванию и переработке продуктивных растворов никеля;
– натурные опытные работы по выщелачиванию в горнорудном массиве;
– опытно-промышленные работы на полигоне ПВ с переработкой растворов.
В настоящее время укрупненные лабораторные работы подтвердили возможность извлечения никеля из руд на уровне 70–80 % раствором серной кислоты при ее расходе от 30 до 50 кг на 1 кг никеля в зависимости от режима выщелачивания и содержания Ni в руде. По результатам лабораторных исследований нами были получены исходные данные для проведения натурных опытных работ и разработан технологический регламент на опытно-промышленную установку переработки продуктивных растворов ПВ по гидратно-сорбционной схеме с получением готовой продукции – основного карбоната никеля.
В ходе исследований установлено, что начиная с минимальной промышленной концентрации никеля в продуктивных растворах около 1 г/л достигается максимальная емкость (25 г/л) ионообменной смолы марки LеwatitTP 207 фирмы Lanxes, рекомендованной к использованию согласно регламенту.
В ходе выполнения работ нам впервые удалось разработать два инновационных решения, позволивших, на наш взгляд, сделать технологию ПВ никеля из бедных руд рентабельной.
Первое инновационное техническое решение– дифференцированный режим подземного выщелачивания руды раствором серной кислоты, позволяющий примерно в 2 раза сократить удельный расход кислоты с 300–400 до 180–220 кг/т руды при извлечении 70–80 % никеля из руд с содержанием 0,5–1,0 %. Данное решение значительно сокращает капитальные и операционные затраты (см. Патент РФ № 2 430 980 на «Способ извлечения никеля кучным или подземным выщелачиванием из силикатных руд», МПК С22В 23/00 от 10.10.2011 г. Приоритет 30.03 2010 г.).
Второе инновационное техническое решение связано с сорбционной переработкой продуктивных растворов ПВ никеля. Нами разработан регламент переработки продуктивных растворов по гидратно-сорбционной схеме с извлечением никеля на 97–98 % в концентрат, очищенный от примесей в процессе регенерации ионообменной смолы. Очистка осуществляется до уровня, позволяющего без дополнительного аффинажа концентрата использовать его непосредственно в получении электролитного и других видов рафинированного никеля. Соотношение в концентрате СNi: ∑Спримеси повышается от 7–20 до 200–500. Это решение существенно увеличивает товарную стоимость концентрата и снижает себестоимость получения конечного рафинированного продукта (см. Патент РФ № 2 430 981 на «Способ извлечения никеля из растворов и очистки от примесей», МПК С22В 23/00 от 10.10.2011 г. Приоритет 30.03 2010 г.).
Натурные опытные работы и проектирование опытно-промышленных работ проводились горнодобывающей компанией «Голд» в рамках Геологического задания на проведение разведочных работ в пределах Точильногорского месторождения силикатно-никелевых руд, выданного 03.08.2007 г. региональным агентством по недропользованию по Уральскому ФО на основании лицензии № СВЕ 02362 ТР, полученной ГК «Голд» 19.06.2007 г. на геологическое изучение, разведку и добычу силикатно-никелевых руд Точильногорского месторождения. Специалистами ГК «Голд» был разработан, а департаментом по недропользованию по УрФО 10.11.2007 г. согласован проект на проведение разведочных и оценочных работ на участке недр Точильногорского месторождения, имеющего статус горного отвода.
Целью опытных работ являлось технологическое опробование процесса подземного выщелачивания никеля из силикатных руд раствором серной кислоты в натурных условиях Точильногорского месторождения. Задачи опытных работ состояли в проверке и обосновании возможности проведения опытно-промышленных работ на месторождении по отработке его методом ПВ сернокислыми растворами. Основным показателем процесса служила возможность получения промышленных концентраций никеля (около 1 г/л) в откачных продуктивных растворах, а также динамика его извлечения в раствор в начальный период процесса ПВ в сравнении с укрупненными лабораторными опытами. Кроме того, задачей опытных работ было определение ориентировочного ореола растекания продуктивных растворов в недрах за контур опытной ячейки и изучение управляемости процесса растекания растворов при изменении параметров откачки и закачки.
Отдельно был проведен экологический двухскважинный (дуплетный) опыт вне зоны влияния опытной ячейки (на расстоянии около 100 м от нее) с целью определения миграционных параметров песчано-глинистой коры выветривания и скального субстрата и количественной оценки на этой основе влияния способа ПВ на подземные и поверхностные водные объекты.
По минеральному и химическому составу руды Точильногорского месторождения относятся к трем типам: окисленные, полуокисленные и слабоокисленные.
Окисленные руды приурочены к верхней части залежей и имеют подчиненное значение (8–10 % запасов). Им присуще полное замещение исходных минералов серпентинита оксидами и гидроксидами железа, кремнистыми образованиями, тальком и нонтронитом. Для их химического состава характерно повышенное содержание трехвалентного железа, кремнезема и низкое – магния. В гранулометрическом составе резко преобладают частицы алевритистой размерности.
В залегающих ниже полуокисленных рудах, являющихся основными на месторождении (85–90 % запасов), присутствуют как новообразованные (оксиды и гидроксиды железа, кремнистые образования, тальк, нонтронит, гарниерит), так и первичные, лишь гидратированные (антигорит), минералы. В химическом составе это выражается в примерно равном содержании трехвалентного железа и магния. По гранулометрическому составу руды представлены частицами песчано-глинистой и дресвяно-песчано-глинистой размерности. Содержание глинисто-алевритистых частиц изменяется от 30 до 50 %.
Слабо окисленные руды (3–5 % запасов) залегают в нижней части коры выветривания, в так называемой зоне выщелачивания. Гранулометрический состав руд преимущественно дресвяно-щебнистый и щебнистый, на отдельных участках с примесью глинисто-алевритистой фракции (до 10–30 %).
Глубина залегания подошвы залежей на месторождении изменяется в пределах 45–80 м, кровли – 22–33 м, мощность залежей – 22–48 м. Уровень грунтовых вод расположен в среднем на глубине 33 м.
На месторождении проведена детальная разведка. Для натурных опытных работ выбрана представительная опытная ячейка (рис. 3 и фото в Приложении 1) в форме квадрата 7,1 х 7,1 м, в углах которого оруденение вскрыто четырьмя закачными скважинами (№ 4, 5, 6, 7) и одной откачной скважиной в центре (№ 1). Откачная скважина вскрывает своей фильтровой частью весь рудный интервал (21 м), фильтры закачных скважин – 10 м верхней части оруденения, чтобы направить выщелачивающие растворы не только по простиранию руды, но и сверху вниз по мощности. За контуром ячейки сооружены две наблюдательные скважины: № 11н – на расстоянии 5 м и № 12н – на расстоянии 7 м от контура. Фильтры наблюдательных скважин вскрывают весь рудный интервал.
Опытной ячейкой вскрыты только два типа руд: окисленные (доля – 28 % общей массы) и полуокисленные (72 %), поскольку залегающие ниже слабоокисленные руды имеют (по данным расходометрии) аномально повышенную водопроводимость и, кроме того, их доля в запасах, как уже указывалось ранее, весьма невелика. Заключенные в контуре опытной ячейки 1 312 т горнорудной массы имеют среднее содержание никеля 0,74 %. Усредненный химический состав руд опытной ячейки приведен в табл. 2.

Таблица 2. Химический состав руд опытной ячейки, %

Компоненты    Окисленные руды    Полуокисленные руды
K2O    0,02    0,03
Na2O    0,03    0,04
SiO2    54,12    64,17
TiO2    0,04    0,07
Al2O3    1,32    2,49
Cr2O3    0,69    0,63
Fe2O3    29,99    12,39
FeO    0,48    0,53
CaO    0,44    0,33
MgO    3,73    9,55
MnO    0,70    0,36
Ni    0,79    0,73
Co    0,031    0,016
CO2    0,14    0,27
Cu    <0,05    <0,05
п.п.п.    7,24    8,19

Опыт проводился в замкнутом цикле оборотных растворов, без их переработки или сброса в недра за контур ячейки, что было продиктовано экологическими и экономическими соображениями. Опыт имел целью отработать только начальный период процесса ПВ – до получения промышленных концентраций никеля. Продолжение выщелачивания в замкнутом циркуляционном режиме без переработки растворов привело бы к искажению реальной динамики процесса и технико-экономических показателей из-за прогрессирующего накопления макропримесей (Fe, Mg и Al), мешающего извлечению никеля.
Вначале проводилась настройка оборотного цикла на грунтовой воде с балансом откачных и закачных растворов при подаче 2 м3/ч. При этом подземная вода откачивалась из откачной скважины № 1 погружным насосом 1 в буферную емкость 2 через щелевой расходомер 3. Из буферной емкости вода самотеком равномерно (по 0,5 м3/ч) распределялась по четырем закачным скважинам с помощью запорной арматуры и щелевых расходомеров. Работа на оборотной воде продолжалась в течение 2 суток. В это время проводилась настройка работы всего оборудования, отслеживались динамические уровни в скважинах, а также отбирались пробы грунтовой воды на химический анализ.
Исходными данными для технологического режима выщелачивания послужили результаты укрупненного лабораторного опробования рудных керновых проб (навески по 18–50 кг) в фильтрационном режиме выщелачивания. Наилучшие показатели получены при дифференцированном режиме выщелачивания руд растворами с концентрациейсерной кислоты в пределах 5–200 г/л и средней концентрацией за все время опыта 65 г/л. При извлечении никеля на 70–80 % из руды с исходным его содержанием 0,73 % расход кислоты составил 180–220 кг на 1 т руды, средняя концентрация никеля в растворах – 1,7 г/л, отношение Ж:Т – 3:1. Промышленные концентрации никеля в продуктивных растворах (1 г/л и выше) появляются при расходе кислоты 50–60 кг на 1 т руды через 14–16 суток. На опытной ячейке поддерживался режим выщелачивания, определенный лабораторными опытами.
После стабилизации оборотного цикла началась подача в выщелачивающий раствор серной кислоты. Серная кислота из сборника 4 дозировочным мембранным насосом 5 подавалась в щелевой расходомер 3, куда одновременно поступал раствор с откачной скважины с расходом 2 м3/ч. Дозировка серной кислоты настраивалась опытным путем и каждые два часа контролировалась анализом на кислотность на выходе из буферной емкости 2. Откачной раствор ежесуточно анализировался на содержание Ni, Mg, Fe с определением рН и кислотности. После доукрепления серной кислотой раствор равномерно распределялся по закачным скважинам.
Динамика извлечения никеля в раствор показала (рис. 4), что при расходе раствора 2 м3/ч (0,036 отношения Ж:Т в сутки) и средней концентрации серной кислоты в выщелачивающем растворе 65 г/л уже через 12 суток концентрация никеля в продуктивном растворе достигла 939 мг/л. Полученные данные на этот момент практически полностью соответствовали динамике извлечения никеля в укрупненных лабораторных опытах. Концентрация никеля в наблюдательной скважине № 11н на расстоянии 5 м от контура опытной ячейки выросла до 446 мг/л, на расстоянии 7 м – в скважине № 12н – изменения химического состава подземных вод на этот момент не обнаружено. Кратковременный переход (на 4 суток) на расход раствора 4 м3/ч (0,073 отношения Ж:Т в сутки) привел к увеличению контура растекания и разубоживания продуктивных растворов: в откачном растворе концентрация никеля постепенно снизилась до 801 мг/л, в 5 м от контура – до 264 мг/л, а в 7 м от него через 10 суток появились никель и магний в количестве 3,6 и 70 мг/л, соответственно.
Возврат к расходу 2 м3/ч постепенно (через 6 суток) привел к увеличению содержания никеля в откачном растворе до 1 074 мг/л. После прекращения подачи кислоты в течение последующих 10 суток концентрация никеля варьировалась в интервале 970–1 104 мг/л.
Поведение основных макропримесей (Fe и Mg) четко соответствовало изменению концентрации никеля в растворе. Эти данные свидетельствуют о хорошей управляемости процесса ПВ как с технологической точки зрения, так и с позиции экологического контроля и защиты окружающей среды вне лицензионной площади месторождения.
Другие показатели опытных работ также полностью соответствуют данным лабораторных опытов: при общем расходе серной кислоты 77 т и отношении Ж:Т = 1,02:1 удельный расход кислоты составил 57,3 кг на 1 т руды, а средняя ее концентрация в выщелачивающем растворе – 65 г/л. По предварительным подсчетам, с учетом законтурного растекания объем продуктивных растворов составил около 2 370 м3 со средней концентрацией никеля 750 г/ м3. В раствор переведено 1 777 кг никеля с извлечением его из руды на 18,3 %.
Для экологического опыта были выбраны две скважины (закачная и откачная), расположенные на расстоянии 14 м друг от друга и вскрывающие как песчано-глинистую кору, так и зону дезинтеграции, представленную дресвяно-щебнистыми отложениями. В качестве инертного индикатора использовался раствор NaС1 с концентрацией 2 г/л, в качестве активного реагента – раствор серной кислоты с концентрацией на различных этапах опыта от 5 до 10 г/л.
Опыт проводился с постоянным дебитом откачки-закачки, равным 0,4 л/с (1,44 м3/ч). Появление соли (хлоридов) зафиксировано в откачной скважине через 5 суток.
Фактическая скорость распространения инертных индикаторов в водоносном горизонте с учетом созданного гидродинамического градиента, равного 1,17, составила 3,28 м/сут. Скорость распространения рН-зависимых компонентов в 5–7 раз меньше.
При дуплетном опробовании зафиксировано снижение значения рН на 0,65 ед. (с 7,8 до 7,15) только на 22-е сутки опыта.
Способ ПВ не нарушает гидродинамический режим, на месторождении в целом объем откачки растворов равен объему закачки, поэтому растекание продуктивных растворов за пределами опытного полигона возникает за счет естественного гидродинамического градиента.
На Точильногорском месторождении из-за приводораздельного положения участка и большой зоны аэрации гидродинамический градиент в сторону р. Каменки составляет всего 0,008. При этом миграция консервативных компонентов (ион магния и сульфат-ион) по ленте тока за три года опытно-промышленных испытаний не превысит 30 м.
За счет высокой реагентоемкости пород за три года зона кислых вод сместится от края полигона вниз по потоку всего на 5–6 м.

Выводы
На основании результатов технологических и экологических опытов, проведенных в натурных условиях Точильногорского месторождения, можно сделать следующие выводы:
– при расстоянии пути фильтрации растворов по кратчайшим линиям тока – 5 м за 26–30 суток получены устойчивые промышленные концентрации никеля в продуктивных растворах на уровне 0,97–1,1 г/л;
– динамика извлечения никеля в раствор практически полностью соответствует аналогичной динамике в укрупненных лабораторных опытах в начальный период выщелачивания;
– ореол растекания продуктивных растворов за контур опытной ячейки при расходе 2 м3/ч не превышает 5 м;
– кратковременное увеличение расхода до 4 м3/ч показало практически пропорциональное разбавление законтурных растворов и распространение ореола растекания до 7 м;
– возврат к исходному расходу вернул ореол растекания в прежние границы, что свидетельствует о хорошей управляемости процесса ПВ с точки зрения экологического контроля и защиты окружающей среды вне лицензионной площади месторождения;
– благодаря высокой кислотоемкости руд и вмещающих пород нейтрализация кислых продуктивных растворов в недрах происходит уже на расстоянии до 6 м от закачных скважин;
– скорость распространения консервативных элементов (ионы магния и сульфат-ионы) составит всего 0,026 м/сут, поэтому их распространение по ленте тока за время опытно-промышленных работ (три года) не превысит 30 м;
– по регламентируемой схеме передела продуктивных растворов с образованием гипсогидратов, содержащих большое количество воды, работа полигона ПВ в период работы цеха переработки будет протекать с дебалансом растворов в сторону откачки, поэтому растекание в недрах экологически вредных элементов в сторону нелицензионной площади месторождения полностью исключается.
Результаты опытных работ на полигоне ПВ и разработанная авторами в укрупненных лабораторных условиях технологическая гидратно-сорбционная схема переработки продуктивных растворов ПВ с выделением концентрата никеля (не менее 45 %) могут послужить основой строительства цеха переработки и перехода к полному комплексу опытно-промышленных работ с получением 1 500 т никеля в год. Себестоимость 1 т никеля ориентировочно составит 3,5–5,5 тыс. $, что является высокорентабельным показателем даже в условиях резкого снижения мировой цены на никель.

Приложения: Приложение 1. Фото опытной установки

Авторы: генеральный директор, канд. экон. наук  В.В. Свиблов, финансовый директор А.В. Черкасских, технический директор В.Ю. Смышляев, главный технолог,  канд. техн. наук    В.А. Гуров, ведущий инженер гидрогеолог   В.С. Тагильцев,  ведущий инженер технолог Г.С. Гребнев

Ссылки на источники: см. монографию Л. В. Игревской «Тенденции развития никелевой промышленности: мир и Россия» – М., Научный мир, 2009 г., а также обзорные статьи в Интернете на сайте ИАЦ «Минерал» за 2000–2011 гг. URL: http://www.mineral.ru.

Система управления данными GBIS компании Micromine обеспечивает сбор, проверку и хранение данных, получаемых из разных источников. Продукты и решения системы GBIS были разработаны и созданы специально для горнодобывающей отрасли. Вне зависимости от размеров компании, ее информационно-технического обеспечения и разнообразия геологических проектов, соответствующее решение может быть адаптировано к потребностям клиента.

• Надежность и сохранность Ваших данных.
• Структурированность и доступность информации.
• Совместимость с ГИС, программными продуктами по моделированию, полная совместимость с Micromine.
• Стандартизированные процессы по управлению данными.
• Гибкость системы и взаимодействие с различными базами данных (MS SQL, Access, Oracle, Paradox)
• Настраиваемые политики безопасности и конфигурируемые профили пользователей.
• Удобные правила хранения и проверки данных.
• Специализированные модули работы с лабораторией и скважинными данными.
• Удобные системы создания текстовых и графических отчетов.
• Постоянные обновления и дополнения системы, учитывающие пожелания наших клиентов.

Система GBIS позволяет пользователю, с любым уровнем технической грамотности, быстро и удобно работать с имеющейся базой геолого – геофизических данных.

Наши специалисты всегда помогут и подскажут Вам, как использовать систему исходя из возможностей и потребностей Вашей компании.

В настоящее время компания Micromine предлагает систему GBIS версии 7.8, в начале 2011 года ожидается выход GBIS 8.0! Новая версия GBIS обладает дополнительным функционалом и новыми политиками безопасности – для большей сохранности и доступности Ваших данных!

Для получения дополнительной информации о продуктах компании Micromine,

пожалуйста, звоните в наши представительства в России:

г. Москва                   +7 (495) 665-46-55

г. Красноярск            +7 (391) 228-85-59

г. Чита                        +7 (3022) 28-26-36

Или посетите наш сайт – www.ru.micromine.com

Практика работы «Красноярской буровой компании» показала, что повышение эффективности буровых работ возможно при существенном снижении времени сооружения геологоразведочных и технологических скважин.

Вместе с тем, получить существенный прирост скорости бурения, используя традиционные технологии, достаточно сложно. Только использование новых, нетрадиционных технологий позволяет получить увеличение производительности не на несколько процентов, а в несколько раз.

Один из ярких примеров решения традиционных технических задач при помощи применения новых технологических приемов является использование мощных пневмоударников в сочетании с газожидкостными системами очистки для сооружения водозаборных скважин большого диаметра и глубины.

Традиционные способы бурения скважин большого диаметра, в крепких породах, используют вращательный способ бурения роторными буровыми установками большой мощности. В качестве породоразрушающего инструмента используются, как правило, шарошечные долота.

Такая технология не позволяет получить высокой производительности, особенно, на начальном этапе бурения, когда глубина скважины мала, и нет возможности обеспечить высокую нагрузку на породоразрушающий инструмент. Бурение крепких пород, кроме малой производительности, сопровождается быстрым износом инструмента, что приводит к удорожанию сооружение таких скважин. Нередки случаи искривления и разработки ствола скважины на начальных интервалах, что затрудняет в дальнейшем спуск обсадных колонн и их закрепление.

Использование для сооружения таких скважин ударно-вращательного бурения позволяет успешно решать большинство обозначенных проблем.

Погружные пневмоударники в целом всегда обеспечивают более высокую производительность бурения, особенно в крепких породах, за счет более высокой механической скорости бурения. В скважинах большого диаметра увеличение производительности еще более заметно.

Породоразрушающий инструмент пневмоударных машин обеспечивает более длительный срок службы. Ресурс некоторых долот может достигать 14000 часов при работе в породах средней твердости.

Пневмоударные комплексы не требуют,  для обеспечения высокой производительности,  ни высоких частот вращения, ни больших осевых нагрузок, это позволяет использовать для бурения глубоких скважин большого диаметра сравнительно легкие установки средней мощности.

В результате использования минимальной осевой нагрузки отклонение и разработка ствола скважины крайне незначительны, снижению искривления способствует так же специальная форма породоразрушающего инструмента, в виде обратного конуса.

Использование мощных пневмоударных машин открывает реальные возможности сооружения технических, гидрогеологических и специальных скважин большого диаметра в чрезвычайно короткие сроки.

Для обеспечения успешной работы пневмоударного комплекса  технологической группе ЗАО «Красноярская буровая компания» пришлось решить несколько технических и организационных задач.

Первое необходимое условие – наличие высокопроизводительного компрессора обеспечивающего давление не менее 25бар.

Давление воздуха является основной движущей силой в работе пневмоударной машины. Именно давление воздуха определяет энергию и частоту ударов. Высокая производительность компрессора обеспечивает поддержание необходимого давления на большой глубине, и вынос разрушенного шлама через кольцевое пространство.

Для обеспечения любых режимов работы пневмоударных машин в компании используется винтовой компрессор фирмы AtlasCopco XRXS 567, который обеспечивает давление воздуха не менее 30 бар при производительности 35 м3/мин.

Еще одной важной технологической задачей является удаление продуктов разрушение с глубины более 200м. При работе пневмоударника размер частиц шлама может достигать 5-7 мм и более. Количество шлама очень велико, так как  диаметр скважины большой и забой разрушается полностью.

Вынести такое количество крупного шлама традиционным методом, восходящим потоком  воздуха, с глубины более 100м практически невозможно. В задачи технологической группы входило обеспечение надежной очистки забоя при бурении на глубинах более 250м. Технологическая ситуация осложнялась наличием очень большого зазора между стенками скважины и колонной бурильных труб. Это приводило к снижению скорости воздушного потока и потере выносной способности.

Решение проблемы было найдено при содействии специалистов кафедры Технологии и техники разведки Института горного дела геологии и геотехнологий Сибирского Федерального университета. Для удаления большого количества шлама с большой глубины предложено было использовать газожидкостные смеси (ГЖС) или пены.

Пены, в качестве очистного агента, обладают рядом очень ценных свойств. Выносная способность газожидкостных смесей очень велика и не требует высоких скоростей восходящего потока. Это позволяет выносить крупные частицы шлама с очень большой глубины, в несколько сотен метров.

Пены, в отличие от жидкостей, не оказывают гидростатического давления на забой, и порода, не испытывающая сжатия, разрушается эффективнее. Поверхностно-активные вещества входящие в состав ГЖС дополнительно способствуют разрушению забоя.

Слой пены образует упругую амортизирующую среду, заполняющую все кольцевое пространство скважины. Это существенно снижает вибрации и ударные нагрузки, возникающие в бурильной колонне при работе пневмоударной машины. Газожидкостные смеси обладают хорошими смазывающими способностями, снижают трение о стенки скважины и износ бурового снаряда.

Еще одним важным достоинством является экологическая безопасность применения пенной очистки. ГЖС содержат минимум химических реагентов, в концентрациях совершенно безопасных для окружающей среды. Кроме того, пены легко разрушаются, не оставляя после использования никаких химических загрязнений.

Третьей важной задачей, решенной технологической группой, являлось создание высокоэффективного пеногенератора.  Для её решения было сконструировано, а технической базой ЗАО «КБК» изготовлено и испытано, оригинальное устройство, обеспечивающее генерацию пены с производительностью до 35 м3/мин. Пеногенератор представляет собой автономный передвижной комплекс с электрическим приводом, легко подключаемый к буровым установкам любого типа. В конструкции пеногенератора кроме транспортной базы и емкости для раствора ПАВ имеются: дозировочный насос, для регулируемой подачи пенообразователя, узел пенообразователя, где происходит образование ГЖС, и узел смазки пневмоударника, используемый при работе на чистом воздухе без пены.

Благодаря такой конструкции, пеногенератор, путем несложных переключений, может обеспечивать, в процессе бурения одной скважины, промывку жидкостью, продувку воздухом, или работу с ГЖС любой концентрации.

Завершилось формирование технологического комплекса для бурения с пеной выбором наиболее оптимальной пневмоударной машины.

Технологической группой были проанализированы конструкции и технические характеристики ряда отечественных и импортных пневмоударных машин и возможность применения их совместно с имеющимся оборудованием и буровым снарядом.

В итоге были выбраны два пневмоударника фирмы Atlas Copco. Для бурения скважин диаметром до 152мм использовался пневмоударник COP 54, для бурения скважин диаметром до 311мм более мощный TD90.

Эксплуатация комплекса на нескольких объектах в течении лета 2010г показала правильность всех принятых решений.

Скорость бурения при проведении скважины диаметром 311мм в породах средней крепости и крепких достигала 16-18 м\ч. Исключая вспомогательные работы, скважина диаметром 311мм глубиной 200м была пройдена в течении 2-3 смен. Износ инструмента и расход материалов для приготовления промывочной жидкости были минимальны. Наиболее высокая производительность была получена в крепких скальных породах (известняках, сланцах, песчаниках).

В целом, можно сказать, что опыт применения  пневмоударных машин большой мощности в сочетании с промывкой ГЖС оказался очень удачным.

Геолого-геофизические базы данных, актуальность и современные проблемы.

При проведении, всех этапов, геологоразведочных и горно-добычных работ, для повышения их эффективности и минимализации возможных ошибок, высокую важность имеет вопрос качества и сохранности геолого-геофизической информации.

В настоящее время, в России, всё больше компаний обращают внимания на проблему создания баз, качественных, геолого-геофизических данных. Решение задач создания геологических моделей, моделирования рудника, подсчета запасов, аудита выполненных работ и других, представляется затруднительным, в отсутствии единой, целостной и легко доступной, для всех подразделений компании, базы данных.

Действительно, компании – недропользователи, консалтинговые и аудиторские фирмы, часто сталкиваются с вопросами о качестве и достоверности используемой геологической информации. Кроме того, этот аспект приобретает серьезную значимость, при работе с зарубежными клиентами и партнерами, которые уделяют ему большое внимание.

Важность создания актуальной и целостной базы геолого-геофизической информации, можно объяснить следующими факторами, улучшения производственного процесса: повышением общего качества работ, снижением временных и трудозатрат, облегчением рабочего цикла, «прозрачностью» проводимых работ, повышением оперативности принятия решений и т.д.

Каковы же явные экономические проблемы, связанные с ошибками в первичной геологической информации? Ответ на этот вопрос прост, достаточно лишь подсчитать, во сколько обходится проведение вторичных и заверочных работ, при утере или недостаточном качестве первичных данных. Подсчет финансовых затрат при ошибках, обнаруженных, после построения геологических моделей, проведения подсчета запасов и т.п., демонстрирует действительную актуальность и значимость, рассматриваемого вопроса.

Таки образом, в современных условиях развивающегося рынка, большого количества конкурентных предложений, и необходимости повышения уровня работ – вопрос о используемой первичной геолого-геофизической информации оказывается весьма весомым.

Принципы качества

Главными принципами создания высокоинформативной и качественной базы геолого-геофизических данных являются синхронизированность, доступность, актуальность и безопасность. Одним из широко используемых программных продуктов, для создания и управления базами геолого-геофизических данных, является система GBIS, от австралийской компании Micromine. Компания Micromine мировой лидер в производстве программного обеспечения, для предприятий геологоразведочного и горнодобывающего профилей, предлагает своим клиентам и партнерам, высококачественные и современные решения, для всех этапов геологоразведочных, горнодобычных и эксплуатационных работ.

GBIS – первая помощь

Система GBIS призвана помочь специалистам при документации исходной информации, создании и управлении базой геолого-геофизических данных, экспорте информации, создании графических и текстовых отчетов и т.д.

GBIS – является системой управления базами данных (СУБД) снабженной удобными модулями занесения и просмотра данных их проверки и анализа, создания отчетности и работы с лабораторией.

Структура системы, представляет собой, набор стандартных таблиц, связанных между собой по ключевым полям. Администратор базы может удалять и добавлять как таблицы, так и столбцы в них, исходя из решаемых задач. Такая структура обладает двумя явными преимуществами – целостностью данных и их доступностью. Таким образом, GBIS позволяет создавать единую централизованную базу данных, обладающую легкими возможностями обращения к данным.

Занесения первичных данных в систему можно производить как вручную, так и импортируя информацию из имеющихся файлов, стандартных форматов (*.txt, *.csv, *.xls, *.dat и др.). Подготовленные заранее стандартные таблицы помогают хранить информацию в единой форме, вне зависимости от того, какое количество специалистов занимается её занесением.

Уже на стадиях занесения и импорта данных происходит проверка наличия возможных ошибок, при этом система предупреждает пользователя об обнаруженных несоответствиях. После занесения данных при помощи созданных ранее запросов пользователь имеет возможность проводить более точную проверку и анализ данных. Это позволяет не только оперативно находить и исправлять ошибки, но и выявлять проблемные места в процессе работ и документации.

Одной из главных особенностей системы являются настройки доступа, обеспечивающие безопасность и сохранность данных. Каждый пользователь может быть наделен определенными правами и функциональными возможностями, что позволяет не путаться в количестве данных, не используемых в работе, конкретным пользователем.

Эти функции позволяют соблюдать главные требования, предъявляемые к базам геолого-геофизических данных – единство, целостность, актуальность и безопасность.

Возможности обработки данных включают в себя построение планов и разрезов, пересчет координат, «сбивку» разрезов по глубине, определение композитного состава, создание текстовых и графических отчетов (в том числе стратиграфических колонок, планшетов с различными наборами данных сведенными на одном листе, планов инклинометрии и визуализацию данных ГИС), статистическую обработку данных, построение графиков и диаграмм, экспорт данных во все популярные форматы. Удобной представляется, возможность создания типовых форм отчетности, для их последующего использования, таким образом, время между занесением данных в систему, их проверкой и получением отчета минимизируется.

Решение GBIS позволяет, в том числе, удобно работать с данными связанными с отбором, подготовкой и обработкой проб, получением результатов и статистического анализа, а так же данными, по угольным проектам.

GBIS взаимодействует со всеми известными продуктами, для хранения баз данных, такими как Microsoft SQL, Oracle, Microsoft Access, Paradox и другие. Данные легко экспортируемы во  все популярные форматы и импортируются в горно-геологические информационные системы. Связка программ GBIS – Micromine, позволяет полностью обеспечить все стадии геологоразведочных работ, от этапа занесения первичной информации до построения геологических моделей, подсчета запасов и создания виртуальной модели рудника.

Система легко адаптируется и настраивается под задачи любой компании, будь то крупный недропользователь или небольшая консалтинговая группа.

В современных условиях, повышение качества работ зависит от большого количества факторов, но наиболее значимыми являются проблемы связанные с первичной информацией, даже незначительные ошибки в которой, приводят к серьезным последствиям. Специалисты выделяют рост интереса к рассматриваемому вопросу и способам его решения. Основные пути решения видятся в применение высокотехнологичных средств, позволяющих пользователю легко и быстро, проводить операции с информацией. Программный продукт GBIS, успешно используется как в России, так и во всем мире и позволяет успешно решать производственные задачи, связанные с хранением, обработкой, передачей  геолого-геофизической информации и созданием связанной с ней отчетности.