Наталья Демшина
Необычным, нетипичным и уникальным назвали участники специализированный семинар «Современные приборы и технологии экспрессного определения минерального и элементного состава руд в забое рудников и в рудопотоке». Мероприятие состоялось 30–31 марта 2023 года в Красноярске.
Организаторы — Сибирский федеральный университет и «Норникель» — собрали вместе ученых, разработчиков оборудования, представителей своей и других горнодобывающих компаний. Более 50 человек: все места в аудитории СФУ были заняты. Выступления докладчиков транслировались на интернет-платформе «Геовебинар». Ведь тема — одна из самых актуальных для российской горнодобывающей промышленности.
Вопрос экспресс-анализа руды в процессе добычи и транспортировки — базовый в развитии инновационного направления Геометаллургии. «Норникель» уже несколько лет занимается разработкой новой оптимизированной модели организации производства. В ее основе — объединение геологии, горного дела и металлургического передела в одной цепочке для того, чтобы формировать заказ от металлургов к фабрике, от фабрики в сторону горного производства и возможностей месторождения. И, в конечном счете, повысить производительность обогащения и увеличить извлечение металлов.
Сложнейшая системная проблема качества
«Для прогнозирования качества металлургического передела необходимо иметь надежный прогноз по качеству концентрата обогатительной фабрики. Задачи, которые стоят перед металлургами, можно решить, только если научиться управлять рудопотоком на обогатительную фабрику», — объясняет Андрей Гриценко, директор программы трансформации системы управления минерально-сырьевого комплекса Норильского дивизиона «Норникеля».
Чтобы эффективно решать задачи Геометаллургии, требуется полная картина качества сырья на протяжении всей технологической цепочки: от горной выработки до конечных продуктов металлургического передела.
«Сейчас идея внедрения модели Геометаллургии в «Норильском никеле» только становится проектом, — говорит Вадим Божко, руководитель Проектного офиса реорганизации системы управления производством Заполярного филиала «Норникеля». — И этот семинар помог объединить все передовые мысли и технологии, которые есть сейчас в России. В частности, по одному из элементов программы Геометаллургии — анализу качества рудопотока. Сложнейшая, как оказалось, проблема. Она не решена в мире в принципе. Есть теоретические наработки: наши, российские. И аппаратная база по большей части российская. Но она пока не приспособлена для решения такого спектра задач. Этот семинар позволил объединить в одном блоке, в одном помещении научную, теоретическую и инженерную мысль. И, таким образом, дать импульс развитию этой темы».
Рудник — фабрика — завод
За рубежом о Геометаллургии заговорили около шести лет назад. Столкнувшись со значительным снижением содержания полезных компонентов в руде раньше российских горнодобытчиков, недропользователи других стран задумались о прогнозировании качества концентрата. Некоторые компании уже заметно продвинулись в этом направлении.
В России «Норникель» включился в разработку геометаллургической модели производства одним из первых. Как говорится, жизнь заставила. В Заполярном филиале компании добывается 12 технологических сортов руды. Нужно таким образом поставить их на фабрику, чтобы процесс дальнейшего обогащения и извлечения металлов был оптимальным.
«Обогатительная фабрика питается рудой, разной по физико-механическим свойствам. Например, по измельчаемости различия составляют два и более раза. И если мы не сделаем то, что делаем сейчас, то можем в некоторые моменты не достичь нужной производительности фабрики», — объясняет Виталий Иванов, главный обогатитель «Норникеля».
«В прошлом году коллектив нашего института провел большую работу по аудиту минерально-сырьевого комплекса Заполярного филиала, в том числе влиянию различных сортов руд на показатели извлечения, — продолжает Владимир Макаров, д. г.-м. н., профессор, заведующий кафедрой геологии месторождений и методики разведки ФГАОУ ВО «СФУ». — Теперь нужно решить задачу, как оптимально выстраивать годовой календарный график горных работ с учетом технологической сортности. Как шихтовать и в какой последовательности подавать на обогатительную фабрику. От стабильности подачи сортов руды в определенном составе напрямую зависит качество концентрата. А это влияет на качество работы металлургического завода. В целом это и есть основная задача Геометаллургии, когда, помимо стоимости металлов в руде, транслируются затраты, связанные с ее добычей и переработкой. То есть уже в забое нужно понимать, сколько в денежном выражении принесет блок определенного сорта руды. И эта ценность формируется из суммы затрат на добычу, транспортировку, дробление и другие операции».
«Мы стремимся уйти от объемного календарного планирования, где возможны потери или неточности. И прийти к модели Геометаллургии», — подчеркивает Андрей Гриценко.
Идеи витают в воздухе
Посмотреть, что сегодня есть на рынке для определения качества и сортности руды в рудопотоке, предложили сотрудники Института цветных металлов СФУ. «Идея состояла в том, чтобы понять, какие существующие аппаратно-программные и аналитические комплексы позволяют определять свойства руды в режиме реального времени, — рассказывает Владимир Макаров. — А для этого — пригласить разработчиков, работающих в этой области, и потребителей, которым требуется такое аналитическое оборудование».
На семинар в Красноярске, кроме представителей «Норникеля», приехали специалисты золотодобывающей компании «Полюс», для которой вопрос управления рудопотоком тоже актуален. Присутствовали и выступали с докладами представители научно-исследовательских и производственных компаний.
«Нас пригласили, чтобы представить информативные современные методы, которые позволяют решить задачу определения состава руды в потоке, — говорит Арсений Трушин, директор компании «Техноаналитприбор». — Мы уже несколько лет сотрудничаем с «Норильским никелем». И я знаю, что на Талнахской фабрике сейчас стоит очень сложная задача определения элементного состава руды в крупных кусках, идущих на тяжелых конвейерах. Требуется учесть очень много моментов, которые влияют на точность и представительность результатов анализа. В воздухе давно витает мысль консолидировать усилия разработчиков такого оборудования, хотя бы в научном плане. И семинар как раз направлен на такую диффузию наработок, научных достижений, обмен мнениями».
Проекты и решения
30 марта участники семинара прослушали 15 докладов, из них два — в онлайн-режиме.
Первый докладчик, Виктор Брагин, д. т. н., профессор, заведующий кафедрой обогащения полезных ископаемых СФУ, представил обзор сортовой классификации руд месторождений Норильского рудного района, подготовленный сотрудниками института «Гипроникель». Рассказал, какие существуют проблемы и возможности в плане идентификации технологических сортов руды в забое и в процессе транспортировки.
По мнению докладчика, чтобы разрабатывать оборудование и методики сортовой идентификации, требуется создать эталонные пробы разных технологических сортов.
Николай Симонов, представитель «Норникеля», рассказал о проекте «Цифровой керн». Фотодокументация керна скважин и нейросетевые решения распознавания типов пород и руд, уверен докладчик, помогут повысить объективность геологической документации и точность геологических моделей рудных тел.
Андрей Гриценко в своем докладе озвучил промежуточные итоги реализации проекта «Горное производство — автоматизированный пробоотбор» (ГП-АПР). И подчеркнул, что его цели и задачи необходимо корректировать, учитывая появление новых технических средств для потокового химического и минералогического анализа руд, а также точек их размещения на трактах рудников.
Сергей Бигуняк (ЗФ «Норникеля») отметил, что в 2022 году компания завершила создание блочных моделей технологических сортов руд на месторождениях Заполярного филиала. А также познакомил участников с тем, какие геолого-геохимические индикаторы технологических сортов руд и технологии отображения сортов в них применяются. Компания планирует учитывать блочные модели при организации системы управления рудопотоком в концепции Геометаллургии.
Что предлагает рынок?
Компании — разработчики и производители аналитического оборудования представили свои разработки. В докладе представителя компании ООО «Термо Техно Инжиниринг» был дан масштабный обзор автоматизированных систем аналитического контроля для горнодобывающей отрасли и металлургии. Рассказывалось об опыте их применения в России. Приводились примеры монтажа аналитических систем на предприятиях горно-металлургического комплекса, в том числе «Норникеля».
Представитель ООО «Техноросс» подчеркнул, что потоковые анализаторы (РКС на основе РФА) при условии калибровки за один и тот же отрезок времени способны давать более достоверные сведения о качестве руды, чем дискретный отбор частных проб.
Компания «Техноаналитприбор» поделилась опытом анализа сыпучих, твердых, пульпообразных материалов на массовые доли элементов (от серы до урана) с помощью поточных цифровых анализаторов АРП-1/2 Ц.
Николай Михайловский из ООО «НТР» выступил с докладом о возможностях применения компьютерного зрения для анализа гранулометрического состава руды, в том числе при измерении в потоке.
Евгений Барабошкин, представитель «Диджитал Петролеум», познакомил с возможностями машинного обучения в определении объемного минерального состава и в технологии автоматического описания керна. А компания DFMC из КНР рассказала об опыте эксплуатации поточных анализаторов химического состава руды на основе нейтронно-активационного анализа. Источником нейтронов в них служит изотоп «Калифорния 252».
После выступлений состоялась двухчасовая дискуссия, в результате которой были сформированы предложения. Например, о проведении сортовой классификации руд Заполярного филиала «Норникеля» с целью ее упрощения. А также о согласовании методики отбора представительных эталонных проб технологических сортов и постановке работ по развернутому изучению их элементного и минерального состава, и так далее.
На второй день семинара участники посетили научно-технологический R&D Центр-лабораторию «Норникеля» и СФУ.
Продолжение следует
Семинар в Красноярске — не последний, который СФУ и «Норникель» намерены провести в рамках разработки и реализации модели Геометаллургии в Заполярном филиале компании. Эта работа будет продолжаться до тех пор, пока не появятся готовые инженерные решения, позволяющие анализировать состав руды непосредственно в потоке.
«Спектр задач для создания модели Геометаллургии настолько широк, что силами только одной нашей компании решить их невозможно, — говорит Вадим Божко. — Поэтому мы будем привлекать и уже привлекаем к этой работе, с одной стороны, научное сообщество, с другой — практиков, разработчиков и производителей оборудования. С учетом текущей ситуации предпочтение будет отдаваться российским компаниям».
— Прогнозировать сроки реализации проекта Геометаллургии в «Норильском никеле» пока сложно. Проект еще в стадии проработки и не является инвестиционным. Но мы понимаем, что за 3–5 лет должны четко сформировать концепцию и реализовать большую часть нововведений.
Предстоит создать сложную многослойную модель. Базовый слой — научные идеи, перерастающие в новые технологии. Затем система управления производством и персоналом с соответствующими компетенциями. Сверху — производственно-экономическая модель: мы должны понимать, сколько все это стоит и какую прибыль мы получим в конце. Все слои пронизываются идеями безопасности (производственной, промышленной, экологической). И «вишенка на торте» — автоматизация и искусственный интеллект.
— Для реализации модели Геометаллургии мы должны знать, как сырье перемешивается в процессе добычи — от очистного забоя до обогатительной фабрики. Задача этого семинара — показать инструментарий для экспрессного определения качества руды: в керне скважин, в очистном забое, в транспортных емкостях, на конвейерных лентах и, собственно, на фабрике — в бункерах и на рудных складах. Если мы это знаем, то можем формировать качественный рудопоток и прогнозировать, какой конечный продукт (концентрат) будет на выходе.
— Создание системы управления рудопотоком позволит нам не только прогнозировать качественные параметры руды и концентрата. А в первую очередь поможет нам решить базовую системную проблему качества конечной продукции через управление рудопотоком за счет понимания, что есть в каждом блоке руды. И это можно сделать в рамках концепции Геометаллургии. Она дает возможность оценить эффект для всей технологической цепочки.
Фактически мы называем это новой производственной экономикой 3.0. Сейчас такое рабочее название. Потому что в процесс вовлечен уже не только Заполярный филиал, но и наша Кольская горно-металлургическая компания в Мончегорске.
Виталий Иванов, главный обогатитель «Норникеля»:
— Фабрика — связующее звено между металлургами и горняками. Металлургический передел — ключевой во всей производственной цепочке. И его нужно обеспечивать сырьем заданного качества.
Однако формировать заказ от фабрики в сторону горы, исходя из текущей конфигурации производства, невозможно, не реализовав управление рудопотоком. Производительность печи можно повысить, только обеспечив фабрику концентратом повышенного качества. А для этого требуется адресовать запрос сквозным образом к горе.
— Коллегам из «Норникеля» удалось собрать на одной площадке конкурирующие организации, которые делились своими технологиями и наработками. Получился интересный срез. Ситуация уникальная для отрасли.
Такой треугольник: представители заказчика, представители фирм-разработчиков и научное сообщество. Очень интересный и, на мой взгляд, продуктивный формат.
Мне было очень интересно послушать выступления коллег из СФУ, которым принадлежит идея создания концепции управления рудопотоком. Интересно понять ход их мыслей, идею и основу рассуждений, проследить, как они двигались в этой работе.
