Кулмухамедов Г. К., Лигай А. Б., ТОО «Северный Катпар»
Верхне-Кайрактинское месторождение вольфрама открыто советскими геологами в 1945 году. Месторождение входит в тройку крупнейших вольфрамовых месторождений мира с запасами 1 100 000 т WO3. В 80-е годы прошлого века планировалось строительство на его базе горно-металлургического комбината производительностью по руде 30 млн т/год.
Освоение месторождения осложнялось низким содержанием вольфрама в руде (0,12–0,14 % WO3). Одним из технических решений для улучшения показателей проекта было введение в технологическую схему переработки руды операции предварительного обогащения.
После приобретения Национальной горнорудной компанией «Тау-Кен Самрук» в 2016 году прав на совмещенную разведку и добычу вольфрам-молибденовых руд Верхне-Кайрактинского месторождения началась разработка технологии обогащения, которая включала, среди прочих стадий, выбор оптимального метода предварительного обогащения. Было принято решение испытать все известные методы рентгеновской сепарации.
Первая стадия исследований предусматривала испытание рентгенолюминесцентной, рентгенорадиометрической и рентгено-абсорбционной сепарации. Испытания первого метода проводились на базе НПО «Буревестник» (Санкт-Петербург), второго метода — на базе ОАО «Институт Иргиредмет» (Иркутск), третьего метода — на базе ТОО «Тране Текникк», полномочного представителя компании «Томра Сортинг» на постсоветском пространстве. Все три организации являются первопроходцами в разработке соответствующих технологий сепарации вольфрамовых руд. Для объективности сравнения результатов все три испытания проводились на одной партии руды.
Предварительное технико-экономическое сравнение различных сценариев обогащения показало, что оптимальный подход состоит в максимальном извлечении вольфрама в предварительный концентрат, содержащий вольфрам в количестве, позволяющем, согласно практике работы китайских производителей концентратов, экономично перерабатывать его флотационным методом (0,18–0,2 % WO3). Исследования ставили целью определить метод, позволяющий максимально извлечь вольфрам в обогащенный продукт указанного выше состава. Расчеты показали, что для получения требуемого концентрата из руды с исходным содержанием 0,12–0,15 % WO3 содержание вольфрама в хвостах сепарации должно быть на уровне 0,02–0,035 % WO3.
В ходе исследований выяснилось, что из-за природных особенностей исследуемой руды (химический и минеральный состав, текстурно-структурные характеристики) наилучшие результаты получаются при использовании рентгено-абсорбционной технологии.
В силу наличия наряду с крупными зернами шеелита также и мелких, слабо светящихся зерен потери вольфрама с хвостами люминесцентной сепарации оказались выше, чем для двух других методов.
Вследствие низкого содержания вольфрама лабораторный рентгенорадиометрический сепаратор не смог обеспечить требуемого уровня содержания вольфрама в хвостах. Из-за низкого содержания вольфрама и малого размера кремниевого детектора аппарат не успевал за время пролета куска через область детектирования зафиксировать должное число импульсов характеристического излучения вольфрама, что сказалось на качестве сепарации.
XRT-аппарат фирмы ТОМRА обеспечил лучшие результаты относительно двух других методов. В случае с кайрактинской рудой в его пользу сыграли все его преимущества перед соперниками: высокая рентгеновская плотность вольфрама, обеспечившая контраст на фоне породных элементов, полное просвечивание рудного куска, позволившее обнаруживать отдельные зерна минералов вольфрама внутри куска, а также успехи программистов в технологии искусственного интеллекта и машинного обучения, приведшие к разработке программы распознавания минералов вольфрама по монохроматическому изображению.
Для проведения второго этапа были привлечены три основных китайских компании, производящих XRT-сепараторы: Hao Peng Yu Technology (Ганжоу), Beijing Honest Technology (Пекин), Tianjin Meiteng Technology (Тяньзин).
Аппараты всех трех фирм сконструированы по классической схеме с конвейерной подачей материала в зону просвечивания и детектирования и пневматическим исполнительным механизмом (рис. 1).
Аппараты комплектуются рентгеновскими трубками и пневмоклапанами известных западных и японских производителей. Основное различие состоит в конструкции детектора, изготавливаемого собственными силами из чипов известных брендов, в алгоритме обработки сигнала и, соответственно, программном вычислительном комплексе.
Для заверки результатов «Тране Текникк» и сравнения показателей сепарации фирма Hao Peng Yu Technology провела в сопоставимых условиях тестирование дубликата пробы, испытанной ранее в «Тране Текникк». Результаты приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы, сепаратор марки HPY Classic 1400 показал существенно лучшие результаты на мелком классе крупности -15+8 мм при сопоставимых показателях для более крупных классов.
Для успешной сепарации мелкого класса требуется либо детектор с большей разрешительной способностью (с большей плотностью пикселей), либо использование алгоритма разделения, отличного от алгоритма Томра.
После заверки результатов «Тране Текникк» были проведены исследования по сепарации рядовых, бедных и забалансовых руд месторождения, результаты которых приведены в таблице 2.
Как видно из этих данных, все сорта руд допускают эффективную рентгеновскую сортировку с получением обогащенного продукта, пригодного для последующей флотационной переработки. По мере снижения содержания вольфрама в исходной руде для сохранения высокого извлечения требования к содержанию в отвальных хвостах и к качеству сепарации ужесточаются. Для получения из бедных и забалансовых руд концентрата, содержащего более 0,2 % WO3, требуется перечистка концентрата.
Отдельно следует отметить результаты для забалансовых руд, переработка которых позволяет сократить коэффициент вскрыши до 0,14 т/т руды, существенно снизить объем вскрышных работ на месторождении и повысить запасы вольфрама, обеспечивая сырьем работу будущего комбината далеко за пределы текущего столетия.
С целью выяснения возможности применения рентгеновских сепараторов других производителей было проведено тестирование руды на аппаратах компаний Beijing Honest Technology и Tianjin Meiteng Technology. Результаты приведены в таблице 3.
Как видно из таблицы 3, все аппараты показывают приблизительно одинаковые очень хорошие результаты. C учетом мелкого, несортируемого класса -10+0 мм можно ожидать степени извлечения более 94 %. Разница состоит в разной декларируемой производительности сепараторов, а также в содержаниях вольфрама в продуктах сепарации, что обусловлено особенностями конструкции детектора и алгоритма обработки рентгеновского образа рудного куска, исходных настроек программы.
Полупромышленные испытания проводились на керновой пробе рядовой руды, массой 37 т, на базе исследовательского центра Hao Peng Yu Technology. Представительность композитной пробы обеспечивалась выбором точек заложения скважин в пределах проектного карьера с учетом данных детальной разведки.
Таблица 4 содержит результаты полупромышленных испытаний.
Выход хвостов во время испытаний составил 35,79 %, содержание в концентрате WO3 = 0,19 %, в хвостах WO3 = 0,029 %, извлечение WO3 = 92,18 %, Mo = 74,52 %, Bi = 89,52 %. По результатам полупромышленных испытаний был разработан технологический регламент для проектирования цеха предварительного обогащения вольфрамовой руды Верхне-Кайрактинского месторождения.
Успешные испытания рентгеновской сепарации позволяют авторам с оптимизмом смотреть на перспективы освоения Верхне-Кайрактинского месторождения.
Исследование рентгеновской сепарации вольфрамовой руды также показывает, что китайские сепараторы не уступают аппаратам «Томра Сортинг» и даже превосходят их по некоторым параметрам (качество сепарации, производительность, цена) вследствие большого опыта их применения на китайских вольфрамовых обогатительных фабриках.
В заключение авторы хотели бы отметить позитивный подход компаний Beijing Honest Technology и Tianjin Meiteng Technology, которые провели тестирование руды на безвозмездной основе благодаря рекомендациям ведущих китайских специалистов в области переработки вольфрамового сырья Вей Суна из Центрального Южного Университета и Ло Рена из Хунанского института цветных металлов.
Справка
Верхне-Кайрактинское вольфрамовое месторождение расположено в Шетском районе Карагандинской области, в 130 км к югу от города Караганды. Оператор проекта по освоению месторождения — ТОО «Северный Катпар», 100 %-ное дочернее предприятие Национальной горнорудной компании «Тау-Кен Самрук».
