Раздел 7. Перспективные технологии

Раздел 7. Перспективные технологии

В процессе подготовки справочника НДТ составители и члены ТРГ 25 проанализировали целый ряд новых технологических, технических и управленческих) решений, которые обсуждаются как в зарубежных странах, так и в России. Это решения, направленные на повышение эффективности производства, сокращение негативного воздействия на окружающую среду, оптимизацию ресурсопотребления. Они еще не получили широкого распространения, и надежными сведениями о внедрении их на двух российских предприятиях составители справочника не располагают.

Далее в тексте эти решения описаны применительно к добыче и обогащению железных руд.

7.1 Перспективные технологии в области добычи железных руд

7.1.1 Конвейерный транспорт

Применение конвейерного транспорта при транспортировке горной массы из железорудных карьеров (см. рисунки 7.1, 7.2). В настоящее время крупные железорудные карьеры вывозят горную массу из карьеров автомобильно-железнодорожным транспортом. Горная масса из забоев грузится на автомобильный транспорт, везется на перегрузочные пункты, где вновь погрузочными машинами (экскаваторы, погрузчики) грузится на железнодорожный транспорт, который в свою очередь транспортирует ее из карьера: руду - на фабрику, вскрышные породы - на отвалы. Переход на конвейерный транспорт позволит снизить неорганизованные выбросы перегрузочных пунктов, уменьшив их количество или вообще исключив, позволит снизить количество одновременно работающей погрузочной техники, снизить количество технологических поездов и эксплуатационные затраты на транспортировку горной массы. Предпроектные проработки показывали снижение эксплуатационных затрат при транспортировке 1 т на 1 км более чем на 25 %.

Рисунок 7.1 - Транспортирование руды конвейером (Чили)

Рисунок 7.2 - Трехмерная схема крутонаклонного конвейера из карьера

7.1.2 Беспилотные автосамосвалы

В настоящее время на железорудных предприятиях Западной Австралии действует несколько карьеров с полностью беспилотными большегрузными автосамосвалами. Самосвалы работают в режиме 24/7 ежедневно в течение года, что экономит недропользователю 500 ч работы в год. Грузовики управляются дистанционно из операционного центра в Перте, который находится от Пилбары в 1200 км. Каждый карьерный робот-самосвал весом в 500 т двигается со скоростью 50 км/ч - почти в 2 раза выше, чем у опытных водителей. Точность ориентации роботов - 1-2 см. Отсутствует время на пересменки, обеды. Все это дает повышение производительности, снижение простоев, снижение удельных расходов топлива и снижение удельных выбросов.

Рисунок 7.3 - Схема управления беспилотными автосамосвалами

7.1.3 Беспилотные тяговые агрегаты

Применение беспилотных тяговых агрегатов внутри карьеров и на поверхности. Отсутствует время на пересменки, обеды. Все это дает повышение производительности, снижение простоев, снижение удельных расходов электроэнергии. Повышение надежности работы оборудования за счет исключения нарушений технологической дисциплины, превышений скорости, проездов на запрещающий сигнал светофора и т.д. В Rio Tinto (крупнейшей горнодобывающей компании Австралии) подсчитали, что перевод 40 % железнодорожного транспорта на автоматику позволит уменьшить расходы на 2 долл. на тонне железной руды и увеличить ее добычу на 5 %.

7.1.4 Автоматизированная система управления буровыми работами и зарядными машинами

Автоматизированная система управления буровыми работами и зарядными машинами позволит сократить время наведения станков на скважину, позволит формировать пакет физико-механических характеристик обуриваемого блока, позволит повысить оперативный контроль за техническим состоянием бурового оборудования (см. рисунок 7.4). Полученная с АСУ БР информация позволит в реальном времени корректировать буровые работы на отрабатываемом блоке, а также даст информацию по нижележащему блоку, что позволит существенно повысить качество планирования взрывных работ, снизить расход ВВ и увеличить выход горной массы. Автоматизированное управление зарядными машинами позволит автоматически формировать потребность в зарядке скважины и производстве взрывчатых веществ, сократит перерасход взрывчатых веществ.

Рисунок 7.4 - Схема автоматизированной системы управления буровыми работами

7.1.5 Применение систем высокоточного позиционирования ковша для забойных экскаваторов

Системы высокоточного позиционирования ковша экскаватора позволят в режиме реального времени с сантиметровой точностью позиционировать ковш экскаватора, обеспечивая высокоточную выемку и формирование проектной формы рельефа (отвалов, уступов, дорог), обеспечит отображение электронных проектов рабочих зон на дисплее оператора, отображение профилей фактической и проектной поверхностей, наложенных друг на друга для контроля достижения проектных значений (см. рисунок 7.5). Данное мероприятие позволит сократить потери и засорение руды, повысить точность выполнения плановых показателей качества, обеспечить необходимый уровень шихтовки. Снижение потребления электроэнергии при производстве добычных работ.

Рисунок 7.5 - Кабина экскаватора, оснащенная системой позиционирования ковша

7.1.6 Применение беспилотных летательных аппаратов для производства маркшейдерских работ

Применение беспилотных летательных аппаратов для производства маркшейдерских работ (см. рисунок 7.6) позволит оперативно решать задачи картирования, оценки объемов горных выработок и отвалов при отработке месторождения открытым способом, повысить контроль за технологическими процессами в реальном времени, повысить качество планирования горных работ, ускорить процесс закрытия периода и подготовки отчетов для контролирующих органов. Данная технология позволит сократить ресурсы для производства маркшейдерских работ.

Рисунок 7.6 - Беспилотный летательный аппарат

7.1.7 Автоматизация процессов добычных работ в подземных условиях

Шахтная автоматизация обеспечит рациональную загрузку парка транспортных средств погрузочно-доставочных операций, оптимизацию параметров откатки, автоматизацию процессов бурения одной или нескольких скважин, вееров или забоя выработки, лучшие условия работы и безопасность, повышение производительности (см. рисунок 7.7).

Безопасность обеспечивается за счет разделения производственной зоны и системы управления. Один оператор может управлять (из безопасного места, в том числе находясь на поверхности) работой многих автоматизированных машин. Производственный цикл погрузки полуавтоматический. Откатка и разгрузка производится под управлением навигационной системы, а наполнение ковша управляется дистанционно. Машины оборудованы бортовой видеосистемой, мобильным терминалом для беспроводной связи и навигационной системой. Процесс включает в себя мониторинг производства и состояния парка в реальном режиме времени, а также контроль движения машин.

Данная технология позволит повысить производительность работ, сократить простои и пересменки оборудования, снизить удельные потребления электроэнергии и ресурсов.

Рисунок 7.7 - Удаленное управление погрузочной машиной

7.1.8 Высокопроизводительная проходка горных выработок

Перспективная технология состоит в использовании проходческих комплексов для быстрой, безопасной и экономически эффективной проходки выработок различных профилей (в том числе малого сечения) по породам и рудам высокой крепости без использования буровзрывных работ.

В настоящее время проводятся полевые испытания на медных и платиновых месторождениях ЮАР.

7.1.9 Использование сплавов и износостойких материалов

Применение легких сплавов и специальных износостойких материалов для изготовления подъемных сосудов и их футеровки. Это обеспечивает существенное снижение веса клетей и скипов, увеличение полезной емкости сосудов и веса поднимаемой горной массы без изменения концевой нагрузки. Увеличение производительности. Позволяет сократить расход электроэнергии и повысить производительность.

7.1.10 Автоматизированный аппаратный контроль состояния ствола, подъемных сосудов, канатов

Система непрерывного аппаратурного контроля позволяет в режиме реального времени осуществлять мониторинг состояния канатов, подъемных сосудов и армировки ствола (см. рисунок 7.8). Использование системы повышает достоверность и оперативность оценки динамических и статических параметров системы "подъемный сосуд - жесткая армировка", канатов шахтных подъемных установок. Контроль осуществляется без нарушения режимов работы ШПУ, существенно уменьшается время проведения визуального контроля, а также исключается влияние человеческого фактора на оценку фактического состояния оборудования, режимов работы и конструкций. Система автоматизированного мониторинга канатов позволяет повысить эффективность эксплуатации подъемных установок и принимать решения о проведении ремонтных работ по необходимости, позволяет сократить расход электроэнергии и повысить производительность.

Рисунок 7.8 - Система автоматизированного мониторинга каната

7.1.11 Компенсация реактивной мощности

Подключение специальных устройств к электрической сети индуктивных нагрузок позволяет генерировать необходимую реактивную мощность. Это наиболее экономичный, простой и безопасный способ обеспечения требуемой реактивной мощности. Повышение коэффициента мощности обеспечивает:

- снижение или полное отсутствие платы за реактивную мощность;

- увеличение пропускной способности линий электропередач;

- разгрузку распределительных трансформаторов;

- снижение потерь активной мощности до нормального уровня;

- повышение напряжения у потребителей.

7.2 Перспективные технологии в области обогащения железных руд

7.2.1 Обогащение слабомагнитных руд

Перспективные решения в области обогащения слабомагнитных руд включают:

- применение комбинированных гравитационно-магнитных систем; к новым методикам этого типа можно отнести магнитогидродинамическую и магнитогидростатическую сепарацию;

- применение индукционно-роликовых высокоинтенсивных магнитных сепараторов;

- применение сепараторов на основе сверхпроводящих проводников и постоянных магнитов на базе сплава неодим-железо-бор;

- создание трехпродуктовых сепараторов для сухой и мокрой магнитной сепарации с изменяющейся напряженностью магнитного поля по направлению разделения материала;

- создание новых керамических магнитов, обеспечивающих напряженность магнитного поля от 400 до 255 Э.

7.2.2 Измельчение магнетитовых кварцитов

Перспективные решения в области измельчения магнетитовых кварцитов включают:

- создание нового дробильного оборудования, обеспечивающего дробление руды до крупности 12^-0 в открытом цикле и 6^-0 мм в замкнутом цикле;

- применение схемы одностадиального самоизмельчения в удлиненных мельницах с двойной и тройной классификацией и доводочными операциями;

- своевременный вывод готового класса крупности из процесса измельчения руды во избежание переизмельчения минерала;

- применение роллер-прессов для дробления железных руд, что позволит увеличить производительность схем самоизмельчения, улучшить качество производимого концентрата при использовании технологии шарового измельчения, снизить удельное потребление электроэнергии при измельчении (см. рисунок 7.9).

Рисунок 7.9 - Пример размещения роллер-пресса в технологии самоизмельчения

7.2.3 Автоматизация технологического процесса обогащения

Перспективные решения в области автоматизации технологического процесса обогащения включают:

- применение приборов контроля содержания железа в потоке измельченного материала;

- внедрение автоматических и интеллектуальных систем управления технологическим процессом.

7.2.4 Вовлечение в переработку окисленных железистых кварцитов

Перспективные решения в области вовлечения в переработку окисленных железистых кварцитов включают:

- применение магнитно-флотационных методов обогащения - флотационной доводки концентрата после магнитной сепарации;

- применение флотации обесшламленной руды с использованием катионных реагентов аминного состава;

- применение двухстадиальной флотации (см. рисунок 7.10). Железорудный материал, измельченный до крупности 85 % кл. менее 50 мкм, поступает на 1 стадию флотации раскрытых зерен, далее камерный продукт и хвосты поступают на вторую стадию измельчения до крупности 95 % класса менее 50 мкм, проведение второй стадии флотации с выводом пенного продукта в отвал. Концентрат нерудных минералов с первой стадии флотации после перечистки выводится в отвальные хвосты при выходе 45 %-50 %.

Рисунок 7.10 - Схема двухстадиального флотационного обогащения

7.2.5 Новые технологии складирования хвостов

К перспективным способам складирования хвостов следует отнести сгущение пульпы в сгустителях высокой производительности SUPAFLO. Успешная работа высокопроизводительных сгустителей обычно обеспечивается использованием флокулянтов высокой молекулярной массы полиэлектролитного типа. Данные сгустители отличаются не только высокой производительностью, но и высокой плотностью сгущенного продукта - до 75 % твердого, очень чистым сливом, возможностью автоматического регулирования и контроля процесса сгущения.

К новым технологиям складирования хвостов можно отнести пастовые сгустители (см. рисунок 7.11), которые обеспечивают отсутствие воды на поверхности хвостохранилища, снижение стоимости ограждающих дамб, снижение пылеобразования (см. рисунок 7.12), быструю рекультивацию.

7.3 Перспективные технологии в области окомкования

7.3.1 Совершенствование тепловых схем существующих обжиговых машин

- Применение конструкции переточного коллектора с переменным сечением.

- Применение выносных охладителей окатышей.

- Применение горелочных устройств с низким выходом оксидов азота.

- Перенаправление газовоздушных потоков с целью повышения коэффициента теплового использования обжиговой машины.

- Внедрение систем автоматического управления с оптимизацией режима обжига на основе прогнозных расчетов.

7.3.2 Совершенствование состава шихты для производства окатышей

- Подбор новых связующих и флюсующих материалов с целью улучшения металлургических свойств окатышей.

- Применение полимерных материалов в качестве связующего компонента.

7.4 Перспективные технологии в области прямого восстановления железа

- Применение zero-процесса - технологии восстановления оксидов железа без реформера, с использованием кислородной конверсии природного газа непосредственно в шахтной печи металлизации.

- Применение технологии науглероживания металлизованного продукта с помощью разделения реформированного газа на молекулярных ситах.

- Разработка системы прогнозирования качественных показателей готового продукта на основе текущих показателей процесса восстановления.

- Создание отечественной технологии прямого восстановления железа.

- Внедрение систем автоматического управления с оптимизацией режима работы шахтной печи на основе прогнозных расчетов качественных показателей продукции.

Некоторые решения уже рассматриваются российскими компаниями, разрабатывающими и реализующими программы модернизации. Можно ожидать, что часть из них войдет в категорию наилучших доступных технологий при актуализации настоящего справочника НДТ.