Новости горной промышленности

О роли информационных технологий в переработке минерального сырья

Усиление роли информационных технологий при формировании экспертных знаний в области переработки минерального сырья.

InformationTechnology2

Качество минерально-сырьевой базы (МСБ) России, как и мировой, неуклонно ухудшается. Твердые полезные ископаемые (ТПИ) не являются исключением. Для экономически выгодной их переработки требуются новые, более сложные технологии. Но бесконечное усложнение нереально, утверждает ведущий инженер Центра ресурсосберегающих технологий переработки минерального сырья НИТУ «МИСиС» Башлыкова Татьяна Викторовна в статье для журнала «Рациональное освоение недр».

Экономисты утверждают, что технологический прогресс сменит русло, упрощение и удешевление технологий в сочетании с качественным скачком производительности возможно при интеграции индустриальных и информационных технологий [М. Де-лягин, МК, 07.10.2014]. Технологии переработки рудного и нерудного минерального сырья относятся к категории индустриальных.

Для понимания того, какие технологии в данной области можно квалифицировать как информационные, рассмотрим путь возможной эволюции технологий извлечения ценных компонентов в товарную продукцию.

Скопления приемлемых для переработки минералов с повышенной концентрацией химических элементов подготовлены геологическими процессами минералообразования, которые, в отличие от техногенных, не были жестко лимитированы временем и, растягиваясь на многие тысячелетия, имели мощное эндо- или экзогенное энергетическое обеспечение и обширную вещественную (горные породы) базу для экстрагирования и концентрации элементов. Основная масса химических элементов осталась в менее концентрированном состоянии в минералах горных пород [ 1 ].

Процессы минералообразования во многом предвосхитили технологии, созданные человеком для добычи и переработки минерального сырья, и, по-видимому, схемы, которые еще предстоит создать в будущем.

Развитие индустриальных технологий в этой области ослабляет фатальную зависимость человечества от традиционных способов получения элементов и их соединений и, главное, от используемых для этих видов полезных ископаемых. Например, в производстве глинозема в ближайшее время будут шире использоваться аллиты, нефелиниты, а в дальнейшем, скорее всего — глины, входящие в группу общераспространенных полезных ископаемых, и золошлаковые техногенные образования.

Практика переработки руд продвинулась от выделения минеральных фаз к селективному извлечению элементов и даже к разделению их изотопов. При получении химических элементов технологи шаг за шагом уходят от «богатых» дефицитных источников к менее дефицитным и «бедным», заменяя механические (физические) методы обогащения химическими, биохимическими и электрохимическими методами.

На сегодняшний день успешно реализуются селекционные возможности бактериальных комплексов, созданных на основе собственного биоценоза, при биохимическом выщелачивании меди, цинка, никеля, кобальта, марганца, железа, мышьяка, сурьмы, ртути, бора, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы, редкоземельных элементов с получением материалов, обладающих новыми технологическими свойствами. Вполне вероятно, что используемые при аналитических исследованиях лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии в дальнейшем найдут свое применение в процессах извлечения ценных компонентов.

Таким образом, источником химических элементов и их соединений в возрастающей степени будут становиться не дефицитные, искусственно невоспроизводимые минеральные фазы, а бесконечные их запасы в горных породах и техногенных образованиях, доля которых в общих перерабатываемых запасах неизбежно увеличится.

Понимание эволюции индустриальных технологий позволяет предположить основную направленность способных к интеграции с ними информационных технологий.

В первую очередь усиливается роль геологической и геохимической информации как предварительной базы знаний для практикующего технолога, а во вторую — приходит понимание, что генерация идей и принятие технологических решений невозможны без формирования экспертных знаний и развития экспертных систем.

В монографии «Технологические аспекты рационального недропользования» [2] приведены примеры научно-методических основ и структуры экспертных систем в данной области, а именно системы: технологического аудита; количественной оценки степени рациональности и комплексности использования недр; сертификации минерального сырья по технологическим свойствам (извлекаемой ценности); оценки контрастности руд в недрах; управления технологическим процессом с помощью средств когнитивной графики; компьютерной поддержки стратегических решений по освоению ресурсов в регионе. Все эти экспертные системы за прошедшие 10 лет претерпели изменения и получили свое развитие. Одновременно ускоренными темпами расширялись базы данных и базы знаний информационных основ, необходимых для современной технологической оценки рудного и нерудного минерального сырья. Прежде всего к ним относится информация о распределении в элементарном объеме основных компонентов в недрах, а также о характере распределения в элементарном объеме основных минеральных фаз по крупности, морфологии, состоянию поверхности, характеру срастания, качеству сростков, пористости и трещиноватости, другим структурно-фазовым параметрам.

Таким образом, к информационным технологиям, способным при интеграции с индустриальными технологиями повысить полноту и достоверность технологической оценки руд, можно отнести оценку контрастности руды в недрах и минералого-технологическое изучение проб (фракций, продуктов) с привлечением современного комплекса методов технологической минералогии.

При обобщении информации, основанной на результатах изучения почти 1000 технологических проб, и обработки информации, накопленной в базах данных, базах знаний и базах фактов, появилась возможность выделения минералогических и связанных с ними технологических ситуаций обогатимости минеральных комплексов. Алгоритм обработки информации в упрощенном виде можно представить следующим образом: структурирование и классификация данных -> анализ фактов и их совокупности —> построение логических цепочек, основанных на взаимосвязи фактов -> обоснование причинно-следственных связей в цепочке фактов -> формирование логических следствий -> обоснование рациональных технических и технологических решений —> генерация новых идей.

В рассматриваемом случае базы данных содержат переменные и их значения, некоторые из которых могут быть константами, фактами, следствиями, отражающими отношения между переменными, а базы знаний аккумулируют логические утверждения, построенные на фактах, умозаключениях и их следствиях, накопленных (интегрированных) путем анализа технических заданий на НИР, результатов проведенных экспериментов и практического опыта. Рассмотрим примеры некоторых логических построений по обогатимости самородного золота.

Самородное золото обладает совокупностью физических и морфометрических свойств, влияющих на его обогатимость. Назовем эти свойства технологическими. Основными технологическими свойствами самородного золота являются: крупность, морфология, состояние поверхности, плотность и электропроводность. Это известные факты. Существует знание, что крупное самородное золото не флотируется и цианируется в течение более длительного времени, чем мелкое, поэтому руды с крупным золотом неэффективно подвергать флотации и прямому цианированию как в кучном, так и в чановом вариантах. Но в процессе исследований появляется новое знание, основанное на том, что если крупное золото имеет преимущественно пластинчатую форму, то процессы цианирования для руды вполне приемлемы. Здесь участвуют два морфометрических свойства самородного золота — крупность и морфология.

Если в процессе минералого-технологического изучения выявляется факт наличия губчатого золота, которое эффективно цианируется в любой крупности и в любом режиме, то выстраивается новая логическая цепочка, в которой к известным свойствам золота прибавляется дополнительное свойство — структура. Причинно-следственное информационное построение уже выглядит следующим образом: если золото крупное и имеет губчатую структуру, то оно может быть эффективно извлечено методами кучного и чанового выщелачивания. Таким образом, формируется информационное поле экспертных знаний, пригодное в дальнейшем как для подготовки принятия технических и технологических решений, так и генерации новых идей (рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема алгоритма обоснования технологического решения по переработке минерального сырья

Рис. 1. Блок-схема алгоритма обоснования технологического решения по переработке минерального сырья

Используя данный алгоритм обоснования технологических решений, в процессе оценки обогатимости минерального сырья после усиления блока выявления причинно-следственных связей при детальном и кропотливом изучении особенностей вещественного состава перерабатываемого сырьянами была сформирована собственная база экспертных знаний по обогатимости минеральных комплексов. Примеры некоторых логических построений из этой базы приведены ниже.

  1. Шламы при сепарации и выщелачивании играют более негативную роль, чем недостаточная степень раскрытия ценных минералов. Отсюда следует логический вывод о малой эффективности сверхтонкого измельчения и редкой возможности применения данной новации зарубежных производителей дорогого и затратного оборудования.
  2. Высокое распределение ценного компонента в промпродуктовую фракцию (при гравитационном фракционировании в тяжелых жидкостях классифи-цированного рудного материала) указывает на значительную роль фазы гнездообразных скоплений тонких ценных тяжелых частиц и требует установления соотношения фаз обособленных частиц (способных к раскрытию), скоплений тонких частиц (частично способных) и тонких рассеянных частиц тяжелого ценного компонента (не способных к раскрытию) с последующей констатацией их внутрифазового распределения по крупности с точной диагностикой матрицы. Технолог при таком распределении фаз должен быть готов к стадиальному процессу в рудоподготовительном и сепарационном циклах, а также к низкому качеству гравитационного и флотационного концентратов, большому выходу и повышенному по отношению к исходному сырью качеству промежуточных продуктов, повышенному уровню неизбежных технологических потерь ценных компонентов в хвостах обогащения и кеках выщелачивания.
  3. При установленном неравномерном (4 порядка диапазона крупности) и весьма неравномерном (5 и более порядков) характере распределения ценного минерала по крупности все навески для исследовательского и испытательного циклов, а также для аналитических определений увеличиваются в среднем на 1—2 порядка по массе. При этом технолог должен быть готов к неидентичности навесок по качеству после квартования и «несбивке» балансовых расчетов.
  4. При наличии в руде сверхупорного субмикроскопического до «невидимого» золота для понимания его поведенческой функции при переработке руды необходимо установить фазы, способные как растворять, так и коллектировать ценный металл в процессах минералообразования. Далее, в зависимости от диагностики, рудоподготовительный цикл должен быть модернизирован путем привлечения методов и аппаратов для предварительного разделения сырья по совокупности физических свойств. При этом технолог должен быть готов к повышенному уровню технологических потерь в хвостах обогащения и необходимости (кроме усложнения рудоподготовительного цикла) использования известных способов вскрытия упорного золота. Интеграция экспертных знаний позволяет создавать новые технологии, опирающиеся на информационную базу функциональных зависимостей технологических свойств от минералогических ситуаций, в отличие от чисто индустриального западного пути линейно-целевого проектирования оборудования, после применения которого эффективность сепарационных процессов зачастую сводится к нулю. Линейно-целевое проектирование ориентировано на конечную цель, например на создание аппарата большой единичной мощности, выдающего заданный объем рудного материала заданной крупности. Прежде всего — это оборудование рудоподготовительного цикла.

Выполненный технологический аудит ряда обогатительных фабрик позволяет нам усомниться в явных преимуществах этого оборудования.

Аппараты большой единичной мощности, способные перерабатывать десятки миллионов тонн руды в год, например мельницы полусамоизмельчения, трудно регулируются в условиях изменяющегося соотношения поступающих минеральных фаз, различающихся по физико-механическим свойствам, и требуют полной и стабильной загрузки. Это означает, что горный цех и обогатительная фабрика должны быть готовы сразу на полную и согласованную мощность, что не всегда легко выполнимо, особенно на начальных стадиях освоения крупных по запасам месторождений в инфраструктурно неразвитых регионах. Те же аппараты большой единичной мощности (мельницы полусамоизмельчения, валки высокого давления) имеют конструктивно слабые узлы и, выходя из строя при каких-либо неполадках, требуют единомоментной замены. Стоимость сооружения их фундаментов равноценна стоимости самого оборудования или превосходит ее.

Разработчики такого оборудования обычно приводят детальнейшую информацию о технических параметрах и удельных нагрузках при полном отсутствии данных о конечном гранулометрическом со-ставе и распределении ценных, попутных и вредных компонентов по классам крупности, об изменении контрастности технологических свойств за счет перераспределения минеральных фаз с различными физическими свойствами (твердых и крепких, средних, мягких и хрупких). Результаты проведенного нами технологического аудита указывают на недоизмрльчение твердых и переизмельчение мягких фаз с ничтожно малым выходом продуктивной по доле раскрытого ценного минерала и технологичной по сепарационным свойствам фракции. Исследованиями установлена непригодность использования мельниц полусамоизмельчения для измельчения золотосодержащих руд черносланцевой формации, а валков высокого давления — для руд черных, цветных и благородных металлов с повышенным содержанием в их составе кварца, причем именно из-за ухудшения показателей последующего обогащения (причины известны).

Вполне уместно в рамках статьи ответить на некоторые заявления руководителй различного ранга, сетующих на то, что именно «отсутствие эффективных решений, позволяющих отрабатывать сложные в технологическом отношении руды, сдерживают геологов в организации поисков месторождений новых и нетрадиционных геолого-промышленных типов». В ряде публикаций приводятся такие высказывания, как «катастрофическое отставание от уровня мировых достижений», «отсутствие современных высокоэффективных технологий добычи, обогащения и переработки минерального сырья приводит к снижению инвестиционной привлекательности отечественных месторождений, сдерживая их освоение». Не сдерживайте себя, господа, работайте в полную силу. Российским технологам есть что предъявить для новых видов сырья.

Российским технологам есть, что предъявить для новых видов сырья.

Российские технологи-обогатители, исторически работая со сложным и комплексным минеральным сырьем, приобрели богатейший опыт и имеют методические разработки, опережающие мировую практику. Если мы где-то и отстаем, то только в современном инструментарии и оборудовании [3—5]

На настоящий момент можно с уверенностью заявить, что для любого, даже не обогатимого традиционными методами сырья в арсенале российских технологов есть рациональный комплекс технологических решений. Другое дело, насколько недропользователь готов работать с новациями и какова их реальная стоимостная оценка на текущий момент.

Отечественный инновационный подход к технологической оценке минерального сырья и его сертификации по извлекаемой ценности на основе результатов детального изучения вещественного состава отличается от западного тестирования методов и аппаратов. Западный подход не позволяет в случае ухудшения технологических показателей при переработке выявить причины и обосновать решения по оптимизации сепарационных процессов.

Используя отечественный подход, авторский коллектив разработал технологии извлечения субмикронного упорного золота, получения высококачественных селективных концентратов цветных металлов из руды с взаимной эмульсионной вкрапленностью основных рудных минералов, а также методы использования биогидрометаллургических и пирометаллургических технологий для «безнадежного» бедного сырья, доизвлечения золота из отработанных штабелей кучного выщелачивания, инновационность которых подтверждена патентами РФ. Такой подход позволил коллективу разработать и запатентовать эффективные уникальные технологии переработки благороднометалльного сырья трех месторождений. Подчеркиваем — именно «сырья», потому что поступившие на исследования пробы не могли быть квалифицированы как руда, поскольку экономически выгодная технология извлечения благородных металлов из такого бедного и упорного сырья попросту отсутствовала. Два месторождения «спасли» инновационные рудоподготовительные технологии, одно месторождение — биометаллургия с реализацией комплекса новаций, подсказанных изученным веществом, и они уже нашли свое место в материалах двух ТЭО разведочных кондиций.

Именно такие задачи под силу российским технологам: превратить в руду некондиционное бедное сырье, найти применение любым ресурсам минерального состава, повысить глубину переработки твердых полезных ископаемых с соблюдением жестких мер по охране окружающей среды.

Российский подход открывает дорогу государственному контролю степени рациональности и комплексности использования недр; решению задач повышения полноты переработки руд в условиях минимизации затрат; стратегическому развитию единой экспертизы в системе изучения и освоения недр; созданию механизма стимулирования недропользователей по применению инноваций; содействию их деятельности через систему технологического аудита действующих горноперерабатывающих предприятий, позволяющую обосновать конкретные пути повышения извлечения ценных компонентов, снижения затрат и оптимизации производства.

При развитии экспертных систем можно прогнозировать, что ситуационный анализ в будущем будет играть ключевую роль в процессе освоения месторождений твердых полезных ископаемых, только задачи будут крупнее, а цели — весомее.

Таким образом, технологический ресурс российского недропользования огромен, уникален и имеет высокую степень готовности к реализации в современных условиях.

В заключение хотелось бы привести еще одно мнение экономистов, утверждающих, что в России в области разработки природных ресурсов возможны колоссальные технологические успехи, «если поставить перед собой менее амбициозную задачу: не столько уйти от сырьевой зависимости, сколько стать первыми в мире эксплуатантами, разработчиками, задавая и норму, и правила, и стандарты» [В. Иноземцев, http://www.gazeta.ru, 23.02.2015].Российские технологи-обогатители к этому готовы.

Материалы по теме:

Материалы по теме:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *