Мусин Е.Д., заместитель генерального директора АО "Иргиредмет" по научной работе , канд. техн. наук

Немокаев А.А., АО "Иргиредмет"

Одна из специфических особенностей горнодобывающей промышленности состоит в сложности прогнозирования геологической, горнотехнической и технологической информации. Повышение надежности прогноза требует дополнительных расходов, в то время как исходные данные проекта должны быть оптимально достоверными и обоснованными.

В настоящей статье рассмотрены подходы к обеспечению и контролю качества (QA/QC) технологии переработки руд, приведен расчет цены качества научно-исследовательских работ на примере вновь введенного в эксплуатацию предприятия.

Одними из основных целевых показателей проекта строительства горнодобывающего предприятия являются производительность и сквозное извлечение металла.

Зарубежные исследования показывают, что проекты горнодобывающей промышленности сопровождаются более высоким риском, чем в других отраслях [1]. При этом отклонение недостижения производственных показателей от плана в горной отрасли больше на 8 %, в среднем – более 20 % (рис. 1).

Рисунок 1. Сравнение показателей реализации проектов горнодобывающей и других отраслей промышленности

Действительно, специфика отрасли заключается в сложном прогнозировании геологической, горнотехнической и технологической информации. Повышение достоверности прогнозных данных путем увеличения объемов геологоразведочных, научно-исследовательских и изыскательских работ ведет к увеличению затрат, которые недропользователь старается минимизировать. Тем не менее исходные данные на стадии инжиниринга проекта должны быть оптимально достоверными и обоснованными.

Цена качества технологии 

Концепция цены качества возникла еще в 1950-х годах с оценки затрат на исправление плохого качества продукта или процесса. Она отмечает, что предупреждение проблем всегда дешевле, чем их исправление по факту.

Согласно Рекомендуемой практике 77R-15 AACE International "Обеспечение качества/контроль качества при управлении рисками", цена качества делится на две основных категории [2]:

• Цена соответствия требованиям (стоимость выполнения всех рекомендованных работ для снижения риска по недостижению производственных показателей).
• Цена несоответствия требованиям (стоимость работ на исправление ошибок и упущенной выгоды в связи с недостижением производственных показателей).

Практика горнодобывающей промышленности

Зачастую недропользователь на начальном этапе освоения месторождения стремится в кратчайшие сроки с минимальными затратами провести исследования, разработать технологический регламент и проектную документацию на его основе, приступить к строительству.

Позиция вполне понятна и объяснима – "время – деньги", и чем раньше запустится предприятие, тем раньше собственник начнет получать прибыль. А детальные научно-исследовательские работы, как правило, выполняются достаточно долго – от полугода и более, в зависимости от технологии переработки руды. Но именно этот момент является определяющим для недропользователя: окупит ли он вложенные в месторождения деньги, получит ли ту прибыль, которую ожидал, или же будет с недоумением спрашивать своих технологов: "А где золото?". В руде оно есть, а в кассе – нет.

Такие примеры встречаются, есть случаи, где технология совсем не пошла, и предприятия были вынуждены закрыться. Например, месторождение Бамское в Амурской области, где в середине 1990-х годов была построена установка кучного выщелачивания, а запасов окисленной руды не хватило даже на один сезон работы. Чаще же происходит либо недоизвлечение золота, либо предприятие не выходит на показатели по производительности. Или имеют место оба этих риска вместе.

Пример ЗИФ, запущенной в 2020 году

Недропользователь на основании технологического регламента, выполненного на данных лабораторных исследований, разработал проектную и рабочую документацию и построил ЗИФ с номинальной производительностью 1 млн т руды в год. Технология достаточно простая: дробление, измельчение, гравитационное обогащение, интенсивное цианирование гравиоконцентрата и цианирование хвостов гравитации с сорбцией на активированный уголь. Это стандартная технология, нет никаких сложностей.

В 2020 году предприятие запустилось. После завершения пусконаладочных работ появились вопросы: почему фабрика не выходит на проектную мощность по переработке руды и почему не достигается заложенное в технологическом регламенте извлечение?

В качестве технического аудитора был привлечен Иргиредмет. После аудита технологической документации и генерального опробования фабрики с целью выяснения "узких" мест и поиска путей их устранения было зафиксировано следующее:

1. При разработке технологии использовались данные только лабораторных исследований.
2. В технологическом регламенте заложено извлечение без учета технологических потерь.
3. При расчетах технологических схем и выборе оборудования были допущены методические и технические ошибки.
4. Недостаточные мощности измельчительного оборудования для достижения заданной производительности.
5. Недостаток фронта гравитации и выщелачивания для достижения регламентного извлечения.
6. Недостаток производительности установки десорбции для переработки необходимого объема угля.
7. Фактическая производительность фабрики вместо 1 млн т руды в год составила около 850 тыс. т в год.
8. Фактическое извлечение – на 3–4 % ниже регламентного.

Недропользователь оперативно отреагировал на ситуацию:

• были проведены заверочные НИР и расчеты оборудования;
• выполнен проект технического перевооружения, подготовлена рабочая документация;
• произведен закуп и монтаж дополнительного оборудования.

Расчет цены качества технологии на примере

Приведем расчет цены качества технологического риска, с которым столкнулась указанная выше компания с учетом фактических сроков и затрат на исправление ошибок.

В расчете использованы следующие сценарные варианты (табл. 1).

• Базовый – плановая финансовая модель предприятия, исходя из «среднепессимистических» ожиданий компании, в частности, со сниженным на 2 % показателем извлечения по сравнению с регламентным.
• Фактический – прогнозная финансовая модель с учетом фактических сроков и затрат на реализацию мероприятий по выходу на технологические показатели проекта.
• "Безрисковый" – теоретическая финансовая модель с учетом выполнения всех рекомендованных работ для снижения риска по недостижению производственных показателей.

Таблица 1. Пример расчета цены качества технологического риска с учетом фактических сроков и затрат на исправление ошибок

Из анализа фактически сложившейся ситуации видно, что принятие решения о реализации проекта на незаверенных технологических данных стоило компании 690 млн руб. При этом стоит отметить, что в остальном компания повела себя профессионально, о чем свидетельствует резерв по показателю сквозного извлечения (90 % в финансовой модели вместо 92 % в регламенте), а также оперативность в решении проблем. Иначе потери составили бы более 1 млрд руб.

В продолжение вопроса экономии на стоимости НИР можно отметить, что обычно доля расходов на научно-исследовательские работы в общей структуре затрат на освоение месторождения составляет менее одного процента (рис. 2).

Рисунок 2. Среднестатистическая структура затрат при освоении месторождения

Основной риск недостижения целевых показателей

Основные причины, приводящие к недостижению производственных показателей обогащения, по мнению авторов настоящей статьи, а также мероприятия по снижению этого риска приведены в табл. 2.

Таблица 2. Факторы влияния и мероприятия по снижению производственных рисков

Среди указанных факторов наибольшую существенность (наибольшие финансовые и временные затраты на исправление ошибок) имеют представительность проб, направляемых на исследования, и масштаб исследований.

Представительность проб

В рамках геологоразведки одной из основных задач с точки зрения обогащения является определение типов руд. Поскольку каждому технологическому типу соответствует своя оптимальная технологическая схема переработки, то ошибки по выделению типов руд являются наиболее существенными из-за высокого риска значительных капитальных и эксплуатационных затрат.

В качестве примера можно обозначить то же месторождение Бамское. Недропользователь провел исследования только на окисленной пробе руды, отобранной с поверхности месторождения, не учитывая, что с глубиной технологический тип резко меняется и становится непригодным для технологии кучного выщелачивания, которая была принята для отработки месторождения.

Выявление сортов в рамках одного типа руд, которые могут отличаться по крепости, наличию глинистой, шламистой составляющей и другим факторам, является некритичной проблемой. Тем не менее при отсутствии достаточного резерва по производительности оборудования ситуация может повлечь за собой существенное падение производительности и/или извлечения. Данная проблема обычно решается в рамках технического перевооружения ЗИФ (установка дополнительных измельчительных мощностей, увеличение фронта выщелачивания и т.д.).

Одним из распространенных примеров является повышение содержания глины в руде при подаче руд с новых участков. К чему это приводит? С одной стороны, можно увеличить производительность измельчительного оборудования, однако если отделение сгущения рассчитано без запаса, то, скорее всего, производительность фабрики в целом упадет. Увеличение расхода флокулянта или подбор флокулянта другой марки, подаваемого на сгущение, зачастую помогают решить проблему. Другим решением вопроса может быть шихтовка данной руды с рудой из других участков карьера либо кардинальный способ – модернизация существующего или установка дополнительного сгустителя. Таких примеров может быть много. Сорта зависят от физико-механических и минералогических свойств руды, выделяются в рамках эксплуатационной опережающей разведки.

Таким образом, отбор представительной пробы – это один из самых важных факторов при разработке технологии переработки руды, которая должна выполняться с привлечением геологов и горняков. Выделение типов и сортов руд осуществляется путем геолого-технологического картирования месторождения [3].

Масштаб исследований

Технология переработки руд разрабатывается в Технологическом регламенте на основании результатов научно-исследовательских работ. Одной из распространенных ошибок инжиниринговых компаний является моделирование показателей будущей фабрики на основании данных с недостаточным уровнем достоверности. Рассмотрим основные стадии исследований, имеющие различные цели и методы.

1. Тестовые испытания

На данной стадии изучаются физико-механические свойства, выполняются GRG-тест, тесты по флотации (открытый цикл), бутылочные тесты (цианирование) и другие испытания, проводимые в стандартных режимах. Данные применяются для определения принципиальной возможности той или иной технологии и принятия решения о дальнейших исследованиях в рамках поисково-оценочных работ, а также для изучения технологической изменчивости руд при геолого-технологическом картировании или опережающей эксплуатационной разведке в рамках геологоразведки и эксплуатации. Исследования характеризуются малой массой проб – обычно 20–50 кг.

2. Лабораторная стадия

Целью лабораторной стадии является оптимизация технологических параметров (показатели извлечения, выходы продуктов обогащения) и реагентных режимов. Применяется для обоснования технологии по результатам поисково-оценочных работ, в рамках геологоразведочных работ – для сравнения и выбора оптимальной технологии, в процессе эксплуатации – для технологической заверки руд отдельных участков месторождения. Масса проб – 100–500 кг.

3. Полупромышленная стадия

Стадия характеризуется исследованиями на бол́ьшей массе пробы для повышения надежности данных, полученных на лабораторной стадии исследований. Применяется для обоснования технологии при подготовке месторождения к промышленному освоению. Как правило, такие исследования проводят на пробах массой 3–8 т.

4. Опытно-промышленная стадия

Опытно-промышленная эксплуатация в рамках геологоразведочных работ на практике широко используется для ускорения освоения месторождения, методически – достаточно редко для заверки данных по очень сложным или уникальным технологическим схемам.

5. Промышленная стадия

Показатели на стадии эксплуатации являются самыми надежными, если аппаратурная схема отлажена и работоспособна, а подаваемое на переработку сырье соответствует основным запасам месторождения. После завершения пусконаладочных работ выполняется настройка режимных параметров, по результатам генерального опробования фиксируются показатели извлечения и производительности, выявляются «узкие» места.

В соответствии с Методическими рекомендациями ГКЗ [4] для обоснования технологии при разработке ТЭО постоянных разведочных кондиций требуется наличие полупромышленных или опытно-промышленных испытаний. Масса проб для таких исследований начинается от 3–5 т и зависит от крупности золота, технологической схемы и ряда других факторов. Имеется ряд примеров, когда такие крупные компании, как "Полюс", "НордГолд", УГМК и др., проводили опытные испытания по выбранным технологиям на пробах массой от 60 до 50 тыс. т в условиях, максимально приближенных к промышленной отработке, и на их основе разрабатывали Технологический регламент, который учитывал коэффициенты извлечения по всем переделам и фактические технологические потери, полученные при испытаниях.

Нормативная документация определяет, как нужно действовать, но не отвечает на вопрос, почему данные лабораторных исследований нельзя положить в основу регламента. Для ответа на этот вопрос обратимся к статистике (табл. 3).

Таблица 3. Сравнение показателей погрешности на различных стадиях исследований

Для расчета погрешностей, получаемых при исследованиях, была рассмотрена выборка данных по показателю извлечения золота по 15 рудным месторождениям и 4 технологиям. В качестве истинного показателя принимались данные промышленных испытаний. Сравнение показывает (табл. 3 и рис. 3), что лабораторная стадия имеет среднюю погрешность в 7 раз выше, чем полупромышленная (опытно-промышленная) стадия (9,1 % и 1,3 % соответственно), и более высокую изменчивость значений. Соответственно, даже заложив 9-процентный резерв к показателям лабораторной стадии, велик риск допустить серьезную ошибку в прогнозировании промышленной переработки.

Рисунок 3. Диаграмма размаха двух групп показателей

Полупромышленные испытания дают более точные показатели в первую очередь за счет масштабируемости технологии. Например, при лабораторных испытаниях плохо моделируются центробежная гравитация, при сорбционном цианировании невозможно определить влияние сорбционной активности сырья без моделирования противотока. Кроме этого, за счет большей массы пробы нивелируются такие особенности руды, как наличие крупного золота, неравномерность распределения золота в пробе, вещественный состав руды.

На полупромышленной стадии уточняются не только расход реагентов, продолжительность операций и выход продуктов, но и выявляется необходимость в проведении дополнительных технологических операций. Например, таких, как водоподготовка, так как на лабораторной стадии влияние технологической воды, подаваемой для исследований, мы практически не можем оценить, а при проведении непрерывных испытаний в замкнутом цикле с замкнутым водооборотом этот эффект проявляется очень сильно. Особенно сильно влияние водоподготовки отслеживается на технологиях, использующих флотационное обогащение с последующей гидрометаллургической переработкой продуктов обогащения.

Также масштаб исследований значительно сказывается на технологии кучного выщелачивания. Так, на одном из предприятий результаты по извлечению в лабораторном масштабе составили 80,5 %, а при опытно-промышленной отработке – 72,5 %. В данном случае важным фактором является моделирование высоты штабеля КВ.

Таким образом, масштаб исследований наравне с представительностью пробы имеет очень важное значение при разработке технологии переработки руды.

Заключение

Резюмируя вышеизложенное, отметим, что несмотря на значительные временные и финансовые затраты на отбор представительных проб руды и проведение полупромышленных

исследований и геолого-технологического картирования, эти мероприятия позволяют избежать высоких рисков по недостижению плановых производственных и финансовых показателей.

Во избежание накопительного эффекта рисков по недостижению показателей извлечения и производительности важно минимизировать влияние других факторов, указанных в статье. При разработке Технологического регламента критичным является производственный опыт авторов, максимально учитывающих практику промышленной реализации рекомендованной технологии, знающих специфику работы предлагаемого оборудования.

Список использованной литературы:

1. Biery and M. Stewart, Benchmarking Mining and Minerals Processing Projects, AACE International Technical Paper, Est.1619, 2014
2. AACE International, Recommended Practice 77R-15, Quality Control/Quality Assurance for Risk Management, AACE International, Morgantown, WV.
3. Стандарт Российского геологического общества «Твердые полезные ископаемые и горные породы. Геолого-технологическое картирование. Методы», СТО Росгео 09-002-98
4. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию кондиций для подсчета запасов месторождений твердых полезных ископаемых (кроме углей и горючих сланцев). Москва 2007 г. Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007 г. № 37-р.