Оценка и возможности снижения расхода энергии на измельчение: технологические решения

Верхозин С.С., редактор журнала "Золотодобыча", отдел рекламы АО "Иргиредмет", канд. филол. наук

Измельчение руды – наиболее энергоемкий процесс на любом горнодобывающем предприятии, и на фоне тенденций в отрасли вопрос снижения расхода энергии становится критически важным. Добиться этого можно за счет использования нестандартных технологических схем и оборудования.

Оценка расхода энергии

Измельчение – самый энергоемкий процесс переработки руды. На типичном горнодобывающем предприятии на него приходится от трети до половины всех расхода энергии и как минимум 10 % производственных издержек.

Структура расхода энергии на типичном горнодобывающем (слева) и медедобывающем предприятии (справа) [1,2]

Проблема высокого расхода энергии усугубляется истощением ресурсов и снижением содержания ценного компонента в рудах. Сегодня чтобы получить то же количество полезного ископаемого, что и раньше, а тем более увеличить его производство, предприятие должно переработать больше. Как следствие, растут затраты на измельчение и другие процессы.

Снижение расхода энергии на измельчение улучшает производственные, экономические и экологические показатели предприятия. Компания Weir подсчитала [3] – и эти расчеты прошли независимую проверку, – что уменьшить энергопотребление и выбросы в атмосферу помогает внедрение нестандартных технологических схем.

В Weir оценили четыре технологические схемы измельчения на примере типичного медедобывающего предприятия в Чили (эта страна производит больше всего меди в мире) расчетной производственной мощностью 15 млн т руды в год: одну традиционную и три усовершенствованные (табл. 1):

1. мельница полусамоизмельчения – шаровая мельница (стандартный цикл SABC);
2. роллер-пресс – шаровая мельница;
3. роллер-пресс – вертикальная мельница с перемешиванием рабочей среды;
4. роллер-пресс – вертикальная мельница с перемешиванием рабочей среды – крупнозернистая флотация.

Таблица 1. Результаты расчетов Weir [3]

* Д – дробилка, ШМ – шаровая мельница, РП – роллер-пресс, ВМ – вертикальная мельница с перемешиванием рабочей среды, КФ – крупнозернистая флотация.

Все три нестандартные технологические схемы демонстрируют заметные преимущества по сравнению с типичным циклом SABC. В оптимальном варианте расход энергии сокращается на 40 %, выбросы СО₂-экв. – на 50 %.

Предлагаются и другие технологические подходы к решению проблемы уменьшения расхода энергии и выбросов, например, сухое измельчение в вертикальных валковых мельницах или роллер-прессах. Такое оборудование отличается высокой энергоэффективностью и позволяет получить продукт более однородного гранулометрического состава, что положительно сказывается на показателях последующих процессов [4].

Роллер-пресс – это выход?

Многие варианты уменьшения расхода энергии предусматривают использование роллер-прессов. Действительно ли это оборудование позволяет добиться существенной экономии? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к отраслевой практике.

В Западной Австралии, примерно в 170 км друг от друга, находятся два крупных золотодобывающих предприятия: Tropicana и Gruyere. Оба объекта имеют практически одинаковую производственную мощность – по 6,2 млн т руды в год, перерабатывают руды сопоставимой твердости, но на первом цикл измельчения состоит из роллер-пресса и шаровых мельниц, а на втором применяется стандартная схема SABC.

На основе различных данных была выполнена оценка эффективности использования энергии в измельчении руды на Tropicana и Gruyere [5].

Разница в общем расходе энергии циклами была установлена на уровне 6,1 кВт∙ч/т. Цикл с роллер-прессом потребляет на 25 % меньше энергии, чем SABC: 18,7 против 24,8 кВт∙ч/т (табл. 2).

Таблица 2. Расчет эффективности использования энергии на Tropicana и Gruyere [4]

* Скорректированный показатель; ** без учета потерь на приводе.

Если нормализовать показатели цикла на Gruyere, то разница в расходе энергии по сравнению с циклом на Tropicana составит 16,1 % вместо 25 %.

Главным выводом авторов работы стало то, что схема измельчения с роллер-прессом более эффективна в плане использования энергии, даже без учета дополнительных преимуществ, которые дает это оборудование за счет уменьшения крупности питания шаровых мельниц, и при более высоких энергозатратах вспомогательным оборудованием.

По эксплуатационным издержкам цикл с роллер-прессом и шаровой мельницей оказался на 20,1 % выгоднее, чем SABC. Снижение затрат на энергию и мелющую среду более чем компенсирует дополнительные расходы на техническое обслуживание.

Подобные наблюдения подтверждаются результатами других исследований. Так, было показано, что цикл с роллер-прессом и мельницей с перемешиванием мелющей среды потребляет на 34 % меньше энергии, чем цикл SABC [6].

Роллер-прессы, однако, пока не нашли повсеместного распространения в горнодобывающей промышленности. Причин этому несколько, от высоких капитальных расходов до чувствительности к питанию и недостаточной производительности. Сегодня выбор на этом оборудовании останавливают предприятия, для которых большое значение имеет экономия энергии, или роллер-пресс является единственным способом добиться необходимых результатов.

Так обстояло дело на золотоизвлекательной фабрике нового предприятия Côté, где был установлен крупнейший роллер-пресс в Канаде. Его габариты – 2,4 × 2,4 м, производительность – 1 596 т/ч, крупность измельчения 80 % класса – 2,4 мм. Роллер-пресс работает в цикле с шаровыми и вертикальными мельницами.

Полупромышленные испытания показали, что руда на Côté отличается повышенной твердостью, и стандартное полусамоизмельчение не способно было бы обеспечить необходимой крупности помола. Дальнейшие расчеты позволили установить, что предпочтительным вариантом будет роллер-пресс.

Дополнительным преимуществом стало то, что в результате измельчения в роллер-прессе в руде образуются множественные микротрещины, повышающие эффективность последующего цианирования [7].

Другие решения

Можно найти разные способы снижения расхода энергии – все зависит от особенностей и возможностей конкретного предприятия, опыта и квалификации специалистов организации, занимающейся исследованием, проектированием или оптимизацией цикла.

В Metso, например, стараются отойти от традиционного подхода и включают в схемы нестандартное оборудование – вертикальные мельницы и мельницы с перемешиванием мелющей среды [8].

Такое оборудование будет поставлено компанией на Reko Diq (Пакистан) – проект освоения одного из крупнейших в мире месторождений меди и золота, которым занимается Barrick Mining. В схему фабрики будущего предприятия заложен двухстадиальный цикл доизмельчения, в который для оптимизации использования энергии и эксплуатационных затрат включили вертикальную мельницу и мельницу с перемешиванием мелющей среды.

По словам Кристофа Хётцеля, старшего вице-президента направления измельчения в Metso, разработка технологической схемы базируется на сотнях часов испытаний, выполненных с использованием данных компании и современных средств вроде цифровых близнецов

Цикл с парными вертикальными мельницами разработан для полиметаллического проекта Hermosa (цинк, свинец, марганец, серебро) в США. Одна из них будет использоваться на первой стадии, вторая – на второй стадии и доизмельчении. Такой вариант позволит повысить эффективность использования энергии и снизить расход мелющей среды.

На одном из железнорудных предприятий в Южной Америке традиционные горизонтальные мельницы были заменены комбинацией роллер-прессов и вертикальных мельниц. За счет этого решения установленная мощность относительно цикла "роллер пресс – шаровая мельница" снизилась на 25 %, экономия энергии по сравнению с циклом SABC превысила 40 %.

Заключение

Снижение расхода энергии на измельчение руды является критически важной задачей для горнодобывающей промышленности, особенно в условиях истощения ресурсов и ужесточения экологических требований.

Как показали исследования, внедрение нестандартных технологических схем позволяет добиться значительной экономии энергии по сравнению с традиционными методами, сократить эксплуатационные расходы и уменьшить выбросы CO₂, что открывает новые перспективы для устойчивого развития отрасли.

Список использованных источников

1. Allen M. Mining Energy Consumption 2021 // CEEC The Future URL: https://www.ceecthefuture.org/resources/mining-energy-consumption-2021.
2. Comminution. Plugging Mining's Largest Energy Drain // CEEC The Future URL: https://www.ceecthefuture.org/media/resources/comminution-infographic-compressed.pdf.
3. Weir Group highlights energy, emission reduction opportunities in comminution study // International Mining URL: https://im-mining.com/2023/12/05/weir-group-highlights-energy-emission-reduction-opportunities-in-comminution-study/.
4. Foggiatto B. Beyond SAG milling – The future of grinding // AusIMM Bulletin URL: https://www.ausimm.com/bulletin/bulletin-articles/beyond-sag-milling--the-future-of-grinding/.
5. Lovatt I.A., Becker M., Putland B., Radford R., Robinson J. Trade-Off Realities in HPGR vs. SAG Milling – A Practical Comparison of Tropicana and Gruyere Comminution Circuits // SAG Conference. - Vancouver, Canada: 2023.
6. Wang C., Nadolski S., Mejia O., Drozdiak J., Klein B. Energy and Cost Comparisons of HPGR Based Circuits with the SABC Circuit Installed at the Huckleberry Mine // 45th Annual Canadian Mineral Processors Operators Conference. – Ottawa, Canada: 2013.
7. Elbokl, T. Iamgold’s Côté Gold: A model for modern mining and sustainability / T. Elbokl. – Текст : электронный // Canadian Mining Journal : [сайт]. – URL: https://www.canadianminingjournal.com/featured-article/iamgolds-cote-gold-a-model-for-modern-mining-and-sustainability/.
8. Gleeson D. Complementary comminution // International Mining. – March 2025. – С. 10–28.

 "ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 6 (319), ИЮНЬ 2025 ГОДА

© АО "Иргиредмет", 2025