KGHM POLSKA MIEDŹ SA

Transkrypt

1 KGHM POLSKA MIEDŹ SA TECHNOLOGIA WZBOGACANIA RUD Kierunki poprawy efektywności technologicznej, technicznej i ekonomicznej przeróbki rudy Andrzej Łuszczkiewicz Politechnika Wrocławska, Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Wykład prezentowany na forum dyskusyjnym z okazji 50-lecia KGHM Polska Miedź SA, AGH Kraków, 7.X.2011

2 STRATEGIA I KONCEPCJE ZWR W STRUKTURZE KGHM PO ROKU 2015 Do roku 2015 PRZEWIDYWANE REZULTATY DZIAŁAŃ Zwiększenie uzysku do poziomu 90,5% Zmniejszenie kosztów operacyjnych w układzie porównywalnym o 15 % w stosunku do 2008 roku DROGI ZWIĘKSZENIA EFEKTYWNOŚCI ODZYSKU METALI (2010: e=88,77) Zwiększenie stopnia uwolnienia minerałów siarczkowych Wydłużenie czasu flotacji Automatyzacja procesu produkcji Nowe technologie wzbogacania Konieczny A. Prezentacja 50 lecie KGHM, Lubin 12.V.2011 KONCEPCJE I STRATEGIA Rewitalizacji zakładów przeróbczych w ramach istniejącej kubatury budynków Analiza istniejącego stanu technologii Nowy centralny ZWR? ZWR pod ziemią? Gospodarka odpadami flotacyjnymi

3 Stan obecny technologii Nowe technologie? Niedoskonałość technologii objawia się we właściwościach odpadów flotacyjnych wielkości strat metali Właściwości odpadów flotacyjnych wskazują na kierunki niezbędnych zmian w technologii Przykładowy skład ziarnowy próbki zawiesiny odpadów flotacyjnych z rozkładem (uzyskami) metali (ZWR Rudna, 2009) Klasy ziarnowe m Wychód % Zawart. % Cu Uzysk,% (strata) Zawart. ppm Ag Uzysk,% (strata) >100 39,6 0,24 36, , ,2 0,20 7,84 6 5, ,3 0,22 10,36 6 7, ,8 0,16 3,57 6 3,36 < 20 32,0 0,34 41, ,32 Słabe uwolnienie Prawdopodobne przyczyny głównych strat Krótki czas flotacji Nadawa z bilansu 100,00 0,26 100, ,00 Nadawa oznacz. 0,28 10 Łuszczkiewicz A. Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 2009

4 TRENDY W PRZERÓBCE I WZBOGACANIU RUD METALI NIEŻELAZNYCH W ŚWIECIE TRENDY W TECHNICE A STRATEGIA KGHM Kruszenie i mielenie rudy Flotacja Nowe technologie Kontrola i sterowanie procesów Gospodarka wodna Gospodarka odpadami flotacyjnymi Nakłady finansowe na badania rozwojowe

5 Procesy rozdrabniania Obecnie najbardziej newralgicznym punktem technologii wzbogacania rud miedzi w KGHM jest proces przygotowania nadawy -kruszenia i mielenia. Pracujące od lat kruszarki udarowe i młyny, przy obecnych wydajnościach zakładów, praktycznie wykluczają optymalne uwolnienie minerałów wobec pogarszających się parametrów jakościowych wydobywanych rud.

6 Energochłonność procesów rozdrabniania Wang Y., Forssberg E., Enhancement of energy efficiency for mechanical production of fine and ultra-fine particles in comminution. China Particuology 5 (2007) ,

7 Nowe rozwiązania w przygotowaniu rudy: skuteczne i mniej energochłonne uwalnianie minerałów użytecznych Prasy walcowe HPGR

8 Nowe (od lat 70. XX w.) rozwiązania: skuteczne i mniej energochłonne uwalnianie minerałów użytecznych Młyny SAG/AG

9 Konsumpcja energii i równoważnej emisji GHG dla różnych układów rozdrabniania Jankovic A., Multi-Stage Crushing versus AG/SAG mill and HPGR. Metso Minerals, Inc. 29 March 2004

10 Efekty rozdrabiania w wysokociśnieniowej prasie walcowej (HPGR) i kruszarce stożkowej Roller Presses. Humbolt Wedag International, 2008

11 Domielanie drobnych ziarn rudy: skuteczne uwalnianie minerałów użytecznych (młyny perełkowe (mieszalnikowe)) IsaMill VERTIMILL

12 Domielanie drobnych ziarn rudy: skuteczne uwalnianie minerałów użytecznych (młyny perełkowe (mieszalnikowe)) Jankovic A. Minerals Engineering, Vol.16, No.4, 2003,

13 Nowe konstrukcje maszyn flotacyjnych: wielkie pojemności i wydajności, oszczędność energii m m m , 57 m 3 Maszyny flotacyjne dla przemysłu górniczego. Katalog IMN Flotation technologies. Outotec Leaflets 2007

14 Nowe konstrukcje maszyn flotacyjnych: wielkie pojemności i wydajności, oszczędność energii Historyczny rozwój pojemności maszyn flotacyjnych Flotation technologies. Outotec Leaflets 2007

15 Nowe konstrukcje maszyn flotacyjnych: drobne ziarna (<0,020 mm). Maszyny inżektorowe i ćiśnieniowe Jameson Cell Imhoflot Siemens DAF Float-Treat Separator. EN-FFTdr-BR Siemens Water Technologies Corp. Battersby M., Imhof R., Fletcher M., PuderF., Randol Innovations in Metallurgy Conference, Perth, Australia, August 2005

16 Nowe konstrukcje maszyn flotacyjnych: drobne ziarna (<0,020 mm). Maszyna hybrydowa Siemens SIMINE Hybrid Flot Metals and Mining, Siemens VAI, No. 1, 2011

17 Kontrola i sterowanie procesami, automatyzacja Identyfikacja procesu Kontrola i prognozowanie wzbogacalności rudy Kontrola mineralogiczna i petrograficzna nadawy i produktów wzbogacania: systemy QEMSCAN, MLA (decydująca i podstawowa informacja o właściwościach technologicznych rudy!!! -bieżąca i prognozowana) Opracowanie nowych schematów technologicznych i ich optymalizacja Optymalny dobór/wybór maszyn i oprzyrządowania Opracowanie algorytmów sterowania Tak rozumiana identyfikacja procesu wymaga znacznych nakładów finansowych i analizy polityki inwestowania w badania rozwojowe. Obecne układy wzbogacania bazują na badaniach rozwojowych sprzed pół wieku

18 Uzysk substancji nieużytecznej w odpadzie eno % Uzysk reszty składn. w odpadach, % Identyfikacja procesu - mineralogia procesowa Naturalne uwarunkowania mineralogiczno petrologiczne rud z LGOM brak wzbogacania Klasa <0,010 mm Klasa 0,010-0,015 mm Klasa 0,015-0,025 mm Klasa 0,025-0,040 mm Klasa >0,040 mm Brak wzbogac. Kruszce Bornit Chalkozyn Chalkopiryt Piryt Kowelin Galena Uzysk miedzi w koncentracie e % Wzbogacalność głównych minerałów kruszcowych (nadawa: 90% <25 mm) Uzysk minerałów w koncentracie, % Około 20-80% miedzi zawartej w rudzie jest niesione w łupkach, średnio 35-40% Potulska A., Praca doktorska, Pol. Wrocł. 2008

19 Identyfikacja procesu - mineralogia procesowa Uzysk subst nieużutecz w odp., e no, % Naturalne uwarunkowania mineralogiczno petrologiczne rud z LGOM Mieszanka: Piaskowiec 69% Dolomit 18% Łupek 13% 20 0 Brak wzbogacania Lubin.Piaskowiec 0,8% Cu Lubin. Dolomit 2,1% Cu Lubin.Łupek 4,5% Cu Lubin.Mieszanka 1,4% Cu Uzysk miedzi w koncentracie, e, % Wzbogacalność głównych odmian litologicznych rudy i ich mieszanki Około 20-80% miedzi zawartej w rudzie jest niesione w łupkach, średnio 35-40% Łuszczkiewicz A. Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 2008

20 Zawartość Cu w koncentracie b, % Wyniki flotacji mieszanek rudy dolomitowej i łupkowej z rejonu Polkowic-Sieroszowic Czy frakcja czarnych łupków w nadawie jest składnikiem niekorzystnym?? Dolomit 100% Dolomit 95%+Łupek 5% Dolomit 90%+Łupek 10% Dolomit 85%+Łupek 15% Uzysk Cu w koncentracie, % Stec R. Oprac. ZD Lubin.1999 Około 20-80% miedzi zawartej w rudzie jest niesione w łupkach, średnio 35-40%

21 Nowe technologie, hydrometalurgia Zastosowanie bio- i hydro-metalurgii do przetwarzania produktów z ZWR Lubin Koncentrat flotacyjny Ubogi koncentrat flotacyjny Półprodukt łupkowy Ługowanie nieutleniające dla uwolnienia siarczków Flotacja odgipsowująca H 2 SO 4 bio- i hydrometalurgia Flotacja lub ługowanie chlorkowe odzyskiwanie Ag, Pb, H 2 SO 4 Ługowanie nieutleniające całkowity rozkład węglanów domielanie < 40 m Stała pozostałość Ługowanie atmosferyczne lub cisnieniowe H 2 SO 4, O 2, Fe(III) domielanie < 40 m roztwór bioługowanie Odzyskiwanie Cu, Ni, Co, Zn SX/EW Chmielewski T. Oprac. wewn.zakł. Hydrometalurgii 2010

22 Pierwszy etap operacji hydrometalurgicznych to rozkład kwasem siarkowym minerałów węglanowych Ca i Mg dla uwolnienia siarczkowych minerałów kruszcowych Łuszczkiewicz A., Chmielewski T., Rudy i Metale Nieżelazne, R. 51, 2006, Nr 1, 2-10.

23 Schemat I ciągu ZWR Polkowice z modyfikacją chemiczną półproduktu I czyszczenia nadawa 85% 75 m K Flotacja wstępna MC Flotacja główna O H 2 SO 4 K Flotacja czyszcząca I Pp Ługowanie K Flot. odgipsowująca Pp Flotacja kontrolna Pp Flotacja czyszcząca II K O K Koncentrat końcowy Odpady końcowe Łuszczkiewicz A., Chmielewski T., Rudy i Metale Nieżelazne, R. 51, 2006, Nr 1, 2-10.

24 Zawartość Cu w koncentracie Wyniki flotacji półproduktu z I czyszczenia I ciąg ZWR Polkowice III-VI.2006 Uzysk subst nieużutecznej w odpadzie, e no, % Nadawa do modyfikacji opr.1 Nad. do flot. odgips.rw=26% Nadawa do modyfikacji opr.2 Nadawa do flot.odgips.rw=86% brak wzbogacania Nadawa do modyfikacji opr.1 Flotacja odgipsow. Rw=26% Nadawa do modyfikacji opr.2 Flotacja odgipsow. Rw=86% Uzysk Cu w koncentracie Uzysk subst. użytecz. w koncentracie, e, % Łuszczkiewicz A. Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 2006

25 Nowy centralny ZWR? Istniejące zakłady wzbogacania rudy Nowy centralny zakład wzbogacania rudy??? Założenia obecnych technologii przeróbczych powstały w latach 60-tych ubiegłego wieku i praktycznie do dziś nie uległy zmianom Nowy ZWR, to idea opracowania nowej koncepcji technologii dostosowanej do dzisiejszych warunków mineralogiczno-petrograficznych rudy i stanu wiedzy procesowej. Konieczne jest szerokie studium przedprojektowe uwzględniające istniejącą infrastrukturę ZWR, infrastrukturę terenu, uwarunkowania górnicze, itp, itd, itd..

26 Zakład przeróbczy pod ziemią Doświadczenia własne KGHM: Sieroszowice: sól kamienna urabiana kombajnami kierowana jest do PODZIEMNEGO ZAKŁADU PRZERÓBCZEGO, gdzie poddawana jest procesom rozdrabniania i klasyfikacji. Produkt finalny (sprzedażny) transportowany jest na powierzchnię szybem SW-1 Doświadczenia światowe: Python Underground Plant, Ballarat Poject (Gekko Systems, 2008) KGHM: koncepcja wydobycia i złota i platynowców pozabilansowej rudy miedzi (prof. A. Piestrzyński, 1998) z

27 Złoto rodzime w koncentracie grawitacyjnym z Polkowic Zach. wydzielonym w separatorze KC-MD3 100 μm Łuszczkiewicz A. Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 1998

28 Wyniki wzbogacania grawitacyjnego rudy z Polkowic Zach. w separatorze Knelson KC-MD3 Produkt Wychód, % Zawartość bau, ppm Uzysk eau % Zawartość bpt, ppm Uzysk ept, % Zawartość bpd, ppm Uzysk epd, % konc. 1 0, ,0 14,38 n,o n,o, n,o n,o, konc. 2 0, ,400 32,82 9,778 1,55 5,366 1,14 konc. 3 0,844 71,241 11,45 6,157 4,35 7,562 7,18 odpad 98,964 2,195 41,35 1,135 94,10 0,824 91,68 nadawa z bilansu nadawa oznacz. 100,0 5, ,00 1, ,00 0, ,00 5,654 1,710 0,916 Łuszczkiewicz A. Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 1998

29 Wyniki flotacji pozabilansowej rudy z Polkowic Zachodnich, 1998 Produkt Wychód Zawartość bau, ppm Uzysk eau % Zawartość bpt, ppm Uzysk ept, % Zawartość bpd, ppm Uzysk epd, % konc. 1,01 1,01 459,74 91,38 11,43 46,30 7,81 40,70 pprod.3 2,84 3,85 124,68 94,83 4,38 67,96 3,24 64,64 pprod.2 1,25 5,10 95,08 95,76 3,56 73,05 2,65 69,85 pprod.1 3,90 8,99 54,02 96,01 2,06 74,70 1,54 71,71 odpad 91,01 100,00 5,06 100,00 0,25 100,00 0,19 100,00 n. z bil. 100,00 5,06 0,25 0,19 n. ozn. 5,35 0, Łuszczkiewicz A. Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 1998

30 Krzywe wzbogacalności badanych próbek rudy z Polkowic Zachodnich Zawartość kumulowana Au w koncentracie, ppm ,1 flotacja rudy 1/1 flotacja rudy 5/1 flotacja rudy 4/ Uzysk kumulowany Au w koncentracie, % Łuszczkiewicz A. Gospod. Surowc. Mineral. vol. 15 No.S. 1999

31 Ogólna koncepcja wydzielenia złota z pozabilansowej rudy miedzi, 1998 M 100 1, ,0 Mielenie Nadawa wychód, % Au, ppm uzysk Au, % 85 % -0,071 flotacja główna flotacja czyszcz. 98,6 0,03 2,0 1, ,0 M Odpady Koncentrat Wstępna propozycja technologii wzbogacania rudy złotonośnej z Polkowic Zachodnich Łuszczkiewicz A. Gospod. Surowc. Mineral. vol. 15 No.S. 1999

32 Zakład przeróbczy pod ziemią Moduł: kruszenie mielenie klasyfikacja wzbogacanie grawitacyjne + flotacja PYTHON UNDERGROUND PLANT, BALLARAT POJECT (GEKKO SYSTEMS) W pełni zautomatyzowany MODUŁOWY SYSTEM KRUSZENIE -MIELENIE KLASYFIKACJA-WZBOGACANIE - GRAWITACYJNE + FLOTACJA (pre-koncentrat) Wymiary modułu: 2,4 x 5,0 x 67 m. Moduł można ustawić w konfiguracji podwójnej równolegle 2 x o dług. 34 m Wydajność modułu 50 t/h, zużycie energii w kwh/t przerabianej rudy o 50% mniejsze w stosunku do analogicznej przeróbki na powierzchni Pełne wdrożenie Python 200 : Central Rand Gold (Johannesburg) październik 2008 Hughes T. R., Grigg N.J., Narrow Vein Mining Conference, Ballarat, Australia,

33 Zakład przeróbczy pod ziemią Element modułu Python 200 przygotowany do transportu do wyrobiska Rozmieszczenie modułu Python 200 w wyrobisku 5x5 m Hughes, T R;Gray, A H., Minerals & Metallurgical Processing; 2010; 27, 2; 89-96

34 Zakład przeróbczy pod ziemią Schemat maszynowy modułu Python 200 Hughes, T R;Gray, A H., Minerals & Metallurgical Processing; 2010; 27, 2; 89-96

35 Zakład przeróbczy pod ziemią Python 200 : Central Rand Gold, 2008 Dominy S. C., Cormack G., Hughes T. R., Grigg N. J., Gray A. H., Proc. Physical Separ. Conf., Falmouth, June 2009.

36 Obiegi wodne i gospodarka odpadami flotacyjnymi Rozbudowa starych lub budowa nowych składowisk. Odpady: 95% masy wydobytej rudy Złoże antropogeniczne? Według dzisiejszych kryteriów ekonomicznych i możliwości technologicznych, 10-15% metali w odpadach możliwe jest do opłacalnego odzysku lub na pograniczu opłacalności (Łuszczkiewicz 2000) Rozwiązanie problemu składowania odpadów flotacyjnych pod ziemią. Podsadzka zestalana (frakcja <20 m) ZWR pod ziemią?? Wstępna przeróbka. Deponowanie w wyrobiskach odpadów wstępnej przeróbki Gospodarka wodna kompleksu górniczo-przeróbczego. Systematyczny wzrost zasolenia wód technologicznych

37 Obiegi wodne i gospodarka odpadami flotacyjnymi Deponowanie odpadów flotacyjnych w starych zrobach i wyrobiskach poeksploatacyjnych. Podsadzka zestalana, frakcja < 20 m Odpady ZWR Rudna: ~30% masy < 20 m FLSmidth Minerals Leaflets 2002,

38 Klasyfikacja i zagęszczanie frakcji drobnoziarnistej (< 20 m) odpadów Wylew zgęszczacza stożkowego głębokiego jest porównywalny z plackiem filtracyjnym pod względem stopnia odwodnienia, zagęszczenia części stałych i konsystencji Zgęszczacz promieniowy głęboki EIMCO Deep Cone Paste Thickeners Na podstawie FLSmidth Minerals Leaflets 2002, FLSmidth Minerals Leaflets 2002,

39 Zagęszczacze zawiesiny odpadów flotacyjnych przeznaczonych do deponowania podziemnego w postaci podsadzki zestalanej (ciasto-pasta) Ravensthrope, Australia EIMCO Deep Cone Paste Thickeners FLSmidth Minerals Leaflets 2002,

40 Zawartość substancji rozp. w wodach zrzutowych, mg/dm 3 Zasolenie wód obiegowych Lata Łuszczkiewicz A. Dane KGHM, Oprac. wewn. Inst.Górnictwa Pol. Wrocł. 2011

41 KONCEPCJE I STRATEGIA NA XXI WIEK Wyzwania największych koncernów miedziowych Efektywność energetyczna rozdrabniania Reakcja procesu na zmiany jakości rudy Rozwój technologii w równowadze ze środowiskiem naturalnym Biotechnologiczne przetwarzanie surowców siarczkowych Bühlmann F.G., Technological Challenges in Copper Mining. Santiago, Presentation 22 Octubre 2004

42 Podsumowanie Wyzwania, koncepcje i strategia na XXI wiek Rewitalizacja zakładów przeróbczych w ramach istniejącej kubatury budynków. Problem podstawowy: przygotowanie rudy!!! (kruszenie mielenie). Niezbędna modernizacja układów rozdrabniania Analiza istniejącego stanu technologii. Identyfikacja mineralogiczno -petrograficzna nadawy on-line. Reakcja procesowa na zmiany jakości rudy. Podstawowe dane do nowych układów wzbogacania Nowy centralny ZWR: opracowanie nowej koncepcji technologii przeróbczej i zastąpienie niewydolnych układów z lat 60-tych XX w. opracowanie nowego układu technologicznego przygotowania rudy i wzbogacania flotacyjnego. Maszyny XXI wieku Nowe technologie przeróbki części trudno wzbogacalnych rud. Zastosowanie procesów hydrometalurgicznych Gospodarka wodna, zasolenie wód obiegowych, gospodarka odpadami flotacyjnymi. Deponowanie odpadów pod ziemią ZWR pod ziemią? Wstępna przeróbka rudy. Pozyskiwanie metali towarzyszących na etapie procesów wzbogacania

43 Politechnika Wrocławska Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Andrzej Łuszczkiewicz DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ