Opracowanie innowacyjnej technologii udostępniania złoża głębokiego.

Załącznik nr 1. Zakres merytoryczny I Konkursu I. Temat zagadnienia Opracowanie innowacyjnej technologii udostępniania złoża głębokiego. Cel główny: Opracowana zostanie technologia udostępnienia złoża zalegającego na głębokości poniżej 1300m w czasie realizacji udostępniania nie dłuższym niż trzy lata. II. Opis zagadnienia badawczego Złoże rud miedzi eksploatowane przez KGHM Polska Miedź S.A. w Polsce, jest jednym z największych złóż miedzi na świecie. Zlokalizowane jest na południowym zachodzie Polski i pokrywa powierzchnię około 467,6 km2. Złoże to znajduje się w obrębie dużej jednostki strukturalnej zwanej monokliną przedsudecką i jest złożem stratoidalnym wykształconym w formie pseudopokładu. Rys. 1. Lokalizacja złoża i budowa geologiczna. Nad skałami miedzionośnymi zalegają cechsztyńskie utwory cyklu ewaporacji takie jak dolomit, anhydryt i sól kamienna reprezentowane przez cyklotemy PZ1, PZ2, PZ3, i PZ4 1

wykształcone w różnej formie. Następnie zalegają triasowe utwory pstrego piaskowca, wapienia muszlowego i luźne utwory plastycznych iłów i detrytusu roślinnego, a dalej czwartorzędowe utwory iłów poznańskich, piasków i żwirów kwarcowych o znacznym dopływie wód podziemnych. Rys. 2. Uproszczony profil budowy geologicznej. Złoże miedzi zalega na głębokościach od około 600m do ponad 1300m. W profilu hydrogeologicznym rozpatrywanej części obszaru miedzionośnego występują dwa zasadnicze kompleksy wodonośne: kenozoiczny obejmujący luźne utwory neogenu i paleogenu z krążeniem intergranularnym wód podziemnych oraz triasowo-permski występujący w zwięzłych, porowatych, szczelinowatych a także kawernistych skałach pstrego piaskowca, cechsztynu i czerwonego spągowca z krążeniem głównie szczelinowo-porowym - rys. 3. 2 1 piaski i żwiry, 2 wapienie i dolomity Ca1 cechsztynu, 3 iły i gliny, 4 węgiel brunatny, 5 iłołupki, 6 anhydryty, 7 uskoki, 8 wyrobiska górnicze, 9 kierunki przepływu wód podziemnych, 10 przemieszczanie się wód podziemnych przez przesączanie, 11 zasilanie opadami atmosferycznymi, 12 strefa podwyższonego zawodnienia serii węglanowej Ca1 cechsztynu, 13 strefa słabego zawodnienia serii węglanowej Ca1 cechsztynu. Rys. 3 Schemat krążenia wód podziemnych w obszarze miedzionośnym na monoklinie przedsudeckiej (Bocheńska, Fiszer, Kalisz, 2000, aktualizacja 2007)

Kompleksy te różnią się wyraźnie wykształceniem litologicznym, genezą, sposobem formowania się zasobów i chemizmem wód a tym samym parametrami hydrogeologicznymi. Oba kompleksy składają się z wielu pięter i poziomów wodonośnych. W kompleksie kenozoicznym, w piętrze neogenu wyróżnia się poziomy wodonośne holocenu, plejstocenu i nadwęglonych utworów neogenu obejmujące utwory przepuszczalne pliocenu i miocenu górnego; międzywęglowych utworów neogenu lokalizujący się w obrębie wodonośnych warstw środkowego i dolnego miocenu oraz podwęglowych utworów paleogenu występujący w utworach oligocenu. W kompleksie triasowopermskim występują poziomy: wapienia muszlowego, górnego (retu), środkowego i dolnego pstrego piaskowca, dolomitu głównego Ca2 i wapienia podstawowego Ca1 cechsztynu oraz piaskowców czerwonego spągowca. Podstawową właściwością profilu hydrogeologicznego w północnej części obszaru miedzionośnego jest powszechna rozdzielczość pięter i poziomów wodonośnych za pośrednictwem serii (warstw) skalnych o cechach izolacyjnych. Ich bezpośrednie związki hydrauliczne na bazie kontaktów typu sedymentacyjno-erozyjnego mają na ogół charakter lokalny i w krążeniu wód tej części obszaru miedzionośnego nie odgrywają większej roli. Holoceńsko-plejstoceńskie poziomy wodonośne oddzielone są od pięter wodonośnych niżejległych warstwą iłów plioceńskich z serii poznańskiej. Jednakże w obszarze położonym na północ od granic obszarów górniczych Rudna i Sieroszowice, w rejonie pradoliny barucko-głogowskiej, plejstoceńskie piaski i żwiry mogą znajdować się w kontakcie hydraulicznym z warstwami wodonośnymi zaliczanymi do poziomu nadwęglowego a także międzywęglowego neogenu. Znaczącym poziomem izolacyjnym na rozpatrywanym obszarze jest warstwa iłów mioceńskich, oddzielająca kenozoiczne poziomy wodonośne nadwęglowy i międzywęglowy od podwęglowego i pięter triasowego i permskiego. Poziom wodonośny w podwęglowych utworach paleogenu miejscami pozostaje w kontakcie hydraulicznym z triasowym piętrem wodonośnym a ściślej z poziomami górnego i środkowego pstrego piaskowca. Nie posiadają one jednak więzi hydraulicznej z wodami w obrębie permu. Pakiet utworów o wyraźnych cechach izolacyjnych stanowi tu warstwa iłołupków i iłowców górnocechsztyńskich oraz zalegająca pod nią seria anhydrytowa. Jak dotąd brak przesłanek do przyjęcia tezy o istnieniu kontaktów hydraulicznych typu tektonicznego umożliwiających przepływ wód pomiędzy wyróżnionymi kompleksami wodonośnymi, zarówno w północnej części obszarów górniczych Sieroszowice i Rudna jak i w ich najbliższym otoczeniu. W świetle przedstawionego powyżej podziału hydrogeologicznego, do wodonośnych w nadkładzie złoża rud miedzi północnej części obszarów górniczych Sieroszowice i Rudna zalicza się: - piętro kenozoiczne z poziomami holocenu i plejstocenu, nadwęglowych i międzywęglowych utworów neogenu i podwęglowych utworów paleogenu, - piętro triasowe z poziomami wapienia muszlowego, górnego (retu), środkowego i dolnego pstrego piaskowca, - piętro permskie z poziomem dolomitu głównego Ca2 cechsztynu. Poziomy wodonośne okołozłożowe reprezentowane są przez dolną część piętra permskiego: - poziom wapienia podstawowego Ca1 cechsztynu, - poziom piaskowców czerwonego spągowca. III. Uzasadnienie potrzeby podjęcia badań Podstawowym sposobem udostępnienia z powierzchni złóż zalegających na dużych głębokościach jest wykonanie wyrobisk pionowych czyli szybów. 3

Złoże rud miedzi LGOM udostępnione jest w chwili obecnej 30 szybami o głębokości od 600 do 1300 m i w większości o średnicy (w świetle obudowy) 7,5 m. Kolejne szyby udostępniające nowe obszary złoża będą głębione do co najmniej 1300m, a wymagana średnica (w świetle obudowy) to min. 7,5 m. Jednym z głównych problemów towarzyszących projektowaniu obudowy, a nade wszystko samego głębienia szybów jest zagrożenie wodne pochodzące od wodonośnych serii skalnych w profilu szybowym. Na podstawie rozpoznania warunków hydrogeologicznych za pośrednictwem badawczych otworów podszybowych oraz dotychczas zebranych doświadczeń z głębienia szybów wiadomo, że źródłem tego zagrożenia są poziomy wodonośne w utworach kenozoiku, pstrego piaskowca górnego, środkowego i dolnego, dolomitu głównego Ca2, wapieni i dolomitów Ca1 cechsztynu oraz piaskowców czerwonego spągowca. W takiej sytuacji hydrogeologicznej, stosowanym dotychczas z powodzeniem sposobem likwidacji zagrożenia od strony poziomów wodonośnych w kenozoiku, a także częściowo poziomów wodonośnych w pstrym piaskowcu, było mrożenia górotworu. Ostateczny interwał głębokościowy mrożenia, jakim należy objąć górotwór określany jest na podstawie szczegółowych badań i obliczeń. Ten sposób likwidacji zagrożenia wodnego w obrębie drążonego szybu wymaga odpowiedniego przygotowania górotworu tj. precyzyjnego odwiercenia otworów mrożeniowych, wybudowania instalacji mrożeniowej oraz zamrożenie górotworu. Realizacja tych działań trwa około trzy - cztery lata i jest dość kosztowna przede wszystkim jeśli chodzi o energię elektryczną pobieraną w trakcie zamrażania górotworu. Górotwór musi pozostać zamrożony do czasu wyjścia robotami poza strefę zagrożenia wodnego więc czas mrożenia (aktywnego i pasywnego) trwa około 3,5 roku. Kolejnym utrudnieniem wpływającym na opracowanie nowej technologii może być konieczność przejścia w trakcie drążenia warstwy soli kamiennej o miąższości ok. 70-170m oraz zapewnienia stateczności wyrobiska w tej strefie w okresie jego użytkowania. Przykładowy zestaw działań związanych z budową obiektów przyszybowych i głębieniem szybu przy obecnej technologii zawiera m.in.: 1) budowa infrastruktury placu szybowego (makroniwelacja terenu, sieci kablowe, główna stacja transformatorowa, osadnik wód deszczowo przemysłowych, pompownia, rurociągi etc.) oraz zaplecze wykonawcy, 2) obiekty i urządzenia do głębienia szybu, 3) przygotowanie do głębienia szybu (wiercenie otworów badawczych i mrożeniowych oraz mrożenie górotworu), 4) głębienie szybu (obudowa betonowa, tubingowa, wloty podszybia i rząpie, itp.) 5) montaż i demontaż urządzeń i wyposażenia w szybie. Prowadzone analizy i prace powinny koncentrować się na pozycjach 2,3 i 4 IV. Opis oczekiwanych efektów końcowych W ramach prac badawczych oczekuje się: - przeprowadzenia analizy porównawczej możliwych metod udostępnienia złoża na dużej głębokości (szyb, pochylnia, inne), - rekomendacji optymalnego sposobu udostępnienia wraz z uzasadnieniem obejmującym zagadnienia bezpieczeństwa, czasu realizacji i nakładów finansowych, - opracowania szczegółowej technologii realizacji obiektu - wszystkie rozwiązania techniczne zaproponowane w opracowaniu muszą spełniać obowiązujące wymagania prawne wynikające z Prawa Geologicznego i Górniczego. 4

Możliwości przyśpieszenia udostępnienia złoża upatruje się np. poprzez: - wypracowanie szybszej metody mrożenia górotworu (obecny czas to ok. 3,5 roku), - opracowanie nowej metody drążenia szybów w warunkach LGOM bez konieczności mrożenia górotworu, - wypracowanie szybszej metody drążenia szybu (obecny czas to ok. 5-6 lat) - opracowanie innego niż szyby sposobu udostępnienia złoża, gwarantującego jednocześnie bezpieczeństwo oraz możliwości zabudowy w takim wyrobisku infrastruktury niezbędnej do prowadzenia wydobycia. - i inne. Badania przeprowadzane w ramach realizacji niniejszego zagadnienia powinny odpowiadać V poziomowi gotowości technologicznej. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I. Temat zagadnienia Opracowanie innowacyjnej hydrometalurgicznej technologii produkcji metali nieżelaznych z koncentratów KGHM. II. Opis zagadnienia badawczego Celem zagadnienia jest opracowanie innowacyjnej, w stosunku do istniejących, technologii znajdującej zastosowanie dla koncentratu Lubin produkowanego w KGHM Polska Miedź S.A., hydrometalurgicznej technologii produkcji metali nieżelaznych, przy pełnym zagospodarowaniu wytwarzanych produktów i półproduktów opracowanej technologii. Nowa technologia musi cechować się niższymi niż istniejące i stosowane w KGHM technologie kosztami produkcyjnymi, niższą energochłonnością, a także niskim oddziaływaniem na środowisko tak pod względem ilości, jak i jakości powstałych odpadów. Produktem technologii powinny być zarówno użyteczne formy metali i ich związków, jak i bezpieczne do składowania, uciążliwe dla środowiska odpady. W wyniku realizacji projektu zostanie uzyskany kompletny zestaw informacji i szczegółowych wytycznych dotyczących nowej technologii, wraz z niezbędną dokumentacją techniczną urządzeń, w tym: urządzaniami głównymi i pomocniczymi potrzebnymi do osiągniecia celu. Wymagane jest wykonanie prototypu urządzenia w skali laboratoryjnej oraz linii pilotowej projektowanej technologii, umożliwiającej weryfikację osiągniętych wyników w stosunku do przyjętych założeń, w zależności od wyników teoretycznych realizacji technologii. III. Uzasadnienia potrzeby podjęcia badań Stosowane w KGHM technologie produkcji miedzi, oparte są o metody pirometalurgicznego przetwarzania koncentratów metalicznych. Ze względu na wysokie koszty produkcji miedzi, srebra i pozostałych metali i ich związków, w obliczu obniżającej się zawartości frakcji metalicznej w koncentratach miedzi, poszukiwana jest alternatywna metoda produkcji miedzi z zastosowaniem metod hydrometalurgicznych. Opracowana technologia powinna być dedykowana dla koncentratów pochodzących z kopalni O/ZG Lubin, charakteryzujących się stosunkowo niską zawartości frakcji metalicznej w stosunku do pozostałych koncentratów miedzi produkowanych w KGHM, wzrostem zawartości ołowiu i arsenu oraz wzrostem udziału litologicznej frakcji łupkowej. 5

IV. Opis oczekiwanych efektów końcowych Efektem podstawowym projektu powinny być założenia technologiczne proponowanego rozwiązania umożliwiające jego implementacje w ciągu technologicznym KGHM, do przerobu koncentratu Lubin. Proponowane rozwiązanie powinno być przetestowane w skali pilotowej. Do najważniejszych zadań do realizacji w projekcie należy zaliczyć: - opracowanie założeń technologicznych dla operacji wstępnych do wydzielenia strumienia z wysokim uzyskiem (tj. z obniżoną zawartością metali) koncentratu Lubin, wraz z wydzielaniem możliwych do odzysku metali i ich związków w postaci handlowej, - opracowanie założeń technologicznych i modeli do operacji ługowania i separacji metali, przy zastosowaniu ługowania atmosferycznego i ciśnieniowego oraz wydzielenia metali i ich związków w postaci handlowej, obejmujące pełny odzysk i tworzenie użytecznych form metali, w tym: Cu, Zn, Ni, Co, Fe, As, V, Mo, Re tam gdzie jest to możliwe. - opracowanie założeń technologicznych i modeli do operacji pełnego odzysku Pb, Au, Ag i w miarę możliwości PGM oraz ich konwersji w formy użyteczne, - opracowanie założeń, zasady działania procesów i urządzeń w projektowanej technologii w tym: Opracowanie konstrukcji narzędzi roboczych oraz pozostałych elementów urządzeń o zadanych kształtach geometrycznych, wymiarach i parametrach materiałowych, niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii; Opracowanie wytycznych do technologii wykonania elementów roboczych urządzeń z wyszczególnieniem parametrów zaoferowanych wysokoodpornych na zużycie materiałów oraz sposobu ich połączenia z pozostałymi elementami urządzeń i zabezpieczenia otoczenia przed oddziaływaniami ze strony urządzeń. Opracowanie metodyki napraw i zabezpieczeń narzędzi roboczych oraz pozostałych elementów urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii, przed korozją mechaniczną, chemiczną i innymi oddziaływaniami w zależności od zastosowanej technologii. Opracowanie i rozwój technik oraz procedur nadzoru i eksploatacji urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii w celu redukcji zużycia materiałów i, szkodliwych immisji do środowiska. - stworzenie dokumentacji technicznej prototypów nowych urządzeń niezbędnych do próbnej eksploatacji w laboratorium, - wykonanie prototypów nowych urządzeń niezbędnych do zastosowania projektowanej technologii w skali laboratoryjnej. - badań technologii w skali laboratoryjnej na stoisku badawczym. - stworzenie dokumentacji technicznej prototypów nowych urządzeń niezbędnych do wykonania linii pilotowej oraz dokumentacji niezbędnej do zabudowy linii pilotowej. - zaprojektowanie konstrukcji urządzeń i budowę instalacji pilotowej, w skali stanowiącej 1/1000 wydajności instalacji w skali przemysłowej dla zdolności przeróbczej na poziomie 900 tys. ton/rok materiału, dla procesu oraz przedstawienie wyników przetestowania w niniejszych warunkach, - przeprowadzenie badań technologii w skali pilotowej na stoisku badawczym. 6

- opracowanie wyników badań eksperymentalnych przeprowadzonych w skali pilotowej w zakresie rzeczywistej wydajności, efektywności i innych własności eksploatacyjnych projektowanej technologii. - opracowanie Prefeasibility Study w zakresie możliwości wykorzystania projektowanej technologii w warunkach KGHM Polska Miedź S.A. Do opracowania technologii powinny zostać wykorzystane zarówno istniejące, jak i innowacyjne metody wydzielania i separacji metali. Badania przeprowadzane w ramach realizacji niniejszego zagadnienia powinny odpowiadać co najmniej VII poziomowi gotowości technologicznej. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I. Temat zagadnienia Opracowanie innowacyjnego rozwiązania technologicznego do procesu odmiedziowania żużla w procesie zawiesinowego otrzymywania miedzi. II. Opis zagadnienia badawczego Celem niniejszego zagadnienia jest opracowanie nowej technologii pirometalurgicznego przetwarzania żużli w procesie zawiesinowym otrzymywania miedzi, pochodzących z ciągu technologicznego KGHM Polska Miedź S.A. Nowatorska technologia powinna cechować się: wysokim stopniem automatyzacji, wzrostem efektywności technologicznej procesu odzysku frakcji metalicznej, możliwie niskim poziomem generowanych odpadów oraz niskimi kosztami operacyjnymi przypadającymi na poszczególne operacje jednostkowe ciągu technologicznego (obniżeniem o minimum 30% kosztów produkcji). III. Uzasadnienie potrzeby podjęcia badań KGHM Polska Miedź S.A. po zakończeniu prac inwestycyjnych związanych z modernizacją pirometalurgii w O/HM Głogów planuje stapianie wszystkich koncentratów miedzi w technologii direct-to-blister w piecach zawiesinowych. Spowoduje to z jednej strony zwiększenie automatyzacji i hermetyzacji ciągu technologicznego, zmniejszenie kosztów produkcji oraz kosztów operacyjnych procesów hutniczych, z drugiej strony prowadzenie procesu odmiedziowania żużla w dwóch piecach elektrycznych, o zużyciu energii elektrycznej na poziomie 225 000 000 kwh/rok dla HM Głogów I, dla HM Głogów II 185 000 000 kwh/rok. Żużel, po procesie zawiesinowego stapiania koncentratów miedzi, charakteryzuje się stosunkowo wysoką zawartością miedzi na poziomie 12-16 %, która w przeważającej ilości występuje w postaci utlenionej. Tradycyjny proces odmiedziowania prowadzony jest podczas ośmiogodzinnych cykli w piecu elektrycznym w obecności koksu, jako reduktora frakcji metalicznej oraz kamienia wapiennego pełniącego rolę zasadowego dodatku technologicznego. Proponowana nowa technologia przerobu żużli z procesu zawiesinowego powinna wpisywać się w ciąg technologiczny KGHM, wraz z pełnym zagospodarowaniem jego produktów i półproduktów. Poniższy rysunek nr 1, zawiera schemat technologiczny jednostadialnego procesu produkcji miedzi w O/HM Głogów. 7

Rysunek 1. Schemat technologiczny produkcji miedzi piec zawiesinowy HM Głogów II. Koncentrat miedziowy, trafiający do O/HM Głogów, kierowany jest do Wydziału Przygotowania Wsadu, gdzie następuje proces rozładunku, magazynowania, uśredniania i komponowania odpowiedniej mieszanki koncentratów, która może być przetapiana w piecu zawiesinowym. Ze względu na konieczność uzyskania korzystnych warunków utleniania koncentratów w szybie reakcyjnym pieca, konieczne jest jego wysuszenie do zawartości 0,3 %. Proces ten ma miejsce ww suszarni obrotowej opalanej gazem ziemnym ( HM Głogów II) lub w suszarni parowej (HM Głogów I). Wysuszony koncentrat miedzi wraz z dodatkami technologicznymi za pomocą dystrybutora koncentratu (zwanego palnikiem koncentratu) kierowany jest do szybu reakcyjnego pieca zawiesinowego, gdzie ma miejsce proces stapiania. Wraz z mieszanką koncentratów do pieca zawiesinowego podawane są: pyły zwrotne pochodzące z kotła odzysknicowego i elektrofiltru, IOS (produkt mokrego odsiarczania spalin) oraz odsiewy kamienia wapiennego, pełniące rolę stabilizatorów bilansu cieplnego reakcji zachodzących w szybie reakcyjnym pieca zawiesinowego. Otrzymana w wyniku stapiania w piecu zawiesinowym miedź kierowana jest do pieców anodowych, gdzie ma miejsce proces rafinacji ogniowej, celem eliminacji lub zmniejszenia zawartości zanieczyszczeń, które mogą zakłócać proces elektrorafinacji miedzi. Żużel z procesu zawiesinowego przetapiania koncentratów miedzi, charakteryzujący się wysoką zawartością miedzi i innych metali, występujących głównie w postaci utlenionej, kierowany jest do pieca elektrycznego, gdzie następuje proces redukcji do stopu CuPbFe. W piecu elektrycznym łukowo oporowym, zasilanym trzema elektrodami typu Soedeberga, utrzymywana jest redukująca atmosfera, a proces redukcji prowadzony jest w obecności koksu, żużla w postaci stałej oraz węglanu wapnia spełniającego rolę czynnika modyfikującego lepkość żużla podczas procesu redukcji oraz czynnika mieszającego. Uzyskany w procesie redukcji w piecu elektrycznym stop CuPbFe przekazywany jest do procesu świeżenia w piecu konwertorowym typu Hoboken, celem uzyskania miedzi konwertorowej o zawartości Pb około 0,3%. Otrzymana miedź kierowana jest do pieców anodowych, celem jej dalszej rafinacji ogniowej. Z otrzymanej w procesie ogniowej rafinacji miedzi odlewane są anody, które kierowane są do procesu elektrorafinacji. Dodatkowo w ciągu technologicznym znajdują się piece anodowe stacjonarne, które służą głównie do przetapiania wysokogatunkowych złomów miedzianych oraz zawrotów technologicznych. 8

Ze względu na fakt, że oczyszczanie miedzi metodą ogniową nie jest w stanie usunąć w zadawalający sposób pierwiastków domieszkowych, prowadzony jest proces elektrorafinacji miedzi. Na terenie O/HMG elektrorafinacja miedzi odbywa się z zastosowaniem miedzianych katod podkładkowych, przy stałej gęstości prądowej. Produktem procesu elektrorafinacji jest miedź katodowa oraz szlam anodowy, który jest kierowany do dalszej rafinacji na Wydział Metali Szlachetnych. IV. Opis oczekiwanych efektów końcowych Efektem realizacji niniejszego zagadnienia będzie nowa technologia metalurgiczna przetestowana w skali pilotowej wraz z opracowanymi założeniami technologii odmiedziowania żużla z procesu zawiesinowego w skali przemysłowej, umożliwiającymi jej implementację w ciągu technologicznym KGHM, charakteryzująca się wysokim stopniem automatyzacji, kosztami operacyjnymi i kosztami produkcji obniżonymi o 30 % w stosunku do istniejącej technologii oraz niskim poziomem generowanych odpadów. W wyniku realizacji projektu zostanie uzyskane nowe rozwiązanie dotyczące samej technologii jak i nowych produktów, proponowanych urządzeń i aparatury, w tym: urządzeń głównych i pomocniczych niezbędnych do osiągniecia celu. Proponowane rozwiązanie powinno w pełni uwzględnić podstawowe cele produkcyjne procesu otrzymywania miedzi i srebra. Do najważniejszych zadań do realizacji w projekcie należy zaliczyć: - opracowanie założeń technologicznych projektowanej nowej technologii odmiedziowania żużla z procesu zawiesinowego, - opracowanie modeli nowego procesu metalurgicznego odmiedziowania żużla pochodzącego z ciągu technologicznego KGHM, - opracowanie założeń, zasady działania procesów i urządzeń w projektowanej technologii w tym: Opracowanie konstrukcji narzędzi roboczych oraz pozostałych elementów urządzeń o zadanych kształtach geometrycznych, wymiarach i parametrach materiałowych, niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii. Opracowanie wytycznych do technologii wykonania elementów roboczych urządzeń z wyszczególnieniem parametrów zaoferowanych wysokoodpornych na zużycie materiałów oraz sposobu ich połączenia z pozostałymi elementami urządzeń i zabezpieczenia otoczenia przed oddziaływaniami ze strony urządzeń. Opracowanie metodyki napraw i zabezpieczeń narzędzi roboczych oraz pozostałych elementów urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii, przed korozją mechaniczną, chemiczną i innymi oddziaływaniami w zależności od zastosowanej technologii. Opracowanie i rozwój technik oraz procedur nadzoru i eksploatacji urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii w celu redukcji zużycia materiałów i, szkodliwych immisji do środowiska. - stworzenie dokumentacji technicznej prototypów nowych urządzeń niezbędnych do próbnej eksploatacji w laboratorium, - wykonanie prototypów nowych urządzeń niezbędnych do zastosowania projektowanej technologii w skali laboratoryjnej, - badań technologii w skali laboratoryjnej na stoisku badawczym, 9

- stworzenie dokumentacji technicznej prototypów nowych urządzeń niezbędnych do wykonania linii pilotowej oraz dokumentacji niezbędnej do zabudowy linii pilotowej, - wykonanie prototypów nowych urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii w skali pilotowej oraz budowa linii pilotowej projektowanej technologii, - przeprowadzenie badań technologii w skali pilotowej na stoisku badawczym, - opracowanie wyników badań eksperymentalnych przeprowadzonych w skali pilotowej w zakresie rzeczywistej wydajności, efektywności i innych własności eksploatacyjnych projektowanej technologii, - opracowanie Prefeasibility Study w zakresie możliwości wykorzystania projektowanej technologii w warunkach KGHM Polska Miedź S.A. Badania przeprowadzane w ramach realizacji niniejszego zagadnienia powinny odpowiadać co najmniej VII poziomowi gotowości technologicznej. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- I. Temat zagadnienia Innowacyjna technologia efektywnego rozdrabniania na potrzeby przygotowania rud metali nieżelaznych do wzbogacania. II. Opis zagadnienia badawczego Celem zagadnienia jest opracowanie technologii wysokoefektywnego rozdrabniania rud metali nieżelaznych LGOM (Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego W wyniku realizacji projektu uzyskany zostanie zbiór niezbędnych informacji technicznych i technologicznych, potrzebnych do opracowania nowych i/lub unowocześnienia obecnych metod efektywnego rozdrabniania rud metali. Efektem projektu będą również dokumentacje techniczne urządzeń niezbędnych do osiągnięcia celu projektu. Zakłada się, że w wyniku realizacji zadań objętych projektem powstaną prototypy urządzeń w skali laboratoryjnej oraz linii pilotowej projektowanej technologii, umożliwiające weryfikację osiągniętych efektów w stosunku do przyjętych założeń i rezultatów prac teoretycznych i koncepcyjnych. III. Uzasadnienie potrzeby podjęcia badań Urobek trafiający do Oddziału Zakłady Wzbogacania Rud KGHM Polska Miedź S.A. (O/ZWR) ma zróżnicowany skład, stąd też poszczególne Zakłady Wzbogacania w KGHM posiadają indywidualne ciągi technologiczne zależne od jej składu i własności. Jakość uzyskiwanych koncentratów uzależniona jest zatem od czynników naturalnych oraz techniczno-technologicznych w poszczególnych zakładach. 10

UROBEK Przygotowanie urobku do mielenia PRZESIEWANIE Wzbogacanie flotacyjne FLOTACJA WSTĘPNA FLOTACJA GŁÓWNA ODPAD KOŃCOWY KRUSZENIE FLOTACJE CZYSZCZĄCE I o MIELENIA KLASYFIKACJA HYDRAULICZNA ZAGĘSZCZANIE GRAWITACYJNE II o MIELENIA KLASYFIKACJA GRAWITACYJNA III o MIELENIA (DOMIELANIE) KLASYFIKACJA HYDRAULICZNA Przygotowanie urobku do flotacji FILTRACJA CIŚNIENIOWA Odwadnianie koncentratu SUSZENIE TERMICZNE KONCENTRAT KOŃCOWY Rysunek 1. Uproszczony schemat ideowy przeróbki rud miedzi W O/ZWR Rejon Lubin i Rudna technologia wzbogacania dostosowana jest do przerobu urobku piaskowcowo-węglanowego na odrębnych ciągach, natomiast w Rejonie Polkowice do urobku typu łupkowo-węglanowego. Na rysunku 1 przedstawiono uogólniony schemat technologiczny O/ZWR z podziałem na operacje główne, na przykładzie O/ZWR Rejon Polkowice. Przesiewanie urobku jest pierwszą z operacji przygotowania rudy do mielenia. Przesiewacze pracujące w układach z kruszarkami młotkowymi pozwalają z nadawy o uziarnieniu poniżej 500 mm uzyskać produkt o granulacji poniżej 40 mm. Produkt górny przesiewania jest rozdrabniany w kruszarkach młotkowych (w przypadku Rejonu Lubin także w kruszarce stożkowej), a następnie z produktem dolnym przesiewaczy transportowany jest przenośnikami taśmowymi do kolejnego etapu: mielenia i klasyfikacji. Celem procesów mielenia i klasyfikacji jest maksymalne uwolnienie minerałów miedzionośnych ze zrostów ze skałą płonną. Proces ten odbywa się na mokro, w układach trójstopniowych. Układy mielenia O/ZWR opierają się na energochłonnych urządzeniach starego typu, których efektywność rozdrabniania jest wypadkową wielu czynników, Tab. 1. Średni skład litologiczny urobku dostarczanego do O/ZWR Rejon PIASKOWIEC WĘGLANY ŁUPEK Lubin I ciąg 39,3 52,9 7,8 II ciąg 72 22 6 Rudna Str.A 70,9 21,5 7,6 Str.B 42,9 44,7 12,4 Polkowice - 13,5 72,6 13,9 Tab. 2. Indeks Pracy Bonda dla czystych typów litologicznych Typ litologiczny rudy miedzi Indeksy pracy W i, [kwh/t] Piaskowiec 9,32-16,9 Dolomit 8,3-10,7 Łupek 14,3-16,2 11

Tab. 3. Indeks Pracy Bonda dla mieszanek typów litologicznych Udział procentowy mieszanki Indeks pracy Wi, Piaskowiec Dolomit Łupek [kwh/t] 70 25 5 15,2 75 15 10 12,2 65 20 15 10,8 55 25 20 10,96 Pierwszy stopień z uwagi na piaskowcowo-węglanowy charakter urobku, odbywa się w bębnowych młynach prętowych (Rejon Lubin i Rudna), w Rejonie Polkowice jako młyny pierwszego mielenia zastosowano młyny kulowe. Drugi i trzeci stopień mielenia we wszystkich Rejonach odbywa się w młynach bębnowych, w których jako mielniki stosuje się kule i cylpepsy. Tab.4. Graniczne parametry poszczególnych stadiów rozdrabniania Stadium procesu Maksymalne ziarno Maksymalne ziarno Gęstość nadawy [mm] produktu [mm] [g/dm 3 ] Kruszenie 500 40 Nie dotyczy I stopień mielenia 40 5 1900-2000 II stopień mielenia 5 1 1750-1850 Domielanie 0,5 0,3 1650-1750 produktu Produkty mielenia poddawane są klasyfikacji w klasyfikatorach spiralnych i hydrocyklonach. Tak przygotowany materiał, o uziarnieniu spełniającym wymogi flotacji kierowany jest do procesu wzbogacania. Wzbogacanie flotacyjne to proces rozdzielczy, w wyniku którego otrzymuje się dwa produkty końcowe: produkt pianowy, stanowiący w tym przypadku koncentrat oraz produkt komorowy będący odpadem. Zadaniem flotacji w O/ZWR jest taki rozdział minerałów użytecznych od skały płonnej, aby uzyskać koncentrat pożądanej jakości przy możliwie wysokim uzysku. Proces ten realizowany jest w pneumo-mechanicznych maszynach flotacyjnych. Ze względu na charakter wzbogacanego materiału osiągnięcie odpowiedniego stopnia wzbogacania realizowane jest wieloetapowo obejmując flotacje obiegu mielenia (wstępna i szybka), flotację główną, w której powstają odpady końcowe oraz szereg flotacji czyszczących, których produktem finalnym jest koncentrat końcowy. Tab.5. Wymagania odnośnie uziarnienia i gęstości nadaw do wzbogacania. Stadium procesu wzbogacania Uziarnienie Wymagana gęstość nadawy [g/dm 3 ] Flotacja wstępna 90% klasy -0,3mm 1250-1280 Flotacja Główna 95% klasy -0,2mm 1120-1200 Flotacje czyszczące 90% klasy -0,1mm 1180-1250 Odpady flotacyjne pompowane są bezpośrednio do Obiektu Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych Żelazny Most, natomiast koncentrat flotacyjny trafia do procesu odwadniania. Pierwszym jego etapem jest zagęszczanie grawitacyjne, polegające na zwiększeniu zawartości części stałej w zawiesinie w wyniku sedymentacji. Proces ten odbywa się w zagęszczaczach promieniowych typu Dorra. Wstępnie odwodniony koncentrat jest kierowany do ciśnieniowych pras filtracyjnych, gdzie uzyskuje wilgotność rzędu 13%. 12

Ostatnim etapem jest suszenie koncentratu w suszarkach obrotowych opalanych zaazotowanym gazem ziemnym. Dla procesów hutniczych oraz wymogów transportu, konieczne jest uzyskanie wilgotności nie większej niż 8,5 %. O efektywności technologicznej i ekonomicznej procesu produkcji koncentratu w dużej mierze decyduje przygotowanie materiału do procesu flotacji w tym rozdrabnianie ponieważ jego celem nie jest zmniejszenie uziarnienia surowca, lecz doprowadzenie do uwolnienia minerałów użytecznych w takim stopniu, aby ich odzysk w następnych stadiach wzbogacania stał się możliwy i był odpowiednio skuteczny. Ze względu na fakt, że jest to proces bardzo energochłonny ma on również kluczowe znaczenie dla KGHM ze względów ekonomicznych. Koszt operacji rozdrabniania stanowi od 40 do 50% kosztów produkcji koncentratu. Przy obecnej technice i tradycyjnym sposobie przygotowania urobku do procesu wzbogacania nie można liczyć na istotne zwiększenie stopnia uwolnienia siarczków oraz obniżenie kosztów operacji mielenia. Wręcz przeciwnie, z uwagi na coraz drobniejsze okruszcowanie urobku, należy spodziewać się wzrostu niedomielenia, a tym samym pogorszenie wskaźników wzbogacania oraz wzrostu kosztów tej operacji. Zmieniające się parametry dostarczanego do O/ZWR urobku, w tym głównie coraz drobniejsza mineralizacja kruszcowa, zmuszają do głębszego mielenia rudy w celu skuteczniejszego uwolnienia minerałów użytecznych od skały płonnej. Obecnie stosowane urządzenia nie są wstanie sprostać rosnącym wymaganiom technologicznym i ekonomicznym w zakresie odpowiedniego przygotowania urobku do flotacji. IV. Opis oczekiwanych efektów końcowych Technologie i urządzenia opracowane w ramach realizacji projektu pozwolą na osiągnięcie bardziej efektywnych wskaźników produkcyjnych w porównaniu z uzyskiwanymi przy zastosowaniu obecnych rozwiązań. W szczególności oczekiwane będzie zwiększenie efektywności procesów, które odzwierciedli się obniżeniem o 30% ogólnego jednostkowego zużycia energii w porównaniu do obecnie stosowanych rozwiązań przy osiągnięciu wymaganego stopnia rozdrobnienia. Zmniejszenie zużycia energii powinno być uzyskane zarówno dzięki mniejszemu zużyciu w samym procesie rozdrabniania, jak również w wyniku zastosowania nowoczesnych, energooszczędnych źródeł napędu urządzeń. Do najważniejszych produktów powstałych w wyniku realizacji projektu należy zaliczyć: 1. Opracowanie założeń do projektowanej wysokoefektywnej technologii rozdrabniania. 2. Opracowanie zaawansowanych technik numerycznych niezbędnych do obliczeń modeli matematycznych procesów składających się na opis technologii rozdrabniania i jej poszczególnych elementów. 3. Opracowanie założeń, zasady przebiegu procesów i działania urządzeń w projektowanej technologii w tym: Opracowanie konstrukcji narzędzi roboczych oraz pozostałych elementów urządzeń o zadanych kształtach geometrycznych, wymiarach i parametrach materiałowych, niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii. Opracowanie optymalnych parametrów pracy narzędzi oraz pozostałych elementów urządzeń w postaci prędkości, natężenia oddziaływań na ziarna w przypadku technologii 13

nieudarowych, przewidywanego całkowitego czasu rozdrobnienia pojedynczego ziarna, zakresu wartości elektrycznych, mechanicznych sił i momentów oporowych urządzeń, niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii. Opracowanie wytycznych do technologii wykonania elementów roboczych urządzeń z wyszczególnieniem parametrów zaoferowanych wysokoodpornych na zużycie materiałów oraz sposobu ich połączenia z pozostałymi elementami urządzeń i zabezpieczenia otoczenia przed oddziaływaniami ze strony urządzeń. Opracowanie metodyki napraw i zabezpieczeń narzędzi roboczych oraz pozostałych elementów urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii, przed korozją mechaniczną, chemiczną i innymi oddziaływaniami w zależności od zastosowanej technologii. Opracowanie i rozwój technik oraz procedur nadzoru i eksploatacji urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii w celu redukcji zużycia materiałów i, szkodliwych immisji do środowiska. 4. Rozwój zaawansowanych technologii projektowania, prób oraz oszczędnych metod badań procesów rozdrabniania. 5. Stworzenie dokumentacji technicznej prototypów nowych urządzeń niezbędnych do próbnej eksploatacji w laboratorium. 6. Wykonanie prototypów nowych urządzeń niezbędnych do zastosowania projektowanej technologii w skali laboratoryjnej. 7. Przeprowadzenie badań technologii w skali laboratoryjnej na stoisku badawczym. 8. Stworzenie dokumentacji technicznej prototypów nowych urządzeń niezbędnych do wykonania linii pilotowej oraz dokumentacji niezbędnej do zabudowy linii pilotowej. 9. Wykonanie prototypów nowych urządzeń niezbędnych do zastosowania w projektowanej technologii w skali pilotowej oraz budowa linii pilotowej projektowanej technologii. 10. Przeprowadzenie badań technologii w skali pilotowej na stoisku badawczym. 11. Opracowanie wyników badań eksperymentalnych przeprowadzonych w skali pilotowej w zakresie rzeczywistej wydajności, efektywności i innych własności eksploatacyjnych projektowanej technologii. 12. Opracowanie Prefeasibility Study w zakresie możliwości wykorzystania projektowanej technologii w warunkach KGHM Polska Miedź S.A. W szczególności opracowana zostanie koncepcja zwiększenia efektywności energetycznej ww. zakładów bazująca m.in. na wykorzystaniu nowych niedostępnych na rynku urządzeń rozdrabniających i materiałów. Badania przeprowadzane w ramach realizacji niniejszego zagadnienia powinny odpowiadać co najmniej VII poziomowi gotowości technologicznej. 14