Бенчмаркинг энергопотребления и извлечения в переработке меди
Сравнительный анализ энергопотребления и извлечения на различных этапах переработки меди
Предприятия по переработке меди одновременно сталкиваются с тремя вызовами: снижением содержания металла в руде, ростом затрат на электроэнергию и ужесточением требований к показателям извлечения со стороны советов директоров и инвесторов. Технические решения, принимаемые на каждом этапе технологической схемы (измельчение, флотация, плавка и рафинирование), оказывают взаимное влияние друг на друга, а их совокупный эффект существенно отражается на себестоимости производства одной тонны катодной меди.
В данной статье проводится сравнительный анализ эффективности каждого этапа технологической цепочки переработки меди на основе опубликованных отраслевых показателей, а также эксплуатационных данных и примеров внедрения технологий компании Glencore Technology у заказчиков. Цель материала - предоставить владельцам проектов, генеральным менеджерам и руководителям производственных активов чёткое понимание того, на каких этапах достигаются наибольшие улучшения в области энергоэффективности и извлечения металла, а также каким образом эти преимущества усиливают друг друга при комплексной работе всех стадий процесса.
Почему показатели энергопотребления и извлечения теперь определяют экономику переработки меди
Экономика медеперерабатывающих предприятий изменилась. Содержание металла в руде, которое десять лет назад считалось пограничным для рентабельной переработки, сегодня стало стандартным уровнем питания фабрик, а прежние стандартные содержания всё чаще относятся к категории высоких. Каждый дополнительный процент извлечения, каждый сэкономленный кВт·ч/т и каждый день, выигранный при выводе предприятия на проектную мощность, оказывают большее влияние на чистую приведённую стоимость (NPV) проекта в многолетней перспективе, чем сам уровень цены на металл.
Технологическая цепочка переработки меди включает четыре ключевых этапа, определяющих энергопотребление и извлечение металла: измельчение, флотацию, плавку и рафинирование. Для каждого из этих этапов существуют устоявшиеся отраслевые показатели эффективности для традиционного оборудования, при этом разрыв между лучшими доступными технологиями и обычными решениями сегодня шире, чем двадцать лет назад.
Для руководителей, рассматривающих модернизацию действующего предприятия (brownfield) или реализацию нового проекта (greenfield), вопрос уже не сводится к выбору отдельной единицы оборудования. Главный вопрос заключается в том, как эти четыре этапа работают в комплексе и какая интегрированная конфигурация обеспечивает минимальную себестоимость производства тонны катодной меди с учётом особенностей конкретного месторождения и условий энергетического рынка.
Выбор измельчительного оборудования и эталонные показатели сверхтонкого измельчения
Конминуция (дробление и измельчение) составляет значительную долю энергопотребления горнодобывающих предприятий, причём эта доля существенно возрастает по мере перехода к более тонким классам измельчения. Технология измельчения в мельницах с перемешиваемой средой изменила отраслевые ориентиры как для тонкого, так и для сверхтонкого помола. Согласно опубликованным сравнительным данным по операциям доизмельчения, мельница IsaMill™ обеспечила удельное энергопотребление 17 кВт·ч/т по сравнению с 24 кВт·ч/т для традиционной шаровой мельницы, достигнув одинакового значения P80 32 микрона при исходной крупности F80 100 микрон. Это соответствует снижению удельного энергопотребления на 29 % при сохранении тех же металлургических показателей.
Конфигурация технологической схемы позволяет ещё больше увеличить это преимущество. Пилотные испытания технологической схемы HPGR – мельница с перемешиваемой средой показали снижение удельного энергопотребления на 9,2–16,7 % по сравнению с альтернативными схемами HPGR – шаровая мельница и конусная дробилка – шаровая мельница в масштабе всей цепочки конминуции.
В настоящее время в эксплуатации находится более 50 установок IsaMill™, работающих с крупностью питания F80 более 100 микрон, что соответствует совокупной установленной мощности свыше 129 МВт. Среди объектов с наиболее крупным исходным материалом можно отметить участки доизмельчения медно-порфировых руд на месторождении Las Bambas и медных руд на месторождении Bozshakol.
Для руководителей проектов ключевой вывод заключается в том, что выбор измельчительного оборудования и конфигурации технологической схемы формирует базовый уровень энергопотребления для всех последующих этапов переработки меди.
Флотация: эталонные показатели извлечения и занимаемой площади
Флотация определяет, какая часть меди, высвобожденной в процессе измельчения, фактически переходит в концентрат. Технология Флотомашина Джеймсон стала отраслевым эталоном в области высокоинтенсивной флотации: сегодня в эксплуатации находится более 500 установок в 30 странах, а производительность отдельных аппаратов достигает примерно 4 000 т/ч. Технология использует даукомер (downcomer) для стабильного образования мелких пузырьков без применения внешних воздуходувок, аэраторов (spargers) или механического перемешивания, что позволяет исключить значительную часть эксплуатационных затрат, характерных для традиционных флотационных машин.
С точки зрения экономики проекта полезным ориентиром является недавнее решение по проекту CK Gold. Независимое исследование вариантов, проведённое компанией Halyard Micon International, показало, что внедрение Флотомашина Джеймсон может увеличить чистую приведённую стоимость (NPV) проекта примерно на 36 млн долларов США за весь срок эксплуатации месторождения, что соответствует росту NPV примерно на 5 % по сравнению с использованием традиционной флотации в механических чанах.
Согласно исследованию, основными факторами такого улучшения стали более высокие показатели извлечения золота и меди, снижение энергопотребления, а также уменьшение размеров оборудования и требуемой производственной площади. Компактность технологии имеет особое значение для проектов типа brownfield, где увеличение флотационных мощностей в существующих корпусах обогатительных фабрик зачастую связано с чрезмерно высокими затратами.
Плавка и рафинирование меди: производительность и качество катодной меди
Две заключительные стадии, пирометаллургическая плавка и электрохимическое рафинирование меди, обеспечивают превращение медного концентрата в товарную катодную медь. Основными показателями эффективности на этих этапах являются производительность печи, время выхода на проектную мощность и качество катодов в соответствии со спецификацией LME Grade A.
Процесс плавки в ванне с погружной фурмой ISASMELT в настоящее время перерабатывает более девяти миллионов тонн медьсодержащего сырья в год по всему миру. Высокая интенсивность процесса обеспечивает значительную производительность при сравнительно небольших размерах печи. На предприятии Kansanshi Mining одна печь ISASMELT диаметром 4,4 метра перерабатывает более 1,38 млн тонн медного концентрата в год, при этом завод достиг проектной мощности уже через три месяца после ввода в эксплуатацию. Унос пыли составляет около 1 % массы шихты, что существенно ниже, чем у альтернативных технологий плавки меди, и позволяет снизить как капитальные, так и эксплуатационные затраты на систему газоочистки.
На стадии рафинирования технология ISAKIDD обеспечивает более половины мирового производства медных катодов и используется более чем 121 предприятием по всему миру. Постоянная катодная пластина из нержавеющей стали, впервые внедрённая на предприятии Copper Refineries Pty Ltd в Таунсвилле в 1978 году, исключила трудоёмкий этап использования стартовых катодных листов (starter sheets) и сделала возможной работу при высокой плотности тока.
Согласно отраслевым данным, трудозатраты на предприятиях ISAKIDD составляют 0,9 человеко-часа на тонну катодной меди по сравнению с 2,4 человеко-часа на тонну на традиционных электролитических рафинировочных заводах, использующих стартовые листы. Передовые предприятия, такие как рафинировочный завод Atlantic Copper в Уэльве, демонстрируют показатели на уровне 0,43 человеко-часа на тонну. Химическое качество катодов стабильно соответствует или превосходит требования стандарта LME Grade A.
Интегрированный эталон: совокупный эффект улучшений по всей технологической цепочке
Каждый из приведённых показателей эффективности представляет ценность сам по себе. Однако наибольший коммерческий эффект в интегрированных операциях по переработке меди достигается тогда, когда все четыре стадии работают как единая система.
Экономия энергии на этапе измельчения позволяет создать более компактную и эффективную флотационную схему. Мельницы с перемешиваемой средой обеспечивают более узкое распределение частиц по крупности и получение пульпы, свободной от загрязнения железом из стальных мелющих тел, что способствует улучшению кинетики флотации. Способность Флотомашина Джеймсон эффективно перерабатывать тонкие частицы, поступающие из IsaMill™, а также получать высококачественный концентрат благодаря промывке пены, повышает общее извлечение металла на фабрике за счёт снижения образования шлака на стадии плавки. Стабильное качество сырья, поступающего на плавку, также обеспечивает более короткие и предсказуемые циклы рафинирования, повышая токовый выход при производстве катодной меди.
Практические результаты подтверждают эффективность такого подхода. По данным Glencore Technology, в настоящее время по всему миру эксплуатируется более 800 установок компании на всех континентах, а среди её клиентов, 22 из 27 крупнейших участников ICMM. Портфель технологий основан на четырёх десятилетиях эксплуатационного опыта и производственных данных собственных медных активов Glencore, включая Mount Isa Mines, медеперерабатывающий завод в Таунсвилле и другие предприятия глобальной сети медных активов компании. Этот опыт последовательно используется при разработке и совершенствовании каждой технологии.
Часто задаваемые вопросы
Сколько энергии можно сэкономить, заменив шаровую мельницу на мельницу с перемешиваемой средой при доизмельчении медных руд?
Согласно опубликованным сравнительным данным, удельное энергопотребление может быть снижено на 29 % при получении продукта одинаковой крупности (P80). Для достижения P80 32 микрона при исходной крупности F80 100 микрон мельнице IsaMill потребовалось 17 кВт·ч/т, тогда как традиционной шаровой мельнице, 24 кВт·ч/т. Однако фактический показатель для конкретной руды следует подтверждать с помощью Signature Plot, который обеспечивает масштабирование результатов испытаний от лабораторного до промышленного масштаба в соотношении 1:1 для мельниц с перемешиваемой средой.
Какое увеличение извлечения обеспечивает Флотомашина Джеймсон
по сравнению с традиционными флотационными машинами?
Это зависит от характеристик руды и конкретного назначения установки. Для проекта CK Gold независимое сравнительное исследование показало, что внедрение Флотомашина Джеймсон может увеличить чистую приведённую стоимость (NPV) проекта примерно на 36 млн долларов США, что соответствует росту NPV примерно на 5 % по сравнению с традиционной флотацией в чанах. Основными факторами стали более высокое извлечение золота и меди, снижение энергопотребления и более компактная производственная площадка.
Как быстро технология ISASMELT достигает проектной производительности?
Последние реализованные проекты достигали проектной мощности в течение трёх месяцев после ввода в эксплуатацию. Наиболее известным опубликованным примером является предприятие Kansanshi Mining, где одна печь диаметром 4,4 метра перерабатывает более 1,38 млн тонн медного концентрата в год. Более быстрый выход на проектную мощность напрямую повышает NPV проекта за счёт более раннего получения товарной продукции.
Какое качество катодной меди обеспечивает технология ISAKIDD?
Предприятия, использующие технологию ISAKIDD, стабильно производят катоды, соответствующие или превосходящие требования стандарта LME Grade A. Применение постоянных катодных пластин из нержавеющей стали в сочетании с контролируемой плотностью тока и современными системами управления электролитом обеспечивает стабильные химические и геометрические характеристики, необходимые производителям медной катанки и проволоки.
Как взаимодействуют между собой четыре этапа технологической цепочки?
Преимущества, связанные с энергопотреблением и извлечением металла на каждом этапе, складываются по всей технологической схеме. Снижение удельного энергопотребления при измельчении позволяет использовать более компактные флотационные схемы. Повышение извлечения на стадии флотации увеличивает объём и качество концентрата, поступающего на плавку. Более чистые концентраты уменьшают образование шлака, улучшают показатели извлечения при плавке и стабилизируют цикл рафинирования. В результате совокупное снижение себестоимости одной тонны катодной меди значительно превосходит эффект от улучшений на любом отдельном этапе процесса.
Проектирование медеперерабатывающих предприятий для достижения эталонных показателей эффективности
Экономическая эффективность предприятий по переработке меди определяется на ранних этапах проектирования, когда разрабатывается технологическая схема и выбирается оборудование. Сегодня разрыв между традиционными технологическими решениями и лучшими доступными технологиями на каждом этапе настолько велик, что их совокупное влияние на чистую приведённую стоимость (NPV) проекта может стать решающим фактором, определяющим, будет ли проект лишь погранично рентабельным или действительно успешным.
Приведённые в данной статье эталонные показатели, основанные на данных действующих предприятий, независимых сравнительных исследованиях и опубликованных результатах испытаний Glencore Technology, служат отправной точкой для предварительной оценки проекта. Однако они не могут заменить испытания, выполненные на конкретной руде рассматриваемого месторождения.
Если вы рассматриваете модернизацию действующего предприятия (brownfield), реализацию нового проекта (greenfield) или программу устранения узких мест на одном или нескольких этапах технологической цепочки переработки меди, обратитесь к нашей команде специалистов для обсуждения испытаний Signature Plot, пилотных флотационных испытаний, исследований производительности плавильных мощностей и выбора оптимальной конфигурации рафинировочного производства.
Glencore Technology является ведущим поставщиком инновационных решений для мировой горнодобывающей отрасли. Наш ассортимент продуктов и технологий повышает эффективность, производительность и устойчивость процессов переработки полезных ископаемых, выщелачивания, плавки и рафинирования по всему миру.
Для получения дополнительной информации нажмите здесь.