Формирование качества небокситового алюминиевого сырья на карьерах

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

С.В. Бойко

ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА  
НЕБОКСИТОВОГО АЛЮМИНИЕВОГО  
СЫРЬЯ НА КАРЬЕРАХ

Монография

Красноярск 
СФУ 
2016

УДК 553.492
ББК 26.325.13
Б779

Рецензенты:
А.Г. Михайлов, доктор технических наук, заведующий лабораторией 
проблем освоения недр Института химии и химической технологии 
СО РАН (г. Красноярск);
В.И. Брагин, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой обогащения полезных ископаемых Института цветных металлов и материаловедения СФУ (г. Красноярск)

Бойко, С.В.
Б779 
 
Формирование качества небокситового алюминиевого сырья на карьерах : монография / С.В. Бойко. – Красноярск : Сиб. 
федер. ун-т, 2016. – 104 с.
ISBN 978-5-7638-3432-1

Рассмотрены варианты формирования качества добываемого сырья в условиях действующего горно-металлургического комбината. Объектами исследования являются разрабатываемые открытым способом месторождения: КияШалтырское – нефелиновой руды и Мазульское – известняка. Представлена 
геолого-технологическая оценка данных объектов. Установлены причины недостаточной эффективности действующей технологии формирования качества. 
Предложена методика обоснования технологии формирования требуемого качества добываемого сырья.
Представляет интерес для специалистов (геологов и горных инженеров), 
решающих вопросы информационного и технологического обеспечения формирования качества добываемого сырья эксплуатируемых месторождений.

Электронный вариант издания см.: 
УДК 553.492
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 26.325.13

ISBN 978-5-7638-3432-1 
© Сибирский федеральный
университет, 2016

ВВЕдЕНИЕ

Вопрос совершенствования действующей технологии подготовки 
к переработке продуктов горнодобывающего производства возникает 
тогда, когда названная технология не в полной мере обеспечивает требования к качеству добываемого сырья, предъявляемые к нему обогатительным и/или перерабатывающим производством. В практике подобные случаи не единичны. В монографии представлены результаты работ 
по решению обозначенного вопроса в условиях действующего горнохимического предприятия – Ачинского глиноземного комбината (АГК). 
Объекты исследований – Кия-Шалтырский нефелиновый и Мазульский 
известняковый рудники.
В условиях работающего горно-химического комбината (в отличие от проектной стадии) существует возможность не моделировать 
и прогнозировать трансформацию качества добываемого сырья по стадиям технологических воздействий на него, а экспериментально оценить эту трансформацию. Именно такой подход реализован в настоящем исследовании, что позволило выявить причины недостаточной 
эффективности действующей технологии подготовки сырья к переработке и обосновать возможные варианты ее совершенствования. 
В первой главе рассмотрено состояние информационной базы 
и приведен обзор известных методов формирования качества добываемого сырья. 
Вторая глава кратко характеризует объекты исследования, но 
в бóльшей степени посвящена оценке факторов, влияющих на эффективность производства конечного продукта – глинозема (Al2O3), и экспериментальному обоснованию возможности экспрессного (опережающего добычу) получения информации о качестве сырья. Здесь же 
показана ранее неизвестная зависимость между качеством нефелиновой 
руды и извлечением из нее Al2O3 при переработке. 
В третьей главе изложена методика и результаты геолого-технологической оценки сырья объектов исследования.
В четвертой главе выполнен анализ действующей технологии подготовки сырья к переработке. Установлены причины ее недостаточной 
эффективности. Сформулированы условия снятия этих недостатков.
Пятая глава показывает обоснование технологии формирования 
сырья требуемого (удовлетворяющего условиям химико-металлурги

Введение

ческого передела) качества. Для объектов исследования дана методика 
такого обоснования. 
Формированию качества добываемого сырья посвящены работы 
В.Е. Аврамова, Е.И. Азбеля, Е.Г. Баранова, Л.А. Барского, П.П. Бастана, 
Н.Н. Болошина, Ф.Г. Грачева, Ю.Н. Ермолина, В.А. Ермолова, В.В. Ершова, Н.В. Иванова, О.П. Иванова, В.М. Изоитко, Г.А. Коца, Е.П. Лемана, В.А. Лилеева, Г.Г. Ломоносова, А.М. Марголина, В.А. Мокроусова, Г.С. Поротова, В.И. Ревнивцева, В.Н. Уманца, С.Ф. Чернопятова, 
И.В. Шманенкова и многих других исследователей. Автор использует 
терминологию и методологический аппарат, представленный в этих работах. 
Монография может быть полезной для специалистов, решающих 
методические и практические вопросы совершенствования технологии 
формирования качества добываемого сырья в условиях действующих 
горно-обогатительных, горно-химических и горно-металлургических 
предприятий.

Глава 1

ИнфорМацИонная База И оБзор  
МетодоВ форМИроВанИя качеСтВа  
доБыВаеМого Сырья

Исследования, например [1–16], показали, что в настоящее время (кроме оценки содержаний полезных компонентов) к качеству сырья 
горнодобывающих предприятий относят такие параметры, как минеральные формы носителей компонентов, распределение гранулометрического состава в зависимости от стадии дезинтеграции (взрывание, 
дробление и т. п.), изменчивость этих показателей в рудопотоках, слеживаемость, возгораемость и многое другое. 
Современное трактование понятия «качество минерального сырья» обусловило развитие двух неразрывно связанных между собой направлений в горно-геологических науках – технологической минералогии и рудоподготовки. 
Согласно [17] технологическая минералогия – «новое научное направление в геологических науках, изучающее минералы как объекты 
переработки с помощью различных технологий и объединяющее все 
виды минералогических исследований, связанных с изучением технологических свойств минералов и руд». Определение принадлежит доктору геолого-минералогических наук, профессору Валерии Михайловне 
Изоитко. Аналогично трактует технологическую минералогию и основоположник рудоподготовки доктор технических наук, профессор, 
член-корреспондент АН СССР Владимир Иванович Ревнивцев. Он считает [1; 4; 7; 8], что «под рудоподготовкой на современном этапе развития горной промышленности следует понимать комплекс операций, 
охватывающих все технологические процессы после вскрытия месторождения, проведения и крепления горных выработок и до раскрытия 
минералов при измельчении и обогатительном переделе, обеспечивающих получение из горной массы товарной руды для прямой химико-металлургической переработки или кондиционной руды для обогащения». 
В настоящей работе термин «рудоподготовка» используется в полном 
соответствии с приведенным определением. Отметим, что до введения 
данного определения под рудоподготовкой традиционно подразумевались процессы дробления и классификации руды по крупности [1].

Глава 1

Качество продукции в Российской Федерации регламентировано 
ГОСТ 15467–79 «Управление качеством продукции. Основные понятия. 
Термины и определения». Согласно данному нормативному документу 
«качество – это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее 
пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии 
с ее назначением». В общем случае для любого горнодобывающего 
предприятия всегда существует регламентированная совокупность показателей качества на минеральное сырье – требуемое качество добываемого сырья. Значения показателей качества в этой совокупности 
обосновываются параметрами технологии обогащения, переработки 
или прямого использования сырья. Требования к качеству сведены 
в нормативный документ предприятия, использующего данное сырье 
в своем технологическом цикле и, как правило, называются стандартом 
предприятия на качество добываемого сырья. Отсюда в общем случае 
требуемое качество сырья горнодобывающего предприятия – понятие 
заданное и известное.
В геологическом обеспечении горных работ и в горнодобывающем производстве применительно к качеству сырья используют два 
термина – «формирование» и «управление качеством». Как следует из 
[18; 19], «формирование качества минерального сырья заключается 
в трансформации природного объекта (залежи, месторождения) в искусственный (рудопоток) путем преобразования пространственной изменчивости геологических характеристик во временную изменчивость 
качества, поставляемого потребителю». По [5; 6; 17] – «под управлением качеством понимается совокупность операций, изменяющих 
состав и свойства руд с целью достижения оптимальных показателей 
их переработки». Из приведенных определений формирование качества – это любая совокупность технологических воздействий на сырье 
(трансформация природного объекта (недра) в искусственный – рудопоток), а управление качеством – формирование требуемого качества 
добываемого сырья (достижение оптимальных показателей переработки). Обозначенный лингвистический нюанс понятий «формирование» 
и «управление качеством» в работах большинства исследователей не 
находит отражения, а сами понятия считаются синонимами. По сути 
это трактование «по умолчанию» – трансформация характеристик природного объекта с целью получения требуемого качества добываемого 
сырья. 
В исследованиях по формированию качества минерального сырья 
можно выделить два главных этапа – геолого-технологическая оценка 

Информационная база и обзор методов формирования качества добываемого сырья 

месторождений (информационный этап) и рудоподготовка, которая согласно определению [1; 7; 8] включает все методы формирования качества добываемого сырья (технологический этап). 

1.1. геолого-технологическая оценка месторождений

Под геолого-технологической оценкой месторождений (в дальнейшем изложении – аббревиатура ГТОМ) согласно [17] понимается 
«совокуп ность геологических и технологических исследований с целью 
получения надежных данных о технологических свойствах руд». Такая 
оценка выполняется на всех стадиях подготовки месторождения к эксплуатации (табл. 1.1) – при поисково-оценочных работах, предварительной, детальной и эксплуатационной разведке, вплоть до прекращения 
деятельности горнодобывающего предприятия.
Технологические свойства – это вещественный состав руд, кристаллохимические, физические и механические особенности минералов, имеющие значение для обогащения и/или переработки сырья [17; 
20]. Отметим, что обычной практикой в изложении результатов исследований является употребление словосочетания «вещественный состав 
руд» как внутри, так и вне термина «технологические свойства» (это 
зависит от сути излагаемого).
Существует и другое, не противоречащее приведенному в [17], 
определение ГТОМ [21]: «Геолого-технологическая оценка месторождений – комплекс работ, включающий собственно технологическое опробование, исследования представительных технологических проб и распространение результатов их исследований на запасы, оценку изменчивости 
вещественного состава и технологических свойств руд, выделение и оконтуривание в пространстве технологических типов и сор-тов руд». Под 
технологическим опробованием здесь ([21]) понимается «совокупность 
операций по отбору и обработке проб, предназначенных для проведения 
технологических исследований с целью нахождения наиболее рационального способа переработки руд данного месторождения».
На всех стадиях выполнения геолого-технологической оценки месторождений отправной посылкой является понятие природный тип руды, 
впервые введенное в 60-х годах XX века в работе Н.В. Иванова «Новое направление в опробовании рудных месторождений» [22]. Обобщая определения рассматриваемого термина в работах различных исследователей [1; 
9–17; 21–24], можно констатировать, что в настоящее время под природ

Глава 1

ным типом руды понимается устойчивая парагенетическая ассоциация 
минералов, занимающая значительный объем в теле месторождения и увязывающаяся на любых формах геологической графики. В указанных работах отмечено, что технологические свойства природных типов руды стабильны, т. е. одинаково проявляют себя на всех стадиям технологических 
воздействий, а также дают близкие по значениям показатели обогащения 
и/или переработки минерального сырья. Поэтому при геолого-технологических исследованиях практически всегда выполняется классификация 
природных типов. Данное понятие (природный тип) по сути становится 
элементарной классификационной единицей всех дальнейших работ по 
обоснованию технологии управления качеством добываемого сырья.
Между качеством минерального сырья и показателями его обогащения и/или переработки всегда устанавливаются зависимости. На этой 
основе (по сходству показателей) природные типы объединяются в технологические типы сырья, которых для исследуемого месторождения 
может быть несколько. Согласно [1; 17; 23] под технологическим типом понимают руду, принципиально отличающуюся от других руд вещественным составом и технологическими свойствами и требующую 
вследствие этого обогащения и/или переработки по особой технологической схеме. Отсюда в общем случае для сырья одного месторождения 
может быть несколько технологических схем обогащения и/или переработки. Есть также понятие технологический сорт руды [1; 17; 23] – это 
руда, которая имеет общую для данного технологического типа сырья 
схему обогащения и/или переработки, но отличается какими-либо технологическими свойствами, требующими изменения отдельных операций технологической схемы.  
При предварительной и детальной разведке производятся геометризация технологических типов и сортов сырья на геологической графике и раздельный подсчет их запасов. Так формируется геолого-технологическая модель месторождения, на основании которой проектируют 
технологию добычи, формирования качества добываемого сырья, его 
обогащения и/или переработки. Показатели работы данной технологии 
прогнозируются различными методами (строки 7 и 8 табл. 1.1).
Прогнозирование – вероятностный метод получения информации. Согласно [6] под прогнозированием качества добываемой руды 
понимается совокупность логико-вычислительных процедур, результатом которых является вероятностная оценка качественных показателей руды в недрах и рудопотоке по стадиям его формирования. Отсюда 
в ряде случаев проектная технология управления качеством (прогноз) 

Информационная база и обзор методов формирования качества добываемого сырья 

оказывается недостаточно эффективной. Такие ситуации возникают не 
так уж редко и известны с момента становления современного горнодобывающего и перерабатывающего минеральное сырье производства. 
Например, еще в 30-х годах XX века Н.Н. Котляр [25] образно говорит, 
что «построенная фабрика будет походить на тяжело больного человека, страдающего хронической болезнью». Поэтому В.М. Изоитко [17] 
отмечает целесообразность на стадии разработки месторождения (эксплуатационная разведка) «получение материалов для усовершенствования технологических схем управления качеством руд» (табл. 1.1, последний столбец 2-й строки). Таким образом, в условиях действующего 
горно-металлургического (горно-обогатительного, горно-химического) 
комбината исследователь получает возможность не прогнозировать, 
а экспериментально оценить изменчивость качества сырья по стадиям 
технологических воздействий на него. Этот вопрос исследован мало 
и именно он является одним из аспектов настоящей работы.
Анализ публикаций [9–17; 21; 22; 26–47] показывает, что практически все исследователи при выполнении ГТОМ отмечают трансформацию качества при добыче. Отсюда понятия «качество сырья в недрах» 
и «качество добываемого сырья» не тождественны. Однако вопрос, как 
учитывать обозначенную трансформацию в технологии рудоподготовки, освещен слабо. Один из возможных подходов к решению этой задачи рассматривается в нашей монографии.
Важным аспектом технологии формирования качества служит 
экспрессность оценки качества в недрах и далее по стадиям технологических воздействий на сырье. В табл. 1.2 в соответствии с [1] приведена 
сравнительная характеристика информации при различных способах 
опробования.
Как следует из данной таблицы, ядерно-физическое опробование 
по сравнению с химическим более экспрессно, производительно и позволяет точнее определить границы оконтуривания разнокачественной 
руды. Однако ядерно-физическое опробование в большинстве случаев 
дает лишь значения содержаний компонентов, но не имеет разрешающих 
возможностей для оценки других технологических свойств сырья и применимо только тогда, когда оцениваемое сырье обладает естественным 
или дает наведенный сигнал, улавливаемый датчиками специальной аппаратуры. Вследствие перечисленных ограничений использовать ядернофизические способы опробования для всех видов минерального сырья 
пока не удается. Поэтому химическое опробование широко распространено и применяется на очень многих эксплуатируемых месторождениях.

таблица 1.1

технологическая оценка руд на разных стадиях геологоразведочных работ (по В.М. Изоитко [17])

Стадия работ
Поисково-оценочные 
работы
Предварительная разведка
Детальная разведка
Эксплуатационная  
разведка

Задачи  
технологической 
оценки

Определение типа технологической схемы в соответствии с генетическим 
типом месторождения

Оценка количества и распределения в пространстве 
факторов, 
влияющих 
на 
обогатимость 
природных 
типов руд

Определение 
параметров, 
влияющих на обогатимость 
технологических типов руд. 
Разработка 
окончательной 
схемы обогащения. Выдача 
данных для проектирования 
горно-обогатительных предприятий

Изучение новых типов 
руд. Получение материалов для усовершенствования 
технологических 
схем управления качеством руд, планирования 
работы предприятия

Основные методы

Металлометрическое 
и 
шлиховое 
опробование. 
Крупномасштабное геологическое картирование коренных выходов. Изучение 
типоморфных 
особенностей рудных минералов

Крупномасштабное 
геологическое 
картирование 
с использованием буровых 
и легких горных работ. 
Классификация, изучение и 
геометризация природных 
типов руд 

Геолого-технологическое картирование. 
Классификация, 
изучение 
и 
геометризация 
технологических типов руд

Геолого-технологическое 
моделирование

Роль  
геофизических 
методов 

Определение 
геологических факторов, влияющих 
на образование и обогатимость руд

Изучение 
физических 
свойств природных типов 
руд. Разработка методов их 
экспрессного 
распознавания с целью геометризации 

Разработка методов экспрессного распознавания технологических типов руд. Изучение 
их физических свойств как 
основы рудоподготовки. Разработка способов рудосортировки и сепарации

Рудосортировка и сепарация