Фабрика на ладони

Самый дорогой природный металл на Земле – это родий. В природе его всего несколько тонн, по­этому один грамм родия стоит примерно 225 долл. США. В лаборатории можно получить еще более дорогой металл – изотоп калифорния-252. Он стоит от 6 млн долл. США за грамм из-за того, что за 70 лет в мире произвели всего 8 г этого металла. Изотоп калифорния имеет настолько большую атомную массу, что два его грамма могут заменить атомный реактор.

Драгоценные металлы раньше выполняли функцию денег. Из золота чеканили австрийский дукат, английский соверен и российский червонец. Более мелкие монеты делали из серебра и меди. В XX веке встречались монеты из керамики, кожи, прессованного угля, фарфора и шелка. В обороте были стальной американский цент, платиновый канадский доллар, цинковый немецкий пфенниг, мельхиоровый польский грош. В России монеты сейчас делают из сплавов стали, меди и никеля.

Металлы, из которых делают монеты, плавят из металлической руды. Ее добывают на месторождениях, а оттуда доставляют на обогатительную фабрику. Далее руда проходит этапы дробления, грохочения, классификации, выделения концентратов и отходов, обезвоживания и сгущения.

Горная порода может содержать несколько металлов одновременно, а может оказаться пустой. Поэтому задача фабрики – разделить полиметаллические руды на олово, кадмий, галлий, золото, серебро и пустую породу, содержащую минералы вредных примесей мышьяка, серы и кремния, снижающие качество металлов в процессе выплавки в металлургических печах.

Задачей обогащения является повышение содержания металла в конечном продукте (концентрате) с минимальными потерями и максимальным качеством. Процесс построен на работе сложной системы механизмов, так как ценные минералы содержатся в частицах размером до 1 микрометра, а добываемая руда поступает на фабрику в виде кусков горной породы размером до 1500 мм.

Первое, что можно заметить при входе на фабрику, – это корпус дробления, именно туда самосвалами из карьера или шахты поступает горная порода. После нескольких последовательных этапов дробления и отсеивания (классификации по крупности) руда поступает на измельчение в специальных мельницах и становится пригодной для концентрирования ценных компонентов. Разделение минералов металлов и пустой породы происходит за счет различия физико-химических свойств минералов в обогатительных аппаратах, таких как флотационная машина или магнитный сепаратор. Флотационная машина вспенивает смесь за счет подсоса воздуха, чтобы концентрат поднялся над водой. В магнитном сепараторе полезные ископаемые очищаются за счет примагничивания от примесей. Далее концентрат поступает на обезвоживание, так как попадание воды в металлургические печи может привести к взрыву. Удаление воды происходит на пресс-фильтрах или керамических дисковых фильтрах, направляя твердые частицы, содержащие нужный металл, на спецсклад для отгрузки на металлургические заводы.

На всех этих сложных машинах можно установить датчики. По данным, собранным с датчиков, можно определить скорость вращения вала, мешалки, расход воды, давление воды в разных точках; соблюден ли вакуум; включен или выключен аппарат; в каком положении задвижки кранов; как долго и как часто работает машина. На основе этих данных можно посчитать количество выработанной продукции и предотвратить нештатную ситуацию.

На основе анализа данных можно построить математическую модель, или цифрового двойника. Он описывает работу одной единицы оборудования или всего технологического процесса – виртуальную обогатительную фабрику. С ее помощью можно оптимизировать схему работы всего комбината.

Цифровые двойники представляют собой 3D-объекты, повторяющие принцип действия оборудования. В них можно загрузить виртуальные образцы разных видов руды, нажать кнопку «пуск» и проследить, как по цепочке будет работать вся система.

НТЦ «Бакор» занимается разработкой цифровых двойников основного технологического оборудования обогатительных фабрик, а в перспективе планирует перейти к созданию виртуальных обогатительных фабрик как программно-аппаратного комплекса для проектирования и эксплуатации обогатительных фабрик будущего.