Новое качество руды диктует новые задачи. И их нужно решить

Прошел год с момента торжественного открытия в апатитском Академгородке научно-исследовательского центра по изучению апатит-нефелиновых руд перспективной добычи. 19 марта 2024 года новенькое здание, построенное компанией «ФосАгро», официально вступило в строй, но до сих пор многие горожане не знают, что же в нем находится. А в нем – настоящие сокровища!

Три ступени

В деятельности НИЦ участвуют сотрудники трех институтов Кольского научного центра РАН – Горного, Геологического, Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья. Технология обогатительного эксперимента объединяет специалистов, которые занимаются первичной обработкой геологических образцов, проводят минералогические исследования, подготовку материала для флотации и саму флотацию.

Что же происходит в светлых, удобных, оборудованных самой современной техникой кабинетах НИЦ?

На геологический склад поступают образцы керна технологических скважин, а также скважин перспективной и эксплуатационной геологической разведки хибинских месторождений. Они отправляются в помещение группы первичной обработки рудного материала, которое оборудовано низкоскоростным отрезным станком MICRACUT 152. Он обеспечивает резку с применением алмазных дисков, а настольный абразивный станок GEOFORM 102 и шлифовально-полировальный станок FORCIPOL 102 позволяют изготавливать препараты для минералогического изучения руд под микроскопом. Узел вакуумной заливки ThetaVAC-2 производит искусственные аншлифы в виде полимерных шайб, необходимых для микроскопического изучения продуктов обогащения руды. Пресс для горячей запрессовки FlexPress-600 М помогает значительно сократить время подготовки искусственных аншлифов за счет уменьшения времени застывания полимерного компаунда.

Для измельчения проб с разным уровнем твердости используют мельницу-ступку PARATUSmill M 102.

Кабинет углубленного минералогического изучения оборудован поляризационным микроскопом Nexcope NP900 для исследования текстурно-структурных характеристик и определения минерального состава апатит-нефелиновых руд, а также продуктов их переработки. Количественная оценка содержания минералов в породе происходит с использованием сертифицированной встроенной программы. Здесь же расположен рамановский спектрометр РамМикс М532 для быстрого определения минералов, входящих в состав руды и продуктов ее обогащения. Он позволяет анализировать тонкие минеральные фазы, находящиеся в виде включений и сростков. Для анализа текстурно-структурных особенностей и предварительного изучения минерального состава образцов апатит-нефелиновых руд используют бинокуляр с осветителем SunnyOptical SZN71. С помощью всех этих приборов специалисты ищут определенные минералогические факторы, которые могут влиять на процесс обогащения руды.

Одним из наиболее сложных и производительных приборов парка аналитического оборудования НИЦ является рентгенофлуоресцентный волновой спектрометр ARL PERFORM'X ARL Perform'X 2500 РФА. Он предназначен для выполнения элементного анализа апатит-нефелиновых руд и продуктов обогащения. С его помощью можно определять элементы в диапазоне от фтора до урана от тысячных долей до 100 процентов. Расчет содержаний элементов выполняется встроенной программой, время анализа одного элемента в пробе – 30 секунд!

Рентгенофазовый анализ апатит-нефелиновых руд проводят на рентгеновском порошковом дифрактометре POWDIX 600. Этот метод не требует большого количества вещества и сложной пробоподготовки, экспресс-анализ можно проводить за несколько минут.

В кабинете физико-химических исследований установлен прибор для измерения краевого угла смачивания, который позволяет оценить степень гидрофобности поверхности минералов после обработки реагентами. Если обработать образцы разных минералов, которые входят в состав исследуемой руды (например, апатит и сфен) в одинаковых условиях одним и тем же реагентом, то при сравнении степени гидрофобности образцов можно оценить селективность закрепления реагента на том или другом минерале. Крайне важно проводить именно лабораторные исследования механизма действия реагентов, объяснять их поведение при флотации для дальнейшего запуска в промышленное использование.

Химический анализ проб выполняется на атомно-эмиссионном спектрометре (ICP AES) PlasmaQuant PQ9100, который позволяет проводить многоэлементный анализ от лития до урана начиная с содержаний 0,0001-0,01 процента. Аналитическое программное обеспечение автоматически расшифровывает полученные спектры.

И, наконец, флотационные эксперименты. Они проводятся на технологических пробах весом по 120-150 кг. В НИЦ установлено оборудование для подготовки уже дробленой руды к флотации: рольганг с автотаймером и мельницы, анализатор для гранулометрического состава измельченной руды и продуктов обогащения, шкафы для их сушки.

Зал флотации – самый большой в центре. Здесь работают восемь пневмомеханических флотационных машин отечественного производства, на которых проводят опыты: основную и контрольную флотации, перечистные операции. Один опыт занимает около двух часов в замкнутом цикле, последовательно флотируют шесть навесок. Кстати, для флотации использует оборотную воду с АНОФ-2 – на два-три дня работы необходимо около 300 литров.

Все новейшее оборудование высочайшего класса производства России, Белоруссии, КНР, Турции и ряда других стран закупила для ученых компания «ФосАгро».

Это необходимо всем

Об уникальном опыте сотрудничества научного центра с промышленным предприятием рассказывают Владимир Дядик, первый заместитель генерального директора КНЦ РАН, и Максим Светлов, заместитель директора Горного института по общим вопросам, курирующий материально-технический блок работы нового НИЦ.

— Работа центра ориентирована на выполнение технологических задач, стоящих перед нашим основным производственным партнером – компанией «ФосАгро»: с КФ АО «Апатит» заключен долгосрочный договор на осуществление исследований обогатимости руды, — говорит Владимир Владимирович. — Важно отметить, что в рамках договора на выполнение исследований предусмотрено финансирование программы развития Кольского научного центра. Эти средства направляются на развитие материально-технической базы институтов. И за такую возможность мы глубоко благодарны нашему партнеру – компании «ФосАгро».

От идеи создания нового научного центра до реального ее воплощения прошло чуть больше полутора лет при полном взаимопонимании и огромной заинтересованности в проекте с обеих сторон.

— Горный институт КНЦ РАН работает над исследованиями в области повышения обогатимости апатит-нефелиновых руд на протяжении десятилетий и обладает глубокими компетенциями и серьезнейшим научным заделом в этой сфере. Однако изменчивость минерального и химического состава самих руд и вмещающих их пород на новых участках добычи постоянно актуализирует научно-технологические задачи, которые ставят перед нами горнопромышленники, — объясняет Владимир Дядик. — Исследования предполагают множество итераций, цикличную последовательность опытов с большими объемами руды. Необходимые для решения технологических задач КФ АО «Апатит» масштабы исследований оказались «неподъемными» без ввода в строй новых мощностей. Наши объективные кадровые и инфраструктурные ограничения, не позволявшие выполнить необходимый объем исследований, стали одной из основных причин строительства нового НИЦ.

— Когда рождался этот проект, рассматривалось несколько вариантов, в том числе и только закупка оборудования, без строительства здания, — рассказывает Максим Светлов. — Но в ходе проработки проекта пришло ясное понимание того, что строительство необходимо. Для обеспечения технологической карты эксперимента все оборудование должно быть расположено локально, а не в разных корпусах.

Место для строительства здания было выбрано не случайно. Во-первых, это центр Академгородка, находящийся в комфортной пешеходной доступности для сотрудников всех трех институтов КНЦ РАН, участвующих в проекте. Во-вторых, рядом находится опытно-промышленная установка Горного института, на базе которой уже в полупромышленном масштабе будут проверяться технологии, создаваемые в НИЦ. По техническому заданию все досконально обсуждалось со специалистами «ФосАгро», каждый прибор, каждое техническое решение в здании были обоснованы, и получилось приобрести и построить все, что мы хотели: исследовательский центр высшего уровня!

Какая пойдет руда?

— Название Центра включает слова «руды перспективной добычи». Что же это значит?

— Хибинские апатит-нефелиновые руды изменчивы по своему химическому и минеральному составу, по составу вмещающих пород, — объясняет Владимир Дядик. – Технологии флотационного обогащения, которые были разработаны десятилетия назад и внедрены при непосредственном участии ученых Кольского филиала Академии наук СССР, на рудах новых участков добычи не всегда демонстрируют необходимый сегодня предприятию уровень эффективности и стабильности. Компания «ФосАгро», как лидер горно-химической индустрии производства минеральных удобрений, хорошо осознает этот вызов и понимает, что решение данного блока проблем находится не в производственной, а в научно-технологической плоскости. Поэтому работа над технологиями переработки руд перспективной добычи стала предметом нашего общего нового большого проекта.

— Поскольку руда состоит не только из апатита, будет ли интересен промышленникам вопрос доизвлечения из руд попутных полезных компонентов?

— Конкретно в задачи этого проекта комплексное использование всех полезных минералов, то есть стоящих на балансовом учете в госкомиссии по запасам полезных ископаемых, содержащихся в хибинских рудах, не идет. Но в перспективе компания, безусловно, ориентирована на стратегическое, комплексное их использование, и Кольский научный центр постоянно ведет отдельные исследования в рамках этой тематики для КФ «Апатит». В частности, есть проект по изучению маркетинговых перспектив рыночного использования продукции, которую потенциально можно получать из трех видов концентратов, – титаномагнетитового, сфенового и эгиринового. Существует ряд разработок по извлечению из них самостоятельных продуктов, как технологических так и товарных, а также и по извлечению из них разного рода прекурсоров для получения на последующих переделах востребованных химических соединений. Но, подчеркну, в новом НИЦ основной фокус сделан на обогатимости, — говорит Владимир Дядик.

Кадровый вопрос

Сегодня в научно-исследовательском центре по изучению труднообогатимых апатит-нефелиновых руд трудятся более тридцати человек. Из лабораторий Горного института – под руководством научных лидеров проекта Александра Сергеевича Опалева и Галины Викторовны Митрофановой. По рудной и технологической минералогии основной центр компетенций в Геологическом институте, здесь под руководством Артема Васильевича Мокрушина работают лидеры направления Андрей Олегович Калашников и Алена Аркадьевна Компанченко.

У специалистов ИХТРЭМСа в этом проекте больше техническая функция, аналитики института работают на приборе, который обеспечивает качественный и количественный экспресс-химический анализ руды и продуктов обогащения методом спектроскопии в индуктивно-связанной плазме.

Руководители проекта подчеркивают, что все сотрудники НИЦ являются высококомпетентными и ориентированными на результат специалистами. К работе здесь предъявляются особые требования: это не абстрактные теоретические исследования, а ежедневная интенсивная научно-практическая деятельность, направленная на модернизацию существующих и создание новых востребованных производством технологий.

Вопросы задавала Наталья Чернова.