Баяжуулах үйлдвэрийн хүдэр бэлтгэх техник, технологийн хөгжил

Хүдрийг баяжуулалтанд бэлдэх үндсэн процессууд болох бутлах, нунтаглах үйлдэлд баяжуулах фабрикийн ашиглалтын зардлын 40-50% , хөрөнгө оруулалтын мөн ийм хэмжээний хувь оногддог билээ. Ийм учраас өндөр хүчин чадалтай, эрчим хүч бага зарцуулдаг орчин үеийн тоног төхөөрөмжүүд, технологийн схемийг сонгож, хэрэглэх нь шинээр баригдах үйлдвэрийн төслийн шийдэл, ажиллаж буй үйлдвэрүүдэд технологийн шинэчлэлт хийхэд онцгой ач холбогдолтой.

Хүн төрөлхтөн чулуу ба  хүдрийг бутлах, бяцлах үйлдлийг эрт дээр үес амьдрал ахуйдаа хэрэглэж ирсэн түүхтэй.  Эрт цагт хүмүүс алт , мөнгө , зэсийн хүдрийг гараараа буталж металлыг нь ялган авч хэрэглэж байсан ба бутлах үйлдэл нь хүнд хүчир ажил байсан учраас бутлалтыг морь мал, усны энергийг ашиглан эрчимжүүлж байжээ.

1830 онд Америкт анхны бутлах машины патент бүртгэгдсэн гэж үздэг бөгөөд 1858 онд Эли Уйтни Блейк анхны бутлуурыг зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь одоогийн бидний нэрлэж заншсан эрүүт бутлуур байсан юм.

Тэр үеийн Блейкийн бутлуурын бүхий л зарчим орчин үеийн эрүүт бутлуурын үндэс болж өнөөдрийг хүртэл хадгалагдан ирсэн байна.

1881 онд Гейтс бутлах машинаа зохион бүтээсэн бөгөөд бөгөөд энэ нь орчин үеийн анхдагч бутлалтын конусан (гирацийн) бутлуурын ихэнх зарчмыг өөртөө шингээсэн байжээ.

1883 онд Америкийн Мериденд Блейк, Гейтсийн бутлууруудын хооронд нэгэн сонирхолтой “уралдаан” болсон байдаг. Адилхан хэмжээтэй 7 м³ чулууг бутлахад Гейтсийн бутлуур 20.5 минут ,Блейкийн бутлуур 64.5 минут зарцуулж байсан түүхтэй.

Үүнтэй холбогуулан тэмдэглэхэд өнөөгийн эрүүт бутлуурын хүчин чадал конусан бутлуурынхаас харьцангүй  бага байдаг ба эдгээр бутлууруудын  зохион байгуулалт , ажиллах зарчим үндсэндээ хадгалан хөгжиж ирсэнтэй холбоотой юм.

Энэ үеэс дээрх бутлуурууд техникийн хувьд хөгжиж  олон зуун уурхайчидын гараар гүйцэтгэж байсан хүнд хүчир ажлыг ганц , хоёрхон машинаар гүйцэтгэх болсон нь хүн төрөлхөны хувьд техникийн дэвшил байлаа.

Тэр үед уураар ажилладаг шанага зохион бүтээгдсэн нь ил уурхайн өнгө төрхийг ихээхэн өөрчилжээ. Уураар ажилладаг шанагтай цуг 0.45 м-ийн гирацийн бутлуур ажиллаж эхэлсэн нь тухайн үедээ гайхамшигтай том гэгдэж байсан ба гирацийн бутлуурын зохион байгуулалт цаашид хөгжиж 1910 он гэхэд 1.2 м-ийн хүдэр хүлээн авах амсартай гирацийн бутлуур ашиглатад оржээ. 

Энэ үед хэсэг зуур чимээгүй байсан Блейкийн эрүүт бутлуур уурхайд хэрэглэгдэж эхэлсэн бөгөөд Power & Mining Machinery компани 2.1 м х 1.5 м-ийн хэмжээтэй агуу том зэрлэг үхэрийн (мамонт) дайтай эрүүт бутлуурыг хийжээ.

Үүний зэрэгцээ анхан шатны бутлалтыг гүйцэтгэдэг нэг буюу хос бултай бутлуур зохион бүтээгдэж маш хурдан дэлгэрсэн ч хэрэглээ нь төдий л хязгаарлагдмал байлаа.

1919 онд Traylor Engineering компани урьд байгаагүй том гирацийн бутлуурыг зохион бүтээсэн бөгөөд энэхүү 1.5 м-ийн бутлуур нь Мичиганы Рожерс хотын шохойн чулууны үйлдвэрт ашиглагдаж эхэлсэн байна.

Энэхүү бутлуур нь 1969 онд Traylor Engineering компани 1.8 м-ийн гирацийн бутлуур хийх хүртэл хадгалагдсаар байсан бөгөөд дэлхийд цорийн ганц 1.8 м-ийн гирацийн бутлуур нь Канадын Джон Манвилийн үйлдвэрт 2001 он хүртэл ашиглагдаж байсан түүхтэй.

1920-иод оноос чулууг нарийн бутлах алхан бутлуурууд зохион бүтээгдсэн бөгөөд цохилтын хүчээр чулууг бутладаг энэ төхөөрөмж нь хийц энгийн ашиглахад хялбар байсан байна. 1920 –иод оноос 1950 оны хооронд алхан бутлуур нь ихээхэн боловсронгуй болж хөгжсөн ба энэ хооронд нийлмэл хөдөлгөөнтэй эрүүт бутлуурын зэрэгцээ  энгийн хөдөлгөөнтэй эрүүт бутлуурууд ихээр хэрэглэгдэж иржээ.

1960-аад онд тэжээгч-бутлагч (feeder-breaker) буй болсноор  нүүрсний далд уурхайнуудад ихээр хэрэглэгдэж байгаа бөгөөд одоо энэ машин нь улам боловсронгуй болж шохойн чулуу мэтийн харьцангүй хатуу материалыг бутлахад хэрэглэх боломжтой болсон.

1980 оны эхэн үеэс удаан эргэлттэй бутлагч (low speed sizer) зохион бүтээгдсэн нь 20-р зууны сүүлийн хагаст анхдагч бутлуурын хөгжлийн түүхэнд гарсан цорын ганц нээлт болсон юм. Удаан эргэлттэй бутлагч нь зарчмын хувьд шүдтэй булт бутлуур бөгөөд сонгодог бултай бутлууртай харьцуулахад булны диаметр бага , эргэлт удаантай байх ба бул нь шүдтэй байна.

Хүчин чадал өндөртэй удаан эргэлттэй бутлагчийг зөөлөн ба дунд зэргийн хүдэр, нүүрсийг бутлахад ихээр ашиглаж эхлээд байна.

Одоогийн байдлаар  зөвхөн  2 төрлийн бутлуур л (том бутлалтын конусан бутлуур, удаан эргэлттэй бутлагч) 10000 т/цаг дээш хүчин чадлыг хангах чадалтай бөгөөд хүчин чадал ихтэй удаан эргэлттэй бутлагчийг исэлдсэн хүдрийг бутлан отвал байгуулах,  том бутлалтыг ил уурхайд зохион байгуулахад тохиромжтой.

Германы профессор К. Шонертийн суурь судалгааны үндсэнд өндөр даралтын нунтаглагч бул буюу HPGR бутлуур бүтээгдсэн нь ширхэгтэй материалыг цаашид нарийн бутлах машины хөгжилд гарсан томоохон өөрчлөлт гэж үзэж болно. 1985-86 онд анхны HPGR бутлуур цементийн үйлдвэрт хэрэглэгдэж эхэлсэн ба HPGRыг 1987 онд алмазын үйлдвэрт , 1994 оноос төмрийн хүдрийг бутлахад хэрэглэж эхэлсэн байна.

1995 онд дэлхийд хамгийн томд орох 2.4 м-ийн диаметртэй 1.4 м урт бултай өндөр даралтын нунтаглагчийг Америкийн Сайпрус Сирретагийн үйлдвэрт суурилуулсан нь зэсийн баяжуулах үйлдвэрт хэрэглэсэн анхны тохиолдол юм.

HPGR бутлуурийн хувийн цахилгаан зарцуулалт боловсруулж буй хүдрийн хатуулгаас хамааран 0.8 -3.0 кВт/т байгаа ба энэ нь бусад нунтаглалтын төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад бараг 40%-иар бага юм. Нөгөө талаас  HPGR бутлуур нь харьцангүй өндөр чийгтэй  (10% хүртэл) хүдрийг бутлах боломжтой.

Ихэнх БФ нь 3-н шаттай бутлалтын схемийг хэрэглэдэг бөгөөд , нунтаглалтын зардлыг багасгах үүднээс HPGR-ийг ашиглан бутлалтын 4-н шаттай схемийг нэвтрүүлж эхлээд байна.

Дунд ба жижиг буталгааны конусан бутлуурыг анх 1920-иод онд Эдгар Б. Саймонс зохион бүтээсэн бөгөөд конусан бутлуур нь  хийцийн хувьд улам боловсронгуй болон хөгжиж  бүрэн автоматчлагдсан, өндөр хүчин чадалтай конусан бутлуурууд нь баяжуулах үйлдвэрт ашиглагдаж байна.

Бутлалтын 2 ба 3-р шатанд гол төлөв Metso фирмийн конусан HP ба MP төрлийн бутлуурууд өргөн хэрэглэгдэж байна.

Metso фирмийн Nordberg MP серийн  конусан бутлуур нь мэргэжилтэнгүүдийн сонирхлыг ихээхэн татаж сүүлийн 10-аад жилд ашиглалтанд орсон уулын үйлдвэрүүд,  хуучин үйлдвэрийн технологийн шинэчлэлт ихээхэн эрэлт ихтэй байсан гэж хэлж болно. Энэ бутлуурийг 7 –н жилийн өмнө Эрдэнэт үйлдвэрт суурилуулахаар төлөвлөж байсан хэдий ч төсөл техникийн бус шалтгаанаар амжилтгүй болсон юм.

2004 онд Sandvic Rock Processing (SRP) компани хамгийн сүүлийн үеийн гэгдэх H7800 (Hydrocone) бутлуураа хийсэн бөгөөд энэ бутлуур нь одоо үед дэлхий дээр өргөн хэрэглэгддэг алдарт 7 футийн (Саймонс) конусан бутлууртай өрсөлдөх болно гэж мэргэжилтэнгүүд үзэж байгаа юм.  МР-1000 ба Н7800 бутлуурын үндсэн үзүүлэлтийг хүснэгтэд үзүүлэв.

MP-1000			H7800
Асгах завсрын хамгийн ойр зай, мм	Хүчин чадал, т/цаг	Хөдөлгүүрийн чадал, кВт	Асгах завсрын хамгийн ойр зай, мм	Хүчин чадал, т/цаг	Хөдөлгүүрийн чадал, кВт
12	615-730	750	8	520	500
32	1160-1500		70	1860

Хамгийн сүүлийн мэдээгээр METSO компани гидравлик системтэй (SRP компанийн Hydrocone төрлийн бутлуурийн хийцтэй адил) GP төрлийн шинэ бутлуур хийснээ зарлалаа.

2004 онд  Н7800 бутлуурыг Чилийн Минера Мантос Бланкос үйлдвэрт анх хэрэглэсэн бөгөөд өмнө нь ажиллаж байсан Саймонсын 7 футын бутлуурыг H7800 бутлуураар солиход 56 цаг зарцуулж, суурилуулснаас хойш 48 цагийн дараа бүрэн хүчин чадалдаа хүргэжээ.

Хуучин Зөвлөлт холбоот улсын харьяанд байсан орнууд, тухайлбал Украйн, Казакстаны уулын үйлдвэрүүд SPR компанийн Н төрлийн бутлууруудыг ихээхэн сонирхож байгаа мэдээ байна. Соколовск-Сарбайгийн уулын баяжуулах үйлдвэр нь бутлалтын 2, 3-р шатны оросын хийцийн конусан бутлууруудаа H-8800 бутлуураар солихоор төлөвлөж байна.

Sandvic Rock Processing фирм конусан бутлуурын үйл ажиллагааг автоматаар удирдах ASRi системийг  боловсруулж, үйлдвэрт амжилттай нэвтрүүлээд байна.

Өнөөгийн байдлаар зөвхөн METSO (MP-800, MP-1000, HP300-HP800, GP550 мэт) ,SRP (H8800, H7800, H6800)  компаниуд л бүх төрлийн дунд ба жижиг бутлалтын конусан бутлууруудыг хийж дэлхийн уул-уурхайн компаниудын хэрэгцээг хангаж байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй.

FEE Minerals компани нь (хуучин Fuller Taylor гэдэг байсан) том эзэлхүүнтэй хагас өөрөө нунтаглалтын тээрэм, бөмбөлөгт тээрэм, банан төрлийн чичиргээт шигшүүрүүдээр дэлхийд тэргүүлэх байр суурийг эзэлж байна. Ялангуяа сүүлийн үед баригдсан томоохон зэсийн баяжуулах үйлдвэрүүд ,тухайлбал Канделария, Мандеро, Антамина, Эскандидо зэрэг үйлдвэрүүдэд  Fuller Traylor  төрлийн тээрмүүдийг төсөлдөө амжилттай хэрэглэсэн билээ.

Сүүлийн 10-15 жилд тээрмүүдийн хүчин чадал , овор хэмжээ нилээд өссөн бөгөөд одоогийн байдлаар практик хэрэглэгдэж буй хамгийн том ХӨН-ын тээрмийн диаметр -12,2 м (N=20.2 мВт), бөмбөлөгт тээрмийн диаметр -7,6 м (N=13.5 мВт) хүрчээ.

Тээрмүүдийн механик бат бөх чанар , хийцийн хувьд сайжирч ХӨН тээрэм гэхэд л эзэлхүүнийхээ 15-20% -ийн ган бөмбөлгийн дүүргэлттэй ажиллаж байна.

Өөрөө болон хагас өөрөө нунтаглалтын тээрэм, бөмбөлөгт тээрмийн автомат удирдлагын системийг боловсруулж үйлдвэрлэлд амжилттай нэвтрүүлсэн байна. Тухайлбал ХӨН-ын том тээрмүүдэд цохилтыг мэдрэх датчик, удирлагын эксперт систем (SCADA, FLS-fuzzy Logic System гэх мэт) нэвтрүүлсэн нь хүчин чадлыг 3-5 хувь өсгөх , зардлыг ихээхэн бууруулах боломтойг нэгэнт баталжээ.

Сүүлийн үед  ашиглалтад орсон  Канделария ,Эскандида (IV ээлж), Антамина, Кадиа , Фрийпорт зэрэг зэсийн  болон зэс-алтны томоохон баяжуулах үйлдвэрүүдийн төслийн шийдэл, тоног төхөөрөмжийн сонголт нь хүдрийг баяжуулалтад бэлтгэх орчин үеийн техник-технологийн  хөгжлийн өнөөгийн түвшин ,энэ салбарт гарч буй ололт амжилтыг тодорхойлж байгаа юм.

Зэсийн хүдрийг баяжуулах үйлдвэрт  бутлалт нунтаглалтын технологийн схемийн үндсэн 2 хувилбар өргөн хэрэглэгдэж байна:

-          3-н шаттай бутлалт +1 ба 2 шаттай нунтаглалт

-          Анхдагч бутлалт + ХӨН (хагас өөрөө нунтаглалт)

Өрөө нунтаглатын тээрмийг хэрэглэсэн нунтаглалтын олон төрлийн технологийн схем практикт хэрэглэгдэж байгаа ч  хүчин чадал өндөртэй зэс ,алт-зэсийн баяжуулах үйлдвэрүүдэд  SABC схемийг өргөн хэрэглэх болжээ.

SABC схемын нэг төрлийг  Цагаансуваргын зэс-молибдены төслийн жишээгээр харуулав. (зураг 2)
SABC схем нь бутлалт  бутлалт нунтаглалтын сонгодог схемтэй харьцуулахад дараах сайн талуудтай:

-          хөрөнгө оруулалт хямд , ашитглалтын зардал бага

-          технологийн схем энгийн

-          гангийн зарцуулалт бага

-          Автомат удирлагын систем хэрэглэхэд тохиромжтой

-          Хүчин чадал өндөр, тогтвортой.

Зураг 2. Зэс-молибдены худрийг баяжуулахад бэлдэх SABC схем (METSIM загварчлал)