The validation of predictive geometallurgical models for concentrator plant process design

• Main Author: Käyhkö, T. (Tomi)
• Format: Dissertation
• Language: English
• Published: University of Oulu 2019
• Online Access: http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfioulu-201908222788

Abstract. The use of geometallurgical models is becoming more common in concentrator plant design and production phase. Predictive modelling aims to optimize process parameters before ore reaches the concentrator plant. Richest and easiest orebodies are already extracted, and in the future, more low-grade and complex orebodies should be exploited to reach enough metal production level. Mineral processing field should be developed all the time and especially predictive planning should be considered. Geometallurgical model means the model that is developed cooperated between metallurgists, mining engineers and geologists. Geometallurgical model combines data from mine plan, drill cores and metallurgical test works. Metallurgical test works are expensive and take a lot of time. Validation aims to point out that it is possible to save money by doing comprehensive modelling and simulation work. Flotation process itself is very detailed studied but the use of geometallurgical models is still under development work. HSC Chemistry® is simulation software developed by Outotec. HSC Sim is sub-program used in process design and production phase. The main objective of this thesis was to evaluate how experimental flotations with different ore blends will correspond to the current kinetic models of HSC Sim simulations for different ore blends. In concentrator plants the ore feed keeps changing all the time, because ore might be delivered from different parts of mine and feed is always heterogeneous. The concentrator plant should be optimized based on mine plan and the kind of ore will be feed to the concentrator plant. Overall 16 different flotation tests were accomplished during this thesis work. Test work was carried out using four different end-member ore types coming from Rich Metal Group mine site from Georgia. Deposit is distributed to different ore types and geometallurgical units. Flotation test work was conducted in Outotec Research Center in Pori. During experimentation, flotation kinetics were defined for four ore types in rougher and cleaner flotation. Experimental work started with grinding tests and optimal grinding times were defined. During flotation tests the distribution of ore types was changing, otherwise, flotation conditions remained constant. Theory chapter explains the most important terms concerning to geometallurgy, flotation theory and flotation simulation and modelling. Theory chapter introduces the theory of validation due to the simulation model validation is the most important output of this thesis. The correlation between experimental and simulated results is clear and results are close to each other. This means that the results are very promising and HSC Sim simulation software can be used to simulate flotation blends, if ores have similar mineralogy. In the future, more test work should be done with more different ores to validate HSC Sim simulation. Simulation of ore blends requires the deep metallurgical definition of end-member ores.Ennustavien geometallurgisten mallien validointi rikastamoiden prosessisuunnittelussa. Tiivistelmä. Geometallurgisten mallien käyttäminen rikastamoiden suunnittelussa ja tuotannossa yleistyy jatkuvasti. Ennustavalla mallinnuksella pyritään optimoimaan rikastamoiden ajoparametrejä jo valmiiksi ennen kuin malmi prosessoidaan rikastamolla. Rikkaimmat ja suurimmat malmiot maailmalla ovat pääosin käytetty ja tulevaisuudessa entistä köyhempiä ja vaikeammin rikastettavia malmeja joudutaan hyödyntämään, jotta metallien tuotanto saadaan pidettyä tarvittavalla tasolla. Prosessointia täytyy kehittää jatkuvasti ja tulevaisuudessa pyritään kehittämään erityisesti ennustavaa suunnittelua laitosten tuotannossa. Geometallurgisella mallilla tarkoitetaan metallurgien, kaivosinsinöörien ja geologien yhdessä luomaa mallia, jossa on yhdistetty data kaivossuunnitelmasta, kairaustuloksista ja metallurgisista kokeista. Metallurgisten kokeiden tekeminen on kallista ja vie reilusti aikaa. Tässä työssä pyritään osoittamaan, että malmisekoituksille ei tarvitsisi erikseen tehdä metallurgisia kokeita vaan aikaa ja rahaa voidaan säästää mallinnus- ja simulointityöllä. Vaahdotusprosessia on tutkittu hyvin huolellisesti mutta geometallurgisten mallien suunnittelu- ja kehitystyöhön täytyy käyttää tulevaisuudessa enemmän rahaa ja aikaa. Outotecin kehittämä simulointiohjelma HSC Chemistry® on suunnittelu- ja tuotantovaiheessa käytetty ohjelma, joka perustuu Outotecin tekemiin kokeisiin laboratorioissa ja tuotantolaitoksilla. Tämän työn tarkoituksena on validoida sen mallinnusta. Rikastamoilla syötteen laatu vaihtelee jatkuvasti, sillä malmi voi saapua prosessiin eri puolilta kaivosta ja syöte ei ole koskaan homogeeninen. Rikastamo tulee säätää sen mukaan, millaista malmia syötetään laitokselle. Diplomityön aikana tehtiin yhteensä 16 eri vaahdotuskoetta neljällä eri malmityypillä, jotka ovat peräisin Rich Metal Groupin kaivokselta, Georgiasta. Kaivoksen malmio on jaettu eri geometallurgisiin yksiköihin, niiden mineralogisten ja metallurgisten ominaisuuksien perusteella. Vaahdotuskokeet suoritettiin Outotecin Porin tutkimuskeskuksessa. Koetoiminnan aikana jokaiselle yksikölle määritettiin vaahdotuskinetiikat, esi- ja kertausvaahdotuksessa. Laboratoriokokeissa ensimmäiseksi selvitettiin sopiva jauhatusaika vaahdotuskokeita varten. Laboratoriossa vaahdotusparametrejä ovat; vaahdotusilman syöttömäärä, kemikaalien annostelu, vaahdotuskoneen parametrit sekä vaahdotettavan malmin määrä. Vaahdotusten aikana eri malmien osuuksia muutettiin, muutoin vaahdotusolosuhteet pyrittiin pitämään vakioina. Teoriaosuudessa perehdytään tärkeimpiin termeihin liittyen geometallurgiaan, vaahdotukseen ja vaahdotuksen simulointiin sekä mallinnukseen. Lisäksi validoinnin teoriaa avattu yhdessä kappaleessa, sillä simulointiohjelman validointi on tärkeässä roolissa tässä diplomityössä. Kokeiden ja simulointien tulosten vertailu osoittaa, että tulokset vastaavat hyvin toisiaan ja näin ollen voidaan todeta että, HSC Sim simulointiohjelmaa voidaan käyttää malmisekoitusten mallinnukseen, mikäli eri malmien mineralogia on samankaltainen. HSC:tä voidaan käyttää malmisekoitusten mallinnukseen, mikäli vain päätejäsen-malmien metallurginen performanssi on tutkittu huolellisesti.