CC BY
67
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______
А.И. Заболоцкий, К.А. Харькевич, Т.Э. Видусов,
Уральская горно-геологическая компания
ОПЫТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СПОСОБА ПВ ДЛЯ ДОБЫЧИ ЗОЛОТА ИЗ РУД КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ
ЗОЛОТОРУДНОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГАГАРСКОГО
Общая характеристика золоторудного месторождения Г агарского
Золоторудное месторождение Гагарское расположено на восточном склоне Среднего Урала, в 44 км к востоку от г. Екатеринбурга. Геологические особенности. По результатам геологической разведки 1991-96 гг и утверждения запасов в ГКЗ РФ в 1997 году золоторудное месторождение Гагар-ское по количеству утвержденных запасов и прогнозных ресурсов является крупным промышленным объектом.
Оруденение локализуется в крутопадающих, линейно вытянутых (600-800 м) субпараллельных зонах метасоматитов кварц-альбит-серицитового состава, с наложенной слабой сульфидной минерализацией, приуроченных к силлообразной дайке плагио-гранитов, согласной с вмещающими апобазальтовыми амфиболитами и кристаллическими сланцами. Золото в рудах, преимущественно, самородное, присутствующее в виде тонкодисперсной вкрапленности в кварце, сериците и сульфидах. Концентрации золота колеблются от десятых долей до 25-35 г/т. По геологическим условиям залегания, горнотехническим и технологическим условиям отработки, месторождение разделяется на две части:
♦ верхнюю, представленную окисленными и полуокисленны-ми рудами коры выветривания;
♦ нижнюю, представленную не затронутыми поверхностными процессами первичными рудами, слагающими крутопадающие линейные пласто- и жилообразные рудоносные залежи.
Ряд особенностей верхней окисленной части месторождения, приведенных ниже, предопределил выбор способа ПВ для ее отработки:
♦ окисленные руды коры выветривания - рыхлые и дезинтегрированные образования, относящиеся к неустойчивым или слабоустойчивым при горной разработке;
♦ руды коры выветривания относятся к убогим по содержанию золота и серебра: среднее содержание золота в балансовой группе разведанных запасов составляет 1,4 г/т, в забалансовой - 0,5 г/т; серебра, соответственно 6,3 и 2,4 г/т;
♦ золото в рудах коры выветривания находится как и в первичных, в основном, в тонкодисперсном состоянии. Свободное (амальгамируемое) золото в этих рудах, в среднем, составляет 12,12%, остальная часть - в сростках с рудными и нерудными минералами;
♦ по совокупности свойств руды коры выветривания являются труднообогатимыми;
♦ в коре выветривания компактные и контрастные крутопадающие первичные рудные тела трансформированы в пластообразную приповерхностную рудоносную залежь с более бедными и неконтрастными рудами;
♦ в центральной части золотоносная поверхностная пластовая рудоносная залежь окисленных руд пересекается автотрассой Ека-теринбург-Тюмень федерального значения.
Верхняя часть месторождения по вещественному составу руд, водно-физическим и технологическим свойствам, в свою очередь, подразделяется на более высоко-залегающую зону полного физического распада и химического раз-
ложения и подстилающую ее зону дезинтеграции. Эти две зоны представляют собой два природных типа руд.
Основными нерудными минералами зоны полного физического распада и химического разложения являются каолинит, гидромусковит, гидробиотит, гидрохлорит-вермикулит, гетит, халцедон, лей-коксен, монтмориллонит, галуазит. Для этой зоны характерна полная окисленность первичных рудных минералов.
Минеральный состав зоны дезинтеграции такой же, как и вышележащей, с заметным присутствием неразложенных минералов первичных руд.
По содержанию золота в коре выветривания выделены экономические классы руд:
1) Убогие руды (содержащие золота менее 0.8 г/т), составляющие забалансовую группу запасов.
2) Бедные руды (содержащие золота от 0.8 до 1.5 г/т).
3) Рядовые руды (содержащие золота от 1.5 до 3.0 г/т).
4) Богатые руды (содержащие золота выше 3.0 г/т).
Последние три класса составляют балансовую группу запасов золотоносных руд коры выветривания.
Гидрогеологические условия месторождения. Месторождение обводнено единым водоносным горизонтом. В коре выветривания горизонт имеет поровый тип и трещинный - в первичных рудах. Наибольшей водообильностью и водо-проводимостью в коре выветривания (Кф ~ 9,0 м/сут) обладает зона дезинтеграции. Низкие фильтрационные свойства (0,19 - 0,25 м/сут) имеют песчано-глинистые образования зоны полного разложения.
Тем не менее, такие разнородные фильтрационные свойства позволяют вести обработку этих руд совместно и одновременно растворами в режиме подземного выщелачивания с приемлемой интенсивностью.
Подстилающие кору выветривания массивные плагиограниты и метасоматиты по своим фильтрационным свойствам являются, в общем случае, естественным во-доупором. Водопроводимость здесь имеет место в спорадически распространенных тектонических нарушениях.
Уровень подземных вод находится на глубине 18 - 21 м от поверхности, разделяя, таким образом, руды коры выветривания на еще 2 природных и, соответственно, технологических подтипа -обводненные и необводненные, т.е. находящиеся выше (ВУГВ) и ниже (НУГВ) уровня грунтовых вод.
Поверхность подземных вод плавно копирует рельеф местности. Уклон поверхности составляет 0,005 - 0,008 в сторону р. Пышмы. Источником питания подземных вод являются атмосферные осадки. Инфильтрация их имеет площадной характер, амплитуда сезонных колебаний
уровня подземных вод изменяется в пределах 1-2 м.
Основные геолого-гидрогеоло-гические особенности месторождения, определяющие выбор системы отработки ПВ, гидродинамических и химических режимов и конструкций скважин таковы:
♦ трехслойное строение водоносного горизонта: 1 - необводнен-ные слабопроницаемые песчаноглинистые руды, 2 - то же обводненные, 3 - обводненные, хорошо проницаемые трещиноватые руды;
♦ наличие естественного потока подземных вод;
♦ высокая фильтрационная неоднородность в пределах слоев.
Площадь Гагарского месторождения расположена в краевой части Гагарского бассейна грунтовых вод, включающего одноименное месторождение вод питьевого качества. Месторождение подзем-
ных вод эксплуатируется скважинным водозабором с производительностью до 140 м3 в час. Ближайшие от участка ПВ водозаборные скважины находятся на расстоянии 1,5 км.
Характеристика опытного комплекса ПВ
Геолого-гидрогеологические особенности объекта отработки предопределили создание систем отработки, главным отличительным признаком которых является подача выщелачивающих растворов первоначально в слабопроницаемые руды, в том числе в необ-водненные, залегающие в верхней приповерхностной части месторождения, а улавливание сформировавшихся продуктивных растворов - в зоне хорошо проницаемых дезинтегрированных и трещиноватых руд, локализованных на нижних горизонтах окисленных руд коры выветривания. Для реализации такой концепции используются следующие технические приемы:
♦ этажное расположение фильтров закачных и откачных скважин: фильтры закачных расположены в верхней, слабопроницаемой части, в том числе в необвод-ненной, а фильтры откачных - в преимущественно хорошо проницаемых трещиноватых рудах нижней части коры выветривания;
♦ как вариант предшествующего приема - использование коротких оросительных скважин или канав в приповерхностной части залежи;
♦ использование классического скважинного варианта с горизонтальной фильтрацией для отработки нижней, хорошо проницаемой части залежи.
Использование этих приемов в разных сочетаниях привело к созданию трех систем отработки. На блоках, где подавляющая часть запасов сосредоточена ниже уровня грунтовых вод (УГВ), используется рядная скважинная система с квадратной ячейкой 10 х 10 м (фильтрационная система). На блоках с равнозначным соотношением запасов выше УГВ и ниже
УГВ задействована аналогичная система, но необводненная часть разреза орошается через поперечные блоку канавы, пройденные через 2,5-3,3 м (комбинированная система). На блоках, где кора выветривания развита преимущественно выше УГВ, используется система комбинаций откачных скважин и закачных канав (ин-фильтрационная система).
Процесс добычи золота способом ПВ разделяется на несколько этапов:
1. Вскрытие запасов, включающих сооружение и обвязку технологических скважин, строительство магистральных трубопроводов и др. коммуникаций.
2. Закисление эксплуатационных блоков растворами соляной кислоты с концентрацией 2 г/л. Закисление ведется до снижения рН в откачных растворах до уровня 3,0.
3. Активное выщелачивание рабочими растворами с концентрацией активного хлора 250-350 мг/л и соляной кислоты 50-360 мг/л. Такие концентрации достигаются путем растворения газообразного хлора в оборотных растворах.
Откачиваемые эрлифтом из скважин продуктивные растворы:
• при содержании золота > 0,2 мг/л подаются на переработку,
• при содержании золота менее
0,2 мг/л - на доукрепление и на выщелачивание.
Принципиальная схема подземного выщелачивания включает в себя три основных технических комплекса:
I. Подготовительный (хлораторная станция для подготовки рабочих выщелачивающих растворов);
II. Подземный добычной (система закачных и откачных скважин);
III. Перерабатывающий комплекс для извлечения золота из растворов.
Все комплексы замкнуты в единую схему непрерывного производства. Привозимые материалы - жидкий хлор и активированный уголь. Продукция: золотосодержащий угольный концентрат,
который увозится на перерабатывающее золотоизвлекательное предприятие.
Технология переработки продуктивных растворов включает следующие операции (рис. 1): осветление от механических примесей, сорбция-цементация на активированных углях (ионообменных смолах), улавливание механических потерь после сорбции, доук-репление растворов. Дополнительная необходимая операция -обесхлоривание загрязненного эр-лифтного воздуха.
Результаты опытных технологических испытаний. До начала опытных работ ПВ на месторождении было проведено гидродинамическое моделирование процесса ПВ с использованием нейтральных индикаторов. Результаты показали управляемость процесса, после чего было получено разрешение Комитета по охране природы на проведение опытных работ активными растворами с попутной добычей.
Опытные работы ПВ ведутся на месторождении Гагарском с августа 1994 года. Основные характеристики комплекса следующие:
♦ вовлеченные в отработку руды с суммарными запасами 322 кг золота представительны для всех типов и сортов руд и геотехноло-гических условий в коре выветривания месторождения;
♦ эксплуатируется три блока ПВ (БПВ-1, БПВ-2 и БПВ-3) с тремя разными системами отработки: БПВ-1 - фильтрационная, БПВ-2 -комбинированная, БПВ-3 - ин-фильтрационная;
♦ выщелачивание ведется по ок-сихлоридной схеме, с суммарной концентрацией хлора в рабочих растворах до 1 г/л;
♦ извлечение золота из продуктивных растворов ведется по механизму сорбции-цементации на активированных углях.
Испытываемые системы отработки обеспечивают необходимую интенсивность проработки рудного массива как в обводненной, так и необводненной части разреза.
Общим недостатком всех систем является неравномерность проработки разных литологических слоев во времени. Совершенствование в этом аспекте должно вестись в направлении изначального ограничения уровня подачи закачных растворов в хорошо проницаемые литологические слои. Второй главный недостаток - неучастие в процессе отработки нижних горизонтов руд. Это установлено в результате анализа водных вытяжек из керновых проб контрольной скважины. Наиболее интенсивная проработка пласта отмечается в интервале глубин 15 - 40 м, и практически полное отсутствие проработки в интервале 0 - 15 м. В интервале глубин более 40 м выщелачивания золота и ртути не происходит, хотя пассивное за-кисление хлором имеет место. Устранение этого явления было достигнуто за счет переуглубки откачной скважины, обеспечившей повышение коэффициента погружения эрлифта до 2,0-2,5.
Кинетика выщелачивания характеризуется наличием явно- или неявновыраженного первоначаль-
ного пика концентраций (2 - 6 мг/л) золота в продуктивных растворах на участках с высоко неравномерным распределением золота и с высокой литологической неоднородностью. На однородных, в обоих аспектах, участках наблюдаются беспиковые выходные кривые концентраций золота. Главная проблема в части выщелачивания - неполное расходование выщелачивающего реагента в недрах. Пути улучшения заключаются в совершенствовании системы отработки и утилизации активного хлора на стадии переработки растворов.
Максимальное извлечение золота из недр - 72,8 % - достигнуто из обводненной части эксплуатационной ячейки 8-0 блока БПВ-1 при реагентной проработке - 1,66 кг/т, Ж:Т - 3,61. Такой уровень подтверждается данными пробирного анализа керна контрольной скважины. Таким образом, степень извлечения из первой опытной ячейки уже достигла уровня традиционных требований к способу ПВ. Анализ геотехнологиче-ских показателей свидетельствует о достижимости такого уровня извлечения на других геотехнологиче-
ских блоках и участке, в целом, при сопоставимых расходных показателях, по сравнению с ячейкой 8-0.
Удельные расходы реагентов, материалов, электроэнергии, затрат труда по эксплуатационной ячейке 8-0, которую можно считать условно отработанной в обводненной части, свидетельствуют о возможности ведения процесса с достаточно низкой себестоимостью. Участок, в целом и отдельные эксплуатационные блоки по расходным и кинетическим характеристикам не уступают и даже превосходят эталонную эксплуатационную ячейку 8-0. Основные производственно-технические показатели Гагарского опытного участка ПВ приведены в табл. 1.
количество источников выбросов вредных веществ в атмосферу. Основными источниками выбросов являются: вентиляционная
система хлораторной станции, труба абсорбера для очистки эр-лифтного воздуха и продуктивные растворы на неизолированных участках. Другие источники имеют незначительные выбросы: автотранспорт, газоэлектросварка, пыление.
Система защиты атмосферы предусматривает очистку аварийных выбросов хлораторной станции и отработанного эрлифтного воздуха с помощью абсорберов. При использовании абсорберов приземная концентрация не превышает ПДК для населенных мест в радиусе 50 м, хотя размер сани-Таблица 1
Основные производственно-технические показатели опытного участка
Показатели Ед. изм. Удельный объем Примечания
1. Технологическое бурение пог.м пог.м/г 0.0149 Расчет ведется на ед. добытого золота
2. Полиэтиленовые трубы усл. 0 110 мм пог.м пог.м/г 0.0375
3. Расход хлора т кг/г 0.56
4. Расход угля т кг/г 0,100
5. Расход электроэнергии т- квт час квт час/г 5.4
6. Трудозатраты чел • мес мес/г 0.0056
7. Топливо для транспорта т кг/г 0.15
8. Переработка концентратов (грамм золота/грамм золота) т г/г 0.1
Сорбционное извлечение золота из продуктивных растворов, достигнутое на опытной стадии -92,3 % - может быть улучшено за счет организации более четкого аналитического контроля производства.
Оценка воздействия комплекса ПВ на окружающую среду Атмосфера. Масштабы и специфика данного производства предопределяют незначительное
тарно-защитной зоны равен 500 м.
Поверхностные и подземные воды. Месторождение Гагарское располагается непосредственно в бассейне р. Пышма в приводораздельной части.
Непосредственное воздействие комплекса ПВ на поверхностные воды прилегающих территорий отсутствует, так как технологический процесс ПВ имеет замкнутый цикл водооборота, в
нем отсутствуют какие-либо сбросы, а также водопотребление из поверхностных водоемов.
Процесс ПВ практически не влияет на гидродинамический режим водоносного горизонта. Это подтверждают результаты режимных наблюдений за уровнем подземных вод в районе действующего участка, фиксирующие лишь сезонные колебания уровня.
Изменение химического состава подземных вод происходит вследствие:
♦ привноса хлора при формировании рабочих растворов;
♦ выщелачивания химических элементов из руд как следствие химических реакций окисления, растворения, обмена;
♦ выпадения в осадок химических элементов и соединений, изначально растворенных в пластовых водах, вследствие изменения физико-химических условий;
♦ диффузии компонентов в поры, заполненные неподвижной связанной водой;
♦ привноса в растворы компонентов на стадии сорбции, цементации и десорбции золота.
Концепция защиты поверхности и водоносного подземного горизонта на участке ПВ базируется на организации санитарнозащитной зоны. СЗЗ подземных вод состоит из четырех поясов:
^ рабочая зона, где допускаются практически любые изменения состава подземных вод;
^ зона временных растеканий, где возможны кратковременные легкоустранимые утечки;
^ зона аварийных утечек, где любые утечки расцениваются как аварийная ситуация;
^ чистая зона, где допустимы согласованные изменения в пределах ПДК.
Применяемые системы отработки на Гагарском комплексе ПВ позволяют локализовать процесс в управляемых границах, что практически исключает растекание рабочих растворов. Это достигается за счет максимального использования геолого-гидрогеологических особенностей при выборе систем
отработки. Кроме того, в системах отработки используются следующие способы компенсации естественного потока:
♦ система с комбинированным рядом скважин (откачных и за-качных) в крайнем блоке, по направлению естественного потока;
♦ система с зигзагообразным от-качным рядом, крайним по направлению потока;
♦ система с барражным рядом (для нагнетания чистой воды) за пределами блока, по направлению потока;
♦ инфильтрационная система со смещенным по потоку откачным рядом.
Мероприятия по защите подземных вод от загрязнений по комплексу приемов, способов, а также по назначению подразделяется на три ступени:
1. Применение системы отработки и гидродинамических режимов эксплуатации, исключающих растекание рабочих растворов.
2. Комплекс технологических, гидродинамических и технических приемов, позволяющий оперативно устранять аварийные растекания, вследствие нарушения штатного гидродинамического режима.
3. Комплекс технических средств и технологических приемов очистки подземных вод от допущенных загрязнений.
Управление комплексом защиты подземных вод ведется на основе системы технологического контроля за рабочей зоной и экологического мониторинга во всех остальных поясах СЗЗ.
В связи с тем, что участок ПВ попадает в границы 3-го пояса зоны санитарной охраны (ЗСО) Га-гарского месторождения подземных вод, система мониторинга за подземными водами, по настоянию экологов, доведена до максимальной плотности во времени, пространстве и по перечню анализируемых компонентов.
При обнаружении в результате наблюдений или моделирования отклонений от проектного рабочего контура, путем математическо-
го моделирования подбирается приемлемый режим гидродинамики. Оперативная корректировка режима достигается:
- изменением дебита скважин;
- переменой назначения скважины с закачных на откачные и наоборот;
- введением в технологическую эксплуатацию наблюдательных скважин.
Для устранения последствий утечек применяются следующие технологические приемы:
♦ откачка загрязненных вод и возврат в технологический процесс;
♦ откачка загрязненных вод и очистка до необходимого уровня в соответствии со схемой рекультивации;
♦ отслеживание процесса естественной очистки.
Для отслеживания естественной очистки используются штатные наблюдательные скважины, а также разведочные и специально сооружаемые дополнительные наблюдательные скважины.
Весь этот комплекс защиты в течение 4 лет эксплуатации ни разу не задействовался. Для управления контуром выщелачивания достаточно мер, являющихся составной частью системы отработки.
Наиболее опасные изменения в составе подземных вод в контуре рабочей зоны устанавливаются по ртути. Имеются незначительные превышения ПДК по железу, марганцу, хлор-иону. В течение 4х лет эксплуатации каких-либо опасных изменений состава вод в зоне аварийных утечек, а тем более в чистой зоне, не установлено. Этот факт стал главнейшим аргументом, убедившим экологов в безопасности Гагарского комплекса ПВ.
Рекультивация подземных вод. Подземные воды подлежат рекультивации в части восстановления химического состава. Проектом задача рекультивации подразделяется на подуровни:
1. Снижение концентраций всех компонентов до уровня ПДК в рабочей зоне и зоне временных утечек.
2. Естественное контролируемое разбавление и очищение растворов в пределах 3-го пояса СЗЗ до уровня ПДК.
Технология очистки остаточных технологических растворов от экологически опасных компонентов заключается в их откачке и извлечении этих компонентов способами сорбции, цементации, экстракции. Извлечение экологически опасных элементов происходит попутно с извлечением золота. Для очистки используется технологический перерабатывающий комплекс. В качестве сорбента-цементатора используются активированные угли марки АБДК, АР-В, УАФ и др. Для достижения степени очистки, равной 95% по ртути, имеющей максимальные превышения ПДК, необходим трехкратный оборот растворов через сорбционные колонны.
В результате данной технологии рекультивации, подземные воды активной пористости будут полностью очищены от вредных компонентов.
Расчеты показывают, что естественное разбавление под влиянием естественного потока не приведет к изменению типа подземных вод за пределами 3-го пояса санитарно-защитной зоны участка.
Опытная рекультивация на участке пока не проводилась.
Литосфера. Способ подземного выщелачивания золота, применительно к конкретным условиям Гагарского месторождения, оказывает ничтожное воздействие на руды и породы. Из руд и пород, исходя из их состава и состава реальных продуктивных растворов, выщелачиваются десятые и сотые доли процента тяжелых металлов (Бе, ^, Аи, Си, 2п, РЬ, As и др.), а также серы, углерода, натрия, калия, кальция. Такое воздействие не может привести к заметному изменению инженерно-физических свойств массива.
Почвы. Перед началом строительства опытно-промышленной установки с территории строительных площадок был снят пло-
дородный почвенный слой. Почвы складировались в бурты. По мере отработки блоков будет производиться горнотехническая рекультивация территории в 2 этапа: планировка поверхности бульдозером и нанесение почвенного слоя.
При разработке месторождения ведется рекультивация почвенного слоя на геотехнологическом поле: перед проходкой очередной канавы почвенный слой снимается экскаватором, откладывается в непосредственной близости от канавы и вновь укладывается на место по окончании создания технологической канавы. На действующих геотехнологиче-ских полях Гагарского комплекса ПВ растет трава.
При завершении отработки месторождения складированный почвенный слой будет наноситься на площади демонтированных зданий: установки по переработке продуктивных растворов, хлора-торной станции, отстойника продуктивных растворов, подъездных путей и площадок. Эти мероприятия не вызовут особых проблем, так как при строительстве максимально используются легкие здания модульного типа, а само производство требует малой площади дорог и площадок.
Отходы. Технологический процесс предполагает образование только одного вида твердых отходов: минеральных взвесей, улавливаемых в отстойнике продуктивных растворов. Отходы пред-
ставляют собой рудный субстрат, предельно отработанный выщелачивающими растворами. Отходы содержат минимальное количество полезных и вредных компонентов. Количество отходов составляет не более 1,5 т в год. Отходы захоранивают в рудную зону (ин-фильтрационные канавы, скважины).
Твердые взвеси, улавливаемые в отстойнике маточных растворов, отходами не являются. Нижний слой маточных растворов периодически смывают, декантируют, фильтруют. Осадок является товарным продуктом.
Заключение
Эксперимент подземного выщелачивания золота на месторождении Гагарском удался. За период опытно-промышленных работ добыто и реализовано свыше 150 кг золота. Предприятие все это время работало с высокой рентабельностью, что обычно не характерно для опытных предприятий. В 1998 году получено положительное заключение экспертной комиссии Государственной экологической экспертизы.
Результаты опытных работ по ПВ золота из руд коры выветривания позволяют сделать весьма важные выводы, которые могут иметь значение для золотодобывающей отрасли:
1. Доказана принципиальная возможность экономически эф-
фективной и экологически безопасной добычи золота из руд кор выветривания золоторудных месторождений способом ПВ по ок-сихлоридной схеме.
2. Способ ПВ позволяет вовлекать в отработку объекты с весьма бедными рудами (0,5 - 2 г/т) и малыми запасами (от 100 кг).
3. Руды в корах выветривания способны стать новым промышленным типом золотых руд и существенно расширить минерально-сырьевую базу этого металла как в Уральском, так и в других регионах.
4. По степени экологического воздействия способ ПВ может успешно конкурировать с традиционными, а по мере совершенствования может стать доведен до реально безотходного и экологически чистого.
5. Опыт на Гагарском месторождении показал широкие возможности повышения эффективности способа ПВ за счет совершенствования систем отработки, технологии выщелачивания и переработки, технических средств ведения процесса.
6. Опыт Гагарского предприятия позволяет рекомендовать активнее внедрять оксихлоридную систему ПВ, а также кучного и чанового выщелачивания на других геологических и техногенных объектах: россыпях, ликвидированных рудниках, отвалах и хвосто-хранилищах.
© А.И. Заболоцкий, К.А. Харькевич, Т.Э. Видусов
