Принципы безотходности поэтапной разработки золоторудных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Т.Т. Исмаилов, А.В. Логачев, Б.С. Лузин, В.И. Голик, 2009

УДК 622: 502

Т.Т. Исмаилов, А.В. Логачев, Б.С. Лузин, В.И. Голик,

ПРИНЦИПЫ БЕЗОТХОДНОСТИ ПОЭТАПНОЙ РАЗРАБОТКИ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Сформулирована концепция увеличения степени использования недр за счет воздействия на состояние отходов производства. Дана классификация способов улучшения исходных, свойств полезных ископаемых на основе использования синергетических процессов самообогащения отходов. Показано, что стратегия восстановления качества отходов на всех этапах разработки месторождений, базирующаяся на принципах без-отходности поэтапной разработки, позволяет увеличить запасы минеральных ресурсов и уменьшить загрязнение окружающей среды отходами.

Ключевые слова: хвосты обогащения, экономические аспекты, оптимизационная задача, анализ производственной функции.

T.T. Ismailov, A.V. Logachev, B.S. Luzin, V.I. Golik

The concept of the mineral resources utilization factor increase by the treating the industrial wastes is formulated. The classification of the methods that improves the primary properties of mineral resources on the base of the synergetic processes of rock self-enrichment is presented. The article proves that the strategy of quality recovery of wastes at all stages of mining based on the principles of disposability allows to increase the mineral resources reserves and decrease the environment pollution.

Key words: tails of enrichment, economic principles, optimization problems, analysis of production function

Глобальной проблемой человеческого сообщества является истощение минеральных ресурсов в доступной части литосферы и загрязнение окружающей среды отходами горного производства. Причиной этого является использование концепции экстенсивного недропользования. Так, в начале XX века на 1 жителя Земли добывалось 5 т минерального сырья, а в конце - более 30 т.

Концепция увеличения степени использования недр базируется на принципе подготовки запасов к последую-

щему освоению за счет воздействия на состояние отходов производства.

Способы улучшения исходных свойств полезных ископаемых классифицируются по ряду признаков (табл. 1).

Стратегия увеличения коэффициента использования недр включает в себя перманентное воздействие на минералы на всех этапах разработки месторождений (рис. 1):

- профилактическое воздействие на запасы;

- воздействие на запасы в процессе добычи руд;

- воздействие на отходы добычи и переработки руд.

Воспроизводство минеральных ресурсов реализуется применением ре-сурсо - воспроизводящих технологий, которые обеспечивают перераспределение компонентов минерального сырья (рис. 2).

Технологическое обогащение минералов до промышленных значений включает в себя отделение ценных компонентов от массива, миграцию продуктивных растворов и осаждение компонентов под действием геохимических барьеров. Золото, представленное тонкой дисперсностью в сульфидах,

Таблица 1

Классификация способов изменения свойств минералов

Классификационный признак Вил воздействия Варианты воздействия

Механизм преобразования минералов механическое измельчение

активация

биологическое собственно бактерии

метаболиты бактерий

химическое посредством реагентов

электрохимическое

Вид силового поля гравитационное в зависимости от физических свойств

магнитное

тепловое

радиоактивное

Вид реакционных агентов кислотные в зависимости от химических свойств

щелочные

солевые

газовые

Комплексность воздействия моно - воздействие в зависимости от сочетания свойств

этап 0 этап 1 этап 3

все запасы богатые переработка

руды хвостов

А і

С А і * * *

у

І І І'

этап 2 этап 2

бедные руды забалан-

совые

Рис. 1. Геохимическое воздействие на минералы на этапах разработки месторождений

при окислении минералов кислого ряда выщелачивается растворами агентов с рН <4, а затем в количестве 50-60 % пере - осаждается на искусственном сорбционном (например, из каолинита)

- 10-40 % или щелочном барьере из кальцита, алунита, монтмориллонита, гетита, гидрослюд и т.д.

Подавляющее большинство хвостов первых этапов подземной разработки рудных месторождений оставляется в

очистных выработках в виде забалансовых руд или складируется на земной поверхности.

При обогатительных фабриках сформированы искусственные массивы хвостов горнообогатительного производства. Сохранились отвалы хвостов амаль-гамационных фабрик.

Среднее содержание золота в отвалах окисленных золотосодержащих руд

- 2,7 г/т, а в хвостах обогатительных

Рис. 2.Факторы воспроизводства минеральных ресурсов

Анолит активации

Металлы Маточники Рис. 3. Схема стенда для выщелачивания хвостов

фабрик - 1,1 г/т. Общее количество золота в хвостах примерно равно его балансовым запасам и прогнозным ресурсам коренных месторождений.

В процессе добычи и переработки золотосодержащих руд в подземных блоках и на земной поверхности созда-

ются массивы, в которых развиваются синергетические процессы самообогащения. Эти процессы изменяют качество отходов. Схемы природного отвального выщелачивания хвостов обогащения руд основаны на избирательном осаждении металлов определенными группами минералов. Легкие металлы аккумулируются предпочтительнее каолинитом, средние - хлоритом и гидрослюдами, тяжелые - монтмориллонитом. Под влиянием гравитации и иных процессов металлы перемещаются в теле массива, подвергаясь избирательному фракционированию и обогащению, и переходя из одного агрегатного состояния в другое.

Динамика изменения качества хвостов обогащения устанавливается экспериментально. Так, в хвостах месторождения Бадран соотношение минералов: граниты - 40%; порфириты -30%; песчаники - 20%;

жильный материал - 8%; рудные минералы - 2%.

Содержание металлов в отвальных хвостах, % : золота -1,2 г/т, серебра -24 г/т; 0,5- цинка, 0,6- свинца, 1,1-меди, 10 -железа, 1,9-оксида алюминия, 43 -диоксида кремния.

Хвосты помещали в 5 колонн диаметром 100 мм и высотой 1,2 м. Скорость фильтрации растворов - 1,5-2 дм /ч. Каждые 10 дм3 раствора, вышедшего из колонны, отстаивались в течение 2-3 часов и опробовались. В качестве реагента использовали анолит электрохимической переработки шахтных стоков (рис. 3).

Рис. 4. Динамика выщелачивания золота без геохимического барьера

— ■ — Полиномиальная (Модель 11*2) Раствор, дпл3 V = -9Е-06х3 + 0,004х2 - 0,664х + 47,37

Р2= 0.993

Рис. 5. Динамика выщелачивания золота с геохимическим барьером

Модель N51

Модель №2

Полиномиальная (Модель 11*1) 0,000х3 -0,025хг 0,540х + 61,08

(*2= 0,988

Полиномиальная (Модель Н*2) 0,000х3 -0,021х2 + 0,229х + 66,39

-П 001

Рис. 6. Влияние геохимического барьера на темпы выщелачивания золота

Моделирование производили при стаивались в течение 2-3 часов и опро-

температуре 18-20 °С, давлении 760 бовались. Через модель пропускалось

мм рт. ст. Каждые 10 дм3 раствора от- 150 дм3 раствора. По завершению вы-

Таблица 2

Динамика выщелачивания золота из хвостов обогащения, мг/дм3

Раствор, дм3 Обобщенная модель С геохимическим барьером Влияние барьера, мг/дм3

50 69 25 44

100 36 19 17

150 10 10 0

Таблица 3

Концентрация золота в твердом остатке, г/т

Фаза выщелачивания Слой 1 Слой 3 Потери в барьере

начальная 0,8 0,6 -

конечная 1,1 0,2 0,1

динамика +0,4 -0,4 0,1

Таблица 4

Динамика выщелачивания золота из хвостов обогащения, мг/дм3

Раствор, дм3 Обобщенная модель С геохимическим барьером Влияние барьера, мг/дм3

10 101 41 70

20 95 37 58

30 87 30 57

40 79 26 53

50 67 23 44

60 56 20 36

70 42 18 24

80 36 17 19

90 25 15 10

100 16 14 2

110 12 11 1

120 10 10 0

130 10 10 0

140 10 10 0

150 10 10 0

щелачивания хвосты опробовали: извлекали пробу, промывали до значения рН=7, высушивали и взвешивали для определения извлечения по твердым остаткам.

Исследованы две модели, различающиеся содержанием и характером оруденения золота в хвостах.

Модель №1. В основании перколя-тора располагали слой золотосодержащих хвостов переработки золотых руд с вкрапленным оруденением мощностью 0,5 м (1) с содержанием золота 0,8 г/т. Затем располагали слой пород, содержащих оксиды железа, мощностью 0,2 м (2). Эти породы должны играть

роль барьера для извлекаемого в верхнем слое золота. Сверху насыпали слой золотосодержащих хвостов мощностью 0,5 м (3) с содержанием золота 0,6 г/т.

Для ускорения эксперимента поверхность верхнего слоя хвостов (3) обрабатывали реагентом - анолитом электролитического разложения шахтных стоков с РЬ=4,5, имитируя кислотосодержащие атмосферные осадки.

Параллельно отрабатывалась 1 модель без геохимического барьера.

Результаты выщелачивания 5 партий с геохимическим барьером сравнивали с результатами партии без геохимического барьера (табл. 2). По окончанию

выщелачивания из слоев отобраны пробы для определения концентрации золота в твердом остатке (табл. 3).

Вступая в реакцию с раствором, золото хвостов верхнего слоя (3) образует с пиритом слоя (2) легкорастворимые водой соединения ИаАиБ2 и На3АиБ2, мигрирует в водном растворе и проходит через геохимический барьер - слой (2), где происходит разложение образованных соединений оксидами железа с выделением золота, пирита и освобождением щелочей.

В результате имитированных процессов золото концентрируется в слое (1), где его содержание достигает 1,1 г/т, что достаточно для последующего вовлечения объема обогащенных хвостов слоя (1) в промышленную переработку.

Во вторичных хвостах слоя (3) золота остается около 0,2 г/т, что сравнимо с фоновым содержанием и позволяет утилизировать хвосты или оставить их для повторной переработки по сейчас еще неизвестным технологиям. Еще 0,1 г/т золота теряется в породах геохимического барьера.

Модель №2. Соблюдены условия модели №1, но хвосты получены переработкой золотых руд с прожилковым оруденением. Также отрабатывалась одна модель с аналогичными условиями, но без геохимического барьера. Результаты выщелачивания 5 партий с геохимическим барьером сравниваются с результатами партии без геохимического барьера (табл. 4).

Во вторичных хвостах слоя (3) остается около 0,1 г/т, что сравнимо с фоновым содержанием и позволяет утилизировать хвосты.

Процесс выщелачивания хвостов в модели №2 отличается большей интенсивностью, что можно объяснить расположением золота при прожилковом характере оруденения ближе к периферии хвостовой частицы.

Обработка высушенного остатка показала уменьшение массы на 15% при уменьшении выхода классов -1 +3 мм на 27%, что говорит о разрушении хвостов во всех слоях под влиянием физико-химических процессов. По свойствам хвосты становятся аналогами песка с соответствующими перспективами утилизации.

На графике извлечения золота без геохимического барьера (рис. 4) видно, что извлечение при прожилковом характере оруденения опережает темпы извлечения из вкрапленников.

Создание геохимического барьера резко дифференцирует показатели извлечения золота в раствор (рис. 5).

В обеих моделях золото примерно равными темпами переосаж-дается на материале слоя, увеличивая его технологические качества (рис. 6).

Стратегия восстановления качества отходов на всех этапах разработки месторождений, базирующаяся на принципах безотходности поэтапной разработки, увеличивает запасы минеральных ресурсов и уменьшает загрязнение окружающей среды отходами. 1ТТШ

— Коротко об авторах------------------------------------------------------------

Исмаилов Т. Т. - кандидат технических наук, доцент, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru

Логачев А.В. - кандидат технических наук, доцент, Южно-Российский государственный технический университет, ngtu@novoch.ru

Голик В.И. - доктор технических наук, профессор, Северо-Кавказский горнометаллургический институт, v.i.golik@mail.ru

Лузин Б. С. - доктор экономических наук, Северо-Кавказский горнометаллургический институт, v.i.golik@mail.ru