CC BY
345
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 Геология Вып. 1 (10)
ГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, МИНЕРАГЕНИЯ
УДК 553.3/.4.04
Техногенные месторождения - резерв минеральной базы России
В.А. Наумов3, Б.С. Луневъ, О.Б. Наумоваъ
a Естественнонаучный институт Пермского университета. 614990, Пермь, ул. Генкеля 4. E-mail: naumov@psu.ru b Пермский государственный университет. 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: poisk@psu.ru
(Статья поступила в редакцию 30 сентября 2010г.)
Техногенные отложения (отвалы) являются потенциальными месторождениями полезных ископаемых. Их утилизация представляет важную геологическую и экологическую задачу. Показаны преимущества техногенных месторождений по сравнению с природными геологическими объектами и возможности их комплексного использования.
Ключевые слова: техногенные отвалы, техногенные месторождения, минеральное сырье.
Россия богата минеральными ресурсами. Недра - главное материальное богатство страны и именно они могут стать центральным «перехватным» рычагом вывода страны из экономического кризиса. Однако эти минеральные ресурсы не вечны. Восполнять их можно за счет новых, в том числе мелких и средних месторождений. Роль техногенных объектов в таких условиях существенно возрастает.
При этом решаются две задачи - экологическая и экономическая. Техногенные продукты могут получить применение внутри страны и заменить часть экспортируемой продукции, которая достаточно велика.
Рост внимания к техногенным месторождениям определяется их масштабностью. Техногенная деятельность человека давно уже превзошла известные геологические процессы по масштабам воздействия на нашу планету. Ежегодно в плане© Наумов В. А., Лунев Б.С., Наумова О.Б., 2011
50
тарный кругооборот вовлекается 28,5 млрд т твердого планетного вещества (включая космическую пыль), а при добыче полезных ископаемых из недр планеты извлекается 100-120 млрд т горной массы. Это почти в 4 раза больше суммарного эффекта основных геологических агентов денудации континентов [11].
В бывшем СССР открытым способом добывали (%): уголь - более 30, железные руды - 65, марганцевые руды - 60, руды цветных металлов и горно-химическое сырье - около 60, стройматериалы и нерудное металлургическое сырье - 100 [3]. Это способствовало возникновению техногенных месторождений и росту площадей, занятых под месторождения. Площади отчуждения земель для этих целей примерно в 10 раз превышают площади горных отвалов. Капитальные затраты на природоохранные сооружения составляют
25-50% общей суммы ассигнований на строительство [11].
В России и Украине горнопромышленные отходы составляют 4,24,5 млрд т. В отвалах промышленных предприятий России накоплено свыше 45 млрд т неиспользованных отходов [1].
В отдельных регионах (Урал) техногенные минеральные объекты особенно велики. Это в основном отвалы пустых пород и некондиционных руд, отходы обогащения шлаков и другие продукты. В Свердловской области, например, за последние 25-30 лет находилось в разработке 208 месторождений (более 800 техногенно-минеральных объектов). Масса отходов по 52 объектам (рудоуправления, медеплавильные заводы, рудники и др.) составляет 308,1 млн т [14]. В Челябинской области функционируют 15 крупных горно-рудных предприятий. Установлены отходы сухого, мокрого, флотационного обогащения и металлургического передела, содержащие ценные компоненты легких и тяжелых минералов и обломков горных пород. Имеются отходы каолинового производства, гнейсогранитов, железных руд, базальтов, гранитов, кварцитов, карбонатов, колчеданных руд, россыпей и шлаков. Так, в сильно глинистых отвалах Светлинского аллювиального месторождения (в 30 км от г. Пласт) отмечены промышленные концентрации золота. Здесь ежегодно образуется около 470 тыс. м3 песчаных хвостов, в шламоотстойниках они составляют 1,3 млн м3. Необходим всесторонний анализ таких больших техногенных месторождений.
Традиционное понятие "месторождение" в современной обстановке приобретает другие характеристики. В работе [4] находим ссылку на В. И. Красникова. Он еще в 1959 г. подчеркивал, что "наиболее ценными для народного хозяйства надо считать не те месторождения, которые отличаются наиболее высоким качеством руды, а те, которые дают самую дешевую продукцию и притом в наибольшем количестве". Многие техногенные месторож-
дения - пример таких минеральносырьевых объектов.
Н. А. Шило [16] ввел понятие "техногенные россыпи". Они возникают в результате неизбежных потерь полезного ископаемого в процессе отработки месторождений. Появление новых способов изучения полезных ископаемых, создание новых технологий разработки, возникновение новых потребностей в минеральном сырье делают эти россыпи рентабельными, они становятся месторождениями. Практики техногенные россыпи оценили уже давно. Золотые россыпи (отвалы) еще в 1933 г. изучал М.Г. Кожевников в мариинской тайге Западной Сибири. С 1955 г. их начали массово разрабатывать [14].
Целиковые техногенные месторождения по другой широко распространенной терминологии фактически соответствуют забалансовым месторождениям. Такой подход к пониманию техногенных месторождений увеличивает их масштабность. Появляется необходимость оценивать геологию техногенных месторождений. В таком случае к числу техногенных месторождений могут быть отнесены объекты черных, цветных, благородных металлов и др., некачественно разведанных.
Техногенные месторождения по сравнению с традиционными месторождениями обычно более бедные. Однако это не лишает их определенных преимуществ, приведенных ниже.
1. Известность (географическая). Их координаты зафиксированы в геологических отчетах с точностью до метров. Постановка поисковых работ в традиционном понимании здесь не требуется.
2. Извлеченностъ полезного ископаемого из недр. Руды, первоначально залегавшие на больших глубинах, теперь находятся на поверхности в отвалах сравнительно небольшой мощности.
3. Измелъченностъ горных пород. Шламохранилища содержат отвалы обогащения и часто не нуждаются в дроблении горных пород, что является очень важным экономическим показателем.
4. Невысокие затраты на разработку. Техногенное сырье выявлено, извлечено (не требуется выемочное оборудование), раздроблено (выполнена наиболее дорогая операция для ряда руд), промыто (россыпные объекты). Затраты теперь определяются статьей расхода по доизвлечению ценных компонентов, оказавшихся в отвалах (шламохранилищах).
5. Доступность. При разработке месторождения была создана необходимая инфраструктура (построены дороги, коммуникации и др.), что значительно уменьшает затраты. При положительных результатах изучения объект можно эксплуатировать сразу.
6. Значительные объемы минерального сырья в некоторых техногенных месторождениях. В результате возможна их длительная многообъемная переработка. Так, на Западном Урале некоторые алмазоносные объекты разрабатывают уже не в первый раз при высоком извлечении ценного минерала. Месторождение Древний Куранах (Якутия) разрабатывают с общим извлечением золота всего около 50% [2]. Одна из причин такой половинчатой разработки - наличие большого количества мелкого золота. Успешно извлекается лишь фракция золота крупнее 0,25 мм. Таким образом, в процессе разработки планомерно создается техногенное месторождение, запасы которого равны половине природного месторождения.
Примеров с половинчатым извлечением полезных компонентов достаточно много. Особо перспективны россыпи золота, платины, олова и др., состоящие из мелких ценных компонентов. В отвалах и целиках возможны месторождения с большими запасами. При разработке месторождений олова в шламах обогатительных фабрик потери олова достигают 56-77% [6]. На одной из обогатительных фабрик в хвостах обнаружено в среднем от 25 до 35% (от исходной руды) олова. Из них 60 % олова терялось в виде шламовой фракции менее 0,074 мм [8]. Как видим, формируются техногенные место-
рождения с большими запасами и богатыми содержаниями.
7. Высокое содержание ценного компонента в некоторых шламохранилищах. В спецотвалах содержание ценных минералов превышает природные содержания. На одной россыпи Урала золото извлекали с применением ртути. Сформировавшиеся спецотвалы оказались исключительно богатыми. Сотрудниками Пермского университета за короткий отрезок времени по нетрадиционной технологии с помощью установки МЦМ (мелкие ценные минералы) из этих отвалов извлечено около 2 кг драгметаллов. Обычные отвалы также могут быть богатыми, т. к. изучение россыпей, а следовательно, и разработка ведутся с учетом заниженных содержаний. Это нами отмечалось на многих объектах бывшего СССР при сравнении данных опробования с применением бутары, вашгерда, ПОУ-4М и установки МЦМ [9]. Рекультивацию таких объектов надо вести после повторной отработки россыпей.
8. Восполнимость запасов техногенных месторождений на действующих предприятиях. Помимо имеющихся отвалов, на ГОКах или приисках постоянно добавляются новые объемы горной массы, которая содержит ценные компоненты. Это позволяет продлить срок существования предприятия (прииска, ГОКа) за счет их эксплуатации.
9. Улучшение технико-экономических показателей (ТЭП) производства за счет техногенных месторождений. Переработка отвалов позволяет получать дополнительную продукцию. Реализация ее позитивно отражается на работе основного предприятия. Так, в Томске пароходство разрабатывало в долине реки песчаногравийные отложения. Реализовывали только отсеянный гравий. Песок имеет низкую стоимость и его отправляли в отвал. Финансовые затруднения поставили перед необходимостью продавать и отвальный песок. С целью улучшения качества и повышения стоимости из песка выделяли мелкие, непригодные для строительных целей фракции. Дальнейшее
улучшение ТЭП было достигнуто за счет дополнительной переработки отвалов -мелких фракций песков. При их обогащении получены концентраты с золотом, которые отправили на аффинажный завод. Спрос на такие концентраты оказался выше, чем на золотосодержащую руду, привозимую на завод с золотосодержащего объекта. Аналогичная перспектива ожидает многие предприятия России. Необходимо, как и за рубежом, получать высококачественные строительные продукты (сортированные пески). Однако при этом надо попутно извлекать и ценные минералы из мелких (золото, циркон, ильменит), а иногда и крупных (алмазы) фракций. И это в ряде районов уже начинают делать.
На р. Тагил (Урал) за 10 лет работ попутно извлечено 40,7 кг золота и 3,5 кг платины. На р. Ингури (Кавказ) при содержании золота 3,5 мг/м3 за 4 года получено попутно 12 кг золота. На р. Чирчик (Тянь-Шань) до 1940 г. попутно добывали по 10 кг золота в год. Такое применение техногенных продуктов - строительных песков - наметилось во многих районах России. Качественные строительные пески уменьшают расход цемента, а попутное извлечение ценных минералов позволяет получить дополнительную прибыль.
10. Социально-экономический эффект. При разработке техногенных месторождений появляется спрос на специалистов, которые ранее для этих объектов разработки интереса не представляли. Так, при очистке прудов, углублении рек и получении концентратов минералов пароходства и строительные предприятия должны дополнительно иметь в штате геологов, обогатителей и минералогов. Кроме того, они могут привлекать и специализированные организации. В результате возрастет занятость населения, а производство получит качественные (сортированные, отмытые) пески и ценные минералы (золото, платина, цирконий-титановые минералы и
др.).
11. Из природопользования изымается меньше площадей под разработку тради-
ционных (не техногенных) месторождений. Комплексное использование минерального сырья (получение нескольких продуктов с одного объекта) экономически выгодно. Важное звено этих работ -утилизация отвалов. На Украине разрабатывают цирконий-титановые россыпи. Попутно получают дистен-
силлиманитовые и ставролитовые концентраты, их используют в мартеновском производстве для разжижения шлаков вместо дефицитного боксита. Высококачественные формовочные и стекольные кварцевые пески - отложения, вмещающие ценные цирконий-титановые минералы - утилизируют. Они дают около половины прибыли [4]. Почва (чернозем) с площадей разработки и породы вскрыши собраны в гурты (хранилища). Они ждут своей очереди для размещения на запланированных площадях рекультивации -выработанных участках месторождения. Котлованы - карьеры разработок - используют для рыборазведения.
12. Отвалы горно-рудного производства и промышленности - предмет экспорта и инвестиций. Отвалы некоторых месторождений давно интересуют иностранные фирмы. В отвалах встречаются неизвлеченные основные компоненты и элементы-примеси в минералах. Значение попутных компонентов (элементов-примесей) иногда исключительно велико. На магниевых заводах из каждой тонны карналлита извлекают полезных компонентов на сумму в 6 раз меньшую, чем потери ценных компонентов, например, рубидия [15]. В отвалах уральских соляных месторождений обнаружено золото [12]. Положительные результаты получены по этим объектам и нами. Доля попутных компонентов в стоимости товарной продукции достигает в медных месторождениях 45-50%, а в полиметаллических -70% [4].
Преимущество техногенных отвалов промышленных производств по сравнению с природными месторождениями строительных материалов подтверждено практикой. За рубежом золошлаки широ-
ко используют, утилизируют (%): в США
- 25, Великобритании - 53, Франции - 65, Германии - 79 [1]. В нашей стране отвалы техногенных объектов также получили применение или рекомендованы к использованию [13]. Дунитовые отвалы Урала рекомендованы для удобрения почв (исследования Пермского университета), получения красок, формовочных песков (исследования Пермского политехнического университета). Высокоуглистые отвальные породы - сырье для получения дополнительных объемов угля. Металлургические шлаки (годовой выход около 200 млн т) при утилизации дают железо, промышленную продукцию почти 20 наименований (строительные материалы, каменное литье, шлаковата, микроудобрения, гранулированный щебень и др.). Из сталеплавильных шлаков извлекают железо, готовят дорожный щебень и ценное фосфатное удобрение [11].
13. Удобрения и добавки в корм (в животноводстве). Здесь применяют техногенные отложения с низкими концентрациями элементов-примесей в минералах. На один гектар пашни требуется 1 кг бора, 10 кг марганца. Внести их можно за счет бедных руд (отвалов) с концентрациями марганца 2-5%, бора 0,1-1% [15]. Отвалы с еще более бедными содержаниями полезных компонентов предварительно могут быть подвергнуты обогащению.
14. Преимущества техногенных месторождении перед природными объектами рассмотрим на примере цирконий-титановых россыпей. Согласно инструкциям, эти россыпи должны иметь: 1) объем продуктивных песков на срок эксплуатации не менее 20-30 млн м3; 2) суммарное содержание цирконий-титановых минералов не менее 50-60 кг/м3; 3) соотношение вскрыши к полезной толще не более 4 : 1; 4) площадь месторождения не более 10-15 км2; 5) мощность полезной толщи не менее 3-6 м.
Для техногенных месторождений почти все ограничения (1, 3, 4, 5) не имеют значения. При отсевах мелких частиц (ме-
нее 0,2 мм) из строительных песков можно получать более богатые концентраты ценных минералов. Объемы их очень велики, т. к. масштабы потребления строительных песков в стране огромны. Только на р. Каме в прошлые годы ежегодно извлекали 17 млн м3 песчано-гравийной смеси. Отсевы песков (отходов производства) составляли 5-10%, т.е. около 1 млн м3 фракции менее 0,2 мм. Объем этой породы сопоставим с обычными россыпями при эксплуатации в течение 20 лет. Отделение мелких фракций и их последующее обогащение на установке МЦМ позволят из отходов производства попутно получать концентраты с содержанием (кг/м3): циркона - 69, ильменита - 183, рутила -36, условного ильменита - 462, золота - 5 г/м3. Для сравнения: в известных россыпных месторождениях России содержания ценных минералов меньше, чем в предлагаемых концентратах. В пересчете на условный ильменит это составляет (кг/м3): Лукояновское месторождение в Нижегородской области - 180, Центральное в Тамбовской области - 72, Тугановское в Томской области - 72. Кроме того, на месторождениях нужно создавать инфраструктуру, убирать вскрышу в десятки метров и др. Отсюда интерес к отвалам строительных песков р. Камы очевиден.
15. Целенаправленное формирование в натурных обстановках и на разрабатываемых объектах - особенность этого типа месторождений. На Западном Урале так создают техногенные россыпи алмазов с последующей переработкой. Повторная и даже трехкратная переработка отвалов нередко входит в саму технологию эксплуатации месторождения [5]. Например, на первом этапе промывки потери платины из россыпей Исетского района достигали 40% [16]. В отвальных россыпях естественный процесс выветривания приводит к дополнительному высвобождению полезного компонента из гальки, сростков, глинистых окатышей. Опытами установлено, что на северо-востоке России россыпи касситерита возобновляются через 20-30 лет [9].
16. Мелкие фракции ценных минералов
- основной компонент многих техногенных месторождений. Шламохранилища обычно содержат фракции менее 0,074 мм. В целиках также сосредоточены главным образом ценные минералы малой размерности. Часто по этой причине они и не были зафиксированы на начальном геологическом этапе работ по изучению месторождения. Некоторые такие месторождения можно изучить (разработать) с помощью установки МЦМ. Промышленные образцы аппаратов способны извлекать мелкие зерна (0,3-0,02 мм) тяжелых минералов, производительность -16 т/час. и более, степень обогащения - 500-1000 раз [9, 7].
Шламы Гайского ГОКа (Оренбургская область) содержат ряд ценных компонентов. По простой схеме обогащения с применением винтовых аппаратов нами был получен концентрат с серией ценных компонентов: медь - 0,54% (минимальное промышленное 0,4); сера -45% (35); золоБиблиографический список
1. Бент О.И. Задачи освоения вторичных минеральных ресурсов в условиях рыночных отношений // Минеральные ресурсы России. 1992. № 6. С. 26-28.
2. Будилин Ю.С., Вашко H.A. и др. Методика разведки россыпей золота и платиноидов/ НТК "Геоэксперт". М., 1992. 288 с.
3. Быбочкин А.М. Интеграция наук о Земле с
минерально-сырьевым и горно-
металлургическим комплексами - неотложная задача // Горный журнал. 1995. №9. С. 6 - 9.
4. Быхоеский Л.З., Машкоецее Г.А., Самсонов Б.Г., Эпштейн Е.М. Рациональное использование и пути решения / ВИМС. М., 1997. 42 с.
5. Быхоеский Л.З., Патык-Кара Н.Г. Новые промышленные и перпективные типы россыпных месторождений и принципы их выделения / ВИЭМС. М., 1989. 38 с.
6. Голландский Д.Б., Югова Е.Д. Совершенст-вование процесса гравитационного обогащения оловянных руд // Колыма. 1968. №6. С. 33-35.
то - 2,6 г/т (не нормируется); серебро -10,3 г/т (не нормируется); германий - 3,4 г/т; селен - 0,002%; теллур - 0,002%.
Вывод. К техногенным отвалам многих месторождений в большинстве случаев пока еще относятся как к второстепенному сырью. Необходим более глубокий и всесторонний анализ таких месторождений. Техногенные отложения - резерв минеральной базы страны. Это потенциальные месторождения, вторичные руды, уже извлеченные из недр и измельченные. Общеизвестно, что минеральное сырье недр катастрофически быстро исчезает. Весь мир переходит от века сравнительного изобилия минеральных ресурсов к эре их сравнительной нехватки. При этом в огромных масштабах появляются техно -генные отложения - новый тип месторождений. Утилизация их - важная геологическая задача. Новые технологии позволят извлекать ценные компоненты из очень бедных отложений.
7. Иванов В.Д. Концентрация шламов и тонкозернистых руд и песков на винтовом шлюзе // Горный журнал. 1962. №5. С. 2527.
8. Исаков Г.Х., Югова Е.Д. Обогащение хвостов прошлых лет работы фабрики 14-бис // Колыма. 1969. №7. С. 18-20.
9. Лунев Б. С. Дифференциация осадков в современном аллювии // Учен. зап. Перм. ун-та. 1967. №174. 333 с.
10.Лунев Б.С., Осовецкий Б.М., Уткин P.E. Актуальные проблемы поисков аллювиальных россыпей с мелкими зернами ценных минералов // Аллювий: межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 1980. С. 113-139.
11.Марков В.А. Рациональное использование и охрана недр. М.: Знание, 1989. 32 с.
12.Сметанников А. Ф., Кудряшов А.И. О возможности извлечения золота и серебра из руд Верхнекамского месторождения ка -лийных солей // Руды и металлы. 1995. №5. С.118-121.
13.Талалай А.Г., Макаров А.Б., Зобнин Б.Б. Техногенные месторождения Урала, методы их исследования и перспективы переработки / Институт испытаний и сертификации минерального сырья при УГГГА. Екатеринбург, 1998. 29 с.
14.Хохряков A.B. Техногенно-минеральные объекты Свердловской области: проблемы освоения // Минеральные ресурсы России. 1994. №3. С. 19-21.
15.Шарапов И.П. Элементы-примеси в рудах, их опробование и подсчет запасов. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1994. 216 с.
16.Шило H.A. Учение о россыпях. Владивосток: Дальнаука, 2002. 576 с.
Anthropogenic Deposits as the Important Sources of Minerals in Russia
V.A. Naumova, B.S. Lunjovb, O.B. Naumovab
a Institute of Natural Sciences of Perm State University, 614990, Perm, Genkelya st., 4. E-mail: naumov@psu.ru bPerm State University, 614990, Perm, Bukirev st., 15. E-mail: poisk@psu.ru
Anthropogenic sediments (dumps) are potential deposits of minerals. Utilization of them is a significant geological and ecological task. Advantages of anthropogenic deposits in comparison with natural geological objects and possibilities of their complex exploitation are shown.
Key words: anthropogenic dumps, anthropogenic deposits, minerals.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук Б.М. Осовецкий
