CC BY
154
w
АРСЕНИДНОЕ КОБАЛЬТОВОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ ХОВУ-АКСЫ: ПРОБЛЕМЫ ВОЗРОЖДЕНИЯ УНИКАЛЬНОГО КОБАЛЬТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА В ТУВЕ
Лебедев Владимир Ильич, ФГБУН Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения РАН, Кызыл
E-mail: [email protected]
Аннотация. Горно-обогатительный комбинат «ТУВАКОБАЛЬТ»
осуществлял в 1970-1991 гг. отработку серебро-кобальт-арсенидно-карбонатных жил Хову-Аксынского месторождения, а также гидрометаллургический передел руд с получением коллективного концентрата по аммиачно-карбонатной технологии. За 20 лет эксплуатации на штольневых отвалах накоплены громадные количества жильной массы, содержащей арсениды и сульфиды, а на промышленной площадке в картах захоронения складировано более 2 млн. м3 отходов гидрометаллургического передела. Технология обогащения руд и техническая документация на проектную мощность комбината по добыче и переработке 70 тыс. т руды были разработаны институтом «ГИПРОНИКЕЛЬ» с параметрами извлечения ценных компонентов: Co -78%, Ni -80%, Cu -56%. Технические показатели производительности гидрометаллургического цеха были достигнуты к 1974 г. и выдерживались в течении 17 лет вплоть до остановки комбината в 1991 г.
Ключевые слова: месторождение, кобальт, арсениды, комбинат, гидрометаллургия, запасы, концентрат, карты захоронения, экология.
Рудообразующая система, в результате функционирования которой в позднем палеозое-раннем мезозое (310-280 Ма) образовалось месторождение жильных серебро-золото-висмут-никель-кобальтовых арсенидных руд,
совмещена (рис. 1) с областью сочленения Восточно-Таннуольского
антиклинория и Западно-Таннуольского синклинория по зоне Убсунур -Баянкольского долгоживущего разлома глубинного заложения. Рудное поле Хову -Аксынского месторождения приурочено к сложно построенному
тектоническому блоку - узлу пересечения разломов северо-восточного и северо-
15
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
западного простирания, в котором с максимальной интенсивностью проявились тектонические, магматические и гидротермальные процессы.
1 — современные аллювиально-пролювиальные отложения; 2—юрская угленосная моласса; 3—карбон-пермекая угленосная моласса; 4—турнейскис терригенно-пирокластические отложения; 5—живег-фаменские аллювиально-озерные песчано-мергелистые отложения; 6—позднеэйфельские таштыпско-ихсйские карбонатно-тсрри1енно-солекосныс отложения; 7 — раннслсвонская эффузивная рифтогенная внутриконтинентальная моласса; 8 — силурийские органогенные прибрежноморские и лагунные отложения; 9 — позднеордовикская красноцветная моласса; 10 — вснд-ксмбрийский островодужный рифтогенно-вулканогенныи комплекс основания, запечатанный плагиогранитами; 11 — формации субщслочных гранитов (D,e-D,); 12 — формация субщслочных габброидов (0,-С,1); 13 — разрывные нарушения (а) и зоны надвигов (о); 14—рудные объекты пятиэлсмснтной формации; 15—рудные объекты формации редкоземельных карбонатитов; 16—рудные узлы: Хову-Аксынский (1—А) и Улатай-Чозский (1-Б).
Рис. 1 Схема геологического строения Убсунур-Хову -Аксынской
кобальтоносной зоны
Месторождение Хову-Аксы является эталонным объектом арсенидной никель-кобальтовой (пятиэлементной) жильной формации [1-2, 6]. Геолого -структурная позиция месторождения (рис. 2) определяется его локализацией в горстантиклинали, ядро которой сложено осадочно-вулканогенными
образованиями серлигской свиты нижнего кембрия, а крылья - силурийскими терригенно-карбонатными отложениями верхней подсвиты чергакской свиты и терригенными - хондергейской свиты, туфогенно-вулканогенными
образованиями кендейской свиты нижнего девона и песчано-мергелисто-алевролитовыми осадками илеморовской свиты живетского яруса. Эти стратифицированные толщи прорваны посторогенными субщелочными габброидами и граносиенитами, а также дайками различного состава (диабазы, плагиопорфириты, долериты, сиенитпорфиры).
16
о
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
о
о
Рис. 2. Геологическое строение Хову-Аксынского рудного поля (Лебедев, 1986) 1 — осадочно-вулканогенные образования нижнего девона; 2 — осадочные отложения силура; 3 — вулканиты нижнего кембрия; 4 — габбро-диабазы;
5 — граниты верхнего девона; 6 — известковые скарны и апоскарновые метасоматиты; 7 — раннемезозойские дайки; 8 — надвиги; 9 — крупные разломы; 10 — рудные тела (жилы карбонатно-арсенидного состава);
11 — номера рудных участков Хову-Аксынского месторождения: I — Северный, II — Средний, III — Промежуточный, IV — Южный, V — Западный.
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
Горно-обогатительный комбинат «ТУВАКОБАЛЬТ» осуществлял в 19701991 гг. добычу и гидрометаллургическую переработку серебро-кобальтовых арсенидных руд с получением коллективного концентрата по аммиачнокарбонатной технологии. За 20 лет производственной деятельности комбината на штольневых отвалах накоплены громадные количества жильной массы, содержащей арсениды и сульфиды, а в картах захоронения складировано более 2 млн. м техногенных отходов. Разработка технологии обогащения руд и проектирование основных производственных объектов комбината были выполнены институтом «ГИПРОНИКЕЛЬ» на мощность по добыче и переработке 70 тыс. т руды с содержанием кобальта 1,19% и параметрами извлечения кобальта 78%, никеля 80%, меди 56%. Технические показатели производительности гидрометаллургического цеха по переработке товарной руды, несмотря на несоответствие проектным требованиям к ее качеству, были достигнуты к 1974 г. и стабильно выдерживались вплоть до остановки комбината в 1991 г. Это стало возможным благодаря целенаправленному совершенствованию аммиачно-автоклавной технологии извлечения главных ^ ценных компонентов из арсенидно-карбонатных руд. Выпускаемый о
коллективный кобальтовый концентрат содержал: 11-14 % кобальта, 17% никеля, 12% меди. Концентрация мышьяка, как вредной примеси, не должна была превышать 2,5%. Окончательный металлургический передел производимого концентрата осуществлялся на Уфалейском никелевом заводе. После отработки 46 блоков по жилам Южного участка ГОК «ТУВАКОБАЛЬТ» в 1972 г. был переведен в категорию планово-убыточных предприятий Министерства цветной металлургии СССР. Основанием служили: необеспеченность подготовленными к выемке промышленными запасами кобальтовых руд нужного качества; неполнота и низкая степень извлечения ценных компонентов из руд; низкие внутригосударственные цены на кобальт и относительно высокая себестоимость производимого товарного продукта; высокие затраты на содержание
сформированной инфраструктуры. Для повышения эффективности производства был введен понижающий коэффициент на содержание кобальта в разведочноэксплуатационных блоках (0,3 - в 1972-1974 г., а с 1976 г. - 0,5), что обосновывалось, прежде всего, не полным подтверждением запасов металла в маломощных карбонатных кобальт-арсенидных жилах при их отработке на Южном участке месторождения. Для достижения проектных параметров извлечения полезных компонентов совершенствовались методы эксплуатационной разведки и системы отработки рудных тел, технология гидрометаллургического передела арсенидных руд. Наращивание запасов кобальтовых руд осуществлялось поисково-разведочной партией № 18
Тувинской ГРЭ [6]. Продолжались научные исследования и опытно-
18
о
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
конструкторские работы, ориентированные на разработку технологий глубокой комплексной переработки руд. В 1985 г. была создана экспериментальная полупромышленная установка по выпуску товарных продуктов с повышенной добавленной стоимостью: кобальтовых солей высокой чистоты и металлических порошков. Технико-экономические показатели работы комбината
«ТУВАКОБАЛЬТ» свидетельствуют о том, что несмотря на добычу руды наименее производительной и наиболее дорогостоящей системой отработки, в структуре себестоимости производимого продукта преобладали затраты передела обогащения (62,5 %). Значительного снижения себестоимости можно было достичь за счет введения в действующую технологическую схему операции предварительного радиорезонансного обогащения, которая позволила бы улучшить качество товарной руды при одновременном уменьшении объемов ее переработки и сохранении количества извлекаемых в концентрат металлов. Анализ технико-экономических показателей деятельности Хову-Аксынского рудника и гидрометаллургического цеха, в том числе за 1985 г., позволяет ориентировочно оценить упущенные экономические возможности при ^ производстве коллективного Co+Ni+Cu концентрата. Без учета стоимости Ni и о Cu они составляют: (12-6,9) тыс. $ х 305 т = 706,9 тыс. $/год. Сквозная эффективность кобальтового производства на базе освоения Хову-Аксынского месторождения с учетом учтенной прибыли Уфалейского никелевого завода от реализации металлического кобальта, полученного из поставленного комбинатом концентрата, в ценах 1985 г. оценивается в 3,15 млн. $ = [706,9 + (8,0 х 305)]. За период 1991-2000 гг. цена кобальта на мировом рынке не была постоянной -изменялась от 22 до 72 $/kg [5]. В 1996 г. на Лондонском рынке малых металлов цена 1 т кобальта с чистотой 99,8% колебалась в интервале 48250-59392 $/t, а в 1999 г. - 39400-45000 $/t. Стоимость кобальта, извлеченного из руд месторождения в 1985 г., превышала 7 млн. $, а при средних ценах (41,5 $/kg) на Европейском рынке - 12 млн. $, что свидетельствует о значительных упущенных возможностях и высоком экономическом потенциале рекомендуемого к возрождению уникального кобальтового производства в Туве.
19
о
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
Таблица 1
Характеристика промышленных запасов Хову-Аксынского месторождения
(по состоянию на 01.06.1993 г.)
Категория запасов Компо- нент Запасы: руда - в тыс. т; металлы - в тоннах; содержание металлов - в %, серебро и золото - в г/т
По месторождению Хову-Аксы Участок Южный Участок Северный Участки Промежуточный Средний и др.
Главные компоненты
В+С1 Руда 353 93 216 44
Кобальт 7824 (2,22) 2533 (2,53) 4689 (2,17) 782 (1,78)
Никель 10100 (2,86) 1400 (1,51) 6600 (3,06) 2100 (4,77)
С2 Руда 343 40 201 102
Кобальт 5708 (1,66) 996 (2,49) 3928 (1,95) 784 (0,77)
Никель 6600 (1,92) 800 (2,0) 4400 (2,19) 1400 (1,37)
В+С1+2 Руда 696 133 417 146
Кобальт 13532 (1,94) 3349 (2,52) 8617 (2,07) 1566 (1,07)
Никель 16700 (2,4) 2200 (1,65) 11000 (2,64) 3500 (1,37)
Попутные компоненты
С2 Висмут 342 (0,09) 39 (0,03) 253 (0,12) 50 (0,13)
Мышьяк 54200 (14,01) 20000 (14,9) 27800 (13,0) 6400 (16,41)
Медь 2400 (0,62) 700 (0,52) 1400 (0,65) 300 (0,77)
Серебро Руд=230; 51 (222) 9 (70) 42 (194) ? (24-320)
Объем оставшихся в недрах Хову-Аксынского месторождения ресурсов кобальта и сопутствующих ценных компонентов превышает количество балансовых запасов, утвержденных ГКЗ СССР в 1964 г., а по кобальту составляет 13,532 тыс. т (табл. 1). Большая часть промышленных запасов и прогнозных ресурсов расположена на глубоких горизонтах и для их отработки необходима проходка шахтного ствола и уклонов [2, 6]. Обеспеченность запасами с учетом прироста, полученного в 1986-1991 гг. на северо-западном фланге Северного участка, по прогнозным оценкам, выполненным в ТувИКОПР СО РАН, составит около 20-25 лет. Сырьевые ресурсы Хову-Аксынского
о
20
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
о
месторождения позволяют возродить горно-металлургическое производство, ориентированное на добычу и глубокую переработку арсенидных никелькобальтовых руд и техногенных отходов гидрометаллургического передела ГОК "ТУВАКОБАЛЬТ".
Для реализации этой цели в ТувИКОПР СО РАН проведены научные и опытно-конструкторские исследования по разработке экологически щадящих технологий комплексного извлечения ценных компонентов из арсенидных руд сложного состава, а также производства новых видов товарной продукции на основе кобальта, никеля, меди, мышьяка, благородных металлов (рис. 3).
о
Рис. 3. Установка высокотемпературного выщелачивания (разработка к.т.н. Каминского Ю.Д. и др. [6])
ТувИКОПР СО РАН с 1994 г. осуществляет мониторинг состояния природной среды бассейновых комплексов на территории, прилегающей к рудному полю месторождения Хову-Аксы, в результате которого получены геолого-геохимические данные об экологической ситуации:
- выявлены пути миграции токсичных компонентов в окружающею среду, в том числе, из карт захоронения промышленных отходов и отвалов эксплуатационных выработок Южного и Северного участков рудного поля
- определен перечень необходимых мероприятий по предотвращению катастрофических экологических последствий долговременного взаимодействия техногенной и природной систем;
- выполнена оценка стоимости ресурсов ценных компонентов в картах
21
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
захоронения, свидетельствующая о возможности снижения затрат на ремедиацию территории с получением экономической выгоды.
Карты захоронения (рис. 4) представляют собой в плане четырехугольники размерами 250'50 м, обвалованные дамбами из грунтов. На грунты, слагающие дно и борта емкостей дресвяно-щебенистые с супесчаным и песчаным заполнителем и обладающие значительной фильтрационной способностью (коэффициент фильтрации колеблется от 13 до 22 метров в сутки), положен противофильтрационный экран из полиэтиленовой пленки толщиной 2 мм. Пленка укладывалась на подстилающий слой из песка толщиной 20 см и засыпалась защитным песчаным слоем толщиной 40 см. После осветления жидкой фракции пульпы в картах захоронения и последующего уплотнения твердого осадка хвостов, было предусмотрено использование передвижного насосного агрегата для периодической откачки осветленной воды в гидрометаллургический цех с целью повторного использования в технологическом процессе. Оставшиеся в картах захоронения растворы в условиях аридного климата постепенно испарялись. За время хранения ^ произошли существенные изменения в распределении элементов в картах о захоронения. Скорость реакций в веществе отходов существенно выше, поскольку, во-первых, это тонкодисперсное вещество после дробления, что увеличивает поверхность, а соответственно и скорость реакции, а во-вторых, после переработки, металлы и мышьяк находятся в окисленной легко выщелачиваемой форме. Изначально неоднородные толщи имели зональность, связанную с выщелачиванием металлов из песчанистых слоев и концентрацией на глинистых слоях.
Кроме того, в траншеях, где отсутствует инфильтрационный барьер, шла миграция элементов в подстилающие породы, причем разброс максимальных, минимальных и средних значений для каждой карты существенно различается. Основной экологический риск загрязнения окружающей среды связан с ветровой эрозией тонкозернистого материала, заполняющего карты захоронения. Цепочка распространения металлов и мышьяка в окружающую среду следующая: отходы ^ почвы ^ метеорные воды ^ природные водоемы.
В результате полевых исследований выявлены существенные превышения предельно допустимых концентраций в почвах токсичных компонентов (As - до 250 раз, Co - до 5 раз, Ni - до 10 раз) и высокая доля легкоподвижных форм мышьяка, превышающая 50%. Оценка реального экологического риска требует продолжения круглогодичного мониторинга состояния природной среды. В процессе выщелачивания тяжелых металлов и мышьяка поровыми растворами возможно попадание легкоподвижных форм в весенне-летне-осенний период в грунтовые воды. При любом катастрофическом событии (землетрясение,
22
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
высокий уровень осадков, повреждение дамб) заражение охватит большие площади.
Этапы возрождения кобальтового производства в Республике Тыва. Для быстрейшего выполнения поставленных задач, наряду с обеспечением ритмичного целевого финансирования восстановления инженерных сетей и укомплектования оборудованием инфраструктурных мощностей наукоемкого горно-металлургического предприятия, целесообразна опережающая
организация структурных подразделений с быстрым циклом оборота, благодаря чему может быть обеспечен приток средств, в том числе, для выпуска товарной продукции с высокой добавленной стоимостью. В этих целях, синхронно с разработкой технического проекта возрождения кобальтового производства и проведением научных исследований по совершенствованию технологий гидрометаллургического передела арсенидных кобальтовых руд и техногенных отходов, предлагается:
- адаптация опытно-промышленной установки высокотемпературного выщелачивания (ВТВ-50), внедренной на Медном заводе ОАО «НОРНИКЕЛЬ»,
^ к техногенному сырью ГОК «ТУВАКОБАЛЬТ» и создание технологического о комплекса для извлечения серебра, кобальта, никеля, меди, мышьяка, золота и висмута из хвостов гидрометаллургического передела для промышленного производства товарных продуктов в виде чистых металлов и их солей;
- отработка технологии обогащения рудного сырья, с использованием накопленных рудных отвалов для их промышленной переработки с целью получения товарных продуктов с высокой добавленной стоимостью;
- проектирование возрождаемого рудника и необходимой
горнопромышленной инфраструктуры на участке Северный, включающей: карьер открытой разработки залежи сульфидизированных скарнов с секущими ее серебро-кобальтовыми арсенидно-карбонатными жилами; тепло-энергетический комплекс; узел рудоподготовки; гидро-металлургический комплекс;
производственные здания и сооружения;
- проектирование, оснащение и запуск универсальных технологических линий для переработки не только кобальт-арсенидного, но и других видов минерального сырья месторождений Тувы, освоение которых войдет в ареал технологических и экономических интересов предприятия.
На начальном этапе возрождения кобальтового производства в Туве, первоочередной должна стать переработка лежалых шламов гидрометаллургического передела. Это обусловлено тремя причинами.
1. Переработка шламов не нуждается в капитальных вложениях на горно -подготовительные и подземные добычные работы, не велики затраты на измельчение техногенных отходов, а каждые 100 тыс. т шламов в среднем
23
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
о
содержат: кобальт - 200 т, никель и медь - по 150 т, цинк - 10 т, серебро - 10 т, золото - 6 кг. Всего извлекаемых ценных продуктов на сумму более 10 млн. долларов США;
2. Внедрение технологии первичного гравитационного обогащения [7] на базе разработанных в ТувИКОПР СО РАН обогатительных комплексов (рис. 3) и создание модульного гидрометаллургического производства [7] на основе адаптации разработанной в ТувИКОПР СО РАН обогатительной установки ВТВ -50 (рис. 4), которая введена в эксплуатацию на Медном заводе ОАО «Норникель» для извлечения платиноидов из шлаков переработки сульфидных медноникелевых руд, позволят организовать извлечение ценных компонентов, как из техногенных отходов, так и из привозных концентратов, содержащих благородные и редкие металлы;
3. Переработка техногенного сырья и концентратов позволит приступать к восстановлению рудничного комплекса и необходимых вспомогательных служб. К первоочередной переработке принимаются шламы, размещенные в картах захоронения, наиболее близко расположенных к месту их обогащения.
Схемы расположения аномальных концентраций мышьяка и тяжелых металлов в почвах вокруг хвостохранилища .
As
Zn
ПДК - 55 г/т
>100*ПДК
Ni
ПДК - 20 г/т
Co
ПДК-20 г/т
Cu
ПДК - 33 г/т
О
Рис. 4. Схемы расположения аномальных концентраций мышьяка и тяжелых металлов в почвах вблизи карт захоронения
24
о
УНИКАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ XXI ВЕКА
Литература:
1. Богомол А.А. Структура рудного поля и закономерности локализации и оруденения Хову-Аксынского кобальтового месторождения: Автореф. дис. канд. геол.-мин. наук. М., 1971.
2. Борисенко А.С., Лебедев В.И. Физико-химические условия образования руд Хову-Аксынского кобальтового месторождения //Гидротермальное
низкотемпературное оруденение и метасоматоз. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1982, с. 142157.
3. Бурдин Н.В., Лебедев В.И. Способ извлечения тонких тяжелых компонентов из россыпных и рудных месторождений и обогатительный комплекс для его осуществления. /Патент РФ №2162746. М.: РОСПАТЕНТ ФИПС: Бюл. №4, 2001.
- 10 с.
4. Бурдин Н.В., Гребенникова В.В., Лебедев В.И., Бурдин В.Н. /Аппараты, технологии гравитационного извлечения цветных минералов, металлов и вопросы биоэкологи. / Журнал «Цветные металлы» №3. 2008 г. с. 38-42.
^ 5. Бюллетень иностранной коммерческой информации", N 97, 1996. о
6. Лебедев В.И. Рудно-магматические системы эталонных арсенидно-кобальтовых месторождений. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. - 136 с.
7. Создание технологий и оборудования высокоэффективной экологически безопасной переработки минерального сырья и техногенных отходов (на примере объектов горнопромышленных агломераций Тувы и сопредельных регионов). Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2006. - 116 с.
25
о
