Дунитовые руды новый вид платиносодержащего сырья Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.А. Чантурия, А.П. Козлов, Н.Д. Толстых, 2011

УДК 622.7: 622.34

В.А. Чантурия, А.П. Козлов, Н.Д. Толстых

ДУНИТОВЫЕ РУДЫ - НОВЫЙ ВИД ПЛАТИНОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Приведены результаты минералого-технологических исследований платинометального оруденения в дунитах зональных базит-ультрабазитовых комплексов урало-аляскинского типа. В качестве основного метода извлечения платины рекомендуется прямое гравитационное обогащение дунитовых руд без предварительного получения хромитового концентрата. Технологическая схема предусматривает двухстадиальное измельчение с межцикловым выделением крупной фракции платиноидов в товарный концентрат.

Ключевые слова: методы извлечения, гравитационное обогащение, концентрат, технологическая схема, товарный концентрат.

Металлы платиновой группы (МПГ) - собственно платина, а также палладий, рутений, родий, иридий и осмий, представляют собой ценное минеральное сырьё, которое за счет своих особых физико-химических свойств находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Рыночная цена на платиноиды неуклонно растет, так как они используются в новейших технологиях и могут стать одним из основных видов сырья необходимого для водородной энергетики. С 1994 г. потребление МПГ в мире стало превышать производство (в 2005 г. - на 154,7 т), и по прогнозным оценкам после 2015 г. будет превосходить производство на 100-180 т в год [1].

Основные поставки МПГ на мировой рынок обеспечиваются ЮАР и Россией, в меньшей мере - Канадой, США и другими странами (таблица). В отличие от ЮАР, где основной объем добычи представлен платиной, в российском производстве МПГ доминирует палладий, цена на который в три раза ниже (котировки ЦБ РФ на 1.10.2010 г.: Pt - 1618 руб. за 1 грамм; Pd - 557 руб.). Общее производство платиновых металлов в России, которое в настоящее время определяется исключительно освоением комплексных медно-никелевых руд Норильского района и Кольского полуострова (преимущественно палладий) и россыпных платиновых месторождений Алдана и

Динамика поставок платины и палладия на мировой рынок (тонн)

Страна МИГ 2006 2007 2008 2009

ЮАР Pt 164,7 157,8 140,4 146,9

Pd 86,3 86,0 75,6 78,7

Россия Pt 28,6 28,5 25,2 23,2

Pd 121,9 141,2 113,8 110,7

Северная Pt 10,7 10,1 10,1 7,9

Америка Pd 30,6 30,8 28,3 23,3

Прочие Pt 8,4 9,0 9,2 10,3

Pd 8,4 8,8 9,6 10,4

Итого Pt 212,4 205,3 184,9 188,3

Pd 247,2 266,8 227,3 223,1

Камчатки, несмотря на рост цен, снизилось по сравнению с 2007 годом на 35,8 тонн, в связи с истощением богатых сульфидных залежей и завершением отработки крупных россыпей.

Для сохранения, а в перспективе и увеличения объемов российского производства МПГ (в первую очередь платины), весьма актуальным представляется вовлечение в эксплуатацию новых нетрадиционных видов платиносодержащего сырья, одним из которых является платинометальное оруденение зональных базит-ультрабазитовых комплексов урало-аляскинс-кого типа. По оценке ведущих экспертов-геологов, металлогенический потенциал данного типа рудных месторождений только на Урале составляет не менее 19 тыс. тонн платины, а их вовлечение в промышленную эксплуатацию определяется исключительно технологической возможностью и экономической целесообразностью извлечения платины из вмещающих горных пород [1, 2].

Базит-ультрабазитовые комплексы урало-аляскинского типа представляют собой трубообразные плутоны (диаметр в поперечнике до 10-12 км), которые в классическом виде состоят из ядра, сложенного дунитами, и оболочки из верлитов, клинопироксенитов и габброидов, имея в связи с этим характерную концентрически-зональную структуру. Продуктивное платинометальное оруденение изначально ассоциировалось исключительно с хромитовыми жилами и шлирами, отработка которых проводилась на Урале начиная с середины XIX века старательским способом и в незначительных объемах. Однако уже в начале ХХ века, учитывая повышенные концентрации платины во вмещающих их дунитах, выдающимися исследователями Платиноносного пояса Урала

Н.К.Высоцким и А.Н.Заварицким была определена более широкая, перспективная концепция масштабного освоения рудных месторождений платины на Урале. В соответствии с ней было предложено: «... весь массив дунита рассматривать как одно грандиозное месторождение, а отдельные обогащенные участки его - как обогащенные столбы и гнезда (ore shoots), подобные тем, какие вообще всегда имеются в любом другом из рудных месторождений» [3]. Технологическую возможность переработки значительных объемов магматических горных пород с низким средним содержанием платины, учитывая существующую техническую вооруженность горнодобывающей отрасли, в то время не рассматривали даже теоретически.

На сегодняшний день, когда в мировой практике уже существуют примеры эффективной, как с технологической, так и экономической точки зрения, переработки руд со средней концентрацией благородных металлов ниже 1г/т, настоящая концепция рассмотрена нами, как со стороны обоснования теоретической возможности извлечения платины из дунитов, так и со стороны разработки технологических решений для обогащения крупно-объемных платинометальных руд в промышленном масштабе [4, 5].

Наиболее значительный прогресс в геологическом изучении и оценке платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов в настоящее время достигнут на Г альмоэнанском габбро-клинопироксенит-дунитовом массиве,

расположенном на севере полуострова Камчатка. В его пределах выделены значительные по площади участки дунитов, среднее содержанием платины в которых оценивается на уровне 0,7-3,2 г/т, и которые представляют непосредственный интерес для промышленного освоения.

Распределение платины в выделенных рудных зонах характеризуется выраженной неравномерностью (KV=450%), что обусловлено наличием разрозненных гнездообразных участков с высоким, в отдельных случаях, ураганным содержанием платины до 1000 г/т, которые чередуются с протяженными интервалами дунитов с низкими и фоновыми концентрациями, не превышающими 0,1 г/т Pt. При установленной сложности строения рудных залежей разработка технологии обогащения платиносодержащих дунитов традиционными методами лабораторных технологических исследований оказалась затруднена в связи с невозможностью получения пред-

ставительного материала для проведения экспериментов. Научный подход к решению поставленной задачи определяется наличием полной достоверной информации о составе, строении и технологических свойствах руд, которой в заданных условиях была получена интеграцией петрологического изучения платиносодержащих горных пород, минералого-технологических исследований и технологических испытаний руд в лабораторных и полупромышленных условиях [6].

В процессе проведения исследований определен петрологический, химический и минеральный состав платинометальных руд, что позволило выделить в качестве основного объекта для промышленного освоения - перекристализованные дуниты, несущие признаки высокотемпературных структурных деформаций и интенсивной флюидной проработки . На основе комплекса современных минералогических методов исследований установлено, что платина присутствует в дунитах исключительно в собственных свободных минеральных формах. Это позволило рассматривать возможность извлечения платины из руд, как извлечение установленной платиносодержащей минерализации, которая представлена преимущественно (65%) платино-железистыми сплавами - изоферроплатиной (Р^е) и тетраферроплатиной (PtFe), а также тулами-нитом (Pt2FeCu), никельферроплатиной (Pt2FeNi), платиномедными сплавами (Р^Си) и сперрилитом (PtAs2). Прочие платиносодержащие минералы пользуются в рудах незначительным распространение и встречаются исключительно в виде включений и тонких сростков с основными платиноидами.

Установлено, что подавляющее количество выделений платиносодержащих минералов представлено крупными гнездами и вкрапленниками (размер до 1,5 см), которые располагаются в краевых частях хромитовых обособлений, но часто выходят за их пределы и размещаются непосредственно в оливиновой матрице вмещающих дунитов. Рудная платино-хромитовая минеральная ассоциация выделена в качестве основной для руд с высоким содержанием платины и в соответствии с количественной оценкой методами оптической микроскопии определяет не менее 85% продуктивности платинометального оруденения. В дунитах с низкими концентрациями платины, платиноиды встречаются исключительно в виде тонких зерен (-80мкм), имеющих выраженную кристаллографическую форму. Их повсеместное присутствие в руде независимо

от наличия рудных хромититов свидетельствует о равномерной вкрапленности платиносодержащих минералов в оливиновой матрице и позволяет выделить в качестве сопутствующей - рудную минеральную ассоциацию платиноносных дунитов.

Выделение основной продуктивной платино-хромитовой минеральной ассоциации предполагает, что подавляющая часть платиносодержащей минерализации может быть выделена вместе с хромитовым концентратом, однако результаты исследований свидетельствуют, что предварительное разделение руды не обеспечит полноты извлечения всей платины. В качестве основных причин выделены: 1) крайне незначительная концентрация хромититов в исходной рудной массе (не более 1,5%); 2) сложная морфология выделений рудных хромититов, которые представлены разрозненной вкрапленностью и прожилками, не позволяющими получить крупные куски для разделения; 3) низкая корреляционная зависимость между содержаниями платины и Сг203 в руде; 4) наличие сопутствующей минеральной ассоциации платиноносных дунитов, которая определяет безусловные потери платины при проведении селективного обогащения.

Часть платиносодержащей минерализации, которая представлена тетраферроплатиной, туламинитом и другими неупорядоченными сплавами МПГ с железом, имеет выраженные магнитные свойства. Изоферроплатина, платино-медные сплавов и сперрилит являются парамагнетиками с низкой магнитной восприимчивостью, но образуя сростки с магнитными минералами МПГ и вторичным магнетитом, в принципе могут быть выделены в магнитных полях. Результаты магнитного фракционирования гравитационного концентрата минералого-технологических проб, показали, что общий выход платиноидов в магнитную и парамагнитную фракции может составить около 84 масс.%. Однако анализ остаточной магнитной восприимчивости выделенных зерен показал, что она повсеместно перекрывается полем магнитных свойств вмещающих хромшпинелидов и оливина, что не позволяет рекомендовать применение методов магнитной сепарации для прямого выделения продуктивной платиносодержащей минерализации.

Самым контрастным технологическим свойством установленных в дунитах платиносодержащих минералов является их высокая плотность, вариации которой от 10,5 до 19,5 г/см3 обусловлены содержанием платины в минеральной форме. Гранулометрический состав платиносодержащей минерализации в рудах с низкими и

фоновыми концентрациями платины (менее 0,1 г/т Р) отвечает тонко-вкрапленному характеру распределения платиноидов в ду-нитах (рис. 1). Количество зерен в классах крупности -40 мкм составляет в среднем 85,9%, что крайне неблагоприятно для гравитационного обогащения. При максимальном размере до 200 мкм, среднеарифметический размер зерен минералов МПГ в бедных рудах составляет 20,5 мкм, средневзвешенный - 52,0 мкм. Гистограмма массового распределения платиноидов имеет модальный характер с максимумом в классе 40-80 мкм.

Исследования гранулометрического состава платиносодержащей минерализации в богатых рудах (более 2,5 г/т Р) показали, что основная масса платиноидов (68,1 масс.%) представлена здесь зернами средних и крупных классов крупности (+80 мкм), благоприятных для выделения гравитационными методами (рис. 1). Характерным для руд с высокими содержаниями платины является наличие крупных зерен минералов МПГ (+400 мкм), массовая доля которых в отдельных пробах составляет до 21,1 масс.%. При установленной максимальной крупности зерен 1,0 мм, среднеарифметический размер зерен составляет 52,7 мкм, а средневзвешенный -191,7 мкм. Диаграмма массового распределения платиноидов имеет одномодальный характер с максимумом в гранулометрическом классе 200-400 мкм.

В соответствии с проведенными расчетами, несмотря на значительный объем бедных руд с тонкой вкрапленностью, основная часть платиноидов (60,7 масс.%) в исходной рудной массе (1,2 г/т Р^ будет представлена классами +80 мкм, весьма благоприятными для извлечения методами гравитации. Расчетный размер зерен платиноидов в руде составит 46,8 мкм, а средневзвешенный - 161,2 мкм. Прогнозный выход платиноидов в классах крупности -20 мкм, определяющих теоретические потери при применении гравитационных методов обогащения, будет составлять 13,6 масс.%.

Р1<0,1 г/т

50 -у

10 +10 .+20 +40 .+80 .+ 120 +200 +400

Б Р* >2,5 г/т

50 40 30 20 10 0

-10 .+ 10 +20 +40 .+80 .+120+200 +400

Рис. 1. Количественное и массовое распределения платиноидов по классам крупности в дунитах с низким (А) и высоким (Б) содержанием платины

Минералого-технологическими исследованиями установлены благоприятные условия для раскрытия основной продуктивной фазы платинометального оруденения. В качестве основных признаков этого выделены: локализация относительно крупных зерен платиноидов в пустотах, трещинах и межзерновых интерстициях вмещающих хромититов и дунитов; отсутствие тесных срастаний платиносодержащих минералов с хромшпинелидами и оливином; наличие у большинства выделений платиноидов «рубашки» из сер-

пентина и хлорита, которая будет разрушаться при минимальном внешнем механическом воздействии. Особенности измельчения платиносодержащих дунитовых руд определяются низкой микротвердостью платиносодержащих минералов (изоферроплатины -440 кг/мм2), на фоне относительно высоких показателей у вмещающих оливина (925 кг/мм2) и хромшпинелидов (1375 кг/мм2). Сохранение средних и крупных фракций платиноидов, которыми представлена основная продуктивная фаза платинометального оруденения, определяет необходимость проведения стадиального измельчения руды с их предварительным извлечением в богатые гравитационные концентраты на ранних стадиях дезинтеграции (рис. 2).

Тестированием минералого-технологических проб с различными содержаниями платины наиболее высокие показатели прямого гравитационного извлечения платины (до 95,3 масс.%) установлены для руд с аномально высоким содержанием (до 50,2 г/т Р). Из дунитов с низкими и фоновыми концентрациями (менее 0,1 г/т Р1;) в гравитационные концентраты извлекается не более половины содержащейся в них платины (рис. 3).

Обобщение и пересчет результатов тестов позволили сделать общий прогноз обогатимости руд гравитационными методами. При среднем содержании платины 1,2 г/т из платиносодержащих дунитов может быть извлечено не менее 86 масс.% платины, при этом значительная часть платиносодержащей минерализации (около 85%) будет выделена в богатые гравитационные концентраты с содержанием платины более 1 кг/т.

Основные теоретические выводы были подтверждены результатами лабораторных технологических исследований, выполненных ЗАО «Механобр Инжиниринг», что позволило провести полупромышленных испытания технологической пробы платиносодержащих дунитов (масса 8,2 т) на обогатительной установке Г орного института КНЦ РАН. Разработанная технологическая схема прямого гравитационного обогащения без предварительного выделения хромитового концентрата, с двухстадиальным измельчением и межцикловым выделением крупной фракции платиноидов, позволила извлечь из платиносодержащих дунитов (средне содержание 1,69 г/т Р) в богатый (1,8% Р1;) гравитационный концентрат 87,9% платины.

Рис. 2. Распределение платины по классам крупности в гравитационном концентрате руд при измельчении в одну (0,5 мм) и две стадии (2,0 мм и 0,5 мм)

Рис. 3. Зависимость извлечения платины в гравитационные концентраты (Е) от содержания платины в дунитах (С)

Дополнительно к этому, 6,1% платины выделено в бедные гравитационные концентраты (14,1 г/т Р), а её общие потери при выходе хвостов 99,26% от исходного объема руды составили всего 6%.

Апробированная в полупромышленных условиях технологическая схема обогащения платинометальных руд Гальмоэнанского массива предложена к внедрению при строительстве обогатительной фабрики, условная производительность которой определена владельцем лицензии на разработку (ЗАО «Корякгеолдобыча») в 5 млн т руды в год (рис. 4). Расчет основных технико-экономических и финансовых показателей пионерного проекта показал, что себестоимость добычи и переработки 1 т платинометальной руды составит 694,1 рубля, при этом себестоимость производства 1 грамма платины оценивается в 475,4 рубля.

Разработанные технологические решения могут быть использованы в качестве основы для промышленного освоения рудных месторождений платины зональных базит-ультра-базитовых комплексов Урала, где учитывая высокую освоенность территории, показатели экономической эффективности переработки платиносодержащих дунитов могут быть значительно выше. Основные районы добычи платины из россыпей на Урале (Исовский и Нижнетагильский) пространственно и генетически связаны с зональными клинопироксенит-дуни-товыми массивами - Нижнетагильским, Светлоборским, Вересовоборским и Каменушинским. В соответствии с мировой и отечественной практикой дуниты массивов в настоящее время используются исключительно в качестве сырья для производства магнезиальных огнеупоров (форстеритовый кирпич и др.).

В соответствии с Программой Президиума РАН в 2010 году организовано проведение минералого-технологических исследований рудных платинометальных ассоциаций зональных базит-ультрабазитовых комплексов Среднего Урала, основной целью которых является создание теоретической основы и научное обоснование возможности и целесообразности извлечения платины из дунитов.

При достаточно низком содержании платины 0,25-1,17 г/т, уже в первых же минералого-технологических проб, отобранных из ду-нитов Светлоборского зонального массива, путем гравитационного фракционирования (концентрационные

Q, т/ч

вода 142 м3/ч /

м3/ч

----------1--------------

Крупное дробление

Грохотение

-25 мм

+25мм

Измельчение в стержневой мельнице =Среднеедробление=

вода ^_______

720 м3/ч

Л

Отсадка оСновная

вода 271,5 м3/ч

Отсадка (перечистка)

вода 120 м3/ч

Продукты постели

Классификация (спиральные кл-ры)

Измельчение в шаровой мельнице

з

вода 40 м3/ч

Концентрат крупный

0 001 61

0,01 |29338 | 28 0

99 97 0 254 15

619,8 1317 32

Классификация в гидроциклонах

500 м /ч

Центробежная

концентрация

вода 2,0 м3/ч

I доводка на столе

г

5 м/ч

II доводка на столе

і—Г

2 головка

2 кон-т

0.0032 2882 5,5 0,013 196 1,5

0,02 0,05 28,6 0,08 0,1 44,4

I концентрация

пр.пр.

вода 10 м3/ч

II концентрация

вода 1,2 м3/ч '

кон-т

пр.пр.

III концентрация

1 конц-т

0 , 03 200 3 ,5

0,183 0,37 33

Отвальные хвосты

99,95 0,135 8,0

619,7 1820 25,4

Рис. 4. Рекомендуемая качественно-количественная и шламовая схема обогащения платиносодержащих дунитовых руд

100,0

1,69

100,0

98,0

15,0

7,9

70,0

кон-т

50,0

кон-т

кон-т

к-т

0,002

53,5

0,01

0,03

столы и тяжелые жидкости) выделено более 800 зерен платиносодержащих минералов.

Типоморфными признаками выделенной платиносодержащей минерализации является преобладание в её составе платиножелезистых сплавов (изоферроплатины, железистой платины, тетраферроплатины и туламинита). Характерны многочисленные включения Os-Ir сплавов с составами типичными для осмиевого тренда (самородные осмий), а также поздние выделения сперри-лита, а также сульфидов и сульфоарсенидов МПГ (эрликманит, куперит, холлингвортит-ирарсит и баоит) [7].

Основным морфологическим типом зерен платиноидов, размер которых составляет преимущественно 30-70 мкм, являются кристаллы кубической и кубоктаэдрической формы, что свидетельствует о доминирующей роли рудной минеральной ассоциации платиноносных дунитов. По предва-рительным результатам прямого гравитационного обогащения малообъемных технологических проб на концентраторе Кпе^оп (данные ЗАО «Урал - металлы платиновой группы»), при содержании 0,552,53 г/т Р^ из платиносодержащих дунитов Светлоборского зонального массива может извлекаться до 83,4% платины.

Основные выводы и рекомендации:

1. Платинометальные руды зональных базит-ультрабази-товых комплексов урало-аляскинского типа представлены дунитами, для которых характерно проявление признаков перекристаллизации, высокотемпературных структурных деформаций и интенсивной флюидной проработки. Низкие и фоновые концентрации платины (менее 0,5 г/т) определяются наличием в дунитах мелких и тонких (классы крупности -80мкм) идиоморфных зерен платиноидов с относительно равномерно распределенных в общем объеме руды (рудная ассоциация платиноносных дунитов). Высокие, в отдельных случаях ураганные, содержания платины (до 1 кг/т) связаны с крупными ксеноморфными выделениями платиноидов, которые концентрируются преимущественно в краевых частях хромитито-вых обособлений, но иногда располагаются и непосредственно во вмещающих их дунитах (платино-хромитовая рудная ассоциация).

2. Важнейшей особенностью платинометального оруденения дунитовых руд является наличие платины исключительно в собственных свободных минеральных формах, основными из которых

(85%) являются платино-железистые сплавы (изоферроплатина, тетраферроплатина и туламинит) с незначительным количеством сперрилита (10%), платино-медных сплавов (4%) и прочих минералов ЭПГ (1%). Технологические свойства, гранулометрический состав и хорошая раскрываемость платиносодержащей минерализации по классу +80 мкм, определяют возможность обогащения руд гравитационными методами со стадиальным измельчением дуни-тов и межцикловым выделением относительно крупных зерен и самородков в богатые концентраты на ранних стадиях дезинтеграции.

3. Разработанная и апробированная в полупромышленных условиях технологическая схема обогащения платиносодержащих дунитовых руд позволяет извлекать из них до 94% платины. Укрупненные технико-экономические расчеты возможности освоения платинометальных руд Гальмоэнанского зонального массива на Камчатке показали, что себестоимость производства 1 грамма платины составляет 475,4 рубля.

4. Проведение полного комплекса минералого-техно-логических исследований данного вида платиносодержащего сырья на Среднем Урале позволяет рассчитывать на открытие и освоение уникальных рудных месторождений платины, прогнозный потенциал которых будет, сопоставим с её запасами в комплексных рудах Норильского района.

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Додин Д. А., Додина Т. С., Золоев К. К., Коротеев В. А., Чернышов Н. М.. Платина России: состояние и перспективы. // Литосфера, 2010, № 1, С.3-36.

2. Лазаренков В.Г., Петров С.В., Таловина И.В. Месторождения платиновых металлов. // С.-Пб.: Недра, 2002. 297 с.

3. Заварицкий А.Н. Коренные месторождения платины на Урале // Материалы по общей и прикладной геологии,1928, Вып. 108. 56 с.

4. Козлов А.П., Чантурия В.А. Платиносодержащие дунитовые руды и их обогатимость. // М.: УРАН ИПКОН РАН, 2009.148 с.

5. Чантурия В.А., Козлов А.П. Технологические перспективы промышленного производства платины из дунитов зональных базит-ультрабазитовых комплексов урало-аляскинского типа // Материалы международного семинара «Платина в геологических формациях мира», Красноярск, 2010, С.146-149.

6. Козлов А.П. Минералого-технологическая характеристика россыпеобразующих платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов // Горный информационно-аналитический бюллетень МГГУ, 2009, №15, С.529-539.

7. Толстых Н.Д., Телегин Ю.М., Чубаров В.М. Платиновая минерализация Светлоборского и Каменушинского массивов Платиноносного пояса Урала // Материалы III международной конференции «Ультрабазит-базитовые комплексы складчатых областей и связанные с ними месторождения», Екатеринбург, 2009, Том 2, С.216-219.ЕШ

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

Чантурия В.А. - академик РАН, профессор, доктор технических наук, директор УРАН Институт проблем комплексного освоения недр РАН. Козлов А.П. - ведущий научный сотрудник, кандидат геологоминералогических наук, УРАН Институт проблем комплексного освоения недр РАН; e-mail: [email protected]

Толстых Н.Д. - ведущий научный сотрудник, доктор геологоминералогических наук, УРАН Институт геологии и минералогии СО РАН; e-mail: [email protected]