CC BY
31
100%
90%
« 80%
© А.Г. Ми^аило-в^ОО
60% 50%
га
м
(и
&
УДК 622.831
А.Г. Михайлов
геотехнологическая подготов:
РОССЫПНЫХ МЕСТОРОХДЕНИЙ
Д
оля мирового объема золота, добытого из россыпей за весь период эксплуатации, составляет около 25 % (~ 25 тыс. т). В настоящее время мировая добыча золота из россыпей составляет 7-9 %. В России 85-90 % золота получено именно из россыпей (~ 10 тыс. т). В течение последних десятилетий доля добычи золота из россыпей в России стабильно составляет более 2/3 (рис. 1, 2) [1]. Тенденция получения большей части золота из россыпных месторождений характерна для России и она имеет достаточно обоснованную геологическую и экономическую основу.
В восточных регионах России, начиная с Урала, широко развиты провинции сформированных россыпных месторождений. Несмотря на то что в последнее десятилетие темпы разведочных работ существенно снижены, величина запасов россыпного золота остается достаточно высокой.
Немалый потенциал для разряда россыпных месторождений составляют коренные месторождения, приуроченные к корам выветривания. Площадные и ленточные коры выветривания обладают значительными масштабами оруденения. Концентрации металла имеют промышленные значения не повсеместно, и отработку локальных участков целесообразно производить по россыпной технологии. Особенностью таких золотоносных массивов является высокая доля тонкого и мелкого золота
20%
10%
□ россыпи
□ комплексные руды
□ рудные запасы
"0% 1971 1976 1981 1986 1991 1996 1999
1 2 3 4 5 6 7
год
л
ю
о
ч
га
а
>
а
а
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
-С
□ россыпи
□ комплексные руды
□ коренные руды
1971 1976 1981
1 2 3
1986 1991 1996 1999
4 5 6 7
год
(до 50 % и более) при повышенном содержании глины (более 60 %). На территории Сибири частично коры выветривания разведаны. Отдельные участки переведены в разряд месторождений и переданы в отработку. Часть из них отрабатывается как коренные месторождения с переработкой руды на обогатительной фабрике («Олимпиадинс-кое», «Бабушкина гора»), часть - с применением технологии отработки россыпных месторождений («Самсон», «Верхне-таловское»).
В России накоплены значительные запасы золота в техногенных отвалах в результате более векового периода отработки россыпей. Результаты проведенных оценочных работ на техноген-
ных объектах подтверждают рентабельность повторных отработок их отдельных участков с повышенными вторичными концентрациями металла.
В течение столь длительного периода освоения россыпных месторождений было разработано большое число технологических и технических решений отработки, что позволяет проводить отработку россыпей при значительно меньших капитальных вложениях и эксплуатационных затратах по сравнению с отработкой коренных месторождений золота (рис. 3).
Вышеперечисленные аспекты свидетельствуют о высокой актуальности добычи золота из природных и техногенных россыпей именно методами отработки россыпных месторождений.
3
3!
9
8
6
*Работа выполнена при поддержке РФФИ
С каждым годом доля месторождений с высокими показателями трудности отработки увеличивается. Среди факторов, наиболее сильно влияющих на эффективность разработки, является содержание глины в продуктивном слое песков. При содержании глины более 20 % излечение металла падает до 50 % и ниже. Так что, для обеспечения рентабельности этот фактор наиболее значимый. Благодаря весьма низким показателям извлечения из глинистого материала, к настоящему времени сформированы крупномасштабные техногенные образования, прогнозные запасы которых оцениваются в 5 000 т.
Весь период отработки россыпей так или иначе связан с борьбой с вредным влиянием глины. И к настоящему времени эта проблема остается проблемой № 1. Процесс дезинтеграции глины заключается в разрыве связей между отдельными частицами. Частицы глины в агрегатном состоянии с уровнем влажности, равной естественной, связаны друг с другом через слой прочносвязанной воды. Для того чтобы разорвать все связи на этом уровне при исходной крупности глинистых частиц в 1 мкм, потребуется приложить энергию, равную 300 кДж/м3. Для большей исходной крупности необходимо прила-
гать существенно меньшую энергию (рис. 4). В природе дезинтеграции глинистого материала известно, что при наличии свободной воды и возможности ее доступа происходит процесс набухания, т.е. связь частиц через прочносвязанную меняется на связь через слой рыхлосвязанной воды. Это природный процесс, и в естественных условиях он проходит без энергетических затрат извне. При этом силы поверхностного натяжения, связывающие смежные частицы, значительно ослабевают и в зависимости от их крупности могут составлять от 70 кДж/м3 до 60 Дж/м3. Далее, при продолжении доступа свободной воды к частицам глинистого агрегата происходит естественная само-диспергация. Однако природный процесс весьма длительный и для практических целей малопригоден. Для интенсификации процесса дезинтеграции глинистых песков приложено немало усилий предшественников и современников. Наиболее эффективным и в большей степени сочетающимся с природным процессом является акустический метод. Он основан на «расшатывании» структуры глинистого
Отработка россыпей, так же как и вся горная отрасль, подвержена общей тенденции - усложнению горно-геоло-гических условий отработки. Если оценивать условия отработки показателем трудности, то более чем третья часть россыпных месторождений отрабатывается на пределе рентабельности (показатель трудности соответствует значению 20-22).
агрегата проходящими по массиву волнами. Частицы глинистого агрегата смещаются друг относительно друга в
Рис. 1. Динамика запасов золота
Рис. 2. Динамика запасов золота
участках волнового уплотнения и следующего за ним разрежения. Связи, удерживающие частицы в агрегате, нарушаются. Если в момент их нарушения присутствует свободная вода, то нарушенные связи замкнутся на ее молекулах. Если свободной воды нет, то связи в силу свойств тиксотропности через некоторое время восстановятся. На восстановление и упорядочивание нарушенных связей требуется время, и пока этого не произойдет, масса глинистых частиц с естественной влажностью приобретает свойство текучести. В это время в обрабатываемой массе глины резко возрастает коэффициент фильтрации и почти на два порядка возрастает скорость «доставки» свободной воды во внутреннюю область глинистого агрегата. Кроме того, акустические колебания вызывают ряд таких вторичных, не менее действенных эффектов, как кавитация, переменные жидкостные потоки, дегазация жидкости. К примеру, вследствие дегазации жидкости и образования в обрабатываемой области многочисленных газовых пузырьков резко меняется сжимаемость среды, и соответственно меняется скорость распространения волн. Этот фактор меняет характер волнового процесса, придавая волнам форму ударных или близким к ним, что, в свою очередь, повышает разрушительные воздействия и позволяет осуществлять нормальный волновой процесс при низких скоростях излучения.
Для акустической обработки наиболее целесообразным является низкочастотный диапазон частот. Именно он обеспечивает возможность обработки больших объемов трехфазных сред, более высокой производительности при относительно низких показателях энерго- и металлоемкости источ-
Рис. 3. Распределение месторождений россыпного золота
Рис. 4. Зависимость затрат энергии полной дезинтеграции от размера частиц
Рис. 5. Зависимость степени сокращения продуктивного слоя материала россыпи от удельного расхода энергии
Рис. 6. Схема отработки россыпного месторождения с предварительной реструктуризацией массива
ников и является наиболее близким к природным процессам.
В результате проведения экспериментальных работ на лабораторном акустическом дезинтеграторе и на основе испытаний опытного образца промышленной установки получены данные по скорости дезинтеграции для различных типов глин и для глинистых песков с различным содержанием глины. Результаты свидетельствуют о самых главных преимуществах акустического принципа. Прежде всего - это высокая скорость процесса дезинтеграции. Второе - содержание глины не оказывает сколько-нибудь существенного влияния. Процесс полного распада глинистого агрегата практически завершается за минуту. Третье - процесс дезинтеграции успешно проходит при степени разжижения, начиная с 0,5:1 (по объему) для песков с содержанием глины 80 %. Для надежности обеспечения скорости протекания процесса рекомендуется соотношение Т:Ж 1:1.
Удельные затраты на процесс дезинтеграции на низкочастотном акустическом дезинтеграторе составляют 0,5-1,0 кВтч/м3. Промышленный образец дезинтегратора разработан для условий традицион-
песков с использованием промывочных приборов типа ПГШ-30.
Возможность применения акустической дезинтеграции высокоглинистого материала с высокой скоростью в достаточно больших объемах и с относительно невысокими затратами позволила распространить этот принцип на обработку массива и проведения подготовки перерабатываемого материала непосредственно на месте залегания. Такой подход позволяет взглянуть на россыпные месторождения как неокончательно сформированные природой и, следовательно, недостаточно приемлемые для горных технологий. С технологической точки зрения, это действительно так и есть. На россыпных месторождениях распределение металла крайне неравномерно, свободные частицы золота имеют большой разброс по крупности, а под достаточно узкий класс крупности при его обогащении требуется соответствующий режим. Разные участки одной россыпи имеют неодно род ную стру к-туру массива (разная мощность торфов, меняющаяся мощность пласта песков, гранулометрический состав и т.д.) требуют водить обогащение на стабильных режимах, что обеспечит более полное извлечение. Разработаны базовые технологические схемы отработки рос-сыпн ых место рожд е-ний с геотехнологиче-ской подготовкой. В основе лежит принцип дезинтеграции и последующей стратификации массива посредством ударно-акустичес-кой обработки разными режимами. Различие базовых технологических
высокой мобильности и широкого диапазона настройки добычеперерабатывающих технологических комплексов.
Поэтому, на наш взгляд, целесообразно привести в «технологический вид» перед его разработкой, т.е. на месторождении провести геотехнологическую подготовку. Под геотехнологической подготовкой россыпи к освоению понимается целенаправленное вещественное и структурное преобразование массива для обеспечения эффективной и безопасной разработки и переработки россыпного месторождения современными и перспективными технологиями. [2] Введение нового процесса в технологию освоения россыпей способно поднять общую его эффективность. Так, за счет дезинтеграции материала непосредственно в массиве и последующей его реструктуризации можно достичь существенного сокращения объемов добычи, транспорта и переработки, если вновь созданное рудное тело отрабатывать по традиционным технологическим схемам. При этом, продуктивному слою новой россыпи можно придать наиболее приемлемые для технологии размеры (рис. 5). Отсутствие глинистой фракции в перерабатываемых песках позволит просхем заключается в применении ударно-акустического либо струйно-акустичес-кого генератора в качестве источника волновых колебаний и направления прод-вигания забоя. [3].
Отработку месторождения или отдельного участка начинают с пионерного котлована, в который после заполнения его водой погружают акустический генератор и направляют на забой. Погружной струйно-акустический генератор представляет собой модернизированный агрегат станка огневого бурения или терморезака (в зависимости от производительности), установленный на телескопической по-
воротной штанге. Управление генератором осуществляется либо с плавающей платформы, либо с твердой поверхности участка с безопасного расстояния. Дезинтеграция и последующая реструктуризация массива производится поперечными заход-ками. Вода в зону обработки может подаваться либо непосредственно в забой, либо через эжектор непосредственно к генератору.
После обработки участок осушают и производят выемку
песков традиционными схемами (рис. 6).
Предлагаемое технологическое решение имеет преимуществ значительно больше, чем недостатков. Прежде всего и, несомненно, самое главное то, объем материала, подаваемого на переработку, может быть сокращен не менее чем в 3 раза. Не менее важным преимуществом предлагаемого подхода является то, что в подготовленных песках практически отсутствует материал глинистой фракции,
что позволяет проводить их обогащение в оптимальных режимах и, естественно, с высокой эффективностью на традиционно используемых аппаратах гравитационного типа.
Применение технологии разработки россыпей с геотехноло-гической подготовкой месторождения позволит повысить суммарную эффективность освоения не менее чем в два раза по сравнению с традиционными технологическими схемами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сотников В.И. Золото в системе коренной источник - рос-сыпь//Соросовский образовательный журнал, № 5, 1998, - с 6671.
2. Трубецкой К.Н., Пешков А.А., Мацко Н.А., Михайлов А.Г., Брагин В.И. Разработка россыпных месторождений с геотехно-логической подготовкой//Открытые горные работы, № 2, 2001.
3. Трубецкой К.Н., Пешков А.А., Мацко Н.А., Михайлов А.Г., Брагин В.И. Научные основы подготовки месторождений методами геотехнологического продолжения рудообра-зования: Сборник научных трудов ИХХТ СО РАН. - Красноярск, 2001, - с. 127-141.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------
Михайлов А.Г. —кандидат технических наук, ИХХТ СО РАН, Красноярск.
