CC BY
59
УДК 622. 234.42 С.Б. Татауров
ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ
1Н1олее 70 % территории России ха-
ЛЗ растеризуются условиями, необходимыми для возникновения и развития криолитозоны, то есть среднегодовыми температурами воздуха ниже 0 °С. В строении криолитозоны могут принимать участие: мерзлые породы, имеющие нулевую или отрицательную температуру, содержащие лед; морозные породы с отрицательной температурой, не содержащие лед; породы с отрицательной температурой, поры и пустоты которых заполнены рассолами (крио-пегами).
По времени существования пород в мерзлом состоянии криолитозона подразделяется на эпизодическую (менее суток), сезонную (в течение сезона), кратковременную (перелетки - до 2-3 лет), многолетнюю (от 3 до 100 лет), вековую (более 100 лет), реликтовую (длительность существования измеряется геологическим временем - тысячи лет). По площади распространения она может быть сплошной, занимающей более 95 % рассматриваемой территории, преимущественно сплошной (80-95), пре-рывистой (50-80), массивно-островной (25-50), островной (10-25) и редкоостровной - менее 10 % [3]. Установленный интервал изменения мощности криолитозоны в Росси изменяется от первых сантиметров (эпизодическая криолитозона) до 1000 и более метров (вековая криолитозона).
Интенсивность и глубина проникновения тепловых возмущений в горных породах криолитозоны, перестройка ее структуры и морфоме-триических параметров, зависят от интегрального воздействия внутренних и внешних энергоисточников Земли и окружающего пространства. Выделение тепла из земных недр в течении длительного времени остается почти постоянным, в то время как на поверхности Земли отмечается изменение климата, имеющее циклический характер. Астрономические законы, физические и геометрические особенности Земли предопределили наличие в верхнем слое литосферы суточных - Тсут, годовых - Тгод, короткопериодных - Т(5-б), Т(10-11), Т(22), среднепериодных - Т(40-44), Т(90-94), длиннопериодных - Т(300), Т(1800) и историкогеологических энергообменных циклов
- Т(9 тыс. лет.^ Т(27тыс. лет^ Тп — п х 100 000
лет [1; 8].
Скорость затухания колебаний температур по глубине криолитозоны зависит преимущественно от коэффициента температуропроводности горных пород (параметр внутреннего воздействия среды) и частоты колебаний температур на их поверхности (параметр воздействия внешней среды). В зависимости от характера изменений этих параметров в разрезе криолитозоны дифференцируются слои горных пород с различной интенсивностью протекания физикохимических процессов. Их мощность
определяется глубиной температурных колебаний [8].
Начиная с середины XX века широкое освоение получили россыпные и коренные месторождения золота, расположенные на северо-востоке и востоке России. Свой вклад в методы изучения золота и золотосодержащего сырья в пределах криолитозоны внесли Ю.А. Билибин [2], Н.А. Шило [12; 13], Ю.В. Шумилов [15; 16], Г.В. Нестеренко [7], Б.Р. Шпунт [14], В.Г. Моисеенко [5] и другие. Ими была изучена динамика, выявлены механизмы и установлены закономерности образования россыпей в криолитозоне, рассмотрена эволюция золотороссыпных узлов и россыпей золота во времени и пространстве, показаны ее особенности, связанные с динамикой энергетического состояния криолитозоны, что позволило авторам подойти к объяснению различий седи-ментогенеза как в условиях криолитозо-ны, так и вне ее. Изучена роль криолитогенеза в формировании
континентальных россыпей различного генезиса. Среди работ зарубежных ученых, посвященных методам изучения золота и месторождений благородных металлов в условиях распространения многолетнемерзлых горных пород, следует выделить работы A.L. Washburn [19], R.W. Boyle [17], J.R. Watterson [20] и других. Однако в этих и других работах практически отсутствуют исследования взаимосвязи структурного, вещественного и фазового состава золотосодержащего сырья природного происхождения с его технологическими свойствами в изменяющихся термодинамических условиях криолитозоны и фазовых переходах воды.
Для оптимизации выбора и разработки методов и технологий переработки золотосодержащего сырья криолитозо-ны были проведены исследования по
изучению вещественного состава, строения и технологических свойств сырья. Основным нап-равлением проведенных в рамках этой работы исследований было установление закономерностей изменения технологических свойств золотосодержащего сырья по площади распространения криолитозо-ны и выявление отличий от аналогичных типов сырья за ее пределами.
В результате проведения экспериментальных исследований были получены закономерности изменения технологических свойств золотосодер-жащих руд - коэффициента крепости, водона-сыщения и гранулометрического состава руды от амплитуды температур, количества циклов промерзания-оттаивания и условий криогенеза (аэральных (в воздушной среде), ак-вальных (в водной среде), а также в ни-вальных условиях (моделированием теплового удара с промерзанием-оттаиванием в водной среде). Установлено, что для крепких золотокварцевых сульфидных руд с незначительное содержание глинистых минералов - 6,0 % и низкой площадью трещинной пустот-ности от 2 до 7,5 % за один цикл промерзания-оттаивания наблюдается снижение крепости золотосодержащей руды до 25 %. Для золотокварцевых малосульфидных руд с содержанием глинисто-слюдистых минералов - 30 % и высокой площадью трещинной пустот-ности от 11,16 до 50,65 % в зависимости от изменения амплитуды температур в области положительных и отрицательных их значений изменялось от 12 до 35 %. В результате было установлено, что с увеличением количества глинистых минералов, золотосодержащие руды криолитозоны характеризуются более высокой гидрофильностью и низкой структурной прочностью, а снижение
коэффициента крепости при воздействии криогенеза более ощутимо [11; 18].
На основе полученных рядов экспериментальных данных по воздействию криогенеза на изменение коэффициента крепости получено регресс-сионное уравнение:
1
1 = Ус + ает 1 Ь при Ь = -
К
или /■ = 1с + вект (2)
Т0 < Т < 0 , тогда
1 (°) = 1 = Ус + а ^ а = (3)
= 1с - Ус ^ 1 (Т) = Ус + (1с - Ус)еЛТ
где / - коэффициент крепости руды после воздействии криогенеза, /0 -
коэффициент крепости исходной руды; Т - температура, °С; а, Ь, у0 - коэффициенты уравнения, определяемые экспериментальным путем
Кроме снижения крепости в рудах в ходе криогенеза частично разрушаются внутренние структурные связи, что приводит к увеличению в рудах содержания открытых пор. Из экспериментальных данных следует, что на изменение вла-гонасыщения руд в процессе криогенеза оказывают влия-ния его условия и минералогический состав руд. Так, в аэральных условиях криогенеза (цикле промерзания-оттаивания) при изменении ветви отрицательных температур от -1 до -25 °С, влагонасыщение золото-кварц- малосульфидных руд Дельмачика изменилось на 6,25 %, золото-кварц-сульфидных руд Дарасуна - на 5,9 %, в аэральных - соответственно 13,8 и 9,1 %, в нивальных условиях соответственно 30,7 и 16,4 %. Также были получены экспериментальные данные свидетельствующие об интенсификации выщелачивания золотосодержащих руд подверженных воздействию криогенеза.
Одними из важнейших параметрических характеристик частиц россыпного
золота влияющих на показатели гравитационного обогащения является размер, пробность и их форма. В частности, оценка пробности (с пересчетом на плотность), крупности, коэффициента упло-щенности россыпного золота позволяет более точно оценивать уровень его извлечения в расчетных формулах, что имеет весомое значение при выборе технологий пере-работки золотосодержащего сырья.
Выполненный анализ по геологическим и справочным данным [4; 6; 9], а также кадастрам месторождений россыпного золота (всего по 55 объектам) свидетельствует, что в пределах развития крио-литозоны преимущественно сплошного и прерывистого типа Лено-Енисейской золотоносной провинции самородное золото россыпных месторождений классифицируется как крупное (тип Г), причем средние показатели содержания круп-ного и среднего золота (+ 0,5 мм) составляют более 70 %. Пробность золота в среднем составляет 940. В пределах развития крио-литозоны основного и редкоостровного типов (Забайкальская золотоносная провинция) крупность самородного золота в россыпных месторождениях соответствует средней крупности (тип В) и пробности - 840. На территории, где отсутствует криолитозона (Восточно-Приморская золотоносная провинция), по своему составу оно классифицируется как мелкое (тип Б) и его пробность в среднем составляет 750. В геотехногенных месторождениях криолитозоны золото в основном представлено двумя типами -средним и мелким (тип В и Б), за пределами - мельчайшим (тип А). Полученные данные пробности частиц золота позволили рассчитать изменение плотности частиц золотосодержащих сплавов для разных типов криолитозоны для островного (редкоостровного) типа
—17100, для сплошного-----18750 кг/м ,
0,063-0,125 0,125-0,25 0,25-0,5 0,5-1,0 1,0-2,0 2,0-4,0 4,0-8,0 8,0-16,0
Размер золотин, мм
Изменчивость уплощенности золота в криолитозоне и за ее пределами: криолитозона сплошного типа: 1 - Ленский (5 объектов), 2 - Ципиканский (3 объекта); за пределами криолитозоны: 3 -Кербинский (5); 4 - Белогорский (5); 1, 3, 4 - по данным [4])
за пределами криолитозоны плотность в среднем составляет 15500 кг/м3.
Кроме этого вскрыты отличия в форме частиц золота по площади распространения криолитозоны и за ее пределами. Установлено, что для территории криолитозоны сплошного типа характерны более уплощенные частицы золота, чем за ее пределами. Как показали результаты исследований, заметное увеличение коэффициента уплощенности золотин характерно для частиц крупностью +0,25 мм, а своего максимума они достигают при крупности -4+2 мм. Максимальная разница между коэффициентом уплощенности золотин класса -0,5+0,25 мм, отобранных в криолитозоне и за ее пределами, составила 65 %. С уменьшением размера частиц крупностью -0,25 мм наблюдается увеличение комковатости золота (рисунок).
На основе установленных отличий в составе и технологических свойствах россыпного золотосодержащего сырья
в зависимости от типов криолитозоны (сплошного и островного), ее термодинамических условий была составлена классификация технологоминералогических свойств россыпного золота характерных для территории криолитозоны (Северо-Востока, Забайкалья) и за ее пределами (таблица).
Результаты исследований свидетельствуют, что в районах распространения криолитозоны золото в россыпях характеризуется более высокой крупностью, пробностью и коэффициентом упло-щенности, а получаемые при промывке шлиховые продукты - значительным присутствием сульфидных минералов, по сравнению с объектами находящимися за пределами территории распространения многолетнемерзлых горных пород.
По всей видимости, определяющими факторами технологических свойств россыпного золота кроме первичных признаков и возрастом коренных источников,
Таблица 1
Изменения технологических свойств золота россыпных месторождений по горизонтальной зональности криолитозоны (Северо-Востока, Забайкалья) и за ее пределами
Показатели Коры выветривания и россыпные месторождения Геотехногенные месторождения
Тип криолитозоны (преимущественно) Сплошной и прерывистый Островной и редкостровной Отсутствует Все типы криолитозоны Отсутствует
Возраст коренных источников (по Е.И. Тищенко) Рифейский Мезозойский Кайнозойс- кий Рифейский Мезозойский Кайнозойс- кий
Тип золота Крупное -тип Г Среднее -тип В Мелкое -тип Б Среднее - тип В мелкое - тип Б Мельчайшее - тип А
Уплощенность формы Высокая Высокая Низкая Высокая Низкая
Пробность золота -950 -860 -750 -860 - 950 -750
Золотоносные провинции (по Г.П. Во-ларовичу и др.) Лено- Енисейская Забайкальская Восточно- Приморская Лено- Енисейская, Забайкальская Восточно- Приморская
Тип месторождений I II - III -
является и общая энергоемкость физических и физико-химических процессов участвующих в трансформации золотосодержащего сырья на территории развития криолитозоны различных типов и за ее пределами.
Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.
(3)
Ошибка! Объект не может быть создан из кодов полей редактирования.
(4)
где Ее, Ет - соответственно полная энергия, участвующая в образовании месторождений естественного и техногенного происхождения; Еф., Еф._х, - энергия, затрачиваемая на физические и физикохимические процессы вскрытия и извлечения минеральных комплексов при разработке россыпных и коренных месторождений, соответственно; Еэкз, Еэнд
- энергия экзогенных и эндогенных процессов.
Полученные результаты позволили сделать следующие выводы.
Во-первых, установлено, что на территории криолитозоны существует взаимосвязь между изменением технологических свойств россыпного золота и условиями распространения (типов) ММП, что объясняется не только первичными признаками и возрастом коренных источников, но и, по всей видимости, различием в общей энергоемкости физических и физикохимических процессов участвующих в трансформации золотосодержащего сырья на территории распространения криолитозоны и за ее пределами. Во-вторых, установленные закономерности и зависимости изменения технологических свойств, золотосодержащих руд и россыпного золота позволяют предложить методы и разработать технологии повышения степени извлечения золота при переработке природного и геотех-ногенного сырья криолитозоны с учетом изменчивости его технологических факторов и влияния их на показатели обогащения.
1. Астраханцев В.И. О периодичности климатических и геологических процессов // Известия гегр. об-ва. - Т.6. - Вып. 5. - М, 1974.
- С. 420-423.
2. Билибин, Ю.А. Основы геологии рос-сыпей/Ю.А. Билибин. - М.: АН СССР. - 1956.
- 464 с.
3. Геокриология СССР. Горные страны юга СССР / под ред. Э.Д. Ершова. - М.: Недра, 1989. - С. 139-143.
4. Закономерности развития золотороссыпных узлов и россыпей золота / Мин-во геологии СССР, Вост.-Сиб. Научн.-исслед. Институт геологии, геофизики и минер. Сырья. - М: Недра. 1985. - 136 с.
5. Моисеенко В.Г. Минералогия и геохимия золота Дальнего Востока. М: Наука, 1977. - 304 с.
6. Москвитин С.Г. и др. Самородное золото Якутии (Куларский район)./ С.Г. Москвитин, Ю.Я. Жданов и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. Предприятий РАН, 1997. - 198 с.
7. Нестеренко Г.В. Происхождение россыпных месторождений. - Новосибирск: Наука, 1977. - 312 с.
8. Общее мерзлотоведение (геокриология). /Изд.-во 2. переработанное и дополненное. Учебник. Под. Ред. В.А. Кудрявцева. // -М.: МГУ, 1978. - 464 с.
9. Справочник по разработке россыпей. //Магадан: ОТИ. 1961.-231 с.
10. Шестернев Д.М, Татауров С.Б. Криогенез и ртутьсодержащие соединения в горнопромышленных отвалах. Якутск: Издательство Института мерзлотоведения СО РАН, 2003. -187 с.
11. Шестернев Д.М., Мязин В.П., Татау-ров С. Б. Исследование криогенной дезинтеграции золотокварцевых руд для интенсификации
процесса кучного выщела-чивания золо-та//Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых. №1-2, -Новосибирск: СО РАН, 2006, - C. 108-116.
12. Шило Н.А. Роль субполярного климата в образовании и размещении россыпей //Закономерности размещения полезных ископаемых. - М., 1960. - Т4. - С. 47-65.
13. Шило Н.А. Основы учения о россыпях. - М.: Наука, 1981, 389 с.
14. Шпунт Б.Р. Типоморфные особенности и генезис россыпного золота н Севере Сибирской платформы //Геология и геофизика. -1974. - №9. - С. 77-78.
15. Шумилов Ю.В. О выделении элювиально-аллювиального типа россыпей/ Ю.В. Шу-милов // Колыма. - 1970. - №11. - С. 40-41.
16. Шумилов Ю.В. Физико-химические и литологогенетические факторы россыпеобра-зования. / Ю.В. Шумилов. - М.: Наука, 1981. -270 с.
17. Boyle R.W. The geochemistry of gold and its deposits //Canada Geol. Survey Bull. -1979. - P. 280-584.
18. Tataurov S.B., Petrikey A.L. Cryogenic physical and chemical technologies of ore dressing and processing of minerals of natural and technogenic deposits of gold // Asian Conference On Permafrost Lanzhou, China, August 7-9, 2006. -Отр. 51.
19. Washburn A.L. Periglacial processes and environmental. - New York: St. Martin’s Press. 1973. - 320 p.
20. Watterson J.R. Crystalline gold in soil and the problem of supergene nugget formation: freezing and exclusion as genetic mechanisms // Precambrian Research. - 1985. - Vol. 30. - P. 321335. EE
— Коротко об авторе -------------------------------------------------
Татауров С.Б. - докторант, Московский государственный горный университет. Рецензент д-р техн. наук, проф. В. Ф. Кузин.
