CC BY
2
УДК 504.55.054:622(470.6)
ИСТОРИЯ ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА
В.И. Голик
Определены причины ослабления сырьевой базы промышленности и актуальность освоения новых технологий добычи металлов. Представлены результаты анализа освоения запасов рудных месторождений в сопоставлении с мировой практикой. Дано обоснование возможности упрочнения минерально-сырьевой базы производства цветных металлов за счет вовлечения в эксплуатацию некондиционного сырья.
Ключевые слова: металл, сырьевая база, технология, запасы, руда, месторождение, сырье, кондиция.
Горное производство прошло долгий путь от собирательства до создания мощной отрасли деятельности человека (таблица).
Эволюция горного производства
Вид работ Энергия Время
Открытые работы - собирательство на земной поверхности Ручная 40-10 тыс. лет до н.э.
Подземные работы с использованием орудий из камня и рогов оленя Ручная Начало н.э.- ср. века
Механизация основных технологических процессов, создание оборудования, регламентация горных работ. Тепловая. Паровая. Электрическая 18-й век
Механизация и автоматизация технологий. Появление специальных технологий. Законы о недрах Ядерная 19-й век
Технологии будущего с комплексным использованием энергии. Тепловая, паровая, электрическая, ядерная, новая Будущее
Письменные законодательные акты о безопасных целиках при проходке выработок и добыче руд относятся к VI тысячелетию до нашей эры.
Нарушение правил безопасности каралось во все времена. Так, на лаврийских рудниках уже 3 тыс. лет назад регламентировались правила разработки руды вертикальными шахтами глубиной до 120 м, с диаметром полости поверху до 50 м. Число рядом расположенных шахт доходило до 1000.
Древнейшие выработки - шурфы - достигали 20-30 м глубины при сечении 1,5... 2 м поверху и 1 м внизу. Из шурфов проходили штреки длиной 6 - 10 м и шириной до 0,5 м при высоте 1 м.
В середине прошлого века в Европе глубина шахт достигала 300 м. В окрестностях одного из городов Европы ХУ в. одновременно функционировали 144 штольни общей длиной 222 км, 250 забоев с системой вентиляции и механизированного отлива. В настоящее время глубина работ превысила 4 км.
Природоохранные тенденции гуманизации горного дела во второй половине ХХ в. породили класс технологий с заполнением выработанного пространства сухой, гидравлической, глиняной и твердеющей закладкой (рис. 1).
Рис. 1. Система разработки с закладкой твердеющими смесями
Получили применение способы добычи с выщелачиванием металлов, хвосты которых аналогичны твердеющим смесям (рис. 2).
Ф
5
I
3
4
1
Рис. 2. Технологии выщелачивания металлов: 1- скважинная; 2 - кучная; 3- подземное; 4 - дезинтеграторная; 5 - цех переработки растворов
Добыча способом растворения и осаждения известна с древнейших времен. Промышленное извлечение меди из кислых рудничных вод началось в XVI в. В XX в. металлы выщелачивали в США, Канаде, Франции и т. д. Исследования вопросов выщелачивания, составляющих проблему доработки месторождений потерянных и забалансовых руд получают развитие как альтернатива традиционным методам, использование которых дорого.
На Быкогорском руднике подземное и кучное выщелачивание урана из забалансовых руд было освоено с 1968 г. По вещественному составу руда состояла из кварца и полевого шпата (66,5 %), карбонатов (1,0 %), глинистых минералов (6,0 %), сульфидов десятые доли процентов.
Система разработки - этажное обрушение с отбойкой руды скважинами, магазинированием и выщелачиванием металла инфильтрационным потоком реагента.
Улавливание продуктивных растворов с помощью электровакуумных установок исключало растекание растворов за пределы контура.
В качестве выщелачивающего реагента использовали серную кислоту. В течение 30 лет геотехнология была рентабельной при исходном содержании урана в два раза меньшем порогового для традиционной добычи.
В новое время обострилась проблема обеспечения промышленности металлами, которая решается путем применения технологий с выщелачиванием руд [1 - 2].
Решение проблемы осложняется тем, что регионы разработки находятся в зоне повышенной сейсмичности [3 - 4].
Простое выщелачивание металлов из руд не всегда эффективно, поэтому процессы выщелачивания интенсифицируются приложением энергии [5 - 6].
Расширение области применения новых технологий способствует улучшению состояния окружающей среды [7 -8] и снижения дефицитности сырья для строительной индустрии [9 - 10].
Методология
Практика промышленного освоения рудных месторождений Северного склона Большого Кавказа исследуется методом анализа по результатам выполненных исследований и методом инженерного прогнозирования.
Результаты
Важнейшими полезными ископаемыми на территории Северного Кавказа являются цветные, благородные, редкие металлы и рассеянные элементы.
Урупский ГМК с 1968 г. эксплуатирует Урупское и Власенчихинское месторождения. Технологии с обрушением пород характеризуются потерями руды до 20 % и разубоживанием до 40 %. Гидравлическую закладку
применяют при выемке запасов под рекой Уруп. Основные потери связаны с оставлением целиков размерами 3 х3м на расстоянии до 12м друг от друга.
Тырныаузское месторождение отрабатывали комбинированно: верхнюю часть карьерами "Высотный" и "Мукуланский", а нижнюю часть - подземным рудником "Молибден".
Эксплуатация начата в 1940 г. До 1968 г. запасы отрабатывали подземным способом с отбойкой минными зарядами. Получили развитие системы разработки: подэтажных штреков, этажно-камерная и подэтажного обрушения с отбойкой на зажатую среду. Потери руды достигали 20 % при разубоживании до 40 %.
В истории освоения месторождений Кавказа выделяются этапы.
Первый - эксплуатация приповерхностных участков характеризуется наращиванием производственной мощности при высоком содержании металлов. При понижении работ в массиве развиваются деформации с вовлечением в движение пород и рудных целиков.
Второй - характеризуется выборочной разработкой обедненных руд с деконцентрацией работ и увеличением расходов на управление горным давлением.
Третий этап- отработка низов и флангов месторождений с пониженным содержанием металлов в руде характеризуется снижением количества металла при увеличении объема производства.
Причины кризиса разработки кавказских месторождений:
-выборочная двухстадийная выемка руд с деконцентрацией работ;
-высокие потери и разубоживание при извлечении целиков;
-технология обогащения руд с образованием металлосодержащих хвостов;
-пирометаллургический передел руд с потерей ценных компонентов.
В выработанном пространстве месторождений потеряны запасы, пригодные для технологий с выщелачиванием.
Сущность конверсионных технологий состоит в том, что богатые руды перерабатываются на гидрометаллургическом заводе, а остальные -выщелачиваются в подземных блоках и штабелях.
Запасы месторождений Северного Кавказа отрабатывали выборочно, оставляя в недрах некондиционные для того времени руды и осложняя геомеханические условия. Категория неактивных запасов достигает 50 % от исходных.
В мировой практике в аналогичных условиях применяют ресурсосберегающие технологии добычи руд, а пирометаллургия при переработке руд уступила место гидрометаллургии.
Комбинированное выщелачивание балансовых руд впервые осуществлено на урановом месторождении Восток (Северный Казахстан). Кучное выщелачивание металлов осуществляется, как возможность утилизации металлосодержащих пород и хвостов сортировки.
Горное производство экологически безопасно при развитии производства с минимизацией рисков.
Направления снижения опасности: добыча богатых руд с закладкой пустот твердеющими смесями; подземное выщелачивание бедных и потерянных руд; кучное выщелачивание выданных на поверхность бедных руд; выщелачивание хвостов обогащения и металлургии.
Обеспечение экологического благополучия в регионе горных работ достигается комплексом профилактических мероприятий (рис. 3).
Рис. 3. Алгоритм экологически корректного горного производства
Конечной целью развития природоохранной концепции является безотходное горное производство с полной утилизацией компонентов добываемого сырья (рис. 4).
Концепция технологической конверсии горного производства включает в себя:
- снижение разубоживания путем использования твердеющих смесей;
- выщелачивание металлов из убогих и бедных руд;
- гидрометаллургический передел с извлечением суммы ценных компонентов.
Состояние природной среды горнодобывающих регионов определяется количеством и качеством хранящихся отходов, поэтому радикальным решением экологической проблемы может быть утилизация запасов хвостов после извлечения из них металлов до уровня санитарных требований.
Результаты исследования могут быть востребованы при подготовке специалистов высшей квалификации и инженеров - производственников [1112].
2- блок подземного выщелачивания; 3-отвал; 4-дезинтегратор;
5 -8 - группа подготовки; 9,10,11 - группа сорбции-десорбции;
12-16 - вспомогательная группа; 17 - пруд
Заключение
Увеличение объемов извлекаемых на поверхность руд обусловлено вовлечением в эксплуатацию бедных месторождений с некомфортными условиями эксплуатации.
При оценке перспектив развития горного производства следует исходить из того, что спрос на продукцию горного производства удовлетворять будет все труднее.
Поэтому технологии разработки месторождений горных регионов Кавказа, в отличие от равнинных месторождений, должны отвечать требованию полноты извлечения металлов не только, как субъекта экономики, но и как агента агрессивной химической компоненты.
Список литературы
1. Практика применения выщелачивания металлов из некондиционного сырья и отходов обогащения руд / Н.Г. Валиев, В.Д. Пропп, Н.И. Аб-рамкин, Д.А. Камболов // ГИАБ. 2023. 12-1. C.17-30.
2. Морозов А. А., Яковлев М. В. Вовлечение в переработку забалансовых урановых руд, образовавшихся при освоении месторождений Стрель-цовского рудного поля // ГИАБ. 2016. №12. С. 174-181.
3. Probing specific oxides as potential supports for metal/oxide model catalysts: Mgo(111) polar film / G.S. Grigorkina [and others] // Solid State Communications. 2017. Vol. 257. Р. 16-19.
4. Development of a unified model of geoinformation system for city planning and integration / V.B. Zaalishvili [and others] // International Journal of GE-OMATE. 2018. Vol. 15. No. 51. Р. 160-166.
5. Klyuev R. V., Martyushev N. V., Zyukin D. A., Karlina A. I. Prospects for return of valuable components lost in tailings of light metals ore processing / V. I. Golik [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 67. Nos. 1-2. Р. 96-103.
6. Efficiency gains when using activated mill tailings in underground mining / V. S. Brigida [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 67. Nos. 3-4.
7. Евдокимов С. И., Герасименко Т. Е., Дмитрак Ю. В. Ликвидация накопленного экологического ущерба // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 2. С. 238-248.
8. Секисов А. Г., Шевченко Ю. С., Лавров А. Ю. Перспективы использования шахтного выщелачивания при разработке золоторудных месторождений // ФТПРРМПИ. 2016. №1. С.110-116.
9. Исследование влияния активационной обработки на галитовые отходы обогащения при приготовлении закладочной смеси / Ч.Б. Конгар-Сюрюн, В.В. Фараджов, Ю.С. Тюляева, А.М. Хайрутдинов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 1. С. 43-57.
10. Техногенные минеральные образования: проблемы перехода к циркулярной экономике / М.Н. Игнатьева, В.В. Юрак, А.В. Душин, В.Е. Стровский // Горные науки и технологии. 2021. 6(2). Р.73-89.
11. Габараев О. З., Соколова Е. А., Баликоева М. И. Особенности реализации проекта Еrasmus+ в горных вузах // Устойчивое развитие горных территорий. 2018. Т. 10. № 1. С. 149-152.
12. Technology for nonwaste recovery of tailings of the mizur mining and processing plant / V. I. Golik [and others] // Metallurgist. 2023. Vol. 66. Nos. 1112. Р. 1476-1480.
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Москва, Московского политехнического университета
THE HISTORY OF THE DEVELOPMENT OF ORE DEPOSITS THE NORTH CAUCASUS
V.I. Golik
The reasons for the weakening of the raw material base of the industry and the relevance of the development of new technologies for the extraction of metals are determined. The results of the analysis of the development of reserves of ore deposits in comparison with world practice are presented. The substantiation of the possibility of strengthening the mineral resource base of non-ferrous metals production by involving substandard raw materials in operation is given.
Key words: metal, raw material base, technology, reserves, ore, deposit, raw materials, condition.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v.i.golik@,mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
Reference
1. The practice of using metals from non-condensing raw materials and for ore care / N.G. Valiev, V.D. Propp, N.I. Abramkin, DA. Kambolov // GIAB. 2023. 12-1. pp.17-30.
2. Morozov A. A., Yakovlev M. V. Involvement in processing zabalance uranium ores formed during the development of deposits of the Streltsovsky ore field // GIAB.2016. No.12. pp. 174-181.
3. Investigation of specific oxides as potential carriers for catalysts according to the metal/oxide model: polar film Mgo(111) / G.S. Grigorkina [et al.] // Solid-state communications. 2017. Volume 257. pp. 16-19.
4. Development of a unified model of a geoinformation system for urban planning and integration / V.B. Zaalishvili [et al.] // International Journal GEOMATE. 2018. Volume 15. No. 51. pp. 160-166.
5. Klyuyev R. V., Martyushev N. V., Zyukin D. A., Karlina A. I. Prospects for the return of valuable components lost in the tailings of processing light metal ores / V. I. Golik [et al.] // Metallurg. 2023. vol. 67. No. 1-2. p. 96-103.
6. Improving efficiency when using activated enrichment tailings in underground mining / V. S. Brigida [et al.] // Metallurg. 2023. Volume 67. No. 3-4.
7. Evdokimov S. I., Gerasimenko T. E., Dmitrak Yu. V. Liquidation of accumulated environmental damage // Sustainable development of mountainous territories. 2019. Vol. 11. No. 2. pp. 238-248.
8. Sekisov A. G., Shevchenko Y. S., Lavrov A. Yu. Prospects for the use of mine leaching in the development of gold deposits // FTPRMPI. 2016. No.1. pp.110-116.
9. Investigation of the effect of activation treatment on halite enrichment waste in the preparation of a filling mixture / Ch.B. Kongar-Syuryun, V.V. Faradzhov, Yu.S. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Gorny information and analytical bulletin. 2021. No. 1. pp. 43-57.
10. Technogenic mineral formations: problems of transition to a circular economy / M.N. Ignatieva, V.V. Yurak, A.V. Dushin, V.E. Strovsky // Mining sciences and technologies. 2021. 6(2). p.73-89.
11. Gabaraev O. Z., Sokolova E. A., Balikoeva M. I. Support by the Republic of the Erasmus+ project in a Mining university // State administration. 2018. Vol. 10. No. 1. pp. 149152.
12. Technology of waste-free disposal of tailings of the Mizur mining and processing plant / V. I. Golik [et al.] // Metallurg. 2023. vol. 66. No. 11-12. pp. 1476-1480.
