CC BY
33
УДК 622.349.4.013.3:658.62.018.012.003.13
Лаптев Юрий Викторович
доктор технических наук,
зав. лабораторией управления качеством
минерального сырья (УКР)
Институт горного дела УрО РАН
620219, г. Екатеринбург,
ул. Мамина - Сибиряка, 58
e-mail: ukr07@mail.ru
Яковлев Андрей Михайлович
младший научный сотрудник лаборатории УКР Институт горного дела УрО РАН, 620219, г. Екатеринбург, ул. Мамина - Сибиряка, 58 e-mail: krissy-puh@yandex.ru
Титов Роман Сергеевич
младший научный сотрудник лаборатории УКР Институт горного дела УрО РАН 620219, г. Екатеринбург, ул. Мамина - Сибиряка, 58 e-mail: titovrs@mail.ru
МЕТОДИКА ГЕОМЕТРИЗАЦИИ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГУСЕВОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ РУД*
Laptev Yuriy V.
doctor of technical sciences,
the Head of the laboratory
of mineral raw materials quality control
the Institute of Mining UB RAS (IM UB RAS),
620219,Yekaterinburg,
Mamin - Sibiryak st., 58
e-mail: ukr07@mail.ru
Yakovlev Andrey M.
junior researcher, the laboratory
of mineral raw materials quality control
the Institute of Mining UB RAS (IM UB RAS)
620219, Yekaterinburg,
Mamin - Sibiryak st., 58
e-mail: krissy-puh@yandex.ru
Titov Roman S.
Junior Researcher, the laboratory
of mineral raw materials quality control, the Institute of Mining UB RAS ( IM UB RAS) 620219, Yekaterinburg, Yamin - Sibiryak st., 58 e-mail: titovrs@mail.ru
THE PROCEDURE OF GEOMETRIZATION QUALITATIVE CHARACTERISTICS OF TITANIUM-MAGNETITE ORES IN GUSEVOGORSKY DEPOSIT
Аннотация:
В статье приведена методика геометризации качественных характеристик Гусевогорского месторождения титаномагнетитовых руд с применением геоинформационного обеспечения для повышения эффективности выделения технологических типов полезного ископаемого с целью повышения извлечения ценных компонентов
Ключевые слова: управление качеством, геометризация, геоинформационное обеспечение, Surpac, титаномагнетитовые руды, Гусевогор-ское месторождение
Abstract:
The procedure of geometrization qualitative characteristics of titanium-magnetite ores in Gusevogorsky deposit using geo-informational software for increasing the efficiency of allocation technological types of minerals for the purpose of rising the recovery of valuable components is cited in the article
Keywords: Quality management, geometrization, GIS software, Surpac, titanium- magnetite ores, the Gusevogorsky deposit
Отработка Гусевогорского месторождения титаномагнетитового сырья началась в конце 50-х годов XX века. Проект разработки месторождения предполагал извлечение титаномагнетитовой руды в промышленных масштабах. Извлечение титана и ванадия в добываемых рудах Качканарского ГОКа до настоящего времени было неактуальным. Сейчас возросла потребность в титане и ванадии, которые являются стратегическим сырьем для металлургических предприятий России. Таким образом, актуальной задачей горнопромышленного комплекса страны стало повышение извлечения этих элементов в
* Исследования проведены при выполнении конкурсного проекта фундаментальных исследований УрО РАН 12-Т-5-1021
разрабатываемых месторождениях. Работы по геометризации качественных характеристик руд с выделением технологических типов не проводились с момента окончания строительства ОАО «ЕВРАЗ КГОК». За период эксплуатации предприятия соотношение типов руд в рудопотоках из карьеров значительно изменилось по сравнению с заложенными проектом качественными показателями добываемого сырья.
Выделение технологических типов полезного ископаемого на основе лабораторных и геофизических исследований химического состава титаномагнетитовых руд и геометризация качественных характеристик в карьерах ОАО «ЕВРАЗ КГОК» является важным для повышения эффективности управления качеством минерального сырья в карьере и извлечения полезных компонентов при обогащении. Таким образом, изучение особенностей распределения химического состава титаномагнетитовых руд в недрах для их эффективного обогащения, разработка технологии добычи и рудоподготовки на основе геометризации и опытно-промышленных исследований является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.
При этом наиболее важны два следующих аспекта:
- выбор направления развития и последовательности формирования фронта горных работ с целью выделения участков селективной разработки отдельных рабочих горизонтов (блоков);
- обоснование технологических параметров усреднения в схемах рудоподготовки с целью выделения рудных потоков, требующих особых режимов обогащения для получения концентрата с требуемыми соотношениями по содержанию в них железа, титана и ванадия.
Рудные минералы на Гусевогорском месторождении представлены титаномагне-титом, ильменитом, пиритом, гематитом, халькопиритом и пирротином. Самородная платина в рудах образует мелкие (менее 0,1 мм) зерна неправильной формы, в которых отмечаются редкие тонкие пластинки осмистого иридия и решетчатые выделения палладия. Из нерудных минералов присутствуют пироксен, оливин, роговая обманка, серпентин, хлорит, плагиоклаз, апатит и шпинель. Руды месторождения по текстурным особенностям подразделяются на сплошные и вкрапленные. Сплошные руды развиты весьма ограниченно, а вкрапленные составляют главную массу и подразделяются на средне-, мелко-, тонко- и дисперсновкрапленные.
По химическому составу руды месторождения относятся к малотитанистым вана-дийсодержащим железным рудам с очень низким содержанием вредных примесей (серы и фосфора). По содержанию железа руды подразделяются на богатые, содержащие более 20 % железа, средние с содержанием железа 16 - 20 %, бедные 14 - 16 % и убогие (некондиционные) 10 - 14 %. Прослои пустых пород и некондиционных руд имеют такой же минеральный состав, что и руды, лишь содержание железа в них резко уменьшается, а влияние их на качество добываемых руд сводится к снижению содержания железа на 0,1 - 0,2 %. Ванадий в рудах самостоятельных минералов не образует, он представлен изоморфной примесью в титаномагнетите, ильмените и других минералах силикатной основы руд. Содержание двуокиси титана в среднем по месторождению составляет 1,17 % при колебаниях от 0,43 до 1,88 %. Титан находится в рудах в форме ильменита и продуктов его изменения в виде твердого раствора в титаномагнетитах и в виде изоморфной примеси в силикатах. С титаномагнетитом связано около 40 % двуокиси титана, с ильменитом и силикатами по 30 %. Исследованиями геологической службы ОАО «ЕВРАЗ КГОК» установлено, что качество руд с глубиной не изменяется и железо имеет весьма равномерное распределение. Полный химический состав сырой руды Главного карьера и карьера Южная залежь приведен в табл. 1.
По характеристикам минерального состава, текстурным и структурным особенностям вкрапленные титаномагнетитовые руды месторождения делятся на три технологических сорта: нормальнообогатимые (содержание железа в магнитной фракции 62,5 %
и более), труднообогатимые, содержащие 62,5 - 60,0 % железа и весьма труднообогати-мые - верлиты и полностью серпентинизированные оливиновые пироксениты, содержащие менее 60,0 % железа.
Нормальнообогатимые руды, не затронутые серпентинизацией, имеют типичную сидеронитовую структуру. По технологическим свойствам они обеспечивают получение концентрата с содержанием железа 61,0 - 63,0 % (при измельчении до крупности 80,0 - 85,0 % класса 0,074 мм).
Труднообогатимые несерпентинизированные руды по текстурным критериям соответствуют дисперсно- и тонковкрапленной разновидностям. Труднообогатимые сер-пентинизированные разновидности отличаются наличием серпентина и вторичного дисперсного магнетита. При разных условиях по производительности и крупности измельчения из труднообогатимых руд получают концентраты с содержанием железа не более 60,0 %.
Т а б л и ц а 1
Химический состав сырой титаномагнетитовой руды Главного карьера и карьера Южной залежи
Наименование компонентов Содержание компонентов в сырой руде, %
Главный карьер Карьер Южной залежи
Железо (валовое) 16,09 16,50
Закись железа 7,77 7,97
Окись железа 14,37 14,73
Кремнезём 39,79 39,68
Глинозём 6,74 6,59
Окись кальция 15,79 15,43
Окись магния 12,01 12,04
Окись марганца 0,14 0,14
Пятиокись ванадия 0,16 0,15
Двуокись титана 1,26 1,26
Фосфор 0,02 0,02
Сера 0,02 0,02
Пятиокись хрома 0,05 0,05
Итого 100,00 100,00
Весьма труднообогатимые руды (верлиты рудные) характеризуются наиболее низкими показателями обогащения. Содержание железа в магнитной фракции 52,0 -60,0 % (при снижении производительности в 1,5 раза), а в немагнитной, в отличие от других сортов, оно составляет 8,2 %, достигая в отдельных случаях 13,0 %.
Геометризация Гусевогорского месторождения, проведенная ИГД УрО РАН, выполнена на основе информационной базы данных детальной разведки, представленных в формате Microsoft Access, и поперечных разрезов по Главному карьеру. Фрагмент таблицы исходных данных представлен на рис. 1.
100 1000 1001 1002
1003
1004
1005
1006 1007 1003
1009 101
1010 1011 1012
1013
1014
1015
1016
1017
1018
1019 102
1020 1021
1024
1025
1026
1027
1028
1029 103
1030
CURVÉD CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED CURVED
max_depth - n_raí 140,7 l-S 145,7 lll-S 123,5 V-N 56 XII-XIII-N 55 XII-XIII-N
53 XII-XIII-N 54,7 Xll-N
40 XII-XIII-N 111,5 IX-X-N
41 Xlll-N 40,7 Xll-N
149 IX-X-N 41,5 XI-XII-N 144,75 V-N
45.2 Xll-N 46,4 XI-XII-N
54 XI-XII-N
59.4 XI-XII-N 63 XII-XIII-N
64.3 XI-XII-N 71,3 XII-XIII-N 66,7 Xll-N S6,3 Xlll-N
SI XII-XIII-N 147,35 V-N 170,1 Xll-N S3 Xll-N 86,9 XI-XII-N
76.5 XI-XII-N SO XI-XII-N SO Xl-N
75,5 Xl-N
61 X-XI-N 153,1 V-N 71 X-XI-N
- Добавить no/te
3079,89 3270,21 3633,71 3770 3312 3353 3791 3900 3493 3913 3936 3451,34 3927 3732,73 3394 3S7S 3S2S 3780
3705.5 3738,2 3653,1 3692,1
3593.6
3603.1 3833,25
3644,5
3593.2 3585,2 3681,2 3631,2
3690 3797 3830 3935,15 3780
7126,84
6977,53 7606,32 8346
3352
3353
8302
8344.5 3061 8396 3288
3043,23 8236 7599,23 3291 3243 8248 8256
8353.6
8254.5 8357
8303
8411.7 8359,1
7594,48 8306,1
8308.6 8263 8256 8258 8212 8203 8142
7588,84 8148
307.2
232.3 230,52
320.3
314.5 310,1 318,7
306.4 333
301,1
304.6 331,6
310 279,03
309.5
312.6 316,5
324.4 326
330 335
331
351 345
232,38 339 348
352 338,9
346.5 342 326 322
291,12 330
Рис. 1 - Фрагмент таблицы исходных данных детальной разведки
Данные детальной разведки (см. рис. 1) предварительно подготовлены в формате, необходимом для обработки геологической информации в программных комплексах Gemcom Surpac [1] и Datamine [2]. В таблицах содержится следующая информация: название скважины, ее координаты, высотная отметка устья скважины, номер геологического разреза, которому она принадлежит, данные интервального опробования, глубина скважины, данные инклинометрии (наклон и азимут). Средняя длина скважин детальной разведки 111 м, количество скважин детальной разведки 1365, расстояние между скважинами 20 - 50 м.
Геометризация месторождений - изображение на графиках структурных и качественных особенностей месторождений полезных ископаемых, что включает изучение, систематизацию и математическую обработку морфологических особенностей залежей полезных ископаемых, выяснение основных закономерностей и характера размещения полезных и вредных компонентов внутри рудных тел [3]. Методика геометризации состояла в следующем:
- произведена отсечка «ураганных» (больше или меньше среднего в два и более раз) и ошибочных значений подготовленных исходных данных (см. рис. 1);
- выполнено приведение интервалов опробования к равным значениям (рис. 2);
- произведено создание и импортирование исходных данных в таблицы ПО Surpac (assey - даные опробования, collar - данные о скважинах, survey - инклиномет-рия);
- произведено создание «геологической базы данных» в ПО Surpac, выделение «композитов» (оцифрованные интервалы по скважинам в виде стринг файла (рис. 3);
- выполнено формирование усредненных интервалов опробования для статистического анализа с целью выделения зон повышенного/пониженного содержания железа, титана и ванадия на основе базы данных детальной разведки (табл. 2);
- построены графики изолиний содержания железа, титана, ванадия в магнитной фракции по Главному карьеру (рис. 4 - 6);
- построена блочная модель горизонта +55 м с выделением в каждом блоке содержания железа, титана и ванадия.
Произведенный статистический анализ по трем карьерам ОАО "ЕВРАЗ КГОК" позволил выделить зоны с повышенным и пониженным содержанием титана, ванадия. Дальнейшим этапом являлось построение изолиний по содержанию основных элементов и нанесение зон на горизонтах. На рис. 4 - 6 показаны зоны с повышенным и пониженным содержанием железа, титана и ванадия на горизонте +55 м.
Значения кондиционных содержаний ТЮ2 и V2O5 корреляционно связаны с кондиционными содержаниями Беобщ, установленными практикой работы предприятия ОАО «ЕВРАЗ КГОК» (см. табл. 2).
Установлено, что на месторождении распределения содержания компонентов, построенные по всем рудным телам (залежам), не характеризуют распределения содержаний в отдельных блоках рудных тел этого месторождения. Так, два рудных блока на одном и том же месторождении с различным среднеблочным содержанием имеют одинаковый закон распределения, но разные его параметры. При асимметричном характере распределения стандарт отклонения и среднеблочное значение показателей связаны стохастической зависимостью.
А в С 0 Е Г й Н 1 1 К
№ скважины Г X Ъ Ге в руде, % ТЯ в исходной РУДе.% V В ИСХОДНОЙ РУДЕ, °л Ее в магнитной фракции, % И б магнитной фракцииТо V в магнитной фракции% Ге в хвостах, %
703 8806,512 1646,628 130 12,381 1,108 0,093
702 8811,261 1466,317 130 16,757 1,525 0,171
701 8815,079 1238,481 130 15,892 1,377 0,154
700 8819,654 1053,735 130 17,383 1,426 0,171
699 8829,974 867,87 130 21,045 1,033 0,122
592 8620,043 1133,568 130 11,48 0,98 0,073
591 8630,434 907,253 130 14,312 1,456 0,128
590 8640,021 701,983 130 19,027 1,133 0,157
58В 8507,47 1145,8 130 15,702 1,309 0,157
587 8515,43 947,25 130 18,719 1,488 0,185
586 8524,42 749,99 130 16,113 1,303 0,129
585 8712,81 1313,19 130 15,506 1,047 0,163
584 8721,21 1120,76 130 14,408 1,316 0,156
583 8730,29 919,7 130 20,137 1,383 0,17
582 8739,73 719,8 130 21,787 1,397 0,191
580 8789,7 1766,2 130 15,181 1,079 0,146
579 9023,87 840,09 130 15,91 и 0,152
578 8006,69 719,31 130 12,2 1,35 0,1
577 8208,08 773,81 130 13,633 1,369 0,12
576 8219,15 575,13 130 13,924 1,493 0,136
575 8927,75 1162,29 130 19,586 1,507 0,186
574 9131,48 1044,22 130 14,753 0,785 0,145
573 9021,72 1208,65 130 9,631 0,676 0,049
572 9027,37 994,04 130 15,323 0,947 0,133
570 9232,45 1071,14 130 15,143
566 9201,36 1476,34 130 7,012 0,725 0,07
561 9215,89 1279,91 130 14,596 1,02 0,146
560 8798,67 1569,91 130 14,38 1,225 0,137
557 8412,55 651,03 130 17,838 1,371 0,169
556 8604,95 1465,37 130 16,298 1,31 0,18
555 8404,67 850,29 130 20,234 1,453 0,1%
553 8832,93 778,4 130 27,272 1,87 0,28
552 8643,69 643,12 130 15,703 1,172 0,158
5220 8810,5 1340,1 130 15,164 1,308 0,156
5219 8814,8 1286,5 130 16,295 1,322 0,173
5218 8973,7 1110,3 130 13,248 0,973 0,123
5217 8855,7 1320,8 130 12,5 1,238 0,142
5216 8708,1 1337,3 130 16,161 1,33 0,169
Рис. 2 - Фрагмент таблицы обработанных данных детальной разведки
Контакты рудных и нерудных зон месторождения относительно железа ^е) не имеют четких границ, которые можно установить только химическим анализом с последующей оценкой полученных распределений содержания этого компонента. Распределение титана (Т^ и ванадия (V) в массиве имеет еще более расплывчатые границы относительно рудных и породных зон.
Рис. 3 - Геологическая база 8играо на подложке гор +55 м
Рис. 4 - Зональность распределения содержания железа на гор. +55 м Главного карьера
I : I ' I — зона с повышенным содержанием железа (Те > 18 %);
зона с некондиционным содержанием железа (Те < 14 %).
Рис. 5 - Зональность распределения содержания титана на гор. +55 м Главного карьера
i i i i i i _ , „ i' i' i' i' i' Н зона с повышенным содержанием титана (Ti>l,3);
зона с пониженным содержанием титана (ТК1)
зона с пониженным содержанием ванадия (У<0,11%)
Таблица 2
Статистический анализ данных детальной разведки по карьерам ОАО «ЕВРАЗ КГОК»
Карьер Элемент Среднее значение Стандартное отклонение Коэффициент корреляции Уравнение регрессии
Главный Бе 15,з я ?? Бе - И = 0,74 Т) = 0:0345Ре - 0:1573 К2 = 0,5486 Ге(14-18%) ~П (1,02-1,36%)
Ге(т^ 62,9 4:34 Ре-РеСша^ = 0,24 -
Т] 1 = 13 0:37 ИЛ = 0:82 И = 0,113 V - 0,003 £- = 0,6696 Т1 (1.(12-1.36%) ~ УШ 1-0.13%)
V 0,13 0,05 Ре-У = 0:71 V = 0:0109Ре - 0:0419 К2 = 0,5091 Ге(14-18%)~ У (0,11-0,15%)
Северный Бе 14,16 3:43 Ре-Т] = 0,69 Т] = 0,0743Ре - 0Л 094 ^ = 0:487 ¥г(14-18%) ~ Л (0,93-1,28%)
Ре(т^ 63=35 3:93 Ре-Ре(ша^ 0,35 -
Т] 0,99 0,36 Т] - У= 0,92 V = 0,118 5И-0,0083 а1 = 0:3463 Т1 (0:93-1Да%> ~ У(0.10-0.14%)
V 0=1 0:04 Ре-У =0,63 V = 0:0092Ре - 0,0264 ^ = 0:4637 7е(14-18%) ~ 140,1-0,13%)
Западный Бе 15,6 2,74 Ре-Т] = 0,67 Т] = 0,0533Ре-0,2603 К.2 = 0,4515 ¥е(14-18%)~ П (1,07-1,3%)
63:б 2 23 Ре-Ре(ша§) = 0:12 -
Т] 1 = 17 0,24 И-У = 0,65 У= 0,1191И + 0,011 К2 = 0,5805 Ъ (1,07-13%) - У(0Д^0Дб%)
V 0=15 0,037 Ре-У = 0,82 V = 0,0111Ре - 0,0231 = 0,6633 ¥е< 14-18%) ~ V (0,13-0,18%)
Результаты проведенного статистического анализа распределения полезных компонентов горного массива Главного карьера представлены интегральными (а) и дифференциальными (б) кривыми на рис. 7 - 9.
Методика геометризации качественных характеристик титаномагнетитовых руд в карьере ОАО «ЕВРАЗ КГОК» представлена в виде блок-схемы на рис. 10.
Развитием предложенной методики является геометризация комплексного показателя обогатимости, который бы кроме химического состава учитывал данные текстур и структур руд. На основе полученной методики возможно выделение участков, перспективных для разработки в плане и по глубине, а также производство календарного планирования объемов добычи с решением задачи стабилизации качества полезного ископаемого.
Рис. 7 - Распределение содержания железа общего Беобщ в рудной массе Главного карьера ОАО «ЕВРАЗ КГОК»: а - интегральная кривая распределения; б - дифференциальная кривая распределения
Рис. 8 - Распределение содержания титана Т в рудной массе Главного карьера ОАО «ЕВРАЗ КГОК»: а - интегральная кривая распределения; б - дифференциальная кривая распределения
(Чнр^тцииналияЛр Содгршас »и1ди,Н
Рис. 9 - Распределение содержания ванадия в рудной массе Главного карьера ОАО «ЕВРАЗ КГОК»: а - интегральная кривая распределения; б - дифференциальная кривая распределения
Рис. 10 - Блок-схема методики геометризации качественных характеристик титаномагнетитовых руд в карьере ОАО «ЕВРАЗ КГОК»
На основе анализа геоинформации в карьерах ОАО «ЕВРАЗ КГОК» получены закономерности распределений качественных показателей титаномагнетитовых руд, которые позволяют сделать следующие выводы:
1. Существующие различия качественных характеристик руд и пород на Главном, Западном и Северном карьерах (в относительных величинах 38 - 50 %) позволяют в пер-
спективе использовать способы избирательного дробления, взрывания и разработать эффективную технологию рудоподготовки и предобогащения рудного материала в карьере на основе применения грохотильных схем.
2. Разработанная методика геометризации качественных показателей минерального сырья на ОАО «ЕВРАЗ КГОК» с использованием программных средств обработки геологических данных (Surpac) позволяет выделять зоны добываемой руды с повышенными содержаниями железа, титана и ванадия, являющихся стратегическим сырьем. Выполненный анализ и геометризация геоданных месторождения позволяют выделить технологические типы руд в карьере для управления их качеством и обоснования более эффективного обогащения.
3. Установленные технологические типы руд, требующие особых режимов обогащения, позволяют планировать последовательность формирования рабочей зоны карьеров с выделением участков и блоков селективной разработки и последующего усреднения в процессе рудоподготовки к обогащению.
Литература
1. Geovia. Mining Software Solutions [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://ru. gemcomsoftware. com/node/17
2. CAE. Mining [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.cae.com/min-
ing/
3. Букринский В.А. Геометрия недр / В.А. Букринский. - М.: Недра, 1985.
