CC BY
38
- © В.Л. Яковлев, Ю.В. Лаптев,
А.М. Яковлев, 2015
УДК 622.349.4.013.3:658.62.018.012.003.13
В.Л. Яковлев, Ю.В. Лаптев, А.М. Яковлев
МЕТОДИКА ГЕОМЕТРИЗАЦИИ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГУСЕВОГОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТИТАНОМАГНЕТИТОВЫХ РУД*
Приведена методика геометризации качественных характеристик Гусевогорско-го 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, Гусевогорское месторождение.
Отработка Гусевогорского месторождения титаномагнетито-вого сырья началась в конце 50-х годов XX века. Проектом на разработку месторождения предполагалось извлечение титаномагнетитовой руды в промышленных масштабах. Извлечение титана и ванадия в добываемых рудах Качканарского ГОКа до настоящего времени было не актуально.
В настоящее время возросла потребность в титане и ванадии, являющимся стратегическим сырьем для металлургических предприятий России. Таким образом, актуальной задачей горнопромышленного комплекса страны является повышение извлечения этих элементов в разрабатываемых месторождениях. Работы по геометризации качественных характеристик руд с выделением технологических типов не проводились с момента окончания строительства ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий». За период эксплуатации предприятия соотношение типов руд в рудопотоках из карьеров значительно изменилось относительно заложенных проектом качественных показателей добываемого сырья.
Выделение технологических типов полезного ископаемого на основе лабораторных и геофизических исследований химического состава титано-магнетитовых руд и геометризация качественных характеристик в карьерах ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий» 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 важными являются два основных аспекта использования установленных закономерностей распределения показателей качества железа, титана и ванадия в рудах отдельных залежей, и участков в плане и по глубине рабочей зоны карьеров:
* Исследования проведены при выполнении конкурсного проекта фундаментальных исследований УрО РАН 12-Т-5-1021.
а) Выбор направления развития и последовательности формирования фронта горных работ с целью выделения участков селективной разработки отдельных рабочих горизонтов (блоков).
б) Обоснование технологических параметров усреднения в схемах рудо-подготовки 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 тита-номагнетитом, 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 минера-
лов 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, вкрапленные же руды составляют главную массу и подразделяются на средне-, мелко-, тонко-и дисперсновкрапленные.
По химическому составу руды месторождения относятся к малотитанистым ванадийсодержащим 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,
Таблица 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
Кремнезем 39,79 39,68
Глинозем 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
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 титано-магнетите, 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 титаномаг-нетитах и в виде изоморфной примеси в силикатах. С титаномагнетитом связано около 40% двуокиси титана, с ильменитом и силикатами по 30%.
Исследованиями геологической службы Качканарского ГОКа 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 титаномаг-нетитовые руды месторождения делятся на три технологических сорта: нор-мальнообогатимые (содержание железа в магнитной фракции - 62,5% и более), труднообогатимые, содержащие 62,5-60,0% железа и весьма трудно-обогатимые - верлиты и полностью сер-пентинизированные оливиновые пи-роксениты, содержащие менее 60,0% железа.
Нормальнообогатимые руды не затронуты серпентинизацией, имеют типичную сидеронитовую структуру. По технологическим свойствам они обеспечивают получение концентратат с содержанием железа 61,0-63,0% (при измельчении до крупности 80,0-85,0% класса - 0,074 мм).
Труднообогатимые несерпентини-зированные руды по текстурным кри-
териям соответствуют дисперсно- и тонковкрапленной разновидностям. Труднообогатимые серпентинизирован-ные 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%.
Весьма труднообогатимые руды (вер-литы 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, 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.
Данные детальной разведки (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 к 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.
hole id - hole_patt> - maxjlepth - л гаг Y T I добавить none
а CURVED 140,7 l-S 3079, Вв 7126,84 307,2
10 CURVED 145.7 lll-S 3270,21 6977,58 282,3
100 CURVED 123,5 V-N 3633,71 7606,82 230,52
woo CURVED 56 XII-XIII-N 3770 8346 320,3
1001 CURVED 55 ХН-ХШ-N 3812 8352 314,5
1002 CURVED 53 Xll-XJll-N 3855 8353 310,1
1003 CURVED 54,7 XII-N 3791 8302 318,7
1004 CURVED 40 ХН-ХШ-N 3900 8344,5 306,4
1005 CURVED 111,5 IX-X-N 3493 8061 388
1006 CURVED 41 XIII-N 3913 83% 301,1
1007 CURVED 40,7 Xtl-N 3936 8288 304,6
1003 CURVED 149 IX-X-N 3451,84 8048,28 381,6
1009 CURVED 41,5 XI-XII-N 3927 8236 310
101 CURVED 144,75 V-N 3732,73 7599,23 279,03
1010 CURVED 45.2 XII-N 3894 8291 309,5
1011 CURVED 46,4 Xl-Xll-N 3878 8243 312,6
1012 CURVED 54 XI-XII-N 3828 8248 316,5
Ю13 CURVED 59,4 Xt-XN-N 3780 8256 324,4
1014 CURVED 63 XII-XIII-N 3705,5 8353,6 326
1015 CURVED 64,3 XI-XII-N 3738,2 8254.5 330
1016 CURVED 71,3 XII-X III-N 3653,1 8357 335
1017 CURVED 66,7 XII-N 3692,1 8303 331
1018 CURVED 86,3 Xlll-N 3593,6 8411,7 351
1019 CURVED 81 XII-Xlll-N 3603.1 8359,1 345
102 CURVED 147,35 V-N 3333,25 7594,48 282,83
1020 CURVED 170,1 XII-N 3644,5 8306,1 339
1021 CURVED 83 Xtl-N 3593,2 8303,6 348
1024 CURVED 86,9 XI-XII-N 3585,2 8263 352
1025 CURVED 76,5 XI-XII-N 3681,2 8256 338,9
1026 CURVED SO XI-XII-N 3631,2 8258 346,5
1027 CURVED SO XI-N 3690 8212 342
1028 CURVED 75,S XI-N 3797 8203 326
1029 CURVED 61 X-XI-M 3830 8142 322
103 CURVED 153,1 V-N 3935,15 7588,84 291,12
1030 CURVED 71 X-XI-N 3780 8148 330
Рис. 1. Фрагмент таблицы исходных данных детальной разведки
Она 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:
1) произведена отсечка «ураганных» (больше или меньше среднего в два и более раз) и ошибочных значений подготовленных исходных данных (рис. 1);
2) выполнено приведение интервалов опробования к равным значениям (рис. 2);
3) произведено создание и импортирование исходных данных в таблицы ПО Surpac (assey - даные опробования, collar - данные о скважинах, survey - инклинометрия);
4) произведено создание «геологической базы данных» в ПО Surpac, выделение «композитов» (оцифрованные интервалы по скважинам в виде стринг(*^г) файла (рис. 3);
5) 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);
Л л 8 С 11 £ 3 Е Н 1 1 К
X ИкЕидАЙ [ Ивтяш* V В ШТИЛЮЙ Ре я ««га, %
I т 1 ИП.И фраат*« фриша,'«
1 7га ■ИМ.%17 1&Л6.579 1М 17.331 з,ка 0093
3 Я) 8111,»! 1436,313 но И,737 3,133 аш
4 701 1113,073 173М>1 130 15,892 1377 0,154
5 700 Ш9.5М 1363,735 ш 17,333 1,423 0.1Л
6 т 8831934 467,97 110 1.039 0,122
7 397 81».«! ишя 1» цл Ш ООП
& 591 нанн 907.253 110 14,332 3.453 0,128
9 330 8ВД021 701,333 но 19,007 1,133 до
[0 за Юв/О ЗЗЗД 1» 15.7И 1,309 0,157
11 383 8315/13 тл 1Ю 18.719 148! 0,185
12 ЗН 8534,42 749,99 110 16.111 1,303 0,129
и 3» 5712.51 110 15.506 3,043 0,163
и 541 £771.31 1170.76 110 14.408 1,(14 0,156
Л ИЗ 8730,29 918.7 1» 20,137 1ЛЗ 0,17
16 582 87В,73 719,3 130 21,787 1392 0,131
17 580 1766,2 ш 15,131 3.079 о,14е
1С 37) «33.97 вади« 110 13,91 3.1 0,152
и 378 8М.69 713^31 130 В.2 1*35 «41
» 373 3306.08 Т7М1 ш 13,3» X» 0,13
Ц 576 3218.33 373,13 110 13,924 №3 0,136
22 375 83127,75 1163.29 130 19,536 1,532 0ДВ6
23 574 9131,48 ЮМ,22 110 14,753 0,735 0,145
и 571 »31,72 1209.65 ш 9,631 »676 0,043
В 37! »33.37 »1,04 110 Й.Щ имз о,ш
36 570 925145 1071,34 130 15,141
27 566 9201,36 1476.34 130 7,012 »725 0,07
29 561 9215.39 1275,93 1X1 14.596 ш 0,146
В ХЙ 5398.67 №11 ш НЗЗ зда а137
30 337 841133 ЗЗЗЛЗ 110 17.338 да 0,1»
31 556 £604,35 1465,37 130 16,233 ия одя
32 555 »«,67 350.29 110 20.234 ш а 196
33 553 563199 77М 1» 17,277 ХР оде
34 ЗЯ 8643.39 343,13 1» 13.791 1,133 аш
33 522Л Ш6.5 3340.1 110 15,161 1,303 0,156
36 5213 3314,8 3236^5 130 16,236 3.322 0,173
37 ЦП 89И.7 1110,3 110 13,24В »973 0,123
и 3313 зщв I» 111 и» 0.142
39 121Ь 8308Д Ш7.3 110 16.191 1» 0ДЮ
Рис. 2. Фрагмент таблицы обработанных данных детальной разведки
Рис. 3. Геологическая база Surpac на подложке гор. +55 м
6) построены графики изолиний содержания железа, титана, ванадия, железа в магнитной фракции по Главному карьеру (рис. 7-9);
7) 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 со-
держанию основных элементов и нанесение зон на горизонтах. На рис. 7-9 показаны зоны с повышенным и пониженным содержанием железа, титана и ванадия на горизонте +55 м.
Значения кондиционных содержаний ТЮ2 и У205 корреляционно связаны с кондиционными содержаниями Рео6ш, установленными практикой работы предприятия ОАО «ЕВРАЗ КГОК» (табл. 2).
Установлено, что на месторождении распределения содержания компонентов, построенные по всем рудным те-
Таблица 2
Статистический анализ данных детальной разведки по карьерам ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий»
Карьер Элемент Среднее значение Стандартное отигоненне Коэффициент корреляции Уравнение регрессия
Ре 15,8 3,22 Ре - "Л - 0,74 И = 0,0845Ре-0,1578 К2 = 0,5486 Жв(Н-1К0 - П П. 02-1 Жл)
Главный Ре 62,9 4,34 Ре-Ре(тав) = 0,24 -
-п 1,18 0,37 Г1-У = 0:82 Г1 = 0,113У- 0,003 К1 = 0,6696 "П - У«Ш-0ДЗ%>
V 0,13 0,05 Ре-У = 0,71 V = 0,0109Ре -0,0419 Я2 = 0,5091 А{14-18%) - У (0,114.15%)
Ре 14,1(5 3,43 Ре-П = 0,69 И = 0,0743Ре - 0,1094 Я1 = 0,487 Рш(Ы-18%) ~ П (0,91-1,28%)
Северные Ре(т$ 63,35 3,93 Ре-Ре(та§)= 0,35 -
•п 0,99 0,36 "Л- У=0,92 V = 0,118511 - 0,0083 И= = 0,8468 Т. (0,93-1.23%) - У«МСм),И%)
V 0,1 0,04 Ге-У =0.68 V = 0,0092Ре - 0,0264 К1 =0,4687 Гейшею- Ч(о.1-ол%)
Ре 15,6 2,74 Ее-И = 0,67 "П = 0,0 5 83Ре 0,2603 Я3 =0,4515 тмит-я а,07-1,т
Ре(п^) 63,6 2,23 Ре-Ре(тае) - 0,12 -
Запддньш Т1 1.17 0,24 *П-У = 0:65 У=0,1191Т1-гО,О11 К2 = 0,5805 Б (1,074 ул) - V». 13-0.16%)
V 0,15 0,037 Ре-У = 0,82 V = 0,0 1ПРе- 0,0231 Кг = 0,6688 ЫШ8%) ~ РЛ.}3-0.18%>
О 1 2 3 4 5 7 В 9 10 12 13 н 16 18 20 22 25 ' 0,0 5,0 10.0 «.О 20.0 25,0
Содержание железа общего. % Содержание железа общего, %
Рис. 4. Распределение содержания железа общего Feо6ш в рудной массе Главного карьера Качканарского ГОКа: а) интегральная кривая распределения; б) дифференциальная кривая распределения
Содержание гитана, % Содержание титана, %
Рис. 5. Распределение содержания титана ^ в рудной массе Главного карьера Кач-канарского ГОКа: а) интегральная кривая распределения; б) дифференциальная кривая распределения
С одержан не ванадия, % Содержание ванадия. %
Рис. 6. Распределение содержания ванадия в рудной массе Главного карьера Кач-канарского ГОКа: а) интегральная кривая распределения; б) дифференциальная кривая распределения
лам (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.
Контакты рудных и нерудных зон месторождения относительно железа (Ре) не имеют четких границ, которые можно установить только химических анализом с последующей оценкой полученных распределений содержания этого компонента. Распределение ти-
тана (Т1) и ванадия (V) в массиве имеет еще более расплывчатые границы относительно рудных и породных зон.
Результаты проведенного статистического анализа распределения полезных компонентов горного массива Главного карьера представлены интегральными (а) и дифференциальными (б) кривыми на рис. 4-6.
Методика геометризации качественных характеристик титаномагнети-товых руд в карьере ОАО «Качканар-ский ГОК «Ванадий» 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 ос-
зона с некондиционным содержанием железа (Ре < 14%); Рис. 7. Зональность распределения содержания железа на гор. +55 м Главного карьера
нове полученной методики возможно выделение перспективных для разработки участков в плане и по глубине, а также производство календарного планирования объемов добычи с решением задачи стабилизации качества полезного ископаемого.
На основе анализа геоинформации в карьерах ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий» 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 перспективе использовать способы избирательного дробления, взрывания и разработать эффективную технологию рудоподго-товки 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 (Биграе) позволяет выделять зоны добываемой руды с повышенны-
Рис. 8. Зональность распределения содержания титана на гор. +55 м Главного карьера
зона с повышенным содержанием ванадия (У>0,15%) зона с пониженным содержанием ванадия (У<0,11%)
Рис. 9. Зональность распределения содержания титана на гор. +55 м Главного карьера
Рис. 10. Блок-схема методики геометризации качественные характеристик титано-магнетитовытх руд в карьере ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий»
ми содержаниями железа, титана и ванадия, являющимися стратегическим сырьем. Выполненный анализ и геометризация геоданных месторождения позволяет 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.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http://ru.gemcomsoftware.com/node/17 3. Букринский В.А. Геометрия недр. -
2. http://www.cae.com/mining/ М.: Недра, 1985. ЕЛЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Яковлев Виктор Леонтьевич - доктор технических наук, советник РАН, член-корр. РАН,
Лаптев Юрий Викторович - доктор технических наук, зав. лабораторией, Яковлев Андрей Михайлович - младший научный сотрудник, ИГД УрО РАН.
UDC 622.349.4.013.3:658.62.018.012.003.13
METHODS QUALITATIVE CHARACTERISTICS GEOMETRIZATION GUSEVOGORSKOYE DEPOSIT OF TITANIUM ORES
Yakovlev V.L.1, Doctor of Technical Sciences, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Corresponding Member of Russian Academy of Sciences, Laptev Yu.V.1, Doctor of Technical Sciences, Head of Laboratory, Yakovlev A.M.1, Junior Researcher,
Institute of Mining of Ural Branch of Russian Academy of Sciences, 620219, Ekaterinburg, Russia, e-mail: direct@igd.uran.ru.
In this article is described a method of qualitative characteristics geometrization Gusevogorskoye field titanomagnetite ores using geo-information tools for improving allocation of technological types of minerals in order to increase the recovery of valuable components.
Key words: quality management, geometrization, GIS software, surpac, titanomagnetite ore deposit Gu-sevogorskoye.
ACKNOWLEDGEMENTS
The studies were carried out in the framework of the competitive project on fundamental research No. 12-T-5-1021 of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.
REFERENCES
1. http://ru.gemcomsoftware.com/node/17
2. http://www.cae.com/mining/
3. Bukrinskiy V.A. Geometriya nedr (Geometry of bowels), Moscow, Nedra, 1985.
