Методы геотехнологической подготовки гипергенных месторождений Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© В.И. Брагин, 2002

УДК 622.831

В.И. Брагин МЕТОДЫ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ГИПЕРГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ*

I

еотехнологическая подготовка месторождений к отработке (ГПМ) представляет собой отдельную стадию освоения месторождения, находящуюся на стыке геологоразведочных работ, с одной стороны, и горноподготовительных и добычных работ - с другой [1]. Образовавшись на стыке цехов сырьевого комплекса, ГПМ наследует и заимствует приемы и методы, характерные как для смежных переделов, так и последующих - первичной и глубокой переработки минерального сырья. Таким образом, геотехнологическая подготовка представляет собой синтетическое образование, в котором существующие процессы, интегрированные в новую целостную систему, приобретают новые свойства, проявляя в процессе функционирования закономерности, не характерные для них изначально.

Для решения практических задач, т.е. разработки технологических схем для конкретных месторождений, заимствование приемов и методов из смежных переделов имеет принципиальное значение, позволяя существенно упростить и ускорить их решение. Связано это с тем, что при использовании мягких, экономных воздействий на геологическую среду инициированный ими процесс переноса рудного вещества неизбежно трансформируется к виду, определяемому текущим состоянием и отчасти предысторией этой среды. Таким образом, при разработке технологии ГПМ невозможно использовать произвольные комбинации процессов, т.к. в условиях реального месторождения большая их часть трансформируется к устойчивому виду - процессам геотехноло-

Рис. 1. Субпроцессы геотехнологической

подготовки месторождений "Статья подготовлена на основании исследовани

ваний

гического продолжения рудообразо-вания. Это явление позволяет выбрать рациональные конфигурации процессов ГПМ из ограниенного числа процессов, которые доказали свою устойчивость, проявившись литологически в зоне гипергенеза. Такое заимствование геологических механизмов существенно облегчает разработку схем ГПМ.

Возникнув в результате самоорганизации движения вещества в геологической среде, процесс ГПМ являет собой весьма сложное образование. В качестве примера можно привести геотехнологическую подготовку хранилища лежалых сульфидных хвостов обогатительной фабрики. При реструктуризации его с использованием плавучей флотационной установки имеет место ряд явлений принципиально различной физической, физико-химической и химической природы: дезинтеграция слежавшегося и спекшегося материала водными струями, ударными и акустическими волнами; расслое-

ние частиц в соответствии с их крупностью и плотностью; флотация гидрофобных зерен; выщелачивание растворимых соединений из твердой фазы; осаждение металлов из твердой фазы в результате гидролиза или по другим механизмам. Моделирование такого процесса в состоянии «как есть» невозможно, в таких случаях целесообразно использовать декомпозицию задачи -выделить в структуре процесса ГПМ субпроцессы, представляющие собой физические, физико-химические или химические процессы преобразования или дифференциации вещества руд и горных пород. Субпроцессы как менее сложные объекты уже поддаются систематизации с использованием классификаций ги-пергенных процессов (рис. 1). Классификационными признаками в этом случае являются: 1) способ воздействия на вещество (физический или химический); 2) характер воздействия на вещество (преобразование или дифференциация).

Субпроцессом преобразования далее именуется изменение физических свойств, минерального или химического состава материала без существенного перемещения его (в целом или в составных частях) в пространстве. В отличие от них субпроцессы дифференциации представляют собой изменение физических свойств, минерального или химического состава материала по-

Субпроцессы

Преобразование

Физические Химические

Механические

Термические

Дифференциация

Физические Химические

Окисление Гравитационные 4 ► Кислотные

Карбонизация Флотационные < ► Основные

Гидролиз и гидратация - Коллоидные

Растворение ► Комплексные

й, выполненных при финансовой поддержке Российикл о фонда фу |дамешил иных пси 1едо

средством перемещения (привноса или выноса) его компонентов. Принятое разделение соответствует, с одной стороны, существующему разделению в теории обогащения на процессы рудоподготовки и сепарации и, с другой стороны, выделению в составе геологического процесса этапов преобразования и дифференциации рудного вещества.

К физическим субпроцессам далее будем относить изменение материала посредством преобразования или дифференциации без изменения кристаллической решетки слагающих его минералов, т.е. без образования новых или разрушения старых минеральных фаз. Таким образом, преобразование или дифференциация минерального вещества в данном случае осуществляется на уровне минерального зерна. К химическим субпроцессам относится, напротив, изменение материала на уровне атомов и молекул. Такому разделению в технологии соответствует деление на процессы механического и химического обогащения и рудоподготовки, а в геологии - на процессы физического и химического преобразования и переноса.

Дальнейшая классификация субпроцессов осуществляется по дополнительным признакам. Г руппы субпроцессов формируются по характеру активного воздействия, вызывающего преобразование или дифференциацию вещества горной породы. Среди физических субпроцессов преобразования выделяются механические и термические. Среди физических субпроцессов дифференциации реально осуществимы в условиях ГПМ гравитационные и флотационные. Для химических субпроцессов преобразования группировка осуществляется по составу основного химического агента либо классу химического процесса. Среди химических субпроцессов преобразования возможно, например, выделение окисления, карбонизации, гидратации и гидролиза, растворения. Именно эти процессы определяются как основные факторы природного гипергенеза. Химические

Рис. 2. Структура процесса геотехнологи-ческой подготовки месторождения

субпроцессы дифференциации классифицируются по такому же принципу на кислотные, основные, коллоидные и комплексные.

Субпроцессы ГПМ преобразуют исходный массив горных пород с образованием новых структурных единиц, отличающихся от исходной породы по составу или физическим и химическим свойствам, аналогично образованию продуктов обогащения в обогатительных процессах. Однако, поскольку новообразования при ГПМ имеют характер скорее геологических объектов, а не продуктов переработки - их отличают естественное залегание, и крупные масштабы, то удобнее соотносить их именно с ними. В этом случае условия формирования техногенного объекта точно соответствуют известному из геологии понятию фации.

В соответствии с принятым в геологии определением, под фацией понимается совокупность особенностей, характеризующих условия образования отложений. Инициирование техническими средствами гео-технологических процессов переноса вещества, аналогичных естественным геологическим процессам, приводит к формированию отложений, имеющих сходные черты с горными породами, образованных в физически аналогичных условиях. В то же время особенности технологии накладывают определенный отпечаток на состав, структуру и морфологию новообразований. Поэтому каждому конкретному типу техногенных отложений можно поставить в соответствие, с одной стороны, заданный особенностями процесса комплекс условий формирования, и с другой стороны, во многих случаях природный аналог, образующийся при протекании процесса - прототи-

па. В связи с этим возникает понятие геотехнологической фации - совокупности условий формирования техногенной породы в конкретном геотехнологическом процессе, иногда имеющей природный литологический прототип.

Таким образом, процесс ГПМ представляет собой комбинацию физических и химических субпроцессов преобразования и дифференциации минерального вещества, характеризующихся набором фаций, каждой из которых отвечает геотех-нологическое новообразование (рис. 2).

На основе этого подхода разработан ряд схем освоения месторождений с предварительной геотехно-логической подготовкой, отличающихся высокой эффективностью. В качестве примера далее рассмотрена комбинированная технология разработки месторождения золота коры выветривания, находящегося на Енисейском кряже. В этой технологии процесс ГП представляет собой комбинацию гравитационного, флотационного и гидрохимического процессов. Все элементы технологии проверены в лабораторных и полевых условиях, на сезон 2002 г. запланированы промышленные испытания флотационного блока технологии.

Технология, предусмотренная имеющимся проектом разработки месторождения, включает в

Исходный

массив

Субпроцесс преобразования 1

Техногенная

залежь

Субпроцесс дифференциации 1

Субпроцесс Фация диференциации 2 4

Техногенная

залежь

I Техногенная залежь I

I Техногенная залежь 1

Техногенная

залежь

Фация 3

Фация 2

Фация 3

Фация 2

Фация 2

себя открытую добычу руды, гравитационное извлечение части свободного золота, агломерационное кучное выщелачивание хвостов гравитации. Последнюю операцию запустить пока не удалось из-за высокого содержания глины, препятствующего агломерации. В результате текущее извлечение зо-

лота находится на уровне 33-40 %.

Предлагаемая технология включает реструктуризацию коры выветривания (включая вскрышные и вмещающие породы) с формированием на подошве коры хорошо дренируемого каменисто-песчаного массива, пригодного для подземно-

Рис. 3. Схема комбинированной геотехнологии золотоносной коры выветривания

Рис. 4. Схема участка ГПМ на золотоносной коре выветривания го выщелачивания; илового массива с отвальным содержанием золота, уложенного поверх каменистого; обогащенного золотом массива флотоилов (рис. 3). Далее массив флотоилов разрабатывается с извлечением золота флотацией, остаточная каменистая залежь выщелачивается с использованием растворов гуминовых соединений.

Реструктуризация коры проводится с помощью погружного агрегата. Обработка ведется погори-зонтно, а внутри горизонта поперечными заходками (рис. 4). Часть флотационных реагентов подается в забой погружного агрегата, в результате чего тонкое золото приобретает высокую подвижность и удаляется вместе со шламами по канаве самотеком. Пульпа очищается от золота на флотационной установке. По мере продвижения участка ГПМ вдоль коры установка также перемещается. В условиях коры сложной структуры пенный продукт установки имеет низкое и крайне нестабильное содержание золота, вследствие чего целесообразно его накопление и усреднение до переработки.

Экономическая оценка технологии показала ее высокую эффективность. Снижение себестоимости и капитальных затрат обусловлено уменьшением объемов горноподготовительных и транспортных работ и количества материала, направляемого на дорогостоящую глубокую переработку. Низкий уровень издержек позволяет снизить бортовое содержание при разработке коровых месторождений золота до 0,2 г/т, в результате чего становится возможной валовая отработка больших массивов линейных кор выветривания.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Трубецкой К.Н., Пешков А.А., Мацко Н.А., Михайлов А.Г., Брагин В.И. Концепция подготовки месторождений к освоению//Горный вестник, 1999, №2-3, - с. 13-22.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------------------------

Брагин В.И. —кандидат технических наук, Институт химии и химической технологии СО РАН, Красноярск.