CC BY
86
УДК 553.04: 622.33.012
О.С. Краснов
СНИИГГиМС, Новосибирск В.А. Салихов СГИУ, Новокузнецк
ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ДЛЯ ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЗАПАСОВ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПОПУТНЫХ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ УГЛЕЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ КУЗБАССА
В настоящее время в мире и в России отмечается истощение запасов, ухудшение горно-геологических условий разработки и экономикогеографических условий эксплуатации многих месторождений металлических полезных ископаемых. В России также наблюдается значительное сокращение объема геологоразведочных работ и сокращение прироста запасов. При этом около половины разведанных месторождений с балансовыми запасами в условиях рыночной экономики становится условно рентабельными и даже нерентабельными для разработки. Эти обстоятельства свидетельствуют о необходимости комплексного освоения рентабельных месторождений, а также о необходимости вовлечения в переработку накапливаемых отходов минерального сырья.
Тем не менее, при разведке месторождений далеко не всегда проводится комплексная оценка и попутных полезных компонентов или она проводится не в полном объеме [1]. Несмотря на это, к настоящему времени накоплен достаточный объем информации, позволяющей говорить о перспективности использования многих попутных полезных ископаемых и попутных полезных компонентов или одновременно с добычей основного полезного ископаемого или из отвалов, т.е. из техногенных месторождений.
Особенно много информации накоплено о ценных металлах, являющихся попутными компонентами в комплексных рудных месторождениях. Например, железные руды контактово-метасоматических месторождений Горной Шории и Кузнецкого Алатау часто содержат повышенные концентрации меди, молибдена, кобальта, цинка, свинца, золота, серебра, редких и редкоземельных металлов [3, 9]. Повышенные содержания этих элементов отмечены и в хвостохранилищах обогатительных фабрик [4]. В качестве примера комплексного использования полезных ископаемых можно также привести промышленную добычу ванадия из нефти в Канаде, Венесуэле и США.
Использование некоторых ценных попутных полезных ископаемых и компонентов возможно и при разработке угольных месторождений. Например, большой интерес вызывает метан угольных пластов. Этот газ используется в промышленных объемах в США и является одним из перспективных видов энергетического сырья для России. Перспективна также и глубокая переработка углей, позволяющая получить множество ценных продуктов (горный воск, смолы, термографиты, газообразное и жидкое топливо и т. д.). В углях, также
как и в рудах, отмечаются повышенные концентрации ряда ценных металлов -галлия, германия, ванадия, вольфрама, скандия, титана, циркония и некоторых других. По данным авторов, эти концентрации достигают г/т, десятков г/т, и даже сотен г/т (П, 7г).
Аномальные содержания металлов-примесей в углях могут быть связаны и с биогенным и с кластогенным накоплением, но для угольных бассейнов геосинклинального типа повышенные концентрации металлов, чаще всего, связаны с эпигенетическими процессами. Многими исследователями отмечается здесь приуроченность аномально высоких содержания ряда металлов к зонам тектонических нарушений [7, 11, 12]. Это обстоятельство можно использовать при оценке ценных металлов, содержащихся в повышенных концентрациях в угольных пластах [5].
Известно, что при оценке содержания на месторождении (рудопроявлении) ценных элементов-примесей применяется следующий порядок их подсчета. Аномальная концентрация элементов-примесей определяется по формуле:
Ка = Со / Сф, (1)
где КА - коэффициент аномальности; С0 - концентрация элементов в ореоле; Сф - фоновое содержание элементов.
Интервал опробования определяется, согласно действующим инструкциям по следующей формуле:
Ь = Хтах - Хт1П / 1 + 3,2 1в К, (2)
где L - величина интервала; N - количество проб; Хтах - максимальное и Хт1п - минимальное содержание элемента в выборке.
Учитывая, что коэффициент аномальности для угольных пластов в зонах нарушения может иметь значение 2, 3 и выше, интервал опробования может доходить, при расчетах по формуле (2), до 50 метров и более. В то же время величина аномалий, приуроченных к тектоническим нарушениям, по простиранию пласта колеблется обычно от 15 до 25 метров [5]. Аномальные зоны включают участки повышенной трещиноватости в левом и правом крыльях дизъюнктивов. Таким образом, используя формулу (2) и опробуя пласт через 50 метров можно пропустить участки повышенных концентраций металлов. Согласно методическим рекомендациям, при оценке содержания в углях германия подсчитываются минимальные содержания германия в подсчетном блоке, шахто-пласте. Для условий селективной выемки обогащенных германием частей угольного пласта - минимальная мощность этих частей, минимальные содержания германия в краевых пробах для оконтуривания этих частей пласта и минимальные его содержания в подсчетном блоке [8]. На практике, при оценке содержания в углях ценных металлов, часто вообще не учитывают динамику содержания попутных компонентов по пласту и ограничиваются при опробовании вертикальной бороздовой пробой на всем протяжении вскрытого пласта (до нескольких сот метров).
Для более точной оценки содержания попутных элементов-примесей предлагается учитывать динамику изменения их содержания по
тектонически нарушенным пластам, то есть подсчитывать концентрацию ценных элементов-примесей в углях раздельно - по нарушенным и ненарушенным участкам пласта.
Исходя из этого, предлагается величину интервала опробования определять следующим образом. Аномалии, согласно требованиям инструкций, должны быть подсечены минимум в двух точках. Поскольку протяженность аномалий по пласту составляет обычно 15 - 25 м, интервал опробования прогнозного участка должен быть не более 10 м. Такое опробование легко провести при наличии соответствующей аппаратуры (например, спектрометров типа «Барс-3»).
Затем проводится оценка содержания ценных элементов-примесей отдельно по нарушенным и ненарушенным участкам пласта. Нарушенные участки выделяются по формуле (1), при значении коэффициента аномальности > 2. Коэффициент нарушенности в этом случае можно определить по формуле:
Кн = п / S, (3)
где п - длина участка тектонических нарушений и интенсивной трещиноватости; S - протяженность всего изучаемого участка по пласту.
Дальнейшая оценка производится в следующим порядке. Величина коэффициента будет варьировать от 0 до 1. Тогда, учитывая динамику содержания исследуемого элемента по нарушенному пласту (например: Т на шахте Алардинская, Южный Кузбасс), можно оценить концентрацию этого элемента следующим образом. Коэффициент аномальности для Т здесь равен 5, так как его содержание меняется от 100 до 500 г/т. Если Коэффициент нарушенности равен 0,2, то его содержание будет оцениваться как:
Сп = 100 х 0,8 + 500 х 0,2 = 180 г/т.
В связи с вышеизложенными фактами о попутных полезных ископаемых и компонентах, актуальна их оценка по категориям запасов или прогнозных ресурсов. Согласно ряду опубликованных данных, их можно оценить по категориям Р1 и С2, т.е. как забалансовые запасы [3, 4, 9, 11] В то же время, целый ряд ценных компонентов извлекается промышленностью и, следовательно, может быть оценен не ниже категории С1. Необходимо учитывать, что запасы попутных компонентов в контурах запасов категорий А, В и С1, содержащего их полезного ископаемого, подсчитываются (как правило) по категории не ниже С1. В случае неравномерного распределения ценных компонентов, категория запасов может быть снижена до С2, но при попутном характере извлечения их оценивают как промышленные [1].
Ежегодная добыча угля в Кузбассе в последние годы составляет более 150 млн. т. Если принять среднюю зольность угля за 10 % (учитывая в первую очередь материнскую зольность, с которой в основном связаны микрокомпоненты), то ежегодное накопление золо-шлаковых отходов составит примерно 15 млн. т. Переработка золо-шлаковых отходов на одной промышленной установке может дать до 1000 тонн ценных металлов в год [6]. Следовательно, попутные полезные компоненты углей Кузбасса можно
считать перспективной местной минерально-сырьевой базой ряда ценных металлов (галлия, германия, ванадия, вольфрама, скандия), а учитывая высокие содержания (до 500 г/т в угле) титана и циркония их можно считать перспективными для народного хозяйства страны.
Предлагаемая методика оценки металлов в углях, имеющиеся технологии их извлечения и возникающий при этом экологический эффект, позволяют сделать вывод об экономической целесообразности их использования. Для уточнения степени экономической целесообразности использования этих попутных полезных компонентов необходимо использовать международную классификацию ООН запасы / ресурсы [6]. Она основана на приведении к единым экономическим категориям различных национальных классификаций запасов и ресурсов полезных ископаемых. В общем, единые критерии оценки запасов / ресурсов основаны на их оценке в трехмерной системе координат, таких как: - степень геологической
изученности, наличие промышленных технологий извлечения и переработки минерального сырья, наличие спроса на минеральное сырье. Исходя из степени геологической, технологической и экономической изученности запасы полезных ископаемых подразделяются на экономические, потенциально экономические и возможно экономические.
Согласно международной классификации ООН запасы / ресурсы попутные полезные компоненты углей Кузбасса можно оценить следующим образом. Предлагаемая авторами методика оценки содержания металлов в углях, благодаря густой сети опробования, позволяет оценить их запасы по категориям А и В. Согласно имеющейся информации, в настоящее время возможно извлечение в лабораторных условиях многих черных, цветных и редких металлов (Al, Ga, Ge, Fe, Ti, Zr, V, W, Y) [10]. Ряд металлов (например, Al, Fe, Ge) могут извлекаться и промышленным способом. Тогда, экономическая категория запасов будет определяться спросом на конкретные металлы, а также их ценой и себестоимостью. Например, с середины XX века возможно промышленное извлечение железа из золо-шлаковых отходов, но такой вариант в настоящее время не востребован и, вероятно, возможен при значительном истощении местной минерально-сырьевой базы магнетитовых руд. Перспективно также извлечение из золо-шлаковых отходов глинозема. Качество такого сырья для получения алюминия ниже, чем у бокситов, но его получение значительно дешевле. С другой стороны, несмотря на повышенные концентрации в углях таких дефицитных металлов, как: Ti, Zr, Sc, Y, Be, их запасы нельзя считать экономическими, поскольку нет надежных технологий извлечения этих металлов. Кроме того, необходимы технологии, позволяющие извлекать ценные металлы из углей комплексно, с разделением на монофракции. Это позволит повысить и экономическую эффективность извлечения, так как цена на металл должна быть выше себестоимости его извлечения. В этом случае оправдывается и извлечение редких металлов с невысоким содержанием. Например, согласно методическим требованиям, содержание германия в углях должно быть не менее 2,5 г/т. Согласно полученным результатам, содержание германия в Кузбасских углях, в среднем,
не превышает десятых долей грамма на тонну. Повышенные концентрации до 1, 2 г/т отмечены лишь вблизи зон тектонических нарушений [5]. Следовательно, в этом случае извлечение германия экономически будет оправдано только при использовании комплексных технологий извлечения попутных металлов в углях.
Таким образом, используя предложенную авторами методику подсчета содержания ценных металлов в углях, позволяющую оценивать их запасы по категориям не ниже С1, а также международную классификацию ООН запасы / ресурсы, можно предложить следующие критерии для оценки экономических запасов попутных полезных компонентов углей Кузбасса. Ценные металлы (титан, цирконий, германий, галлий, бериллий, скандий и др.), будут представлять экономический интерес если - их среднее содержание в углях составит 10 г/т и более (в золах выше на порядок), имеются промышленные технологии извлечения этих металлов из углей и отходов угольной продукции, на металлы имеется устойчивый спрос на внутреннем и/или мировом рынках. В целом можно сделать вывод о том, что основная часть ценных металлов, содержащихся в качестве примесей в углях на месторождениях Кузбасса, относится (согласно классификации ООН запасы / ресурсы) к категории потенциально-экономических. Запасы одних металлов-примесей в углях можно считать экономическими, а других потенциально экономическими, т.е. перспективными для извлечения и использования в ближайшие годы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Володарский И.Х., Шпирт М.Я. Распределение германия, молибдена, вольфрама, ванадия и серебра в продуктах факельно-слоевого сжигания угля // Химия твердого топлива. 2001. - № 5. - С. 78 - 81.
2. Демидов И.В. Комплексное оруденение Сухаринского железорудного узла и Шерегешевского месторождения Горной Шории // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: Труды региональной конференции. - Новокузнецк, 2003. - С. 141 -144.
3. Жданов В.Н. Геолого-технологическая оценка хвостов мокрой магнитной сепарации Мундыбашской и Абагурской ОАФ // Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты: Труды региональной конференции. - Новокузнецк, 2003. - С. 144 -146.
4. Краснов О.С., Салихов В.А. Экономическая целесообразность извлечения редких металлов при разработке техногенных месторождений из отходов угольной промышленности в Кузбассе // Минеральные ресурсы России (Экономика и управление). - М, 2006
5. Кривцов А.И., Беневольский Б.И. О проекте концепций классификации ресурсов и запасов твердых полезных ископаемых и стадийности геолого-разведочных работ // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2003. - № 1 - 2. - С. 78 - 85.
6. Металлогения и геохимия угленосных и сланцесодержащих толщ СССР. / В.Р. Клер, Г.А. Волкова, Б.М. Гуревич и др. - М.: Наука, 1987. - 230 с.
7. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию постоянных кондиций для подсчета запасов месторождений углей и горючих сланцев. -М., 2000. - 42 с.
© О.С. Краснов, В.А. Салихов, 2006
