CC BY
56
СЕМИНАР 16
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© А.Е. Воробьев, К.Г. Каргинов,
Е.В. Одинцова, Т.В. Чекушина, 2001
УДК 622.775
А.Е. Воробьев, К.Г. Каргинов,
Е.В. Одинцова, Т.В. Чекушина
ВОЗМОЖНОСТИ ОСВОЕНИЯ ВОРОНЦОВСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ МЕТОДОМ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
В
оронцовское золотортутное месторождение, расположенное на Северном Урале (в пределах Краснотурьинского рудного узла), приурочено к зоне глубинного разлома, отделяющего Та-гило-Магнито-горский прогиб от Восточно-Уральского поднятия. Строение месторождения определяется сочетанием крутонаклонных элементов Воронцов-ского разлома и пологозалегаю-щих отложений рифтовой впадины. Рудные тела приурочены в основном к контакту известняков основания впадины с перекрывающими их туфоосадками. Основное рудное тело состоит из переслаивающихся руд, развитых по карбонатным и перекрывающим их силикатным породам (рис. 1).
Околорудные метасоматиты принадлежат к аргиллизитовой формации. Известняки подвергнуты слабой джаспероидизации крем-нистой и доломит-анкери-товой фаций. Новообразованные минералы представлены доломитом, анкеритом и низкотемпературными формами кремнезема. Среди них преобладают као-
линит, пирит и арсенопирит (с примесью гидрослюд и кварца).
В соответствии с минералогическими исследованиями, проведенными в ЦНИГРИ, условий рудных скоплений, текстурных особенностей и времени образования в пределах рудного поля выделено 5 типов руд:
• пиритовая слоисто-
прожилково-вкрапленная стра-тиформная в брекчиях известняков и низах туфо-осадочной толщи;
• магнетитовая слоистая и
массивная стратиформная на контакте известняков с перекрывающими туфогенно-
осадочными породами в северной части месторождения;
• скарновая магнетит-
сульфидная, пространственно совпадающая с магнетитовой, а также развитая по контактам даек и известняков;
• полиметаллическая в крутопадающих кварц-карбонатных метасоматических жилах среди известняков, реже в вулканогенно-осадочных породах и жильная золото-сульфидно-кварцевая в зонах скарнов;
• золото-реальгаранти-монитовая вкрапленная в карбонатных породах и арсенопирит-пиритовая вкрапленная в туфо-
генно-осадочных породах, перекрывающих известняки.
Золотое оруденение на месторождении представлено вкрапленными и прожилково-вкрапленными зонами в при-контактной части карбонатных и вулканогенно-осадочных пород.
Субпластовые рудные тела, развитые как в висячем, так и лежачем боках надвига, вдоль которого разрез рудовмещающих пород сдвоен, прослеживаются в северо-западном направлении по склонению оси антиклинали на 1200 м (при мощности до 10-40 м и до глубины 270 м). Нередки случаи расслоения рудных тел. На участке перегиба слоистости (с пологой на крутую) в карбонатных породах появляется пологое оперяющее рудное тело, примыкающее к субпластовому рудному телу со стороны лежачего бока и являющееся продолжением его пологих участков. Его протяженность достигает 500 м, мощность колеблется от 0 до 25 м (в среднем 10-20 м). Ширина рудного тела достигает 70-100 м. На северо-западе и западе рудное тело выклинивается либо в связи с затуханием минерализации, либо ограничено Воронцов-ским взбросом. На востоке суб-пластовое рудное тело выходит на поверхность, где в зоне химического выветривания по нему развивается золотоносная структурная кора и продукты ее переотложения (золотоносные элювиально-делювиальные и карстовые осадки, образующие тела гипергенных рыхлых руд.
Секущие крутозалегающие рудные тела располагаются в вулканогенно-осадочных породах в виде небольших выступов над гребнями мелких антиклинальных складок, наращивая мощность субпластовых рудных тел в карбонатных породах, а также уплощенного факелооб-
Рис. 1. Схема строения Воронцов-ского месторождения:
разрезы: а - продольный; б - поперечный; 1 — рыхлые отложения; 2 - туфопесчаники; 3 - известняки; 4 - дайки диоритовых порфиритов; 5 - разломы; зоны: 6 - брекчирования; 7 - аргиллиза-ции; 8 - золото рутьерит-киноварной минерализации; 9 - контуры рудных тел
тельно высока (990-1000), имеющиеся в количестве десятых долей процента примеси, представлены, в основном, ртутью и медью.
Золото- и сереброносность сульфидов колеблется в узких
разного тела значительной (свыше 80 м) вертикальной протяженности. Последнее рудное тело сложено минерализованными аргиллизитами с оторочкой из пропилитов без эпидота.
Пространственно участки развития минерализации в вулканогенно-осадочных породах приурочены к центральным частям месторождения. В нижележащих карбонатных породах им соответствуют участки развития кварц-карбонатных жил и реаль-гар-аурипигментной минерализации в субпластовых рудных телах, в свою очередь подстилающихся горизонтом деинтег-рированного мрамора.
Проекция рудных тел на дневную поверхность имеет форму несимметричной подко-
вы, ориентированной открытой частью в юго-восточном направлении и вытянутой в северо-запад-ном направлении на 1380 м (при ширине 600-700 м). Содержание рудных минералов изменяется от 1-2 до 10 %. В их составе преобладают пирит, арсенопирит, самородное золото, реальгар, аурипигмент, киноварь, рутьерит, отмечаются также колорадоит, антимонит, блеклые руды, самородный мышьяк, халькопирит, главным образом, находится в самородном состоянии. Его частицы (размером 1 -10 мк) равномерно рассеяны в руде, более крупные выделения (до 0,05 мм) чаще всего отмечаются в ассоциации с реальгар-рутьерит-киноварной минерализацией. Проба золота исключи-
пределах. В среднем наиболее золотоносен пирит (134 г/т), менее - арсенопирит (70 г/т), руть-ерит (70 г/т), реальгар (24 г/т) и аурипигмент (16 г/т).
Климат района, в котором расположено месторождение -умеренно-континен-тальный, с холодной зимой и теплым летом. Преобладает равнинный рельеф поверхности. Район промышленно освоен. Горные работы находятся в стадии проекта. Разработка месторождения, благодаря сравнительно неглубокому залеганию рудного тела, может производится открытым способом и последующей геотехноло-гической переработкой руд методом кучного выщелачивания (КВ) золота.
Технологическая схема кучного выщелачивания
Основным способом извлечения золота из руд является цианирование. Процесс (реакция Эльснера) протекает в присутствии кислорода:
2Аи + 4NaCN + Н20 + 1/202 2№Аи(С^Ъ + 2№ОН.
При этом скорость растворения золота определяется скоростью диффузии кислорода. Цианирование ускоряется при увеличении концентрации растворенного кислорода. При положительной температуре (18 °С)
максимальная растворимость кислорода в растворе цианидов
составляет 7-8 мг/л. Цианирование необходимо проводить в щелочной среде, так как в присутствии свободной кислоты уменьшается концентрация циан-ионов и происходит выделение газообразного цианистого водорода:
NaCN + H2SO4 №Ш04 + НС^.
При цианировании в нейтральных средах возможна реакция с углекислотой, поглощаемой из воздуха:
NaCN + СО2 + Н2О NaHCOз + НС^.
Учитывая, что углекислота всегда имеется в воздухе, а свободная серная кислота может образовываться при окислении сульфидов, цианирование ведут в присутствии «защитной» щелочи. Наиболее оптимально процесс цианирования протекает при выполнении следующих условий:
• содержание кислорода в растворах должно быть не ниже 5 -8 мг/л;
• соотношение (молярное) концентрации свободного цианида и растворенного кислорода - 6:1;
• концентрация цианида натрия не ниже 0,8 г/л;
• температура порядка 25°С: при снижении ее до 15-20 °С (обычные условия) интенсивность процесса падает в 5-7 раз;
• отсутствие золота в «рубашке»;
• крупность золотин 3-50 мкм;
• отсутствие в растворах и рудах ионов (цветных металлов), снижающих концентрацию свободного цианида, кислорода и образующих труднорастворимые пленки на поверхности золотин.
В связи с высокой ценностью продукции в отличии от других металлов, для которых применяются технологические схемы выщелачивания в отвалах, часто с весьма «облегченным» вариан-
том основания или практически без подготовленного основания, выщелачивание золота проводится преимущественно на специально оборудованных площадках. Это, кроме всего, связано и с большей токсичностью используемых для выщелачивания золота реагентов. Основными элементами технологической цепочки предприятия КВ являются:
• узел рудоподготовки -дробления, агломерации, деш-ламации;
• специально оборудованная площадка КВ с системой орошения, сбора и приема раствора;
• узел переработки продуктивных растворов;
• узел нейтрализации и обезвреживания отходов производства.
Соответственно выделяются элементы технологии:
• рудоподготовка;
• выщелачивание;
• переработка продуктивных растворов;
• рекультивация промпло-щадок, жидких и твердых отходов.
В процессе рудоподготовки горную массу после взрывания делят на три сорта: руду с содержанием золота более 0,5 г/т, бедную руду и породу. Все эти компоненты транспортируются автосамосвалами за пределы карьера. На участках прожилко-во-вкрапленного оруденения после взрывания руду забойной крупности (150-200 мм) можно отправлять на площадку кучного выщелачивания без дальнейшего дробления, так как разрушение массива происходит по направлениям распространения жил, то есть полезный компонент (золото) находится на поверхности кусков. На тех участках, где золотое оруденение представлено вкрапленными зонами, после разрушения взрывом руда обязательно должна поступить на даль-
нейшее дробление с помощью щековой дробилки, а затем волковой дробилки, где доводится до крупности 15-20 мм.
Инженерные методы управления процессом рудоподго-товки:
• предварительная обработка руды выщелачивающими растворами и укладка в штабели в смоченном состоянии;
• окомкование и агломерация руды с цианидами, глиной, известью, цементом, что повышает извлечение золота до 95 % при сокращении времени выщелачивания с 9 до 3 недель;
• удаление тонких илистых фракций с помощью гидромониторов, что позволяет повысить скорость фильтрации почти в 60 раз и, тем самым, снизить время выщелачивания.
К числу инженерных методов управления процессами кучного выщелачивания при формировании штабеля КВ следует отнести:
1. Сооружение штабелей и куч с учетом сегрегации рудного материала по крупности, в том числе с раздельной укладкой подгрохотной и надгрохотной частей руды.
2. Чередование крупно- и мелкозернистых слоев руды по высоте штабеля.
3. Добавление в один из слоев руды высотой 0,5-5 м хлорной извести, что резко повышает величину извлечения и сокращает время выщелачивания.
4. Периодическое рыхление верхнего уплотненного слоя или снятия верхнего слоя (до 0,9 м) после определенного времени выщелачивания.
5. Формирование поверхности штабеля в форме трапециевидных гребней и впадин.
6. Формирование по высоте штабеля наклонных слоев с уклоном в сторону дренажной емкости.
Дифференциацию штабелей КВ производят по нескольким характеристикам, существенно влияющим на показатели технологического процесса.
По крупности выщелачиваемой руды, штабели КВ подразделяют на сложенные из крупнокусковой массы со средними размерами 150-200 мм, средне-дробленные руды с диаметром куска 20-50 мм и мелкодроб-ленные руды с размерами 1 -5 мм. В эту же группу входят штабели КВ, сформированные из руд, прошедших предварительную обработку, в частности, агломерацию.
В дальнейшем, штабели КВ необходимо подразделять в соответствии с применяемой при их формировании техники и технологии, определяющих
форму и внутреннюю структуру штабеля. Наиболее распространенной является отсыпка штабеля КВ с помощью автосамосвалов. Их использование, наряду с такими положительными качествами, как высокая маневренность и производительность, характеризуется и некоторыми недостатками (уплотнение выщелачиваемой горной массы колесами, ее стихийная сегрегация и т.д.). Кардинально решает эти проблемы использование при формировании штабелей различных тельферов и экскаваторов, но при этом процесс отсыпки горной массы удорожается, а производительность снижается.
Следующее подразделение осуществляют согласно рельефу местности и выработок, где формируется штабель. Например, если отвалы отсыпаются в балку с перепадом высот более 100 м, то в процессе отсыпки горной массы происходит сегрегация кусков по крупности, что упрощает задачу по формированию штабеля.
По количеству и расположению штабелей на площадке КВ
выделяют одно- и многосекционные. То есть, площадка разбита на несколько секций, имеющих индивидуальные системы орошения и подъездные пути, но общий для всех секций раство-росборник. В любой момент времени большинство секций находится на выщелачивании, 1-на дренаже раствора, 1- разгружается и площадка одной секции остается свободной.
Штабели КВ также необходимо дифференцировать согласно кратности их использования. Они могут быть разового или многократного использования. Обычно высота штабеля составляет от 1,5-1,8 до 5,8 м. Основным критерием при выборе высоты слоя является характеристика руды по степени слежи-ваемости, гранулометрический состав и водно-физические свойства, а также конкретный способ выщелачивания. Так, высота штабеля КВ одноразового использования для крупно- и сред-недробленных руд обычно составляет 10-15 м. Для выщелачивания мелкодробленной горной массы или при послойном технологическом процессе (когда на ранее выщелоченный слой, покрыв его пленкой, отсыпают новый слой руд) мощность штабеля или отдельных слоев составляет 1 -2 м. Следующим признаком дифференциации является основание площадки выщелачивания. Гидронепроницаемое основание является одним из основных элементов штабеля и служит для предотвращения потерь рабочих и продуктивных растворов и обеспечения мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения. Основанием для площадок КВ служит слой гравия, дробленной руды, смесь глин и шламовой фракции хвостов золото-извлекательных фабрик, бентонитовые глины и другие материалы. Площадка планируется с
обеспечением стока растворов в направлении сборников под углом 2-7°. Мощность слоя от 150-450 мм до 600 мм. На основание укладывается гидронепроницаемое покрытие:
• асфальтовое, иногда двухслойное - 2 слоя асфальта толщиной 180 мм с резиновой прокладкой посредине;
• глинистое (толщиной 130460 мм) на площадках разового использования;
• пластиковое из сваренных полос кислотоустойчивых полимерных пленок.
Сочетание в гидронепроницаемом основании глин с полимерными пленками обладает повышенной эластичностью и свойством самозалечивания (в случае образования трещин и прорывов), что играет важную роль для экологии производства.
На глинистый и пластиковый слой для предохранения от механического повреждения насыпается песчаный экран толщиной 50-100 мм. При цианидной схеме выщелачивания для индикации протечек основания для индикации его сооружается контрольный гравийно-песчаный слой толщиной от 150 до 300 мм.
Орошение штабелей осуществляется с помощью:
• разбрызгивания из перфорированных распределительных трубопроводов, расположенных на поверхности штабеля;
• разбрызгивания с помощью специальных головок;
• разбрызгивания через тонкие гибкие шланги;
• оросительных канавок;
• нагнетательных скважин;
• скважин и труб, расположенных внутри штабеля (актуально в зимнее время года);
• капельной подачи раствора;
• распыления раствора;
• затопления поверхности кучи рабочим раствором.
Инженерные методы управления процессом при орошении штабелей выщелачивающими реагентами:
1. Добавка комплексообразо-вателей, повышение концентрации выщелачивающих растворов в начальной стадии процесса, что приводит к прямо пропорциональному повышению коэффициента извлечения и обратно пропорциональному сокращению времени выщелачивания.
2. Повышение интенсивности орошения, но не более определенной величины: при росте интенсивности орошения более 275 л/м3сут концентрация золота в продуктивных растворах резко снижается.
3. Чередование орошения с паузами.
4. Оптимизация методов подачи растворов при струйном или капельном орошении, подачи через скважины или прудки, в зависимости от содержания золота в руде и его геохимических особенностей.
5. Формирование внутри штабеля капилляропрерывающего слоя, обуславливающего более эффективное растекание растворов.
6. Создание внутри штабеля одного или нескольких горизонтальных слоев мелкозернистого
материала в целях улучшения проработки руды растворами.
7. Подача внутрь штабеля кислорода, сокращающего время выщелачивания, или растворов, аэрированных озоном.
8. Нагревание выщелачивающих растворов, периодическое нагревание и охлаждение штабелей путем продувки горячим или холодным воздухом.
9. Формирование внутри штабеля ниже глубины промерзания дополнительного горизонта орошения.
10. Дополнительное рыхление куч в целях разрушения протоков-каналов и создания новой фильтрационной структуры путем взрывания небольших зарядов, извлечения из куч ранее заложенных объемных предметов, подвыпуск руды.
11. Предварительное бактериальное окисление руд перед цианированием, особенно арсе-нопиритных руд, что позволяет повысить извлечение полезного компонента.
Штабели КВ необходимо подразделять согласно направлениям миграции технологических растворов. Наиболее распространенным вариантом является миграция под действием сил гравитации сверху вниз, но возможно и такое воздействие на поток технологического раство-
ра, как его рассредоточение. Для этого в массиве штабеля формируют, по меньшей мере, один слой мелкозернистого материала высотой 50-120 мм. В результате обеспечивается распределение гидродинамического потока по всему сечению штабеля. При фильтрационном выщелачивании под точками подачи растворов образуется так называемая «зона интенсивного выщелачивания», в которой полезный компонент быстрее переходит в раствор. Для устранения этого недостатка такую зону частично кольматируют, создавая, таким образом, возможность подачи выщелачивающего раствора в периферийную область ин-фильтрационного потока (рис. 2).
Процесс кучного выщелачивания происходит на открытых площадках, в связи с чем зависит от сезонных колебаний температур. Поэтому для сроков сокращения выщелачивания применяются различные способы интенсификации извлечения золота в раствор:
• дополнительное дробление руды;
• дешламация;
• агломерация;
• рыхление механическими, взрывными и другими способами;
• аэрирование;
• введение окислителей;
• подогрев рабочих растворов;
• наложение электромагнитных полей, различных колебаний, радиоактивного излучения.
Основные требования по обеспечению экологически безопасных условий ведения процесса на участках кучного выщелачивания:
• обеспечение гидравлической изоляции площадок и коммуникаций на участках КВ;
• проведение режимных наблюдений и контроля за состоянием атмосферы, поверхностных вод и грунтов на площадках КВ и за их пределами;
• применение щадящих режимов ведения процесса, обуславливающих снижение концентраций цианидов в рабочих растворах и экологической нагрузки на технологические комплексы;
• проведение работ по обеззараживанию отходов производства, площадок КВ и технологического оборудования по завершению процесса;
• строгое соблюдение ряда организационно-техничес-ких мероприятий при проведении работ (круглосуточное дежурство персонала, сооружение и обеспечение функционирования узла обезвреживания и очистки цианистых растворов, сооружение смывной
Рис. 2. Типовое строение кучи:
1 - фундамент покрытия; 2 - пленка (40 мм); 3 - слой песка (т=30,48 см); 4 - предохранительное покрытие (т=30,48 см) с перрифори-рованными трубами ^=9,16 см); 5 - берма ф=60,96 см); 6 - куча (штабель); 7 - дренажная траншея с трубой
линии на случай возможных переливов растворов, строительство резервных емкостей для сбора растворов и обеспечение сбора атмосферных осадков на площадке КВ).
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
_______________________6)
'-С Воробьев Александр Егорович - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
Каргинов Казбек Георгиевич - кандидат технических наук, Правительство РСО-Алания.
Олдинцова Елена Викторовна - студентка, Московский государственный горный университет.
Чекушина Татьяна Владимировна - кандидат технических наук, ИПКОН РАН.
