CC BY
88
А. Базар
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРА ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОРФИРОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Минерально-сырьевая база цветных металлов в будущем столетии будет характеризоваться истощением запасов крупных месторождений с относительно высоким качеством руд, широким вовлечением в отработку порфировых месторождений различных металлов [1] : меди, молибдена, вольфрама, олова, золота, серебра и др.
Среднее содержание меди в добываемой руде с 1912 по 1977 гг. снизилось с 3,16 до 0,666 % — на 374,5 % при среднегодовом снижении на 5,7 % [2]. Это положение объясняется как интенсивным вовлечением в эксплуатацию медно-порфировых месторождений, так и широким внедрением прогрессивной технологии добычи и переработки руд подобных месторождений.
Порфировые месторождения характеризуются, как правило, преимущественно штокверковым типом рудных тел, образованием в связи с процессами окисления зон вторичного сульфидного обогащения, перекрывающих более бедные первичные руды, большими запасами, обеспечивающими добычу руды открытым способом в крупных масштабах и по низкой себестоимости.
Одним из крупных порфировых месторождений является месторождение Эрдэнэтийн-Овоо, на базе которого действует совместное предприятие «Эрдэнэт». Месторождение представляет собой типичный штокверк, имеющий отчетливо выраженную вторичную вертикальную зональность, представленную тремя зонами: выщелачивания, вторичного сульфидного обогащения и первичных руд. Подобные порфировые месторождения руд цветных металлов широко распространены в Монголии, России, Казахстане и других странах мира. Именно на штокверковых месторождениях содержание меди во вторичных рудах чаще всего выше по сравнению с первичной минерализацией.
Содержание меди в рудах месторождения Эрдэнэтийн-Овоо колеблется от 0,3 до 0,7 %, молибдена — в пределах 0,008-0,026 %. Попутными компонентами являются золото и серебро. В медномолибденовых рудах постоянно отмечаются мышьяк, висмут, свинец и цинк. Извлечение пирита и жилообразных скоплений мощностью до
30-40 см, а также сфалерита и галенита [3], безусловно, повысит ценность месторождения.
Отличительной особенностью штокверковых месторождений является падение с глубиной содержания металлов в руде, что при углублении карьера и постоянных объемах добычи обусловливает снижение производительности предприятия по конечной продукции (металлу). Поэтому при проектировании разработки порфировых месторождений руд цветных металлов особое внимание должно уделяться обоснованию главных параметров карьера: запасов руды, конечной глубины карьера, производственной мощности, режима горных работ. При их обосновании необходим учет природной изменчивости качественных характеристик руд, комплексного использования месторождения, в том числе путем внедрения геотехнологических методов переработки забалансовых запасов, отвалов убогих руд, отходов переработки, вскрышных пород и др.
Исключением является крупное порфировое медно-золотое месторождение Оюутолгой, выявленное в 2000 году на территории Южно-Гобийского аймака Монголии с достоверными запасами 35 млн т меди и 800 т золота, содержание котрорых увеличивается с глубиной, достигая до 1,89 % меди и 3,0 % г/т золота.
В качестве основного кондиционного показателя оценки запасов руды штокверковых месторождений может быть принято бортовое содержание металлов в руде. Установлено, что на месторождении Эрдэ-нэтийн-Овоо уменьшение бортового содержания с 0,4 до 0,25 % ведет к росту запасов руды в 2,2 раза и снижению объема вскрышных пород в постоянном контуре карьера в 2,4 раза.
Регрессионный анализ по данным 30 скважин (средняя глубина 593,8 м) позволил установить связь между средним содержанием меди в рудах аср/ (%) и глубиной их залегания Ш, (м) (рис. 1), которое определяется по формуле
а*й = А + В 1 Н И (1)
где А, В — постоянные, зависящие от бортового содержания меди аб (см. таблицу).
Коэффициент корреляции уравнения (1) составляет 0,72-0,75. Значения постоянных величин А и В
Бортовое содержание ме- Постоянные величины
ди аб,% А В
0,2 0,21/0,1 37,22/121,78
0,3 0,22/0,306 75,16/61/52
0,4 0,23/0,31 75,22/61/96
Примечание. В числителе — для первичных руд при глубине карьера от 300 до 600 м,в знаменателе — для руды зоны вторичного обогащения при глубине карьера от 60 до 300 м.
1,0
0,8
0,6
0,4 0
120 240 360 480 Н, м
Рис. 1. Зависимости между средним содержанием меди аср и глубиной разработки месторождения Н: 1, 2, 3 — в зоне вторичного сульфидного обогащения при значениях бортового содержания соответственно 0,4; 0,3 и 0,2 %; 1’, 2', 3' — в зоне залегания первичных руд при тех же значениях бортового содержания
Доказано, что среднее содержание металла в руде месторождения Эрдэнэтийн-Овоо на глубине 600 м от поверхности в 2 раза ниже среднего содержания меди в зоне вторичного обогащения, что ведет к падению извлечения металла на 8 % и качества концентрата на 20 %. Отсюда следует, что сама возможность разработки глубоких горизонтов (где содержание металла ниже в 2 раза) в определяющей степени зависит от развития и объемов горных работ на вышележащих горизонтах.
Основной целью всех технологических решений по разработке штокверковых месторождений является комплексное использование их потенциала, поддержание производительности карьера по металлу
в течение всего срока службы или, по крайней мере, длительного периода эксплуатации.
Поддержание стабильной производительности по металлу СП «Эрдэнэт» возможно регулированием двух параметров:
увеличением существующей мощности карьера по добыче руды (до 1,5 раза);
снижением бортового содержания с 0,4 до 0,25 % по этапам, обеспечивающим рентабельную отработку запасов руды глубоких горизонтов с учетом цен меди в концентрате и других сопутствующих полезных компонентов.
При разработке штокверкового месторождения, имеющего различное по глубине содержание полезного компонента, в качестве критерия установления целесообразных объемов вскрышных работ принят допустимый коэффициент горной массы К г м д i (т/т) на /-м этапе работы карьера, учитывающий природное качество руды, стоимостные и технологические показатели переработки:
К = Цiе/(1 -р/) ~ 1/ аср, (ГС,-Ф об/ + С06,) (2)
г ■мд/ " К,Фд + Од, ’
где Ц — цена 1 т меди в концентрате с учетом цены других сопутствующих полезных компонентов, тугр/т; ег- — извлечение металла в концентрат из руды на /-м этапе; рг- — разубоживание руды /-го этапа при добыче; аср/ — среднее содержание меди в руде /-го этапа; Я* — расчетный уровень рентабельности производства на ьм этапе работы карьера; Ф0бг, Фд/. — удельные фонды на обогащение руды и разработку горной массы, тугр/т; Соб;,. Сд/. — себестоимость обогащения руды и разработки горной массы на /-м этапе работы карьера, тугр/т.
Коэффициент вскрыши на ьм интервале глубины карьера Кв (т/т) определяется по выражению
кв, = кг.м.д,аср, -1. (3)
Анализ показывает, что для условий разработки месторождения Эрдэнэтийн-Овоо снижение стоимостных параметров на 20 %
ведет к увеличению Кг м д в 1,12 раза (рис. 2). Повышение извлечения металла в концентрат на 20 % (от 0,75 до 0,9) увеличивает
К,м
500
400
300
200
100
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 г.долиед.
1 1 2 4 1 6 __.л 1 8 1 10 р , %
°'2 0,4 1 0,6 1 «ср, %
2 4 6 1 8 1 10 а %
5 1 10 ( . 15 I С^, тугр.
3 6 I 9 —1 С-, тугр./т
50 100 Фоб, тугр./т
Фс, тугр./т
Рис. 2. Зависимости между коэффициентом горной массы и техникоэкономическими параметрами разработки месторождения:
1 - Кг.м = Ш 2 - К,м = /2(р); 3 - Кг.м = //аср); 4 - Кг.м =/4 (К); 5 - Кг.м = / (Соб); б -Кг.м = /б (Сд); 7 - Кг.м. = /7 (Фоб); 5 - Кг.м= /8 (Фд)
Кг м д в 1,6 раза. В случае повышения на 20 % извлекаемой ценности при попутном извлечении сопутствующих полезных компонентов (серебро, пирит и др.) величина Кг м д увеличивается в 1,5 раза.
Снижение среднего содержания металла в руде с глубиной месторождения в 1,6 раза ведет к уменьшению Кг м д в 6,5 раза, что свидетельствует о необходимости стабилизации коэффициента горной массы за счет регулирования режима горных работ, оптимизации экс-
плуатационных кондиций и затрат на добычу и переработку руды, извлечения металла в концентрат и в целом повышения извлекаемой ценности руды.
В практике проектирования главные параметры карьеров, разрабатывающих медно-порфировые месторождения, определяют по основной продукции (меди), а комплексное использование руд не учитывается в должной мере, что в конечном счете приводит к занижению главных параметров и эффективности производства.
Суммарную ценность извлекаемых из недр при разработке порфирового месторождения полезных компонентов целесообразно определять на основе конечной продукции предприятия:
где Б! — балансовые запасы /-го полезного ископаемого, т; К — коэффициент извлечения запасов /-го полезного ископаемого из недр; Ц — оптовая цена 7-го концентрата, получаемого из 1-го полезного ископаемого, тугр/т; — содержание 7-го компонента в балансовых запасах /-го полезного ископаемого, %; — извлечение 7-го концентрата
при обогащении /-го полезного ископаемого, доли ед.; Ру — содержание полезного компонента в 7-м концентрате, получаемом из /-го полезного ископаемого, %. Для условий карьера «Эрдэнэт» на основе проектных и фактических данных, а также полученных эмпирических зависимостей были рассчитаны допустимые (предельные) значения Кг м д и Кв.м. при норме рентабельности 15; 10; 8; 6; 4; 2 и 0 %. Анализ результатов расчета показывает, что допустимый коэффициент горной массы изменяется в широком диапазоне: от 200 т/т при R = 15 % до 1000 т/т при нулевой рентабельности. При постоянной рентабельности на каждых 60 м глубины карьера величина Кг м д уменьшается на 8-10 %. Из этих данных следует, что чем больше требуемая рентабельность производства (в том числе по усло-виям допустимого риска), тем меньше возможный коэффициент Кгм.
Допустимый коэффициент горной массы Кг м д (т/т) при прочих
равных условиях в связи со снижением содержания основного компонента уменьшается с ростом глубины карьера Н1 по степенной зависимости:
р
N
(4)
где а, Ь — показатели, которые зависят от заданной нормы рентабельности.
Проведенный анализ совместного влияния среднего содержания металла в руде аср и коэффициента вскрыши Кв на коэффициент горной массы КГ.М показывает, что наибольший темп роста КГ.М наблюдается при увеличении Кв и снижении аср с глубиной месторождения и, наоборот, минимальное значение КГ.М будет иметь место при уменьшении коэффициента вскрыши и увеличении среднего содержания металла в руде.
В связи с этим руды зоны вторичного обогащения, где содержание меди в среднем в два раза больше по сравнению с содержанием ее в первичных рудах, могут и должны отрабатываться с коэффициентом вскрыши, большим на 20—30 % от минимально требуемого на данном этапе, что обеспечивает рентабельную отработку запасов нижележащих горизонтов. На основании проведенных исследований разработаны рекомендации по параметрам этапов и режиму горных работ на Северо-Западном участке месторождения Эрдэнэтийн-Овоо, где сосредоточено около 90 % его потенциальных запасов.
Основной участок месторождения целесообразно отрабатывать тремя этапами: первый — до глубины карьера 210 м, второй — до глубины 400 м и третий — до глубины 600 м. При этом предусматривается поэтапное понижение эксплуатационных кондиций (бортового содержания): на первом этапе — до 0,3 %, на втором этапе — до 0,25 %, на третьем этапе (затухание) — до 0,2 %.
В целом снижение содержания меди в добываемой руде на месторождении Эрдэнэтийн-Овоо связано в первую очередь с окончанием отработки богатых руд зоны вторичного обогащения. Поэтому, наряду с традиционной технологией переработки руды флотационным методом, внедряется технология кучного выщелачивания — жидкостной экстракции-электролиза применительно к окисленным, упорным рудам по передовым технологиям, известным в американской и канадской практике. Это позволяет по-новому рассматривать проблему наиболее полного, эффективного использования недр.
Внедрение новых методов геотехнологии при достигнутых мощностях по добыче и обогащению руд на крупных порфировых месторождениях обеспечивает экономическую рентабельность включения в отработку более бедных руд, которые на первой стадии освоения месторождения считались забалансовыми. В условиях рыночной экономики разработка более бедных руд на действующих предприятиях, где основные капитальные затраты уже окупились, гораздо рентабельнее,
чем создание предприятий по освоению новых месторождений с более высоким содержанием меди в руде. В связи с этим запасы бедных руд с содержанием меди 0,15—0,25 % на освоенных медно-порфировых месторождениях являются резервом для отработки.уже в ближайшем будущем.
Примером успешного внедрения гидрометаллургических технологий в медной промышленности Монголии является предприятие «Эрдмин», введенное в эксплуатацию в 1997 г. на базе освоения забалансовых запасов месторождения Эрдэнэтийн-Овоо по SX-EW технологии с выпуском катодной меди в 3 тыс. т/год и с расширением мощностей до 25 тыс. т на перспективу.
Забалансовые руды, закладированные до сего времени в отвалах, вывезены из нагорной части месторождения и являются окисленными, вторичносульфидными с окисленностью 10-15 %.
Поэтому на перспективу главные параметры карьера при разработке порфировых месторождений должны обосновываться с учетом комплексного анализа совместного применения открытого и геотехно-логических способов добычи, компенсирующих негативные последствия ухудшения горно-геологических условий разработки, снижения содержания металла в руде по глубине, повышения крепости и блоч-ности горных пород, увеличения высоты подъема горной массы.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Евстрахин В.А. Порфировые месторождения — генетический и промышленный тип // Советская геология. — 1988. — № 3.
2. Астафьев Ю. П. Добыча руд открытым способом за рубежом. — М.: Недра, 1983.
3. Меднорудные формации МНР / В. И. Сотников, А. П. Берзина, М. Жам-сран и др. — Новосибирск: Наука, 1985. ЕШ
— Коротко об авторе ----------------
Базар А. - кандидат технических наук.
