CC BY
57
© В.С. Литвинцев, Ю.А. Мамаев, 2010
УДК 622.271
В. С. Литвинцев, Ю.А. Мамаев
РЕСУРСНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ РОССЫПНОЙ ЗОЛОТОДОБЫЧИ
^выполненный комплекс фундаментальных исследований
-Я-М позволил выявить и обосновать научные, ресурсные и технологические аспекты освоения нетрадиционных промышленных типов россыпей, дать оценку эффективности применения новых и модернизированных технологий и оборудования (формирование обогащенного приплотикового пласта техногенной россыпи, модернизация технологического оборудования драг, земснарядов, промывочных приборов и др.), обосновать параметры реагентной технологии при доводке концентратов ШОУ.
Расширенную географию промышленной эксплуатации россыпей и многообразие их типов, создающих предпосылки для дальнейшего существования и развития россыпной золотодобычи (в последние годы начаты разработки литоральных, элювиальных и других типов россыпей), отмечал ещё академик Н.А. Шило, создавший фундаментальный труд "Учение о россыпях" [1].
В Дальневосточном регионе России россыпные месторождения на протяжении более чем 150 лет были основными объектами добычи золота, и хотя в настоящее время более 50% золота здесь добывается из рудных месторождений, их значение будет сохраняться еще долго. В этих условиях результаты научных поисков и разработок, направленных на повышение эффективности освоения россыпей различных генетических типов будут влиять не только на экономическое развитие региона, но и на стабилизацию и решение социальных и экологических проблем. Вовлечение в эксплуатацию месторождений с более сложными генетическими, морфологическими и горнотехническими характеристиками обуславливают объективную необходимость развития
теоретических основ новых технологий и технологических процессов россыпной золотодобычи.
Только в Хабаровском крае на балансе состоит свыше 1000 аллювиальных золотороссыпных месторождений различных генетических и структурно-морфологических типов, составляющих три основные геолого-промышленные группы: 1- малоглубинные (глубиной до 12 м); 2- глубокозалегающие, в т.ч. и погребенные (глубиной свыше 12 м, обычно до 25-40 м); 3- техногенные месторождения.
По предварительным прогнозно-оценочным данным (д.г-м.н. А.П. Ван-Ван-Е) суммарные ресурсы глубокозалегающих россыпей могут составлять до 5,58 т по категории Р1 и до 137,97 т по категории Р2+3. Представляют промышленный интерес для старательских артелей некоторые природные малоглубинные россыпи с относительно высокими содержаниями золота, но с незначительными запасами, нередко расположенными в труднодоступных районах края. Значительные ресурсы золота (около 150 т по экспертным оценкам) находятся в техногенных россыпях. Однако, в большинстве случаев, золото в них мелкое и тонкое, требующее разработки специальных методов обогащения и извлечения.
В Институте горного дела ДВО РАН на протяжении всего периода его деятельности одним из основных научных направлений было создание теоретических основ и технологий освоения россыпных месторождений, включая техногенные. Исследования института охватывали весь комплекс проблем, начиная от систематизации и классификации природных и техногенных россыпных месторождений, создания методики экспертной оценки ресурсов техногенных месторождений, выявления условий возобновляемости промышленной ценности техногенных россыпей, изучения особенностей морфологии полезных компонентов, строения и структуры отвальных комплексов и процессов миграции в них полезных компонентов под влиянием природных факторов. Выполнен большой комплекс теоретических, экспериментальных и опытно-промыш-ленных работ по научному обоснованию и созданию новых технологий освоения природных и техногенных россыпных месторождений, новизна которых подтверждается полученными патентами РФ наградами российских и международных выставок.
Создаваемые новые способы и технологии разработки россыпей основаны на полной и объективной горно-геологической и горнотехнической информации об объекте, поэтому необходима детальная систематизация всех аспектов генезиса россыпей, их качественно-количественных характеристик. Все известные в настоящее время классификации россыпных месторождений можно охарактеризовать как узкопроблемные, подчиненные решению частных задач. Это определило необходимость создания классификации россыпных месторождений, которая отличается от известных возможностью выбора из информационного блока, построенного на неоструктурной основе, для конкретного морфоструктурного положения месторождения его усредненную типовую модель, в которой отражены пространственное положение продуктивного пласта в мезорельефе, структура месторождения и физико-механические свойства типового месторождения, а также ряд других важных информационных материалов [3].
Созданная классификация (при участии к.г-м.н. Шевелевой Е.А.) включает в себя три основные группы факторов: а) геологические, позволяющие получить информацию о морфологии, сложности строения и богатстве месторождения, о перспективности его эксплуатации, что обуславливает способ отработки; б) горнотехнические, включающие информацию о физико-механических свойствах песков и вмещающих пород, что определяет выбор технологии разработки; в) технологоэкономические, представляющие возможность предварительной оценки способа и технологии освоения месторождения.
Все многообразие признаков природных россыпей нами разделено на четыре крупных информационных блока, которые, являясь взаимосвязанными, позволяют оценивать россыпные месторождения с различных позиций, а в целом образуют единый информационный ряд (табл. 1).
Получили развитие теоретические и экспериментальные исследования процессов формирования и освоения техногенных структур (галечные и эфельные отвалы, хвостохранилища) россыпных месторождений.
Изученные нами минеральные массы этих структур, их строение, качественный и количественный состав полезных компонентов позволяют сделать вывод о том, что большинство
48
Таблица 1
Классификация аллювиальных россыпей на неотектонической основе
Тип неотектонических движений Баланс поступления Морфогенетически Номер морфо- Способ
Направленность, интенсивность Режим компонента россыпи модели россыпи* разработки* *
Непрерывный Вынос превышает привнос Склоновые Ложковые 1 2 ОГ
П Интенсивное Вынос превышает привнос Склоновые Ложковые 1 2 3 ОГ ОГ
О Д Н Я Пульсационный Привнос превышает вынос Долинные Русловые Террасовые 4 5 ОГ ПД
Т И Е Непрерывный Вынос мелких фракций, аккумуляция средних и крупных Долинные Русловые 6 7 ОГ ПД
Умеренное Пульсацион- ный Вынос мелких фракций Долинные Русловые 6 7 ОГ ПД
Аккумуляция полиразмерного металла Долинные Террасовые Увальные 8 9 10 ОГ, ПД ОГ,
С Т АБ И Л И -З А Ц И Я Непрерывный Привнос и аккумуляция полиразмерного металла и слабый вынос мелких фракций Русловые Долинные Террасовые Увальные 11 12 13 14 ОГ, ПД ПД,
49
О С >> О И < Умеренное Непрерывный Привнос полиразмерного металла, с привалирующей долей мелкого Долинные Аллювиально-пролю- виальные (конусов выноса) 15 16 ПД ОГ
Пульсационный Привнос полиразмерного металла Долинные Террасовые Увальные 17 18 19 20 21 ПД, ОГ ПД, П ПД, П
Вынос металла мелких фракций и сокращение мощности пласта Русловые Долинные
Дискретный Привнос полиразмерного металла и его рассев по всей мощности Долинные Террасовые Увальные 22 23 24 25 [—4 [—4 , С о о« ^ ПП
Концентрация в пласте и слабый вынос Русловые Долинные
Рассев преимущественно Аллювиально- 26 ПД, П,
Е Непрерывный мелкого и тонкого золота по про- -лювиальные К
нарастающей льные зоны
массе осадков тектонических
уступов
Интенсивное Слабая концентрация с Долинные 27 ОГ, П
Пульсационный формированием Террасовые 28 ПД, П
продуктивных линз
Рассев по возрастающей Долинные 29 П, ПС,
Дискретный массе и слабая концентрация Террасовые 30 К
Примечание (*) Морфо-литодинамические модели, см. в [ 4 ]
Примечание (**) ОГ - открытый (гидравлический) способ разработки; ПД - подводный (дражный) способ разработки; П -подземный способ разработки; ПС - подземный (скважинный) способ разработки; К - комбинированный способ разработки.
из них представляют собой техногенные россыпные месторождения с промышленным содержанием золота.
Оценка факторов, влияющих на выбор технологического оборудования и способа разработки техногенных месторождений, является достаточно сложной задачей, требующей от горного инженера-проектировщика определенного кругозора и знаний современного состояния проблемы, научных и производственных достижений. Поэтому нами была разработана классификация способов и технологий освоения техногенных россыпей [5].
Наиболее полные и отражающие современные представления о процессах разработки техногенных россыпей "Классификация способов и технологий разработки и обогащения техногенных россыпей" и "Классификация способов и технологий выемки продуктивной горной массы техногенных россыпей" разработаны Ю.А. Мамаевым [6]. Им предложено в классификационный признак «Способ выемки» включить "Подводный способ". В классификацию введен признак «Режим процесса выемки», который подразделяется на "Непрерывный", "Циклический" и "Комбинированный". В группе классификационных признаков "Вид горных работ" выделены их разновидности "Добычные работы", "Горно-подготовительные работы" и "Работы, связанные с рекультивацией".
Однако в последние годы появились научные разработки и технологические решения на основе нового и усовершенствованного горного оборудования, которые вызывают необходимость переосмысления внутреннего содержания некоторых видов работ и технологических операций. Следует признать более обоснованным выделение в основном классификационном признаке "Способ разработки" класса "Вид горных работ" и подкласса "Технологические операции". Виды работ в каждом способе разработки техногенных россыпей подразделяются на: "Подготовка месторождения к разработке", "Выемка и транспортировка горной массы", "Переработка горной массы и первичная концентрация ценных компонентов", "Обогащение продуктивной горной массы", "Отвалообразование хвостов промывки песков", "Доводка чернового концентрата".
В классификации охарактеризованы техногенные россыпи с позиции крупности золота и возможных и целесообразных способов обогащения продуктивной горной массы. При
рассмотрении классификационного признака "Крупность золота" проанализированы все ранее предложенные классы размерности золотин и выбраны параметры их крупности, позволившие разделить россыпи по крупности золота на пять классов: месторождения с крупным (+4 мм), средним (-4+2 мм), мелким (2+0.5 мм), весьма мелким (-0.5+0.15 мм), тонким (-0.15 мм) золотом. Это дает возможность эффективно производить выбор технологического обогатительного оборудования для различных структур техногенных россыпных образований. В группах и подгруппах предложенной классификации даны генетические типы и элементы строения техногенных и природно-техногенных россыпей, соответствующие данному классу крупности металла.
Таким образом, представленная классификация способов и технологий освоения техногенных россыпей, на наш взгляд, более полно и объективно отражает те перемены технологического характера, которые произошли в современный период, позволяет акцентировать внимание специалистов на применении новых технологий и технологических операций, способствующих наиболее эффективному вовлечению техногенных образований в эксплуатацию.
Фундаментальной проблемой горной науки, решение которой связано с повышением эффективности освоения техногенных россыпных объектов, остается вопрос выявления закономерностях распределения золота в горной массе отвальных комплексов. Нами выполнен первый этап исследований, включающий полевые работы, отбор и изучение бороздовых проб из семи пройденных шурфов на отвальных комплексах техногенного месторождения р. Джалинда периода его разработки с 1930 по 1978 годы. При обработке проб получены результаты, позволяющие положительно оценить перспективность исследований по данному научному направлению, Анализ количества золота, выделенного из проб шурфов отвального комплекса, свидетельствует об увеличении содержания золота в техногенных отвалах более ранних периодов их формирования. Так, максимальное содержание золота установлено в пробе шурфа отвала россыпи разработки 1930 года, тогда как в шурфах отвалов семидесятых годов содержание золота в несколько раз меньше (табл. 2).
Таблица 2
Количественный состав золота, выделенного из отвального комплекса россыпи р. Джалинда, ОАО «Прииск Соловьёвский»
Номер шурфа Год Объем Количество золота в пробе, мг Содержание, г/м3
отработки пробы, Классы крупности, мм
россыпи л —3,0+0,5 -0,5 Всего, мг
5 1930 200 747,0 893,8 1640,8 8,24
6 1936 200 76,0 118,0 194,0 0,97
2 1961 200 453,0 660,0 1113,0 5,6
7 1969 200 36,0 88,0 124,0 0,62
1 1970 200 12,0 129,0 141,0 0,7
4 1973 200 193,0 248,0 441,0 2,2
3 1978 200 413,6 187,4 601 3,0
Из табл. 2 видно, что в отвалах превалирует доля мелкого золота (<0,5 мм), исключение составляют значения, полученные при анализе концентратов проб шурфа отработки 1978 года, где содержание золота в крупных классах в два раза выше, чем в мелких.
Анализ проб, представленных концентратами от лежалых эфельных хвостов россыпи р. Джалинда позволяет сделать следующие выводы:
- Основную долю золота эфельных отвалов составляют классы крупностью. менее 0,5 мм;
- По морфологическим признакам золото отвального комплекса относится к "лёгким" неординарным формам - тонкие сильно прокатанные пластинки, чешуйки, дендриты, щётковидные, быстроразрушающиеся виды зёрен - "ёжики";
- Содержание видимого золота в пробах отвального комплекса россыпи р. Джалинда колеблется от 0,62 до 8,24 г/м3, что позволяет (при подтверждении этого вывода более детальными работами) отнести данное техногенное месторождение к категории крупных объектов.
Аналогичные исследования выполнены на месторождении р. Гайфон. На рисунке показана динамика изменения содержания золота в среднем по разведочной линии № 87 техногенного россыпного месторождения р. Гайфон по скважинам, пробуренным в 1990 и 2004 годах.
Анализ данных на рисунке показывает, что в большинстве скважин, пробуренных в 2004 году, содержание золота увеличилось как в галечных отвалах, так и в эфельных.
Среднее содержание золота в галечных отвалах по скважине е+я+я Среднее содержание золота в эфельных отвалах по скважине —а—Среднее содержание золота в гале-эфельных отвалах по скважине
Динамика изменения среднего содержания золота по скважинам разведочной линии № 87 и году бурения техногенного месторождения р. Гайфон
Таким образом, получены новые данные о морфологии и физико-химическом составе ценного компонента в многолетних лежалых хвостах техногенных россыпей, на основе которых становится возможным, с учетом генетических особенностей формирования техногенных комплексов, научно обосновать технологические решения, обеспечивающие эффективную эксплуатацию крупных техногенных россыпных месторождений.
В ИГД ДВО РАН развиваются исследования по решению фундаментальной проблемы формирования техногенного россыпного месторождения с заданными свойствами. Выявлено влияние безнапорных водных потоков, частотных колебаний массива техногенных аллювиальных пород (природный или антропогенный источник), их вещественного и фазового состава, криогенных и суффозионных процессов на параметры миграции и концентрации золота в отвалах техногенных россыпей. Установлено явление, называемое "внутриотвальным обогащением" техногенных россыпей, проявляющееся в том, что мелкое и тонкое золото агрегирует в крупные сростки и концентрируется в приплотиковой области отвального комплекса.
Важнейшей проблемой остается поиск резерва геогенным россыпям. Для решения этой проблемы нами выполняются комплексные теоретические, лабораторные и натурные экспериментальные работы с целью научного обоснования экономической целесообразности вовлечения в эксплуатацию ценного комплексного минерального сырья в виде техногенных илово-глинистых структур водоотстойников и хвостохранилищ отработанных россыпных месторождений, создающих одновременно негативную, в большинстве случаев критическую, нагрузку на природную среду. Их освоение также будет способствовать улучшению экономического и социального положения горнодобывающих регионов России.
На хвостохранилище россыпи р. Гайфон пробурены 23 скважины по пяти разведочным линиям в центральной части хвостохранилища, 4 скважины по средней линии хвостохранилища вблизи слива промывочного прибора и 6 скважин в выносной канаве хвостохранилища По каждой скважине выполнялся отбор проб с интервалом 25 см. Глубина скважин - 2,75 м, за исключением трех скважин глубиной 1 м, 1,5 м и 2 м (по условиям плотика). Для химического и седиментационного анализа подготовлены пробы путем суммирования материала проб по средней скважине всех разведочных линий и по их мощности, а также по всем скважинам каждой разведочной линии.
В табл. 3 приведены результаты седиментационного анализа проб хвостохранилища месторождения р. Гайфон.
Таблица 3
Содержание и ситовой состав золота по трем пробам хвостохранилища месторождения р. Гайфон
Номер пробы Содержание золота, г/м3 / Распределение (выход) золота, %
Класс крупности, мм
-0,005 +0,005-0,01 +0,01-0,02 +0,02-0,05 +0,05-1,0
1 0,42/11,82 2,9/46,06 0,34/11,02 0,22/25,1 0,1/6,0
2 0,31/6,43 1,5/26,65 0,14/3,83 0,22/22,99 1,1/40,1
3 1,1/53,64 0,16/21,11 0,2/10,11 0,1/10,8 0,19/4,41
Среднее по пробам и скважинам 0,61/23,9 1,52/31,3 0,23/8,3 0,18/19,6 0,46/16,8
Установлено, что в классе крупности золота менее 5 мкм содержание золота колеблется от 0,31 до 1,1 г/м3 при выходе класса от 6,43 до 53,64 %. Наибольшее содержание золота (2,9 г/ м3) установлено в классе от 5 до 10 мкм (выход класса 46,06 %). Среднее содержание золота по классу от 10 до 20 мкм составляет 0,23 г/ м3 (выход класса 8,3 %); по классам крупности от 20 до 50 мкм -0,18 г/ м3 (выход - 19,6 %); по классам крупности от 50 до 100 мкм - 0,46 г/ м3 (выход - 16,8 %). Среднее содержание золота в хвостохранилище составляет 0,6 г/м3. Для разработки таких объектов создана технология выемки продуктивной горной массы и извлечения золота с применением физико-химических воздействий на минеральную массу.
По проблеме эффективного освоения россыпных месторождений в Институте выполняются исследования и получены теоретические и практические результаты, включающие:
- поточную и циклично-поточную технологии разработки сложноструктурных россыпей на основе роторных комплексов с комбинированным конвейерным и гидравлическим транспортом;
- научное обоснование технологии погоризонтной отработки глубокозалегающих россыпей драгами среднего класса;
- создание эффективных всасывающих устройств для освоения техногенных россыпей земснарядами;
- обоснование применения мини-драг для разработки малообъемных россыпей, включая техногенные;
- технологию освоения дражных техногенных комплексов на основе их реструктуризации;
- применение спирально-пластинчатого концентратора для обезвоживания хвостов россыпей и дополнительного извлечения золота в условиях реагентной обработки минеральной массы и др.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шило Н.А. Основы учения о россыпях. - 2-е изд., перераб. и доп. / Сев.-Вост. компл. НИИ ДВНЦ АН СССР. -М.: Наука, 1985.
2. Советской золотодобывающей промышленности 60 лет // Колыма. - 1987. - № 8.
3. Шевелева Е.А., Литвинцев В.С. Классификация природных аллювиальных россыпей золота // Рациональное освоение месторождений полезных ископаемых Дальнего Востока. - Владивосток: Дальнаука, 1997.
4. Николаев Н.И. Неотектоника и ее выражение в структуре и рельефе территории СССР. - М.: Госгеолтехиздат,
1962.
5. Литвинцев В.С., Мамаев Ю.А. Классификация способов и технологических процессов разработки техногенных россыпей // Добыча и переработка минерального сырья Дальнего Востока. - Владивосток: Дальнаука, 2002.
6. Мамаев Ю.А. Научно-методические и технологические основы рационального освоения техногенных россыпей золота: Дисс... д-ра техн. наук. - Хабаровск: ИГД ДВО РАН, 1996. ЕШ
— Коротко об авторах ----------------------------------------------
Литвинцев В.С. - доктор технических наук, зам. директора по научным вопросам, Litvinzev@igd.khv.ru,
Мамаев Ю.А. - доктор технических наук, профессор, adm@igd.khv.ru, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.
