CC BY
48ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВОРОНЦОВСКОЕ (СВЕРДЛОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)
Голдырев В.Н.
Инженер, Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь Наумов В.А.
Доктор геолого-минералогических наук, профессор Естественнонаучный институт Пермского государственного национального
исследовательского университета, г. Пермь
TECHNOGENIC-MINERAL FORMATIONS OF THE VORONTSOVSKOYE GOLD DEPOSIT
(SVERDLOVSK REGION)
Goldyrev V.
Engineer, Natural science Institute of Perm state national research Univesity, Perm
Naumov V.
Doctor of geological and mineralogical Sciences, Professor Natural science Institute of Perm state national research University, Perm
АННОТАЦИЯ
Актуальность работы. В ближайшее десятилетие ЗАО «Золото Северного Урала», которое ведет разработку золоторудного месторождения Воронцовское, исчерпает экономически оправданные запасы. По мнению авторов, одним из путей продления срока службы рудника и рентабельности производства должна стать добыча техногенно-минеральных ресурсов. В процессе отработки золото-полиметаллических месторождений (в том числе обогащения) образуются многочисленные технологические продукты («хвосты» обогащения) или техногенно-минеральные образования (ТМО), которые являются основными источником изменения состава окружающей среды, появления повышенных концентраций несвойственных среде элементов и тяжелых металлов. ТМО рассматриваются многими исследователями как крупные комплексные техногенные месторождения, содержащие значительные запасы полиметаллов, редких и благородных металлов.
Целью исследования является выделение основных типов ТМО Воронцовского месторождения в твердой и гидроминеральной форме, а также оценка возможности их промышленного освоения для продления срока службы рудника и снижения экологической нагрузки на территорию района.
Результаты. На основании анализа геологических особенностей месторождения, технологии обогащения и свойств руд Воронцовского месторождения выделены ТМО двух генетических типов: горнодобывающего и обогатительного производства. Определены полезные компоненты содержащиеся в них. Показаны результаты теоретического моделирования физико-химических параметров гипергенного минера-лообразования твердой части ТМО. Приведены источники образования технологических вод. Оценены условия концентрации в них золота и других металлов.
Выводы. Переоценка минеральных ресурсов с учетом твердой и жидкой части ТМО месторождения Воронцовское, разработка технологических решений к вовлечению неучтенных ресурсов в хозяйственный оборот принесет существенный экономический и экологический эффект.
ABSTRACT
Relevance of the work. In the next decade, ZAO "Gold of the Northern Urals", which is developing the Vorontsovskoye gold Deposit, will exhaust economically justified reserves. According to the authors, one of the ways to extend the life of the mine and the profitability of production should be the extraction of man-made mineral resources. In the process of mining gold and polymetallic deposits (including enrichment), numerous technological products ("tails" of enrichment) or technogenic mineral formations (tmos) are formed, which are the main source of changes in the composition of the environment, the appearance of increased concentrations of elements and heavy metals that are not peculiar to the environment. Tmos are considered by many researchers as large complex technogenic deposits containing significant reserves of polymetals, rare and precious metals.
The aim of the study is the allocation of the main types of TMO Raven-ovskogo field in the solid and hydro form, as well as their industrial development to extend the life of mine and reduce the environmental load on the territory of the district.
Results. Based on the analysis of the geological features of the place of birth, the technology of enrichment and the properties of the ores of the Vorontsovo locality, two genetic types of tmos were identified: mining and processing production. Useful components contained in them are defined. The results of theoretical modeling of physical and chemical parameters of hypergenic mineral formation of the solid part of TMO are shown. The sources of technological water formation are given. The conditions of concentration of gold and other metals in them are estimated.
Conclusions. Revaluation of mineral resources taking into account the solid and liquid parts of the TMF of the Vorontsovskoye field, development of technological solutions for the involvement of unaccounted resources in economic turnover will bring significant economic and environmental effects.
Ключевые слова: Урал, Краснотурьинский район, Воронцовское месторождение, обогащение полезных ископаемых, техногеогенез, золотые руды, эпитермальные месторождения.
Keywords: Ural Krasnotur district, Voro mine, mineral dressing, technologent, gold ore epithermal deposits.
Введение.
Сегодня Воронцовское (ЗАО «Золото Северного Урала») — это зрелое предприятие, у которого постепенно снижаются производственные показатели, а срок эксплуатации постепенно подходит к концу (2028 г). Для того чтобы переломить этот тренд, компания ОАО «Полиметалл» сфокусирована на геологоразведочных работах (участки Саум, Тамуньер, Пещерный), которые расположены вблизи существующей золотоизвлекательной
фабрики (ЗИФ). Также разведочное бурение в 20172018 годах выявило существенную минерализацию под открытым карьером, в настоящее время проводятся исследования для определения возможности подземной добычи, которая может еще больше продлить срок службы Воронцовского актива ОАО «Полиметалла».
Рудные запасы и минеральные ресурсы актива продемонстрированы в табл. 1-2.
Таблица 1
Рудные запасы (Доказанные+Вероятные, JORC) Воронцовского актива ОАО «Полиметалл»
на 01.01.2020 по данным [22]
Месторождения Запасы Содержания, г/т Объем, т
млн. т Au Ag Cu, % Zn, % GE Au Ag Cu Zn GE
Воронцовское 8,8 1,5 3 - - 1,5 12,16 24,07 - - 12,36
Северо-Калугинское 0,3 6,7 101 5,8 - 17,1 1,98 29,94 18900 18100 5,07
Маминское 14,7 1,9 - 1,9 - 0,9 25,80 - - - 25,80
Сумма 23,8 - - - - 2,0 40,03 54,01 18900 18100 43,29
Примечание: GE (gold equivalent) - условное золото
Таблица 2
Минеральные ресурсы (Оцененные+Выявленные, JORC) Воронцовского актива ОАО «Полиметалл» _на 01.01.2020 по данным [22]_
Месторождения Ресурсы Содержания, г/т Объем, т
млн. т Au Ag Cu, % Zn, % GE Au Ag Cu Zn GE
Воронцовское 0,30 2,6 5 - - 2,6 0,71 1,47 - - 0,72
Тамуньер 2,19 3,4 10 - - 3,5 6,86 19,56 - - 6,95
Маминское 2,13 1,4 - - - 1,4 2,81 - - - 2,81
Саум 1,26 2,4 45 2,14 3,39 9,9 2,72 51,79 26800 42600 11,31
Пещерный 1,50 7,8 - - - 7,8 10,72 - - - 10,72
Сумма 7,38 - - - - 4,8 23,81 72,83 - - 32,52
Примечание: GE (gold equivalent) - условное золото
За длительный срок эксплуатации рудника (1999-2020) был накоплен большой объем «отходов» производства, которые содержат промышленные концентрации полезного компонента.
Цель работы - на основе известных материалов по изучению геолого-структурного положения, вещественного состава, принятой технологии разработки и обогащения руд месторождения Ворон-цовское выделить основные типы техногенно-ми-неральных образований (ТМО), в твердой и гидроминеральной форме, оценить возможность их промышленного освоения для продления срока службы рудника и снижения экологической нагрузки на территорию района.
На основе практики проведения подобных работ мы знаем, что для достижения этой цели нам надо учесть геологические условия формирования месторождения; формы нахождения полезных компонентов; способ разработки и технологии обогащения руд; типы, состав и условия формирования техногенно-минеральных образований (ТМО); особенности изменения состава ТМО в новых условиях геологической среды [12].
1. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
1.1. Геолого-структурное положение
Воронцовское месторождение золота входит в крупный Ауэрбаховский (Краснотурьинский) рудный узел, включающий целую серию средних и мелких медно-железоскарновых, золоторудных и других объектов. Рудный узел сформирован двумя рудно-магматическими системами: Воронцовско-Песчанской и Турьинской [11]. С Воронцовско-Песчанской системой связано образование преимущественно железоскарновых и золоторудных объектов, а Турьинская система формирует серию медных месторождений, отрабатываемых с середины восемнадцатого столетия Турьинскими рудниками [18].
Месторождение приурочено к крупному Турь-инско-Ауэрбаховскому магматическому ареалу, проявленному в виде вулканических полей (03-Б2е:0 и множества интрузивных и субвулканических тел (от 81 до Б2), который образовался в результате коллизии Тагильской островной дуги и Восточно-Уральского микроконтинента. В целом на зрелой фазе эволючия Тагильской дуги характеризуется сменой известково-щелочных формаций
(0з-82), включая колчеданоносные, субщулочными вулканитами (82-02). Мощность эффузивов девона составляет 4-5 км, интрузивы соизмеримы по объему [7].
Месторождение находится в зоне одноименного надвига в западном экзоконтакте Ауэрбахов-ской интрузии габбро-диоритовой формации. Геологический разрез месторождения слагают осадочные и вулканогенно-осадочные породы андезитовой формации краснотурьинской свиты и мезо-кайнозойские карстовые отложения. Рудовме-щающими являются породы нижней, фроловско-васильевской толщи краснотурьинской свиты, сложенной мраморизованными известняками. Вдоль надвига известняки брекчированы, и с этими мета-соматически измененными брекчиями связаны основные рудные тела Воронцовского месторождения [1,4].
Воронцовское месторождение, вследствие развития в его пределах низкотемпературной реальгар-золоторудной ассоциации, является уникальным для Уральской складчатой области рудным объектом. Генезис Воронцовского месторождения по настоящее время вызывает многочисленные вопросы [17].
По ряду минералогических и геохимических признаков, и геодинамической позиции - локализации в условиях активной окраины Восточно-Уральского микроконтинента руды, слагающие Ворон-цовское месторождение, относят к карлинскому типу [16].
По данным [18], характер концентрации золота в рудах с преобладанием самородной формы, с учётом условий образования минеральных ассоциаций, геодинамической позиции месторождения, закономерностей геологического строения и минералогических особенностей руд не позволяют относить Воронцовское месторождение к карлин-скому типу, а скорее свидетельствуют в пользу его
эпитермальной природы. Результаты многочисленных разноплановых исследований свидетельствуют об однозначной генетической связи Ворон-цовского месторождения с процессами формирования Ауэрбаховской вулкано-плутонической структуры.
Вышеизложенные факты позволяют относить Воронцовское к карбонатному подтипу эпитер-мальных месторождений [20].
1.2. Вещественный состав руд В пределах месторождения установлено несколько типов руд, ассоциирующих с различными гидротермально-метасоматическими образованиями: известковыми скарнами, кварц-серицитовыми метасоматитами, джаспероидами и другими породами [16, 21], а также с корами выветривания [21]. Оценка масштабов распространения различных типов руд и концентрации в них золота позволяет говорить о наибольшем промышленном значении в пределах Воронцовского месторождения золоторудных брекчий с аурипигмент-реальгаровым цементом [17].
Основные рудные тела месторождения сложены сульфидно-карбонатными и сульфидно-силикатными рудами и их окисленными разностями в корах выветривания. Менее развиты сульфидно-скарновые руды. Пластообразные пологозалегаю-щие рудные тела локализуются на контакте мрамо-ризованных известняков и вышележащих кремнистых вулканогенно-осадочных пород и приурочены к трещинам оперения надвига. На выходе первичных руд к поверхности в мезокайнозойский период развития месторождения его структура претерпела изменения вследствие результата процессов выветривания и карстообразования, а в корах выветривания сформировались тела рыхлых окисленных руд, приуроченных к карстовым структурам [5].
В табл. 3-4 приведен минеральный состав первичных и окисленных руд, в табл. 5 - их химический состав.
Таблица 3
Минеральный состав первичных руд месторождения Воронцовское [8]
Минералы Удержание, %
Сульфидно-силикатные руды Сульфидно-карбонатные руды
Рудные:
Пирит 9,7 5,3
Арсенопирит 0,3 0,3
Жильные:
Кальцит, доломит 9,5 78,5
Полевой шпат 51,4 7,4
Кварц 15,3 2,6
Амфиболы рл. 0,2
Хлорит 1,0 0,3
Серицит и мусковит 12,0 5,2
Барит 0,5 0,1
Апатит 0,3 0,1
Таблица 4
Минеральный состав окисленных руд месторождения Воронцовское [8]_
Минералы Содержание, %
Руды в структурной коре Руды в перемещенной коре
Оксиды железа 9,0 10,5
Оксиды марганца 0,5 2,1
Кальцит, доломит 2,5 12,0
Полевые шпаты 13,0 2,8
Кварц (кремн. породы) 27,5 13,3
Каолинит 18,5 41,8
Гидрослюды (серицит) 25,3 15,8
Апатит 0,4 0,18
Эпидот 2,1 1,5
Сульфиды (пирит и др.) 0,4 0,02
Лейкоксен 0,5 р.зз.
Сфен, рутил 0,3 0,3
Таблица 5
Химический состав типов руд месторождения Воронцовское [8]_
Содержание, %
Минералы Первичные руды Окисленные руды
Сульфидно-силикатные Сульфидно-карбонатные Руды в структурной Руды в перемещенной
руды руды коре коре
8102 50,46 10,48 56,86 46,36
ТЮ2 0,56 0,2 0,5 0,72
АЪОэ 18,88 4,74 18,28 17,66
БсО 1,56 0,64 0,26 0,12
Рс20э 8,2 2,99 8,11 9,08
МпО 0,08 0,4 0,33 1,45
Ы^О 5,72 3,24 1,06 3,5
СаО 4,88 39,27 2,24 10,75
№20 1,16 0,18 2,1 0,33
К2О 3,58 0,39 6,15 1,98
Р2О3 0,06 0,06 0,08 0,03
8 общ 5,26 2,89 0,19 0,01
8сульф 5,19 2,87 - -
СО2 2,2 31,71 0,01 0,28
Си 0,01 0,01 0,014 0,029
гп 0,03 0,03 0,03 0,15
АЭ 0,15 0,16 0,08 0,016
Т1 г/т н/о н/о 2,0 2,2
Sb г/т 300 310 16 32
Те г/т <5,0 н/о < 5,0 < 5,0
Щ г/т - 1,5 1,5 0,8
Аи г/т 5,75 5,26 5,2 5,81
Ag г/т 6,7 6,1 3,0 12,2
Золото представлено частицами изометричной и неправильной формы [21]. Размеры их максимум достигают 20-30 мкм, но в большей степени встречаются мелкие частицы золота, размер которых составляет 1 - 5 мкм [21]. Установлены два уровня пробы золотив - 987-995 и 910-960 [8]. Основные примеси: Pd (1,9-23,7 %), ^ (2,5-3,8 %) и Pt (до 41 %) [3].
Золото в сульфидно-карбонатном (наиболее распространенном) рудном типе связано с пирро-тин-арсенопиритовой и аурипигмент-реальгаровой минеральными ассоциациями.
Фазовый анализ золота в различных типах руд приведен в табл. 6.
Таблица 6
Фазовый состав золота Воронцовского месторождения по типам руд по данным [8, 15]_
Типы руд
Окисленные структурных кор выветривания Окисленные
Фазовый состав смещенных и переотложенных кор Сульфидно-скарновые Сульфидно-силикатные Сульфидно-карбонатные
выветривания
Содержание Au, г/т
Свободное 39,8 59,1 48,3 17,4 33,5
В сростках 54,7 34,8 42,9 67,0 48,7
Покрытое
пленками и
связанное с 3,5 3,1 1,6 - 1,9
гидроксидами
железа
Связанное с сульфидами 1,0 2,0 3,4 13,9 14,8
Связанное с
минералами вмещающих 1,0 1,0 3,9 1,7 1,1
пород
Среднее содержание Au 5,2 5,8 5,0 5,7 5,3
2. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ И ОБОГАЩЕНИЯ РУД
Добыча на Воронцовском месторождении ведется только открытым способом. Разрабатываются два карьера: (а) карьер глубиной 240 м на северном участке; и (б) неглубокий 80-метровый карьер в южной части.
Поскольку на Воронцовском месторождении добывается 2 типа руды, их переработка осуществляется различными способами. Окисленные руды перерабатываются методом кучного выщелачивания на фабрике (производительность 1000 тыс. тонн в год). Для переработки первичной руды используется метод сорбционного выщелачивания (СВ) «уголь в пульпе» (производительность 950 тыс. тонн
Первичная руда дробится в щековой дробилке, а затем перерабатывается в трехступенчатом цикле измельчения (одна мельница полу-самоизмельчения и две шаровые мельницы). После измельчения пульпа (95% класса -71+0 мкм) сгущается и выщелачивается (время пребывания в цикле примерно 48 часов) на установке СВ «уголь в пульпе». Дальнейшая переработка включает десорбцию, электрохимическое осаждение и плавление слитков Доре. Хвосты фильтруются и в сухом состоянии транспортируются в отвал, находящийся непосредственно рядом с фабрикой.
Блок-схема переработки первичных руд приведена на рис. 5.1.
в год).
Рис. 1. Блок схема переработки первичных руд Воронцовского месторождения [22]
Окисленная руда перерабатывается по технологии кучного выщелачивания (КВ).
В 2018 г объем добычи руды составил 1150 тыс. т. В 2019 г произведено 3033 кг золота. Извлечение золота по технологии «уголь в пульпе» составляет 74-86%, КВ - 65-80%. Серебра - 46% и 36% соответственно [22].
Кроме того, технологическая гибкость позволяет перерабатывать руды других месторождений. В частности, в Воронцовке перерабатывается как собственная руда, так и руда с месторождений Кабан и Дегтярского [22].
3. ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫЕ
ОБРАЗОВАНИЯ
Помимо производства основного конечного продукта (сплава Доре) в процессе отработки и обогащения вещества месторождения образуются многочисленные продукты технологического передела («хвосты» обогащения) или техногенно-минераль-ные образования (ТМО). Нами они рассматриваются как неоцененный минеральный ресурс, который находится в твердом и жидком виде. Это отвалы вскрышных пород, хвосты СВ и КВ и разнообразные жидкие стоки. Среди ТМО выделены следующие типы:
3.1. ТМО горнодобывающего производства
Отвалы вскрышных пород. Расположены на расстоянии 1-2 км от карьера. Коэффициент вскрыши - 5 м3/т. С учетом среднего удельного веса около 2,2 т/м3 за 2018 год в отвалы поступило около 11,8 млн. т породы.
С учетом бортового содержания, концентрация золота в отвале могут достигать 0,4 г/т.
В отвалах вскрышных пород происходит смешивание различных рудных типов месторождения. Основными ассоциациями минералов, слагающими отвалы, будут карбонатная и слюдисто-кварц-поле-вошпатовая. Общий вид отвала вскрышных пород изображен на рис. 2.
Рудные склады. Зона расположения рудного склада (рис. 3), где размещаются руды, не является собственно отходом производства, но тем не менее она формирует самостоятельный тип ТМО.
Добытая руда доставляется на склад самосвалами. Первичную и окисленную руду складируют раздельно. На рудном складе производится первичная подготовка руды для дальнейшей переработки: она шихтуется (перемешивается) с другими рудами, поскольку для стабильной работы ЗИФ сырье должно быть примерно однородным по качеству и содержаиию полезных компонентов.
Рис. 2. Общий вид отвала вскрышных пород Воронцовского месторождения
Под воздействием атмосферных осадков происходит разрушение первичных сульфидных руд, в результате чего образуются обогащенные золотом
и другими металлами технологические воды. Количество и минерализация технологических вод зависят от количества атмосферных осадков и времени нахождения руд на рудном складе.
Рис. 3. Рудный склад первичных руд Воронцовского месторождения Расположение ТМО горнодобывающего производства приведено на рис. 4.
Рис. 4. Расположение ТМО горнодобывающего предприятия Воронцовского месторождения
3.2. ТМО обогатительного производства
Подготовленное сырье везут на фабрику. Окисленные руды загружают в приемные бункеры фабрики кучного выщелачивания. Коренная порода отправляется на фабрику "уголь в пульпе". Обе фабрики расположены на одной, весьма компактной площадке.
С 1999 предприятие произвело уже более 70 т золота. Это означает, что хвосты выщелачивания (кучного и сорбционного) содержат не менее 20 т
золота. Полигоны размещения кеков обеих фабрик, являются средними по запасам месторождениями золота (рис. 3).
Отработанный рудный штабель. Хвостами КВ являются отработанный рудный штабель. По минеральному и химическому составу практически аналогичен исходному материалу (окисленные руды). В процессе КВ золото из руды извлекается недостаточно полно (65-75%). Попутно с золотом благодаря действию цианидов в технологические
(продуктивные) растворы переходит часть находящихся в руде металлов-примесей: Ag, Си, 2п, Ni, Сd, Се, Sе, Те, Нg, частично Fe и Сг. Также частично цианируется с переходом в раствор марганец (II), но в последующем под действием кислорода он переосаждается в виде нерастворимой формы - Мп (IV). Кроме этого, часть металлов-примесей переходит в жидкую фазу в связи с повышенной (рН более 9,5-10,0) щелочностью среды, это: РЬ, Sb, Аs [8].
С учетом известных материалов [22], был рассчитан баланс распределения золота, как наиболее ценного компонента руд, на ЗИФ-КВ в 2003-2019
гг. (табл. 7). По данным таблицы, содержания золота в отработанном рудном штабеле изменяется от 0,3 до 1,0 г/т (среднее содержание за расчетный период 0,56 г/т). ЗИФ-КВ действует с 2000 г, за период 2000-2003 гг. было переработано около 2,4 млн. т руды с содержанием около 4,0 г/т при извлечении золота 75%. Это означает, что за этот период было потерянно около 2,4 т золота.
К настоящему времени на ЗИФ-КВ переработано около 14 млн. т руды. Исходя из данных табл. 7. можно сделать вывод, что отработанный рудный штабель содержит около 9 т золота при содержании около 0,64 г/т.
Рис. 3. Полигоны размещения хвостов обогащения ЗИФ Ворноцовского месторождения
Отвалы кека. При гидрометаллургической переработке золотосодержащей руды на фабрике СВ в качестве отходов образуется отработанный рудный материал. Кек после фильтрации по ленточным транспортерам поступает в промежуточные бункера, откуда автомобильным транспортом отвозится в отвал.
Кек является высокодисперсным материалом [2], в котором общее содержание фракции
+0,071мм - 2,75%, -0,071мм - 97,25%. По крупности можно выделить три основных класса образующих материал пробы:
- песчаная фракция (-0,25 +0,05мм) - 6,82%;
- пылеватая фракция (-0,05 +0,005мм) -56,71%
- материал, относящийся по крупности к фракции глин -0,005мм - 36,47%.
Таблица 7
Теоретический баланс распределения золота на ЗИФ-КВ за период 2003-2019 гг. по данным [22]
Продукт Хар-ка Год
20192018201720162015201420132012201120102009200820072006200520042003
Поступает:
Первичная руда Выход, тыс. т Содержание, г/т Количество, т Извлечение, % 87 62 358 319 450 747 850 901 902 1024 938 925 882 832 704 906 827 1,3 1,4 1,2 1,6 1,8 1,4 1,4 1,6 1,7 1,6 1,7 1,5 2 2,2 2,9 3,6 3,9 0,1 0,1 0,4 0,5 0,8 1,0 1,2 1,4 1,5 1,6 1,6 1,4 1,8 1,8 2,0 3,3 3,2 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 11714 2,0 23,9 100
Выход полезного продукта:
Лигатурное золото Количество, т Извлечение,% 0,1 0,1 0,3 0,4 0,6 0,8 0,9 1,1 1,1 1,2 1,0 1,0 1,2 1,3 1,3 2,4 2,6 76,6 73,2 73,0 73,0 73,0 74,2 73,7 74,1 74,0 73,0 65,0 73,0 69,0 70,0 66,0 73,0 80,0 17,3 72,5
Выход ТМО:
Отработанный рудный штабель Выход, тыс. т Содержание, г/т Количество, т Извлечение, % 87 62 358 319 450 747 850 901 902 1024 938 925 882 832 704 906 827 0,3 0,4 0,3 0,4 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 0,4 0,6 0,7 1,0 1,0 0,8 0,03 0,02 0,12 0,14 0,22 0,27 0,31 0,37 0,40 0,44 0,56 0,37 0,55 0,55 0,69 0,88 0,65 23,4 26,8 27,0 27,0 27,0 25,8 26,3 25,9 26,0 27,0 35,0 27,0 31,0 30,0 34,0 27,0 20,0 11714 0,6 6,57 27,5
Главные породообразующие минералы в кеках представлены карбонатами (среднее содержание по пробам - 37%), слюдами и гидрослюдами (21%), полевыми шпатами (8%), глинистыми минералами (монтмориллонит, каолинит и др. - 4.5%), хлоритом (3%), баритом (1.6%) [19].
Основную массу минералов тяжелой фракции составляет пирит (65%). В пирите, обогащенном мышьяком, присутствуют единичные мелкие включения самородного золота. Характерной особенностью пирита из кеков является наличие форм растворения на поверхности. Образование части подобных форм предположительно является следствием деятельности тионовых бактерий (род ШоЪасШш) [19].
К настоящему времени отвал содержит около 12,1 млн. т. хвостов. Общая площадь территории занимаемой отвалом составляет 34 га. Хвосты цианирования на Воронцовском месторождении содержат от 1 г/т до 1,24 г/т золота [2], что характеризует рассматриваемый объект как техногенное месторождение бедных золотосодержащих руд. Из этих данных следует, что в отвалах кека цианирования находится не менее 12 т золота и 45 т серебра.
На материале кеков выщелачивания был выполнен ряд технологических испытаний с целью получения концентратов, отвечающих товарным параметрам. Наиболее эффективная схема обогащения включает дезинтеграционные и классификационные операции с последующей сульфидной флотацией. Суммарное извлечение золота в продукты концентрирования превысило 50%. По содержанию металла концентраты соответствуют товарным [19].
Таблица 8
Распределение Аи и Ag по классам материалов, слагающих кеки Воронцовской ЗИФ [19]
Угольная крошка. Образуются в результате грохочения термически реактивированного угля автоклавной десорбции. Затем поступает в отвалы кеков цианирования. Анализ ТМО эпитермальных месторождений (Валунистое - СВ, Айнское - КВ), также использующих активированный уголь в качестве сорбента показал, что на угольную крошку приходится 0,4% и 0,7% добываемого золота соответственно. Для Воронцовского месторождения в 2019 г это около 15 кг золота (0,5% добычи). Угольная крошка - весьма ценное ТМО (может содержать до нескольких кг золота на тонну) и обычно является конечным продуктом предприятия, однако на Воронцовского месторождении она идет в отвалы кеков.
Анализ содержаний благородных металлов в кеках [19] показал, что 22% Аи и 45% Ag сосредоточены в породообразующих минералах (силикатах, кварце и их сростках с сульфидами) предположительно в качестве субмикронных включений. Содержание золота в породообразующих минералах составило 0.4 г/т. Сульфидная фракция содержит в среднем 25 г/т золота и 41 г/т серебра. В сульфидах содержится 42.7% золота и 33.3% серебра от общего количества металла в кеках. Треть золота и пятая часть серебра кеков приходится на активированный уголь при содержании Аи - 1980 г/т и Ag -2480 г/т. Минералы магнитной фракции содержат 2.2 г/т золота и 5.3 г/т серебра и концентрируют 1.9 % золота и 2.1 % серебра от общего содержания (табл. 8).
Вещество Содержание минералов, мас. % Содержание в минералах, г/т Распределение по минералам, %
Au Ag Au Ag
Породообразующие минералы 95.36 0.4 1.65 22.6 44.8
Магнетит и прочие минералы железа 1.42 12.2 5.3 1.9 2.1
Пирит, арсенопирит и др. 2.85 25.3 41 42.7 33.3
Активированный уголь 0.03 1980 2480 32.8 19.8
Сумма 99.66 1.69 3.51 100.0 100.0
Уголь, попавший в отвал кеков, продолжает сорбировать золото из золотосодержащих техногенных вод, образование которых будет описана ниже, в главе 4. Техногенный активированный уголь несет до трети золота лежалых отвалов кеков.
Рентгеновское томографическое исследование внутреннего строения частиц угля показало, что золото в них сконцентрировано в трещинах и кавернах преимущественно внутри зерен и, в меньшей степени, на поверхности [19].
В табл. 9 продемонстрирован теоретический годовой баланс распределения золота на ЗИФ-СВ.
Таблица 9
Теоретический баланс распределения золота на ЗИФ-СВ за период 2005-2019 гг. по данным [22]
Продукт Хар-ка Год Сумма
2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005
Поступает:
Первичная руда Выход, тыс. т Содержание, г/т Количество, т Извлечение, % 1050 1003 1002 1001 924 924 924 917 901 907 796 604 478 413 315 3,5 3,4 3,5 4,2 4,2 5,6 5,7 5,3 5,9 6,1 6,0 6,5 6,3 5,9 4,3 3,7 3,5 3,5 4,2 3,9 5,2 5,3 4,9 5,3 5,5 4,8 3,9 3,0 2,4 1,4 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 12159 5,0 60,4 100
Выход полезного продукта:
Лигатурное золото Количество, т Извлечение,% 3,2 2,8 2,9 3,1 3,2 3,7 3,6 3,3 3,5 4,2 3,8 3,1 2,4 1,9 1,0 86,3 81 82,7 78,3 78,5 82,5 79,9 78,9 78 80 79 79 80 78 74 45,7 75,6
Выход ТМО:
Кек Выход, тыс. т Содержание, г/т Количество, т Извлечение, % 1050 1003 1002 1001 924 924 924 917 901 907 796 604 478 413 315 0,5 0,6 0,6 0,9 0,9 1,0 1,1 1,1 1,3 1,2 1,2 1,3 1,2 1,3 1,1 0,5 0,6 0,6 0,9 0,8 0,9 1,0 1,0 1,1 1,1 1,0 0,8 0,6 0,5 0,3 13,2 18,5 16,8 21,2 21,0 17,0 19,6 20,6 21,5 19,5 20,5 20,5 19,5 21,5 25,5 12159 1,0 11,8 24,4
Угольная крошка Количество, т Извлечение, % 3,018 0,0170,0180,0210,0190,0260,0260,0240,0270,0280,0240,0200,0150,0120,007 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,302 0,5
В табл. 10 приведен приблизительный подсчет учесть, что к концу эксплуатации рудника (2028)
количества техногенно-минеральных ресурсов золота, накопленных за время эксплуатации ЗИФ, а также его содержания в техногенно-минеральных объектах обогатительного производства. Стоит
количество техногенно-минеральных ресурсов увеличится еще на около 3,5-5 т, но их содержание в ТМО будет постепенно снижаться.
Таблица 10
Техногенно-минеральные ресурсы обогатительного производства месторождения Воронцовское
ТМО Время формирования Объем, млн. т Аи
Содержание, г/т Количество, т
Отработанный рудный штабель 2000-2020 14,1 0,64 9,0
Отвалы кеков 2005-2020 12,1 0,97 12,1
Всего: 2000-2020 26,2 0,81 21,1
4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКОВ И ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОД
В сформированных ТМО шламохранилища, находящегося в зоне гипергенеза происходит преобразование неустойчивых минералов за счет взаимодействия с атмосферными осадками, технологическими водами, при участии микроорганизмов, грибов, бактерий. Протекает естественный геологический процесс гипергенного (техногеогенного) минерало- и породообразования, «приспособление» осадков к новым условиям геологической среды [12].
Твердая часть ТМО. Первичный состав твердой части ТМО после дробления и истирания меняет свою структуру. Часть перетертых и высвобожденных минералов становятся неустойчивыми к процессам физического, химического и биогенного выветривания. В местах длительного лежания горных пород (отвалы вскрышных пород, рудные склады, отвалы кеков, отработанный рудный штабель) под воздействием воздуха и атмосферных осадков, благодаря окислению, выщелачиванию, действию бактерий и микроорганизмов образуется технологические воды, обогащенные металлами первичных руд и происходит новое минералообра-зование.
Преобладание в составе хвостохранилищ карбонатов определяет процессы преобразования вещества - сульфиды полностью замещаются карбонатами металлов (смитсонитом, церусситом, малахитом, сидеритом). Однако для железа через определенное время более устойчивым становится гематит. Для меди характерно замещение малахита тенардитом, и к стабильному состоянию в тенардите содержится более 50 % меди. КПШ устойчив некоторое время, после чего замещается каолинитом, мусковит устойчив на протяжении всего процесса, и его доля в породе возрастает. Образованные из сульфидов, сульфаты связываются в ангидрит и алунит. Кальцит начинает активно растворяться, его содержание постепенно снижается до стабильного состояния системы. В итоге в веществе хвостохранилища до конца расчетного процесса фиксируются все металлы в виде карбонатов или оксидов [6].
Очевидными признаками изменений в сульфидной части отходов является наличие новообразованных фаз и присутствие вертикальной и латеральной зональности. Внешне зональность выражается в том, что местами верхняя часть ТМО состоит из тонкозернистого ярозит-кварцевого материала желтого цвета, который перекрывает серую сульфидную мелкозернистую массу. Новообразованные корки, состоящие из кристаллогидратов сульфатов железа, в жаркую погоду практически полностью покрывают сульфидную массу [6]. Вторичные
признаки сульфидной минерализации выражены как продукты разложения сульфидов в виде кристаллогидратов сульфатного железа (розенит, смольнокит, мелантерит, кокимбит) [13]. Эти зоны гипергенного изменения и новообразований интересны для дальнейшего изучения, так как на месте нахождения кристаллогидратов сульфатного железа происходит высвобождение золота и других металлов [14]. Металлы могут выделяться в твердой фазе в виде микро- и наночастиц, а также переведены в ионную форму и раствор.
Криогенные процессы промораживания и оттаивания ТМО способствуют разложению сульфидов и высвобождению золота. Установлено, что при единичном цикле промерзания и оттаивания до 20% первичных сульфидов переходят в сульфатные фазы в виде кристаллогидратов металлов. А частицы золота служат подложкой, на которой кристаллизуются сульфаты, образуя скорлупу-пленку толщиной 2,0-3,0 мм. На частицы золота оседают мелкие частицы сульфидов и других сульфатов железа [13].
Гидроминеральная часть ТМО. При разработке рудников открытым способом нарушается рельеф, вскрываются горизонты невыветрелых пород, изменяются условия формирования водного стока.
Водоприток карьерного водоотлива формируется за счет притоков подземных вод, поверхностных стоков от дождей и ливней, а также таяния снежного покрова. Подземные воды, циркулируя внутри месторождения, растворяют сульфиды и карбонаты, в результате чего формируются слабощелочные и нейтральные сульфатно-гидрокарбонатные воды, несущие большие количества рудных элементов. Атмосферные воды, попадая на системы горных выработок (карьеры, канавы, траншеи, расчистки, отвалы некондиционных руд), в большом объеме выносятся за пределы карьера. Эти воды попадают в объекты гидросферы, создавая природно-техногенную систему.
В дренажных водах карбонатных хвостохрани-лищ высоки содержания цинка, калия, углерода, серы. Для цинка, свинца, меди и железа характерна только ионная форма, 99% алюминия находится в форме А1(ОН)3. Преобладает ионная форма нахождения калия, а сульфатная достигает 40%. Для кальция существенную роль начинает играть гидрокарбонатная форма (Са(НСОэ)+ до 20%), преобладает сульфатная форма (CaSO4), а доля ионной формы достигает 40%. Углерод в начале находится в виде растворенного СО2, затем преобладающей формой становится НСОз- [6].
В стоячих техногенных водах начинает образовываться осадок, в основном состоящий из ангидрита. Интересно, что ангидрит не устойчив на протяжении всего процесса, а претерпевает несколько циклов отложения-растворения. Через определенное время начинается отложение пирита в очень небольших количествах (не более 4 % от общей массы осадков) [6].
В процессах разложения сульфидов золото и сопутствующие металлы интенсивно перераспределяются, мигрируя из одних горизонтов хвосто-хранилищ и накапливаясь в других, что контролируется, прежде всего, сульфидностью первичных руд, рН и Eh гипергенных растворов.
Важное значение для распределения золота имеет совокупность различных геохимических барьеров [10]: биогенного, восстановительного, электрохимического, щелочного, кислого, сорбцион-ного. Наиболее благоприятными условиями для вторичной концентрации золота являются нейтральные и слабощелочные среды. Слабокислые и щелочные окислительные условия способствуют активной миграции золота [9]. Определяющими условия среды компонентами в составе ТМО будут сульфиды (кислая среда) и карбонаты (щелочная среда). Среда отвала кеков слабощелочная (рН - 8.4) [2] и карбонаты преобладают в составе исходных пород, поэтому техногенные воды буду иметь слабощелочную среду.
Заключение.
В результате изучения вещественного состава руд, методики добычи, технологических схем обогащения и производства продукции на золоторудном месторождении Воронцовское были выделены различные типы ТМО, которые содержат широкий спектр полезных компонентов.
Использование вещества ТМО Воронцовское месторождения возможно в различных областях промышленности и народного хозяйства. А на полигонах размещения хвостов кучного и сорбцион-ного выщелачивания, которые приравниваются к средним по запасам (содержат 21,1 т золота) золоторудным месторождения, следует провести специальный комплекс исследований для обоснования производства дополнительного спектра ликвидной продукции как в твердом, так и жидком виде. Извлечение металлов из материала хвостов обогащения, использование техногенных вод как гидроминерального сырья с попутным извлечением растворенных металлов, управление процессами разложения сульфидов обеспечат снижение экологической нагрузки на территорию. Переоценка минеральных ресурсов с учетом твердой и жидкой части ТМО месторождения Воронцовское, разработка технологических решений к вовлечению неучтенных ресурсов в хозяйственный оборот принесет существенный экономический и экологический эффект.
Дополнительный доход предприятию обеспечат мероприятия в рамках «наилучших доступных технологий» по уменьшению выбросов, снижению платы за количество отходов, доход с продажи других полезных компонентов, увеличение извлечения золота, налоговые льготы и государственную финансовую поддержку.
Литература
1. Азовскова О.Б., Баранников А.Г., Смагин И.В., Ровнушкин М.Ю. Полигенная природа окисленных руд Воронцовского золоторудного месторождения (Северный Урал) // Рудообразующие процессы: от генетических концепций к прогнозу и открытию новых рудных провинций и месторождений. Мат. Всерос. конф. М.: ИГЕМ РАН, 2013. С. 120-123.
2. Акименко Д.О., Пашкевич М.А. Оценка влияния склада кека ЗАО "Золото Северного Урала" на компоненты окружающей среды и разработка методов её защиты // Научный вестник Московского государственного горного университета. 2010. № 2. С. 73-78.
3. Амдур А.М., Ватолин Н.А., Павлов В.В., Федоров С.А., Матушкина А.Н. Содержание примесей в частицах дисперсного рудного золота в зависимости от их размеров // Доклады Академии Наук. 2016. Том 470. № 5. С. 671-673.
4. Баклаев Я.П., Усенко А.И. Ауэрбахо-Турь-инское рудное поле. Скарново-магнетитовая формация Урала. Средний и Южный Урал. Свердловск, 1989. С. 25-58.
5. Бобров В.Н., Хрыпов В.Н., Кусмауль Э.Г. Геология и методика разведки Воронцовского золоторудного месторождения // Проблемы геологии и разведки месторождений золота, извлечения благородных металлов из руд и отходов производства. Мат. межд. конф. Екатеринбург: УГГА, 1999. С. 71-73.
6. Бортникова С.Б., Гаськова О.Л., Бессонова Е.П. Геохимия техногенных систем /Отв. ред. Г.Н. Аношин. Ин-т геологии и минералогии СО РАН. Новосибирск: Академическое изд-во "Гео". 2006, 169 с.
7. Викентьев И.В., Тюкова Е.Э., Викентьева О.В. Модель формирования Воронцовского золоторудного месторождения, Северный Урал // Основные проблемы в учении об эндогенных рудных месторождениях: новые горизонты Материалы Всероссийской конференции, посвященной 120-летию со дня рождения выдающегося российского ученого академика А.Г. Бетехтина. Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук. 2017. С. 388-392.
8. Кабанов А.А. Окисленные руды - новый геолого-промышленный тип гипергенных месторождений золота: На примере Воронцовского месторождения на Урале. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук / Санкт-Петербургский горный университет. Санкт-Петербург, 2001. 25 с.
9. Калинин Ю.А., Росляков Н.А., Прудников С.Г. Золотоносные коры выветривания юга Сибири. Новосибирск: Академ. изд-во «Гео». 2006, 339 с.
10. Калинин, Ю.А. Росляков Н.А., Наумов В.А. Эпигенез самородного золота в активном слое мерзлоты // Россыпи и месторождения кор выветривания: изучение, освоение, экология: материалы
XV Международного совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. Пермь, 2015, с. 89-90.
11. Минина О.В. Ауэрбаховская комплексная рудно-магматическая система на Среднем Урале // Отечественная геология. 1994. № 7. С. 17-23.
12. Наумов В.А. Минерагения, техногенез и перспективы комплексного освоения золотоносного аллювия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук / Пермский государственный университет. Пермь, 2010. 42с.
13. Наумов В.А., Хусаинова А.Ш. Влияние сезонного промораживания и прогревания сульфидов на частицы золота в техногенно-минеральных образованиях// Цветные металлы и минералы. Сборник докладов Девятого международного конгресса. Красноярск, 2017. С. 942-951.
14. Наумов В.А., Наумова О.Б. Признаки сульфидной минерализации базальтов Большого Курей-ского водопада (плато Путорана) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сборник научных статей. ПГНИУ. Пермь, 2020. Вып. 23. С. 32-39.
15. Несват М.С. Сравнительная характеристика рудных типов Воронцовского золоторудного месторождения (Свердловская область) // Металлогения древних и современных океанов. 2020. № 1. С. 151-154.
16. Сазонов В.Н., Мурзин В.В., Григорьев Н.А. Воронцовское золоторудное месторождение - пример минерализации карлинского типа на Урале, Россия // Геология рудных месторождений. 1998. Т. 40, № 2. С. 157-170.
17. Степанов С.Ю., Шарпёнок Л.Н., Антонов А.В. Флюидо-эксплозивные брекчии Воронцов-ского золоторудного месторождения (Северный Урал) // Записки РМО, 2017. Т. 146. № 1. С. 29-43.
18. Степанов С.Ю., Паламарчук Р.С., Черепанов А.В., Проскурнин В.Ф. Геолого-генетический тип Воронцовского месторождения золота (Северный Урал) // Уральская минералогическая школа. 2019. № 25. С. 163-168.
19. Строев Т.С. Вещественный состав и возможность отработки лежалых кеков выщелачивания Воронцовской ЗИФ, Северный Урал // Металлогения древних и современных океанов. 2014. № 1. С. 168-172.
20. Hedenquist J.W., Browne P.R. Allis R.G. Epithermal gold mineralization. Wairakei, New Zeland. 1988. 169 p.
21. Murzin V.V., Naumov E.A., Azovskova O.B., Varlamov D.A., Rovnushkin M.Yu, Pirajno F. The Vo-rontsovskoe Au-Hg-As ore deposit (Northern Urals, Russia): Geological setting, ore mineralogy, geochemistry, geochronology and genetic model // Ore geology reviews. 2017. 85. P. 271-298.
22. Polymetall International plc. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.polymetalinternational.com (дата обращения: 21.05.2020).
