CC BY
231
--------------------------------- © Н.И. Грехнев, И.Ю. Рассказов,
2009
УДК 622.013.34
Н.И. Грехнев, И.Ю. Рассказов
ТЕХНОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ В МИНЕРАЛЬНЫХ ОТХОДАХ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА КАК НОВЫЙ ИСТО ЧНИК МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Н ачиная со второй половины XX века, в России и мире в целом наблюдается гигантский рост потребления минеральных ресурсов. При их добыче образовалась масса технических и технологических отходов, которые могут быть использованы в будущем, а частично и в настоящее время, как дополнительный источник минерального сырья и разрабатываться как вторичные или “техногенные” месторождения. Техногенные месторождения - это скопления минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, представляющие собой отходы горного, обогатительного, металлургического и других производств, пригодные по количественным и качественным показателям полезных компонентов для промышленного использования, которое становится возможным по мере развития технологии его переработки и изменения экономических условий [1].
Суммарное содержание полезных компонентов, которые накопились в техногенных отходах за время работы горных предприятий существенно превышает их количество в ежегодно добываемых рудах. В настоящее время промышленность диктует новые требования к минеральному сырью, поскольку известные месторождения полезных ископаемых обедняются и истощаются. Это, естественно, повышает интерес к разработке техногенных месторождений с целью получения цветных, благородных, редких и других металлов.
Особый интерес для горнодобывающей промышленности в дальневосточном регионе представляют технологические отходы обогатительных фабрик, которые накоплены в крупных хвостохра-нилищах и представляют собой комплексные техногенные месторождения. Хвостохранилища более удобны для освоения и утили-
зации, чем другие отвальные материалы, поскольку они более однородны по механическому составу, а часто представляют собой фракционированные пески. Такие пески наиболее перспективны не только для извлечения ценного минерального сырья, но и для утилизации их в строительных целях.
Привлекательными особенностями для освоения таких техногенных месторождений являются: 1) расположение их преимущественно в промышленно освоенных районах, 2) расположение их в поверхностной зоне и раздробленность рудной массы, 3) обилие вторичных (выветрелых) и «техногенных» минеральных форм, замещающих гипогенные минералы в зоне гипергенеза.
Помимо чисто экономического интереса, хвосты обогащения и содержащиеся в них техногенные месторождения могут создавать существенные экологические проблемы, поскольку часто хвосто-хранилища построены без защиты от процессов фильтрации через ложе и ограждающие дамбы, и являются активными и долговременными источниками химического загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферы и почв вследствие химического преобразования сульфидных минералов и формирования агрессивных дренажных растворов, газовых выделений и др.
В Дальневосточном регионе, в результате сравнительно короткой истории горнодобывающей промышленности в отвалах и хво-стохранилищах горных предприятий накоплено более 5 млрд. тонн твердых отходов. Количество их постоянно растет в связи с вовлечением в разработку более бедных руд. Однако основной причиной накопления значительных объемов хвостов обогащения и содержащихся в них полезных компонентов связано с использованием в обогатительном производстве отсталых технологий переработки рудной массы и извлечения металлов, которое проводится традиционными способами, на основе комбинированных схем гравитационно-флотационного обогащения с получением промышленного концентрата.
При существующих методах обогащения рудной массы и получения промышленного концентрата производство сопровождается высокой отходоёмкостью. Так, на примере Солнечного ГОКа, из руды извлекается всего лишь около 50-60 % олова, 60% меди, 55% свинца и трехокиси вольфрама [2,3], остальные ценные элементы, содержащиеся в руде (2п, As, Ag, В^ Sb и др.), полностью уходят в хвосты обогащения. Примерно такой же эффективностью извлече-
ния обладали все горные производства южного Приморья при освоении комплексных оловянно-полиметаллических месторождений сульфидной формации.
В составе Солнечного ГОКа с 1961 по 2000 г. функционировали Солнечный и Молодежный рудники, разрабатывающие несколько комплексных олово-полиметаллических месторождений, руды которых перерабатывались на Солнечной (СОФ) и Центральной (ЦОФ) обогатительных фабриках. Всего за это время добыто и переработано свыше 40 млн т. руды. Руды по составу комплексные, представлены кварц-турмалино-вой, кварц-касситеритовой, кварц-сульфидной, кварц-карбо-натно-сульфидной минеральными ассоциациями. Основными извлекаемыми компонентами являются олово, вольфрам, медь, свинец и некоторые другие. Для попутной добычи представляют интерес индий, сурьма, ванадий, кадмий, золото, кобальт. Эти компоненты не учитываются, поскольку их извлечение по существующим технологическим схемам низкое (не более 5-10%).
На сегодняшний день хвосты обогащения Солнечного ГОКа, сосредоточенные в 3-х крупных хвостохранилищах, представляют собой крупные комплексные техногенные месторождения минерального сырья и строительных материалов, в которых подсчитано свыше 36,6 млн. куб.м. песков, мехсостава от -1 до -0,015 мм, содержащих (в тыс.т.): 48,7 олова (при Сср - 0,202%), 110 меди (0,460%), 22,5 цинка (0,094%), 29,6 свинца (0,123 %), 9,6 вольфрама (0,040%), серебра 0,34 (1.227г/т), 5,8 висмута (0,03%) и более 1015% серы, мышьяка и др. (таблица). Только в одном хвостохрани-лище центральной ОФ (16,6 млн. куб.м. песков) содержится в промышленных концентрациях олово, медь, цинк, свинец, вольфрам, серебро, висмут, мышьяк, сера и многие другие редкие металлы. Мощность намытых хвостов ЦОФ составляет 30 м., площадь -около 3, 0 кв. км, плотность (объемный вес) песков 1,77 - 2.13 т /м3, угол внутреннего трения 31 - 33 град.; коэфф. сцепления - 0,0, ко-эфф. фильтрации 0,13 - 2,86 м / сут. Максимальная высота намывной дамбы от поверхности земли - 9,6 м.
ІР
Горно-экономическая характеристика горнопромышленных отходов наиболее крупных предприятий южной части Дальнего Востока России
Горнопромышлен-ные предприятия Кол-во хвостохрани-.ииц: их объем, млн. т. Занятые земли, тыс. га Учтенные запасы металлов (млн.т) и их содержания (%) в хвостах обогащения (на 01.01.2000 г.)
Хрустальненский ГОК (Приморье) 6; 8,6 7,6 Sn - 4 7,37 / 0,18; Си -19,46 / 0,11; РЬ - 32,4 / 0,05; Zn - 95,2 / 0,12; ^, Аи, Rb, Cs)
ОАО ”Дальполиметалл”, (Приморье) 5; >100 7,0 Свинец цинк, серебро, висмут, медь, мышьяк, кадмий, кобальт
ОАО ”БОР“, (Приморье) 2; >100 100 Бор, цинк, свинец
Лермонтовская ГРК, (Приморье) *4 сл 2; 15,2 Вольфрам, цинк, медь, свинец, кадмий
ОАО “Дальолово” (Солнечный ГОК), Хабаровский край 3; 30 1,5 Олово, медь, вольфрам, свинец, висмут, сурьма, редкие
Ярославский ГОК, (Приморье) 3; 16,8 2,94 Флюорит-2401 (14,31); Ве20-19,5(0,116); Li20-99,44 (0,59); Rb20 -53,2 (0,32); Cs - 2,5 (0,015)
Хинганский ГОК 2; 3,95 0,54 Олово, фтор и др.
ОАО ’’Многовершинный ГОК”, Хабаровский край) 1; 15,0 0,65 Серебро и др.
Рудн. Покровский, Амурская обл. 1; 2,5 0,102 Серебро и др.
Всего 25; 292 202,8
Исследование технологических проб из хвостохранилища Солнечной ОФ (руч. Первый) показали, что основной минерал касситерит на 75% находится в свободном состоянии и практически может быть извлечен в промышленный концентрат [2]. Даже при комбинированной схеме гравитационно-флотацион-ного обогащения возможно получение промышленных концентратов с 50процентным содержанием касситерита.
Установлена возможность получения из сульфидных продуктов доводки комплексного оловянно-свинцово-цинкового и сереб-ро-висмут-кадмий-содержащего продуктов, пригодных для металлургической переработки. Это позволяет считать хвосты обогащения Солнечного ГОКа ценным минеральным сырьем, глубокая переработка которых может дополнительно обеспечить добычу ценных металлов. Для эффективного их извлечения необходимы новые, комбинированные химико-металлургические технологии [4]. Опыт отработки хвостохранилища на ключе Первый (Солнечная ОФ) предприятием “Дальолово” показал возможность совместной переработки рудного сырья и материала хвостов, при котором функционирование предприятия остается рентабельным.
Подобная ситуация отмечается в Кавалеровской и Дальнегорской группах хвостохранилищ, накопленных при освоении оловополиметаллических месторождений Хрустальненским ГОКом и ОАО «Дальполиметалл», в которых сосредоточены огромные объемы рудосодержащих песков, являющихся в настоящее время мощными и долговременными источниками химического загрязнения компонентов природных экосистем [5].
Минерально-сырьевую базу ОАО «Дальполиметалл» составляют около 20 полиметаллических, олово-полиметал-лических скарновых и жильных месторождений, обогащение которых проводилось на Центральной и Красногорской обогатительных фабриках. Руды по составу геденбергит-сульфид-ные, аксинит-гранат-геденбергит-сульфидные, сульфидные. Среднее содержание свинца в рудах по данным за 1994г. Составляет 1,84-2,4%, цинка 2,384,62%. Из числа попутных компонентов наибольшее промышленное значение имеет серебро (от 35,7 до 307 г/т).
Из числа других попутных компонентов в некоторых месторождениях балансом запасов учтены олово, с содержанием 0,30,42%, висмут - 0,003-0,014%, кадмий - 0,016-0,065%, медь -0,10,71%, индий 0,0006-0,007%, сера -3,09-16,8% и другие. Централь-
ная ОФ получает свинцовый и цинковый концентраты, входящий в структуру Дальполиметалла свинцовый завод - свинец рафинированный, штейн медный, металлический висмут и золотосеребряный сплав. Извлечение из свинцового концентрата в конечную продукцию на свинцовом заводе достигает по свинцу 94,09%, по серебру-98,31%, по висмуту-90,97%, а по меди - всего 5,3%.
Минеральный состав хвостов обогащения представлен (в %): Zn - 0,27-0,29; Pb - 0,11 - 0,18; Cu - 0,01 - 003 Ag - 5-6 г/т [6].
В водах р. Рудной, дренирующей горные объекты ОАО «Дальполиметалл» и являющейся конечным приемником всех стоков, в аномально высоких концентрациях обнаруживаются медь (до 359 ПДК), кадмий (до 260 ПДК), бериллий (до 18 ПДК), железо (до 15 ПДК), цинк (до 6 ПДК), никель (до 3 ПДК). В 30-100 раз превышают фон концентрации свинца, в 290 раз - кобальта, в 470 раз - марганца (Остапчук, 1992).
Минерально-сырьевую базу ОАО "Бор составляют датолито-вые руды Дальнегорского борного и известняки Мономаховского месторождений. Это - крупный скарновый массив, промышленная минерализация которого сложена практически одним минералом -датолитом. Кроме него в рудах присутствуют кальцит, гранат, вол-ластонит, пироксен, кварц и гизингерит. Бортовое содержание В2О3 - 3,5%, максимальное 18-20%, при среднем 10,2%. Предприятие осуществляет полный технологический цикл добычи, обогащения и химической переработки борового сырья. Обогащение руд ведется флотацией в пересчете на 15% B 2О3, извлечение в товарную продукцию составляет около 80,7%. Конечная продукция - борная кислота, борат кальция, перборат натрия, молотый и гранулированный ангидрид, бура 5-водная и 10-водная, октаборат натрия, бура техническая, боросил, фритты эмалевые, серная кислота, товары народного потребления.
Значительное количество твердых отходов образуется при обогащении датолитовых руд и переработке концентрата на химкомбинате. В хвостохранилищах складируются хвосты магнитнофлотационного обогащения, шлам-борогипс, образующийся при производстве борной кислоты, мел - отход производства пербората натрия и шлак серы - отход производства серной кислоты. Легкая фракция (отходы обогащения в тяжелых средах), а также высевка известняка (отход производства извести) используются в качестве вторичного минерального сырья в местном строительстве.
На Вознесенском редкометалльно-флюоритовом месторождении (Ярославский ГОК) добываются только слюдисто-флюоритовые руды; карбонатно-флюоритовые руды с повышенной концентрацией кальцита, а также силликатно-флюоритовые руды складируются в отвалы. Минимальное промышленное содержание флюорита составляет 30%, бортовое - 20%. Слюдисто-
плавикошпатовая руды содержит флюорит - 36-40%, мусковит и лепидолит - 35-37 %, карбонаты - 4-10 %, кварц - 2-4, турмалин, топаз - 1,7-1,8, углистое вещество - до 0,2, глинистые минералы -до 6%. Кроме плавикового шпата, флюоритовые руды содержат в промышленных концентрациях LІ20 - 0,59; Rb20 - 0,32; Cs2 0 -0,015 %.
Бериллий концентрируется в карбонатно-флюоритовых рудах в составе фенакита, хризоберилла, эвклаза и берилла. Среднее содержание Ве2О в руде составляет 0,096%. Редкие щелочные элементы - Li, Rb, Cs собственных минералов не образуют, а входят в состав слюд - мусковита, лепидолита, цинвальдита, эфесита и другие. При флотационном обогащении слюдисто-флюоритовой руды эти металлы не извлекаются и складируются в хвостохранилищах в составе передельных хвостов.
Хвосты обогащения, содержащие редкие элементы, накапливаются в трех хвостохранилищах, расположенных каскадом на северо-восточной окраине п. Ярославка. Всего в хвостохранилище (на 01.1995г.) было накоплено 16 775 600 т. отходов обогащения, содержащих (тыс. т./ %) СaF2 - 2401/ 14,31; Ве2 О -19, 5 / 0,116; Li2 О - 99,4/ 0,59, Rb2 0 - 53,2 / 0,32, Cs 2О - 25, 2/ 0,015 (табл.1).
Минерально-сырьевую базу АООТ "Лермонтовская горнорудная компания" составляют месторождения Лермонтовское и Восток-2. Основные рудные тела Лермонтовского скарново-шеелитового месторождения представлены сложными скарново-грейзеновыми залежами, развитыми по карбонатным породам и спилитам. По минеральному составу выделяется два типа первичных руд: шеелит-скарново-сульфидный и шеелит-грейзеновый. Главные минералы: шеелит, пирротин, кварц, диопсид, мусковит, актинолит, тремолит, геденбергит; второстепенные - пирит, халькопирит, арсенопирит, вольфрамит, сфалерит, минералы висмута и другие. В числе попутных компонентов балансовым запасом в рудах учтены медь, золото, серебро, сера.
Всего за период с 1969г. по 1988г. накоплены вскрышные отвалы (6 796 тыс. м3) на площади 55,7 га и хвосты обогащения, объем которых составляет около 2,4 млн.т., размещенных на площади 965 тыс. м2. Исходя из среднего состава руд, поступающих на ОФ и достигнутых показателей извлечения, в хвостах обогащения содержится (%): 2 О3 - 0,86, Си - 0,18, Р 05 - 0,55, Sn - 0,05, As - 0,15,
Bi - 0,001, РЬ - 0,05, 2п - 0,05. Таким образом, хвосты обогащения на предприятиях “Лермонтовской горнорудной компании” следует рассматривать в качестве перспективного источника вторичного минерального сырья на вольфрам, медь и другие металлы.
Многие золотоносные пески россыпных месторождений золота содержат в промышленных количествах ильменита, рутила, циркона и другие - до десятков и сотен кг / м 3 песка. Ильменит, циркон и др. часто сопровождают россыпное золото, но при добыче драгоценного металла они выбрасываются, как «мешающие» минералы. Высокое содержание ильменита (п10-п100 кг/м3) и циркона (п10 кг/м3) отмечается в золотоносных россыпях Охотского района, Нижнего Приамурья (Кербинский и Херпучинский райны) и Приморья. Ежегодно в регионе при разработке золотоносных россыпей промываются миллионы кубометров продуктивных на золото песков, из которых можно получать ильменитовый концентрат с содержанием 50 % двуокиси титана. В пределах кристаллических сланцев в россыпях обнаруживается более ценный титановый минерал - рутил. Попутное извлечение минералов титана и циркония из россыпей может существенно повысить эффективность работ на золото. Однако титановые циркониевые минералы золотоносных россыпей уходят в отвал, хотя они являются ценным минеральным сырьем.
Техногенные месторождения представляют собой новый источник минерального сырья, формирующийся в процессе горнопромышленного производства. Привлекательными особенностями для освоения техногенных месторождений является поверхностный характер залегания, расположение в преимущественно освоенных районах, раздробленность рудной массы и своеобразие минерального состава руд. Они могут служить крупным потенциальным источником различных полезных компонентов, в т.ч. цветных, редких, благородных и других металлов. Необходимы дальнейшее их изучение, ревизия и сбор сведений для создания информационно-организа-ционной базы данных, включающих совокупность учетных
показателей и технико-экономической оценки, для принятия оптимальных решений в данной области.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Макаров А.Б. Техногенные месторождения // Соросовский образовательный журнал. 2000. № 8. С. 76-80.
2. Основные проблемы изучения и добычи минерального сырья Дальневосточного экономического района. Минерально-сырьевой комплекс ДВЭР на рубеже веков / Ю.И. Бакулин, В.А. Буряк, Е.Н. Галичанин и др. - Хабаровск, 1999. 214 с.
3. Грехнев Н.И., Секисов Г.В. Минеральные отходы горных предприятий Дальневосточного региона: проблемы их утилизации и экологии // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. № 11. С. 189-194.
4. Проект ТЭО организации Солнечного горно-металлургического комбината / А.Е. Крейнес, А.Л. Высотин, Г.В. Коренев. Солнечный, 2003.
5. Тарасенко И.А., Зиньков А.В. Экологические последствия минералогогеохимических преобразований хвостов обогащения Sn-Ag-Pb-Zn руд (Приморье, Дальнегорский район). Владивосток: Дальнаука, 2001. 194 с.
6. Зверева В.П. Современные аспекты техногенеза в геоэкологии (на примере горнорудной промышленности Дальнего Востока) // Горный информационноаналитический бюллетень. Отдельный выпуск: Дальний Восток-2. 2007. № ОВ 15. С. 230-240. ЕШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Грехнев Н.И. - кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник,
Рассказов И.Ю. - доктор технических наук, профессор, директор, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск.
E-mail: [email protected] E-mail: [email protected]
