CC BY
17№ 1(8), 2010 РЕгион: системы, экономика, управление
УДК 549.27:553.691(470.32)
И. М. Чернышов
ТЕХНОГЕННЫЕ ПРОДУКТЫ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ-ГИГАНТОВ КМА — НОВЫЙ КРУПНЫЙ ОБЪЕКТ ЗОЛОТО-ПЛАТИНОДОБЫЧИ XXI СТОЛЕТИЯ И ПРОБЛЕМЫ ЕГО КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ
Огромная масса (более 1,3 млрд. т) накопленных в хвостохранилищах промпродуктов горнорудных предприятий КМА, перерабатывающих свыше 50% железных руд России, выступают в качестве нового, нетрадиционного и одного из крупнейших по ресурсам золота и платиноидов (МПГ) источника техногенного курско-белгородского типа месторождений благороднометалльного сырья XXI столетия. Приведены результаты распределения Au и МПГ в различных продуктах обогащения железорудного сырья месторождений-гигантов КМА. Максимальные концентрации благородных металлов сосредоточены в песках гидроциклона (Au=25,2-43,5 г/т, МПГ до 1,5 г/т, при извлечении Au 58,4%) и немагнитной фракции
(Au=15 г/т, Pd+Pt=0,6 г/т, Ag=9 г/т) гравитационного концентрата. Приведена характеристика пяти различных по генетической природе (осадочно-метаморфогенный, метаморфогенно-метасоматический, гидротермально-метасоматичес-кий, гипергенно-метасоматический, осадочный зон несогласий) поступающих в хвостоотва-лы первичных источников Au и МПГ, представленных более чем двадцатью собственными минеральными фазами, вкрапленными и примесными формами в сульфидах и сульфоарсени-дах. Выделены основные параметры негативного влияния на биосистемы различных по размерам, составу и формам нахождения микро- и наночастиц (углеродистое вещество, оксид кремния, металлические супермагнитные кристаллы и наночастицы благородных металлов), сосредоточенных в хвостохранилищах и которые следует учитывать при выборе современных безопасных технологий переработки отходов обогащения в условиях экологических
ограничений.
Ключевые слова: месторождения, железистые кварциты, золото, платиноиды, техногенные продукты, хвостоотвалы, ресурсы, перспективы освоения, микро- и наночастицы, биосистемы, экология, КМА, Центральная Россия
UDC 549.27:553.691(470.32)
N. M. Chernyshov
TECHNOGENIC PRODUCTS OF GIANT IRON ORE DEPOSITS IN THE KMA REGION AS A NEW LARGE-SCALE OBJECT OF GOLD-PLATINUM EXTRACTION IN THE XXI CENTURY AND PROBLEMS OF ITS COMPREHENSIVE DEVELOPMENT UNDER THE CONDITIONS OF
ECOLOGICAL RESTRICTIONS
A huge amount (more than 1,3 billion tons) of accumulatedfactory products in tail heaps of the mining enterprises in the KMA region, processing over 50% of iron ores in Russia, is treated as a new, innovative and one of the largest resources of gold and platinoids (PGM) in the XXI century in the technogenic Kursk-Belgorod type of deposits of noble-metal raw materials. The results of the distribution of Au and PGM in different concentrates from iron ore raw materials in the giant deposits of the KMA region are presented. Maximum concentrations of noble metals are found in the sands of the hydrocyclone (Au = 25,2-43,5 g /1, PGM up to 1,5 g /1, when extracting Au 58,4%) and nonmagnetic fraction (Au = 15 g /1, Pd + Pt = 0,6 g /1, Ag = 9 g /1) of gravity concentrate.
The profiles of five different with respect to genetic nature (sedimentary metamorphic, metamorphic-metasomatic, hydrothermal-metasomatic, supergene-metasomatic, sedimentary of unconformity zones) primary sources of Au and PGM entering tail heaps represented by more than twenty independent mineral phases, inclusions and impurity forms in sulfides and sulfoarsenides are provided. The major parameters of a negative impact on biosystems of different, with respect to size, composition and forms ofpresence, micro-and nanoparticles (carbonaceous substance, silicon oxide, metal supermagnetic crystals and noble metal nanoparticles) concentrated in the tail heaps that should be taken into account when choosing modern safe technologies for the reprocessing of mining processing waste under the conditions of ecological constraints are pointed out. Key words: deposits, ferruginous quartzites, gold, platinoids, technogenic products, tail heaps, resources, prospects of development, micro- and nanoparticles, biosystems, ecology, KMA, Central
Russia.
Минерально-сырьевые ресурсы составляющие, по-существу, основу современного и ближайшего будущего существования и развития человечества, сформировались в течение длительной (более 4,5 млрд. лет) истории становления Земли и являются невозобновляемы-ми. Проблема наиболее полного освоения минеральных ресурсов и их использования была и остается одной из важнейших и, вместе с тем, слабо разрабатываемой в мировой и отечественной экономике. По данным ряда исследований [5, 20] в горнорудной промышленности коэффициент использования извлекаемой из недр горной массы составляет не более 10% и только за счёт комплексного освоения месторождений с применением новейших технологий можно увеличить годовой объём продукции на 15%, снизив таким образом её себестоимость на 20-30% и уменьшить затраты на капитальные вложения на 40-50% [20].
С этих позиций особое экономическое и вместе с тем экологическое значение приобретает решение проблемы комплексного освоения и глубокой переработки железистых кварцитов и техногенных
«...Богатство - это продукт не только естественных ресурсов, но и технологии.
Из этих двух слагаемых - технология неизмеримо важнее.»
Пол Пильцер, видный американский экономист
продуктов железорудных месторождений КМА [5, 9, 13, 17, 20, 23, 24].
1. Типы, состав, формы концентрирования благородных металлов железорудных месторождений — продуцентов техногенных источников золота и платиноидов.
В мегаблоке КМА сосредоточен ряд супергигантских (Михайловское, Лебединское) и гигантских (Коробковское, Стойленское, Стойло-Лебединское) месторождений (рис. 1), связанных с железисто-кремнисто-сланцевой формацией нижнего карелия (в объеме курской серии). Две трети разведанных запасов железистых руд России сосредоточено в этих пяти месторождениях [1, 9].
Важнейшим компонентом железистых кварцитов, а так же сформировавшихся за их счет залежей богатых железных руд доверхневизейской коры выветривания являются благородные металлы, выступающие в качестве одного из крупнейших нетрадиционных источников селективной и попутной золото-платинодобычи XXI столетия [12, 23, 24]. Среди разнообразных по составу желез-
Рисунок 1 — Местоположения рудных районов КМА (а): 1 — железистые кварциты; 2 — рудные районы: Михайловский (1) и Старооскольский (2); и схематическая геологическая карта Старооскольского железорудного узла (б): нижний протерозой
- курская серия: 1-2 - коробковская свита: 1 - верхняяя сланцевая подсвита (PR11kr4), 2
- верхняя и нижняя железорудные подсвиты с внутрирудной (нижней) сланцевой под-свитой (PR11kr3_1); 3 - стойленская свита (PR11st) - кварцитопесчаники, кварц-слюдяные сланцы; 4 - микроклиновые граниты атаманского комплекса (yPR12a); 5 - габбродио-риты, кварцевые диориты стойло-николаевского комплекса (yëUPR11sn); 6 - нерасчле-ненный гранитогнейсовый комплекс (my(AR-PR11)) - гранитогнейсы, мигматиты, гнейсы, прослои и линзы амфиболитов; верхний архей - 7-плагиограниты салтыковского комплекса (yAR2sl); 8 - михайловская серия (AR2mh); 9 - разломы; 10 - месторождения: 1-Панковское, 2-Коробковское, 3-Лебединское, 4-Стойло-Лебединское, 5-Стойленское.
ных руд выделено [19] пять генетических типов золото-платинометалльного оруде-нения (табл. 1), каждый из которых характеризуется специфическими условиями локализации, морфологией и масштабами рудных залежей, типом минерализации, содержанием благородных металлов и практической значимостью [15, 16]:
1) осадочно-метаморфогенный рассеянный (обширные площади развития железистых кварцитов в пределах месторождений) с низкими содержаниями Au (0,02-0,12 г/т) и платиноидов (до 0,05 г/т);
2) один из наиболее крупных по ресурсам металлов платиновой группы (МПГ) и Au (первые тысячи тонн) стратиформ-ный метаморфогенно-метасоматический (рис.2,3) сульфидизированных контак-
товых зон железистых кварцитов с подстилающими сланцами (Au=0,54-6,18 г/т, Pt=0,12-0,30 г/т, Pd=0,58-0,77 г/т) и вну-трирудных углеродсодержащих толщ ^=2,6-36,6 г/т, Ag=91-540 г/т, Pt=0,14-0,28 г/т, Pd до 0,57 г/т); 3) гидротермально-метасоматический (Au=0,6-6,2 г/т, иногда до 35,8 г/т, МПГ=0,3-0,5 г/т); 4) гипергенно-метасоматический в зонах развития линейных кор выветривания (богатые мар-титовые руды; Au=0,64-4,30 г/т, иногда до 41,7 г/т, Pd до 1,5 г/т); 5) осадочный (базаль-ные горизонты зон несогласий: докембрий-фанерозой и фосфоритовые плиты девона; Au=0,53 г/т, Pt=0,15 г/т, Pd=1,70 г/т, РЗЭ=556,3 г/т, ^12,2-23,6 г/т; рис. 4).
Таблица 1 - Генетические типы и закономерности размещения золото-платинометалльного оруденения железорудных месторождений-гигантов КМА.
Структурно-вещественный контроль оруденения. Содержание Аи, Р^ Pd (г/т). Тип минерализации Морфология рудных залежей Возможное практическое применение
1 2 3 4 5
1. Осадочно-метаморфогенный
Обширные площади развития железистых кварцитов в пределах месторождений. Низкие (фоновые) Аи=0,02-0,12 МПГ до 0,05 Рассеянный Пластовые залежи железистых кварцитов Попутное извлечение из продуктов переработки железных руд
2. Метаморфогенно-метасоматический
Зоны контакта углеродистых сланцев с кварцитами и вну-трирудные углерод-содержащие сланцы с обильной сульфидной минерализацией. Аи=0,54-6,18 Р1=0.12-0.30 Pd=0.58-0.77 Концентрирован-ный Стратиформные залежи мощностью от первых метров до 90 м и протяжённостью до 70 км. Самостоятельные золото-платиноидные объекты для селективной отработки
3. Гидротермально-метасоматический
Серия прерывистых линейных зон гидротермально-метасоматических образований с локальными зонами ме-тасоматитов Аи=0,6-6,2 -иногда до 35,8 МПГ - до 0,30,5 Концентрирован-ный Жилы, линзо- и жи-лообразные тела мощностью до 3-5 м и протяжённостью первые сотни метров среди железистых кварцитов Самостоятельные, преимущественно золоторудные объекты для селективной отработки
4. Гипергенно-метасоматический
Зоны развития линейных кор выветривания железистых кварцитов (богатые мартитовые руды) Аи=0,64-4,30 иногда до 41,7 МПГ=0,10 Концентрирован-ный Разнообразные по масштабам лин-зо- и жилообраз-ные секущие тела в «карманах» кор выветривания Самостоятельные платиносодержащие золоторудные объекты для селективной отработки
5. Осадочный
Базальные горизонты зон несогласий (докембрий-фанерозой), перекрывающие богатые мартитовые руды Аи=0,53 Р^0,15 Pd=1,70 РЗЭ=556,3 и=12,2-23,6 Концентрирован-ный Пластовые тела сульфидизирован-ных органогенных пород девона («фосфо-ритовая плита» мощностью от 1 и более метров) в кровле железорудных месторождений Самостоятельные уранредкозе-мельноблагородноме-талльносодержащие объекты во вскрышных породах (селективная отработка)
Рисунок 2 - Положение золото-платиноносной зоны стратиформного типа Михайловского рудного узла: нижний протерозой: 1 - курбакинская ироговская свиты (PR11kb-rg); 2 - коробковская свита (PR11kr): 3 - стойленская свита (PR11st); 4 -верхний архей, александровская свита (AR2al); 5-6 - магматические комплексы: сал-тыковский (5) и сергиевский (6); 7 - разрывные нарушения; 8 - оси складчатых структур; 9 - линия разреза; 10 -рудовмещающая зона стратиформного типа; 11 - контур карты-врезки.
Карта-врезка: Схематический план западного фланга Михайловского месторождения с результатами опробования горных выработок на благороднометалль-ное оруденение стратиформного типа: 1 - коробковская свита (PR11kr); 2 - стойленская свита (PR11st); 3 - геологические границы; 4 - геологические границы карбонатно-магнетитовых кварцитов; 5 - подземные горные выработки; 6 - благороднометалльные проявления: а) - (в г/т): 1-(Ли=0,84; Pd=0,77; Pt=0,13); 2- (Ли=0,50; Pd=0,63; Pt=0,12); 3- ^=2,87; Pd=0,58; Pt=0,30);4-(Au=4,83; Pd=0,60; Pt=0,21); 5-^=2,99; Pd=0,65); 6-(Au=0,86; Pd=0,61); б) - золота с содержанием не менее 0,5 г/т; 7 - разрывные нарушения; 8 - контуры карьера
Рисунок 3 - Карта зон золото-платиносодержащей сульфидной минерализации на Лебединском (А) и Стойленском (Б) железорудных месторождениях (в рамках отрабатываемых карьеров).
С 3409/186,6 Ю
Золото-платинометалльное орудене-ние железорудных месторождений КМА характеризуется сложным полиминеральным (более 60 минералов; табл. 2) и многокомпонентным составом [10-12, 14, 15]. Определяющими особенностями благо-
Рисунок 4 — Схематический геологический разрез юго-восточного фланга Михайловского месторождения с обнажением верхнедевонских ихтиодетритовых редкоземельно-благороднометалльносодержащих фосфоритов (по [12, 19]): 1-курская серия, коробковская свита, нижняя сланцевая по-свита (К/кг) углеродистые сланцы с прослоями кварцитов; 2 - коробковская свита, нижняя железорудная подсвита, четвертая пачка (К11кг14), магнетитовые и гематит-магнетитовые кварциты, крас-нополосчатые гематитовые кварциты; 3
- переотложенные мартитовые руды; 4 -седиментационные брекчии с глинисто-алевритовым цементом, ожелезненные; 5
- аргиллиты песчаные с прослоями алевролитов, аргиллиты; 6 - алевролиты; 7 - фосфориты с костным детритом панцирных рыб; 8 - гипергенное ожелезнение пород; 9 -тектонические нарушения; 10 -осыпь карьера; 11 - разведочная скважина.
роднометалльного оруденения являются: а) многообразие форм концентрирования и широкое развитие (около 30) собственных минеральных фаз МПГ, Аи и сопутствующих им элементов (Ag, Те, ВГ) в виде самородных металлов (Аи, Os, Ru, 1г, ВГ),
металлических твёрдых растворов и интерметаллических соединений (рутени-ридосмин, платрутеносмиридий, иридру-теносмид, электрум, кюстеллит, сплавы Pd-Ag-Cu, ВьТе^, Au-Cu-Ag, минералы ряда Ru, 1г, Os, Р^ Pd), сульфидов (прас-соит, маккинстриит), сульфоарсенидов, теллуридов, висмутидов (мончеит, спе-риллит, петцит, гессит, креннерит, цу-манит, сильванит, волынскит, мутман-нит, мальдонит и др.); б) ведущая (85-90 об. %) роль в рудном парагенезисе сульфидов и их аналогов при резком преобладании среди них пирита и пирротина [12], которые вследствие очевидной при-
Таблица 2 - Рудные минералы золото-рудных месторождениях КМА
надлежности к различным стадиям длительно формирующейся рудообразующей системы характеризуются значительным кристалло-морфологическим разнообразием и существенными вариациями содержаний главных ^е, S) и сопутствующих (№, Со, Си) элементов; в) наличие оксидов Fe, Т^ Sn, и, Zr и гидрооксидов, карбонатов и сульфатов Fe, Ва, а также шеелита, монацита, циркона.
Морфология и микроструктура некоторых минералов МПГ, Аи, Ag и их сочетания в железистых кварцитах и межрудных сланцах месторождений КМА приведены на рис. 5, 6.
атинометалльного оруденения в железо-
Самородные металлы, металлические твердые растворы и интерметаллические соединения
Золото самородное и палладий-серебро-медьсодержащее 1. Аио,9бА§0,03; 2. Аи0,89 А§0,05Си0,07; 3. Аи0,99А§0,01; 4. Аи0,90А§0,10; 5. Аи0,б7 А§0,2бСи0,07; б. Аи0,70 А§0,29 Р^,01; 7. Аи0 9бА8о 02Си0 02
осмий OS0 771Г0 1 9ЯЯи0 03Pt0101
Рутений Ru0 б4 ТГ0 18 OS0 10 Pt0 0б РЙ0 01 К^о 01
Висмут В1
Висмут теллурсодержащий
Рутениридосмин Osо 44-Яио 391Г0 № 03Си0 02.Pt0 01
Платрутеносмиридий Pt0 34-Яио 32Osо 171Г0 17
иридрутеносмид Ru0 5ТГ0 21 Osо 19Pt0 08Rhо 01
Золото-серебряные сплавы 1 Аи0,70 А§0,30; 2. А§0,50Аи0,49; 3 Аи0,74А§0,2б; 4. Аи0б,АЙ0 3,
Золото-медные и золото-медно-серебряные сплавы 1 Аи0,50Си0,50; 2. Аи0,52Си0,48; 3. Аио 53Сио 4бА8о 01
Электрум 1. Аи0 48 А8о 52; 2. А8о 30Аи 0 70
Кюстелит Аи0 17 А§0 83
Минералы ряда:
рутений, иридий, осмий, платина - Яи ТГ OS Р Fe ЯЬ ±хи0 29 0 28^э0 19х и0 17х с0 05±х110 01
рутений, платина, родий - Яи0 38^0 32ЯЬ0 13ТГ0 0бOs0 0б -^0 04№!о 01
осмий, рутений, иридий - Os0 41 ТГ0 28 Яи0 28 Pt0 08 ЯЬ0 02-^0 01№1о 01
Сульфиды
Прассоит СЯЬ1645-Р'0б1 Яи043)1749^500
Маккинстриит (А& 15Аи010—е010 Сиобб)201 S
Гр. Пирротина (Р^Рё,Аи-содержащий) Fel_xS
Пирит (Р^Рё,Аи-содержащий) FeS7
Халькопирит (Р^Рё,Аи-содержащий) CuFeS7
Марказит FeS2
Окончание таблицы 2
Сфалерит ZnS
Галенит (Pt,Pd,Au,Ag-содержащий) PbS
Молибденит MoS2
Борнит (Pd-содержащий)
Халькозин Си^
Ковеллин Cu2S•CuS2
Пенталандит (Fe,Ni)9S8
Сульфоарсениды, теллуриды, антимониды, висмутиды, сульфосоли
Мончеит (^0 994Pd0 076 063Те 1 937)7 00
Сперрилит (Pt1 01Fe0 07)1 03 (А^1 91 S0109) 7,00
Петцит 1 (А§3,09 Аи1,03)4,17 Те7,00; 7. (А§3,01 Аи0,96)3,97 Те7,00; 3. (А^7 99Аи1 04)4 03Те7 00
Гессит 1. (А& 99 Аи0 03)7 07 (Те0 96 -^0 04); 7 АЙ7 01 Те1 00
Креннерит (Аи0 85А§0 16)1 01 Те7,00
Цуманит Аи0 85 Те0 51В^48
Сильванит 1. (Аи0 55А^0 46)1 01 Те7; 2. (Аи0 77АЙ0 37)1 04Те7
Волынскит (А& 0зBil 01)7 04Те7
Мутманнит (Аи0 97А§1 07)1 99Те7
Мальдонит (Аи1 98А^0 14)7 17Bi1 00
Алтаит 1. РЬ1 04Те1 00; 7 РЬ1 00(Те0 94^06)1 00
Лиллианит РЬ3 00Bi7l10S6l00
Висмутин Bi7 04^. 96Си0 04
Хедлиит ^-содержащий) Те3 00Bi6 95
Жозеит-А 1 Те1 00 S7 07Bi3 68; 7 Те1 07 S1 90(Bi4 01 Си0 10)4 11
Тетрадимит 1. (Те7 04S1 00) 3 04 Bi7 00; 7 (Те7 00S1 00) 3 00 -^7. 00
Арсенопирит р-содержащий) FeAsS
Теннантит CUl2AS4Slз
Тетраэдрит CUl7Sb4Slз
Никелистый кобальтин-герсдорфит (Pd-содержащий) 1. (С00,67 ^0,77 Pd0,04 ^0,07)А^; 7 С00,68 ^0,77 Fe0,07Pd0,03
Герсдорфит ^-содержащий) (^0 84С00 09Fe0 08Pd0 07)AsS
Лёллингит никельсодержащий (Fe0 87 Ni0l8)As7
Оксиды, гидрооксиды и др.
Магнетит FeзO4 Лимонит FeO(OH)•nH7O
Гематит Fe7Oз Лепидокрокит ЬеО(ОН)
Ильменит FeTiO3 Сидерит Ь'е[Ш7]
Рутил ТЮ7 Ярозит Feз(OH)6[SO4j7
Касситерит SnO2 Барит Ba[SO4J
Уранинит и настуран и7ио7 Шеелит Ca(W,Mo)O4
Бадделеит ZrO7 Монацит (Ce,La)PO4
Гетит FeO(OH) Циркон Zr[SO4]
Осмий самородный
Платина самородная
Рисунок 5 - Формы выделения минералов платиновых металлов из железистых кварцитов и сланцев Михайловского и Лебединского месторождений.
Рисунок 6 - Формы выделения самородного золота и сопутствующих минералов из железистых кварцитов и межрудных сланцев Лебединского и Стойленского месторождений: а)кристаллы высокопробного золота (Au); б) зерна Au пробностью (в %о) 955 (верхнее зерно) и 819 (нижнее зерно) с оторочкой сальдонита (Mld); в-г) срастания Au с халькопиритом (CP) и галенитом (GA); д) сложный сросток Au с петцитом (PTZ) и гесситом (HSS); e) зерна Au, висмута самородного (Bi) в срастании с висмутитом (Bin) и шеелитом (Sch); ж) срастание Au с баритом (Ba); з) Au в ассоциации с уранинитом (U) и цирконом (Zrn).
Помимо собственных минеральных фаз значительные концентрации ЭПГ и Аи установлены в сульфидах и их аналогах: в пирите (Рё=0,01-0,15 вес.%, Р1=0,02-0,38%; Аи=0,02-0,62%, Ag до 0,2 %), пирротине (Рё=0,01-0,15 вес.%, Р1=0,01-0,44%; Аи=0,09-0,51%), халькопирите ^=0,01-0,11 вес.%, Pt=0,07-0,39%; Аи=0,02-0,27%, Ag до 0,5%), галените (Pd до 0,43 вес.%, Р1=0,31-0,37%; Аи=0,0б-0,22%; Ag=0,0б-0,42%), теллуриде висмута (Pt=1,28 вес.%; Аи=0,27%), а также в борните ^ до 0,14 вес.%), теннантите (Pd = 0,08 вес.%), арсе-нопирите (Pt=0,18 вес.%) и кобальтине (Pd до 2,3 вес.%).
Пять выделенных природных геолого-генетических типов благороднометалльно-го оруденения в железорудных месторождениях являются, вместе с тем, первичным источником золота и платиноидов, поступающих в промпродукты с образованием самостоятельного техногенного по своей природе типа месторождений. По оценкам ряда исследователей [5] прогнозные ресурсы золота только в железистых кварцитах КМА и подстилающих их конгломератах стойленской свиты оцениваются не менее, чем в 2000 т, а с учётом МПГ - около 2500 т [12], при этом эти данные не включают ресурсы благородных металлов в накопленных хвостоотвалах ГОКов и комбината «КМА-Руда».
2. особенности распределения благородных металлов в продуктах переработки железных руд.
Отрабатываемые карьерами и шахтами благороднометалльносодержа-щие железные руды пяти месторождений (Михайловское, Лебединское, Стойленское, Стойло-Лебединское, Короб-ковское) перерабатываются тремя ГОКами с формированием в процессе обогащения огромной массы хвостоотвалов. При годовом сбросе около 50 млн.т в хвостохра-нилищах за более чем 35 лет накопилось свыше 1,3 млрд. т твёрдой части хвостов,
которые совместно с крупнейшими карьерами не только существенно преобразовали ландшафтный облик региона, но и создали высокую экологическую напряжённость [13, 17]. Лежалые хвосты, занимающие огромные площади земельных угодий, выступают ныне в качестве: а) интенсивных пылевыделяющих источников с общей массой выброса пылевидных частиц в атмосферу свыше 1 млн.т в год (с превышением концентрации пыли в атмосфере от 4 до 10-12 ПДК); б) одного из источников загрязнения почв и водоносных горизонтов за счёт Т^ Сг, нитратов, С1, нефтепродуктов и возникающего при разложении сульфидов SO2 и обширного ряда элементов Си, Se, РЬ, Zn, В^ As, Со, Мп, Cd, № и др.), а также и и ТИ, сопутствующих породам железорудных месторождений КМА [13, 16, 17].
Вместе с тем, промпродукты действующих горнорудных предприятий КМА, добывающих и перерабатывающих около 53% железных руд России, выступают в качестве нового, нетрадиционного и одного из крупнейших по ресурсам золота и платиноидов источника, выделяемого в особый курско-белгородский техногенный тип месторождений благородно-металльного сырья XXI века [2, 9, 10, 11].
В конце 70-х гг. ХХ в. сотрудниками Тульского отделения ЦНИГРИ (Шелехов А. Н., Филимонов Н. В. и др.; [21]) были выполнены первые широкомасштабные исследования по оценке золотоносности из различных продуктов переработки (общие хвосты, скважинные пробы из хвостохранилища, пробы всех стадий магнитной сепарации и флотации) железных руд Лебединским и Михайловским ГОКами. В последующие годы эти исследования были дополнены новыми данными (табл. 3-5). Во всех случаях исходные хвосты минералогически представлены гематитом, магнетитом, гидрооксидами железа, сульфидами (пирит, халькопирит,
марказит, арсенопирит, галенит, сфале- ильменитом и единичными зёрнами само-рит), кварцем, амфиболами, в меньшем ко- родного золота, иногда в сростках с пири-личестве - гранатом, цирконом, рутилом, том и кварцем.
Таблица 3 — Содержание золота в общих хвостах обогащения железистых кварцитов Лебединского и Михайловского ГОКов КМА
№ п/п Место отбора (положения) проб Исходный вес, кг Вес концентрата, кг Содержание (г/т) Аи
в исходной пробе в концентрате в пересчете на исходные хвосты
Лебединский ГОК
1 Из пульпопровода 2,8 0,34 0,02 0,45 0,08
2 Из устья пульпопровода 79,15 1,01 н.б.* 0,75 0,01
3 Шлейф рассеяния у устья пульпопровода 4,3 0,25 0,04-0,28 2,67 0,16
4 Центральная часть хвостох-ранилища 3,2 0,25 0,02 12,6 1,0
5 Донный осадок вдоль потока пульпы по хвостохранилищу 54,1 1,40 0,22-0,46 8,3 0,21
Михайловский ГОК
6 Шлейф рассеяния из устья пульпопровода в хвостохра-нилище 5,4 0,34 0,02 8,72 0,55
7 В 50 м от устья пульпопровода 3,4 0,45 0,120,60 1,73 0,23
Примечание: здесь и далее: н.б.- элемент не обнаружен; н.о-элемент не определялся.
Таблица 4 - Распределение золота в различных продуктах обогащения железорудного сырья Лебединского ГОКа
№ проб (индекс) Тип пробы Вес, кг Наименование продуктов флотации Содержание (г/т) Аи
Продукты Выход продуктов В продуктах флотации В пересчете на исходные хвосты
г %
ЛГ-8 Хвосты магнитной сепарации 1-ой стадии 2,0 Концентрат Промпродукт III Промпродукт II Промпродукт I Хвосты 28 12 60 160 1740 1,4 0,6 3,0 8,0 87,0 26,7 5,0 9,7 1,4 0,02-0,12 0,82
ЛГ-9 Хвосты магнитной сепарации 2-ой стадии 2,29 Концентрат Промпродукт II Промпродукт I Хвосты 60 160 30 2740 2,0 5,4 1,0 91,6 7,5 0,13 0,7 0,18-0,09 0,19
ЛГ-10 Хвосты магнитной сепарации 3-ей стадии 2,99 Концентрат Промпродукт II Промпродукт I Хвосты 60 45 232 2652 2,0 1,5 7,8 88,7 8,4 1,1 0,12 0,08 0,22
Окончание таблицы 4
Концентрат 40 2,0 4,5
ЛГ-7 Общие хвосты фабрики 2,0 Промпродукт III Промпродукт II Промпродукт I Хвосты 12 41 144 1760 0,6 2,1 7,2 81,1 1,7 0,5 0,2 0,02 0,14
Концентрат I 93 1,16 6,6
Концентрат II 90 1,12 0,2
ЛГ-15 Общие хвосты фабрики 8,0 Промпродукт III Промпродукт II Промпродукт I Хвосты 410 135 60 7272 5,13 1,69 0,75 90,15 5,2 0,9 1,6 н.о. 0,2
Таблица 5 - Результаты анализа скважинных проб из хвостов обогащения железистых кварцитов Лебединского ГОКа
№ п/п и * w № интервал опробования Длина интервала, м Содержание золота в г/т по результатам пробирного анализа с предварительным концентрированием и флотацией Вес технологической пробы, кг
от до В продуктах флотации В пересчете на исходные хвосты, г/т
Продукты Выход, % Содержание, г/т
1 5976 0,0 4,5 4,5 Концентрат-I 1,37 5,5 0,3 3,0
Концентрат-II 0,77 2,8
4,5 12,0 6,0 Промпродукт III 1,9 2,9
Промпродукт II 4,4 0,2
Промпродукт I 13,8 1,0
Хвосты 77,7 Но.
2 5984 1 4,5 3,5 Концентрат-I 1,0 27,2 0,7 3,0
4,5 9,0 4,5 Концентрат-II 0,73 10,4
9,0 12,0 3,0 Промпродукт III 2,23 0,4
12,0 15,0 3,0 Промпродукт II 5,03 0,8
Промпродукт I 12,43 2,5
Хвосты 78,5 Но.
3 5985 1,5 3,0 1,5 Концентрат-I 0,9 3,5 0,16 (на интервале 1,5-18 м) 3,290
3,0 7,5 4,5 Концентрат-II 0,9 1,5
7,5 12,0 4,5 Промпродукт III 3,2 0,3
Промпродукт II 6,4 0,2
Промпродукт I 12,2 0,7
Хвосты 75,4 Но.
Окончание таблицы 5
4 5989 1,5 6,0 4,5 Концентрат-I 1,2 3,3 0,096 (на интервале 1,5-24,0 м) 5,0
12 18 6,0 Концентрат-II 6,6 3,9
18 24 6,0 Промпродукт III 0,9 0,9
Промпродукт II 2,9 0,4
Промпродукт I 7,1 0,2
Хвосты 87,6 Но.
5 5991 14 24 10 Концентрат-I 1,0 17,6 0,46 3,5
Концентрат-II 0,6 10,0
Промпродукт III 1,7 0,4
Промпродукт II 3,0 0,5
Промпродукт I 8,1 2,5
Хвосты 85,6 Но.
6 5992 1,5 10,5 9,0 Концентрат-I 1,93 6,0 0,197 3,47
Концентрат-II 0,72 7,4
Промпродукт III 0,81 1,1
Промпродукт II 1,73 0,5
Промпродукт I 5,31 0,2
Хвосты 89,5 Но
Примечание: таблицы 4-6 составлены
Результаты этих исследований выявили [2, 12, 13]: а) значительные вариации в распределении золота как в исходных пробах различных участков хвостохранилищ действующих ГОКов (Au от 0,02 до 0,60 г/т), так и в полученных из них концентратов (Au от 0,45 до 12,6 г/т; см.табл.3); б) многократное (относительно исходных продуктов) обогащение золотом концентратов первой стадии флотации хвостов магнитной сепарации (Au до 26,7 г/т; см.табл.4), общих хвостов и скважинных проб (Au до 27,2 г/т; см.табл.5) и отчетливое снижение его содержаний в промпро-дуктах последующих стадий.
Важными особенностями продуктов переработки железных руд являются сравнительно высокие значения извлекаемости золота и степени обогащения этим металлом при флотации хвостов магнитной сепарации (табл.6). Наиболее высокие параметры извлечения (63,1-82,9% при выходе от 1,0 до 2,0%) и степени обогащения (32,4-43,1) присущи различным по содер-
по материалам Лебединского ГОКа.
жанию золота (Au от 1,3 до 9,7 г/т) флотационным концентратам, при этом значения этих величин возрастают в хвостах конечных (Ш-У) стадий магнитной сепарации.
В самое последнее время по хвостам обогащения текущей добычи железистых кварцитов Михайловского ГОКа, содержавшим 0,3-0,35 г/т золота, выполнены лабораторно-технологические исследования [5, 6, 23], в результате которых получен гравитационный концентрат с содержанием золота 14,0 г/т при извлечении 41,9% и выходе 1,1%. Содержание золота в промпродукте 2,5 г/т при извлечении 20,4% и выходе 3,0%. Все золото крупностью менее 50 мкм. В опытах с флотационным обогащением хвостов получен концентрат с содержанием золота 35,4 г/т при извлечении 50,6% и выходе 0,5%. В пром-продукте содержание золота 2,2 г/т при извлечении 22,0% и выходе 3,5%. Более высокое содержание получено за счет извлечения ультратонкого золота.
В самое последнее время по хвостам обогащения текущей добычи железистых кварцитов Михайловского ГОКа, содержавшим 0,3-0,35 г/т золота, выполнены лабораторно-технологические исследования [5, 6, 23], в результате которых получен гравитационный концентрат с содержанием золота 14,0 г/т при извлечении 41,9% и выходе 1,1%. Содержание золота в промпродукте 2,5 г/т при извлечении 20,4% и выходе 3,0%. Все золото крупностью менее 50 мкм. В опытах с флотационным обогащением хвостов получен кон-
центрат с содержанием золота 35,4 г/т при извлечении 50,6% и выходе 0,5%. В пром-продукте содержание золота 2,2 г/т при извлечении 22,0% и выходе 3,5%. Более высокое содержание получено за счет извлечения ультратонкого золота.
Гравитационным и флотационным способами обогащения отвальных хвостов Лебединского и Михайловского ГОКов еще в начале 90-х годов ХХ столетия была доказана возможность получения из них концентратов с товарным содержанием золота. Золото мелкое и тонкое от 1-5 до 50 мкм
Таблица 6 — Результаты флотации хвостов магнитной сепарации железистых кварцитов Лебединского ГОКа с оценкой % извлечения золота и степени обогащения *
№ п/п Наименование продуктов Выход, % Содержание золота, г/т Извлечение золота, % Степень обогащения * Примечание
1 Концентрат 2 4,5 63,1 32,1 Общие хвосты
Промпродукт III 0,6 1,7 7,1 фабрики
Промпродукт II 2,1 0,5 7,4
Промпродукт I 7,2 0,2 10,1
Хвосты флотации 88,1 0,02 12,3
Исходное 100 0,14 100
2 Концентрат 2,3 5,9 78,3 34,7 Общие хвосты
Промпродукт III 0,7 1,6 7,0 фабрики
Промпродукт II 1,7 0,9 8,8
Промпродукт I 5,1 0,2 5,9
Хвосты флотации 90,2 Но. -
Исходное 100 0,17 100
3 Концентрат 2,0 8,4 76,2 38,1 Хвосты II ста-
Промпродукт II 1,5 1,1 7,5 дии магнитной
Промпродукт I 7,8 0,12 4,2 сепарации
Хвосты флотации 88,7 0,03 12,1
Исходное 100 0,22 100
4 Концентрат 1,9 5,6 82,9 43,1 Хвосты IV ста-
Промпродукт II 1,5 0,8 4,7 дии магнитной
Промпродукт I 8,0 0,2 12,4 сепарации.
Хвосты флотации 88,6 Но. -
Исходное 100 ? 100
5 Концентрат 1,9 1,3 74,2 39,1 Хвосты V ста-
Промпродукт II 2,4 0,08 5,8 дии магнитной
Промпродукт I 11,1 0,06 20,0 сепарации.
Хвосты флотации 84,6 Но. -
Исходное 100 0,03 100
*) Степень обогащения - отношение содержания металла в исходной пробе к его содержанию в концентрате.
№ 1(8), 2010
и легко извлекается из концентратов [4, 7, 8, 21, 22]. Объемы складированных хвостов и содержание в них золота сопоставимы с природными россыпными, средними и крупными месторождениями мелкого и тонкого золота, ресурсы которых непрерывно пополняются хвостами текущей добычи. При содержании золота в хвостах обогащения текущей добычи (0,1-0,2 г/т, в среднем 0,14 г/т) и лежалых хвостах (0,040,7 г/т) только лишь Лебединского ГОКа (действующего с 1974 г.) и годовом сбросе 28 млн.тонн ежегодно в хвостохрани-лище поступает более 2 тонн извлекаемого золота, а его общие ресурсы сопоставимы с запасами крупных золотоносных объектов [3, 6]. На Михайловском ГОКе ежегодно накапливается около 4 т золота, т. е. за 35 лет хвостохранилище стало крупным техногенным объектом, содержащим более 100 т золота [3, 9, 10].
Значимость этих объектов существенно возрастает при учете содержащихся в них платиноидов. Системным опробованием на благородные металлы лежалых хвостов их хвостохранилищ Лебединского и Михайловского месторождений выявлено постоянное присутствие в них платиноидов (Pd, Р^) и золота при заметном преобладании последнего, отражая тем самым отчётливую взаимосвязь этих металлов в исходных железных рудах [12].
Результаты исследований по распределению благородных металлов в пробах концентратов, хвостов и продуктах циклов измельчения железных руд на Михайловском и Лебединском ГОКах, обогащенных с использованием концентратора «Кпекоп 3,5», показывают [10], что максимальным концентрированием платиноидов и золота характеризуется гравитационный концентрат из песков гидроциклона ^и=20 мг/т, Rh=80 мг/т, Pd=520 мг/т, 0s=50 мг/т, 1г=100 мг/т, Pt=700 мг/т, Аи=25200-43500 мг/т) и немагнитная фракция гравитационного концентрата (Pd=400
РЕгион: системы, экономика, управление мг/т, Pt=200 мг/т, Аи=15000 мг/т, Ag=9 г/т; табл. 7). Особенно эффективно пески гидроциклонов обогащаются золотом. Его содержание в черновом концентрате из песков гидроциклона на Михайловском и Лебединском ГОКах составило 43500 мг/т и 69300 мг/т при извлечении соответственно 46,3% и 58,4% и высокой степени концентрирования (табл. 8).
Регион КМА с развитой инфраструктурой являются наиболее крупным в России горнорудным районом с реальными возможностями попутного извлечения золота и платиноидов из текущих пром-продуктов железных руд и уже накопленных хвостов.
В условиях густонаселённого и одного из наиболее крупных в России горнорудного региона особое экологическое значение и прежде как фактора воздействия на биосистемы приобретают упомянутые ранее пылевыделяющие источники пром-продуктов, содержащие различные по составу, размеру и формам выделений микрочастицы. Основные параметры их влияния на биосистемы приведены на рис. 7.
Следует отметить, что Аи, МПГ и сопутствующие им элементы присутствуют в виде многочисленных собственных минеральных фаз и включений размером от нескольких десятков, реже сотен мкм до 0,1 мм. В этой связи оценка качества и технологических параметров как природного, так и техногенного минерального сырья в целях комплексного освоения и рециклинга требует проведения исследований на наноуровне. Частицы наноме-трового уровня должны обладать специфическими свойствами, что обуславливает требования к выбору экологически безопасных технологий переработки отходов обогащения. Механизм воздействия токсичных свойств наноминеральных форм соединений на компоненты окружающей среды региона нуждаются ныне в специальных исследованиях.
Таблица 7 - Содержания благородных металлов в рудах и технологических продуктах Михайловского и Лебединского месторождений
Месторождение Типы руд и технологические продукты Содержания, мг/т
Ru Rh Pd Os Ь- Pt Au Ag, г/т
Михайловское Аглоруда <5 <20 25 <10 <5 30 60 <2
Убого минерализованные окисленные кварциты <20 <50 50 <2
<20 <50 120 <2
Гравитационный концентрат из убого минерализованных окисленных кварцитов <20 <50 50 <2
Гравитационный концентрат из песков классификатора 80 120 7300
80 110 9700
Гравитационный концентрат из песков гидроциклонов 20 80 520 50 100 700 30000
200 100 25200
330 200 43500
Гравитационный концентрат из отвальных хвостов обогащения <20 <50 500
Отвальные хвосты обогащения 22 15 42 <2
Мономинеральная фракция пирита 20 15 3500 6
Магнетитовый концентрат <20 <10 22 <2
Лебединское Отвальные хвосты обогащения 29 19 75 2
Гравитационный концентрат из хвостов обогащения 38 25 76100 12
Магнитная фракция гравитационного концентрата 20 15 90 <2
Немагнитная фракция гравитационного концентрата 400 200 15000 9
Таблица 8 - Результаты гравитационного извлечения золота из продуктов переработки железистых кварцитов
гок исходные технологические продукты Содержание Au, г/т гравитационный концентрат
Выход, % Содержание Au, г/т извлечение Au, %
Михайловский Пески гидроциклона 0,094 0,1 43,5 46,3
Пески классификатора 0,112 0,4 9,7 34,6
Хвосты фабрики 0,042 0,3 0,4 2,8
Лебединский Пески гидроциклона 0,025 0,02 69,3 58,4
Хвосты фабрики 0,057 0,66 3,1 3,6
Ускоренное развитие и реализация научных разработок в области освоения и обогащения нетрадиционных типов благо-роднометалльного сырья из относительно бедных промпродуктов в условиях увеличения производства и потребления золота и платиновых металлов может составить
надежный базис устойчивого долгосрочного развития этой высокоэффективной отрасли экономики.
Работы выполнены при финансовой поддержке Гранта Президента РФ «Ведущие научные школы РФ» (НШ-2211.2008.5), РФФИ (грант №08-05-00158а) и Госконтракта Роснаука №02.740.11.0021.
Рисунок 7.
ЛИТЕРАТУРА
1. Голивкин Н.И. Железные руды КМА. / Голивкин НИ., Н.Д. Кононов, В.П. Орлов, пол ред. В.П. Орлова. М.: ЗАО «Геоинформмарк». 2001. 616 с.
2. Двойнин В.В., Дунай Е.И., Воевода И. И. Золотоносность железистых кварцитов курской серии КМА // Разведка и охрана недр. 1993. №9. С.12-14.
3. Додин Д.А., Чернышов Н.М., Чередникова О.И. Металлогения платиноидов крупных регионов России / М.: ОАО "Геоинформмарк". 2001. 302с.
4. Кузнецов А.П., Шелехов А.Н. Золото в железных рудах и пути его извлечения // М.: Ин-т «Черметинформация», обзор. инф. Серия: Обогащение руд. 1990. Вып.1. 35 с.
5. Кушнаренко В.К., Шувалов Ю.М., Мятлин В.М. Золото и другие элементы-примеси в железорудных месторождениях КМА (к проблеме комплексного использования). // Региональная геология и металлогения. 1999. №9. С. 120-124.
6. Лючкин В.А., Казанцев В.А. Предпосылки промышленных месторождений золота на территории Курской магнитной аномалии // Вест. Воронеж. ун-та. Сер. геол. 1997. №3. С.95-99.
7. Мызников И.К., Шелехов АН. Некоторые минералого-геохимические особенности распространения золота на Михайловском железорудном месторождении // 2-й Межд. симп. Проблема комплексного использования руд: Тез. докл. СПб: СпбГИ. 1996. С.37.
8. Мызников И.К., Шелехов А.Н. Технологическая оценка отвальных хвостов магнитной сепарации железистых кварцитов КМА для организации попутной золотодобычи // 2-й Межд. симп. Проблема комплексного использования руд: Тез. докл. СПб: СпбГИ. 1996. С. 76.
9. Тигунов Л.П., Быховский Л.З. Проблемы и перспективы попутного получения благородных металлов из нетрадиционных источников минерального сырья. // Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных ме-
таллов. Матер. Всеросс. симпозиума. М.: 2002. С.381-384.
10. Чернышов Н.М., Изоитко В.М., Петров СВ., Молотков СП. Первые находки минеральных форм элементов платиновой группы в железистых кварцитах КМА (Центральная Россия) //Докл. РАН. 2003. Т.391. №1. С. 104-107.
11. Чернышов Н.М.., Петров СВ., Молотков СП. Особенности распределения и формы нахождения благородных металлов в железистых кварцитах Михайловского месторождения КМА и их техногенных продуктах (Центральная Россия). // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер. геологич. 2003. №1. С.93-104.
12. Чернышов Н.М. Платиноносные формации Курско-Воронежского региона (Центральная Россия). Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та. 2004. 448 С.
13. Чернышов Н.М. Проблема комплексного освоения недр Земли в условиях быстрых антропогенных изменений (на примере железорудных предприятий КМА, Центральная Россия) // Экология антропоге-на и современности: природа и человек. Сб. науч. докладов. СПб: «Гуманистика». 2004. С.524-528.
14. Чернышов Н.М., Петров СВ. Новые минеральные формы платиноидов и золота в железистых кварцитах Лебединского месторождения КМА (Центральная Россия). // Докл. РАН. 2006. Т.408. №4. С.586-589.
15. Чернышов Н.М. Благороднометал-льносодержащие парагенезисы сульфидов и их аналогов в железорудных месторождениях КМА (Центральная Россия). // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер.: Геология. 2007. №1. С.101-104.
16. Чернышов Н.М. Золото-платино-металльное оруденение в железорудных месторождениях КМА и их техногенных продуктах — новый крупнообъёмный источник стратегически важных металлов. // Проблемы рудогенеза докембрийских щитов. Тр. Всеросс. научной конференции. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН. 2008. С. 145-149.
17. Чернышов Н.М. Хвостоотвалы железорудных месторождений-гигантов КМА — новый крупнообъёмный источ-
ник благородных металлов XXI столетия. // Месторождения природного и техногенного минерального сырья. Матер. Междунар. конференции. Воронеж: ООО «Воронежпечать».
2008. С. 213-215.
18. Чернышов Н.М. Золото-платино-содержащие техногенные продукты железорудных месторождений - гигантов КМА - проблема их комплексного освоения в условиях экологических ограничений // Экологическая геология: научно-практические, медицинские и экономико-правовые аспекты. Материалы междунар. конференции. Воронежпечать.
2009. С. 226-231.
19. Чернышов Н.М. Типы и минеральный состав золото-платинометального ору-денения железорудных месторождений-гигантов КМА (Центральная Россия). // Докл. РАН. 2010. Т. 430. №3. С.
20. Шалагуров В.В. К проблеме комплексного освоения минерального сырья // Разведка и охрана недр. 1992. №6. С. 18-21.
21. Шелехов А.Н., Филимонов Н.В. Отвальные хвосты железоизвлекательных фабрик - нетрадиционный источник благородных и некоторых цветных металлов // VIII совещание по геологии россыпей: Тез.докл. Киев. 1987. С.196.
22. Шелехов АН., Мызников И.К. Технологическая оценка отвальных хвостов магнитной сепарации железистых кварцитов КМА для организации попутной золотодобычи // Проблемы комплексного использования руд: Тез.докл. 2-го Междунар.симпоз. Санкт-Петербург. 1996. С.76.
23. Шелехов А.Н. Золото- и платинонос-ность железистых кварцитов Русской платформы и пути их практического использования в XXI веке // Руды и металлы. 1999. №1. С.123.
24. Шелехов А.Н., Лючкин В.А., Ляховкин Ю.С Месторождения железистых кварцитов и продукты их передела — новый перспективный источник золото-платинометалльного сырья в XXI в. (на примере Центральной России). // Платина России. М.: ЗАО «Геоинформмарк». 1999. Т. III. кн. 2. С. 289-294.
