Рентгено-радиометрический способ обогащения

Подземное выщелачивание (ПВ)

Для водопроницаемых окисленных и полуокисленных руд коры выветривания оптимальным способом является подземное выщелачивание.

Как известно, родоначальником способа подземного выщелачивания (ПВ) является урановая промышленность. В 1970-ых годах начался перевод на эту технологию почти всей урановой добычи Министерства Среднего машиностроения СССР, осуществленный за 7-10 лет. Это позволило рентабельно разрабатывать убогие (низкосортные) концентрации урана (0,02-0,04%) на глубине до 800-1 000 м, слагающие несравненно более масштабные залежи, чем богатые руды, обеспечило экологическую и промышленно-санитарную безопасность добычи и дало бывшему СССР урановый паритет со всем остальным миром, вместе взятым. После внедрения ПВ закрылись многие шахты по добыче богатых урановых руд, поскольку они проигрывали в рентабельности и безопасности геотехнологическим предприятиям, работавшим на бедных рудах. В системе Среднемаша СССР технология ПВ была отработана до деталей, что обеспечивало максимально полное извлечение урана из руд и минимизацию потерь продуктивных растворов. С помощью ПВ можно извлекать различные металлы также из отвалов вскрыши, бортов карьеров и подземных выработок после отработки месторождений традиционными способами.

В настоящее время в разных странах, в том числе России, ведутся промышленные опыты добычи по данной технологии меди, марганца, никеля, молибдена, редких земель и других металлов. В медной отрасли метод ПВ масштабное развитие получил в последнее время при разработке бедных руд в Чили, США и Польше. В России реализация пилотного проекта по переработке окисленных медных руд гидрометаллургическим способом осуществляется в Свердловской области. В черте г. Полевской (Свердловская обл.) успешно идут опытно-промышленные испытания способа подземного выщелачивания меди из окисленных руд Гумешевского месторождения, где пробурено более 100 скважин. В процессе отработки технологии цементационным способом получается 20 т меди в месяц. Пилотная установка извлечения меди из Гумешевского месторождения разработана акционерным обществом «Уралгидромедь» совместно с компанией "SNC-Lavalin Europe Limited" (Великобритания) и Уральской геотехнологической компанией.

Медная руда превращается в раствор, из которого позднее сорбируется металл. Проектная мощность предприятия – 10 тыс.т катодной меди в год. Содержание меди в рабочем растворе составляет 2-6 г/л, в то время как содержание 1 г/л уже обеспечивает достаточную рентабельность производства. Рабочий раствор представляет собой шахтные воды, подкрепленные серной кислотой до концентрации сульфат-иона 2-4%. Не нужны плавка и рафинирование, что резко повышает эффективность производства. Гидрометаллургическое производство на месторождении сопровождается постоянным экологическим мониторингом. В настоящий момент изменений в составе подземных вод вне рабочего сектора не зафиксировано (сообщение пресс-службы министерства промышленности, энергетики и науки Свердловской области от 20.07.2005 г.). Гумешевское месторождение считается одним из старейших на Урале. Добыча медной руды началась там в 1702 г. В 1994 г. балансовые запасы медной руды исчерпались. Остались так называемые медьсодержащие глины в песчано-глинистой коре выветривания, заполняющей карстовый провал в оруденелых скарнах. Традиционным способом переработать их было невозможно. После всесторонних исследований специалисты института "Уралмеханобр" дали положительное заключение на переработку этих глин с помощью гидрометаллургии. По их мнению, успешная работа опытно-промышленной установки на Гумешевском месторождении даст возможность повысить экономическую эффективность получения меди, металлургам станут доступны бедные руды небольших месторождений, ранее считавшихся забалансовыми, что позволит хотя бы частично компенсировать дефицит медной руды в регионе.

Внедрение ПВ в промышленную золотодобычу впервые осуществлено на Среднем Урале силами бывших «уранщиков» Минсреднемаша. Ими совместно с головным отрас­левым институтом ИРГИРЕДМЕТ создана реальная и научно-методологическая база дальнейшего совершенствования этого способа. Внедрение ПВ позволило с весьма высокой рентабельностью (до 200-400%) отрабатывать убогие по содержанию золота (0,5-1,5 г/т) залежи окисленных руд, ранее рассматриваемые, как непромышленные. Золотодобыча способом ПВ осуществляется в Свердловской области на месторождениях Гагарское, Маминское, Долгий Мыс, разрабатывается проект разработки Аятского месторождения. На первенце внедрения технологии ПВ – Гагарском месторождении добыча ведется с 1994 г., к настоящему времени извлечено примерно 80% разведанных запасов, при этом его эксплуатация продолжается, хотя и в спадающем режиме.

Главные показатели эксплуатируемых месторождений (запасы золота в окисленных рудах до 1,5 т, среднее содержание золота 0,7-1,4 г/т, сложная морфология относительно маломощных рудных тел) таковы, что экономически оправданных традиционных способов золотодобычи здесь не существует. По сути, здесь разрабатываются забалансовые руды, «балансовый» характер которых определен недропользователями только с использованием данной инновационной технологии. Основой разработанных ТЭО кондиций подсчета запасов названных месторождений являются результаты ГРР, а также опытных испытаний способа ПВ, которые дали необходимые сведения для прогноза показателей разработки.

Инвестирование в строительство предприятий на названных месторождениях проведено за счет акционерного капитала. Особенности способа ПВ заключаются в том, что основные капиталовложения произведены уже на стадии опытных работ (именно на этой стадии предпринимательский риск максимальный), поэтому разработанные недропользователями ТЭО обосновывали не столько объем капиталовложений, сколько эффективность оборотных средств и время окупаемости проекта.

ТЭО кондиций для ПВ существенно отличается от такового для традиционных способов добычи и переработки минерального сырья, где главную роль в оконтуривании рудных зон играют лимиты – бортовое содержание, минимальная выемочная мощность, максимальная мощность пустых прослоев, а также ограничивающие показатели – разубоживание, потери, извлечение металла. Для способа ПВ ТЭО кондиций предусматривает условия процедуры самого извлечения золота.

Движение рабочего инструмента ПВ – рабочего раствора невозможно строго подчинить определенным пространственным рамкам, определенным по результатам опробования. Оно диктуется литологическими и гидрогеологическими особенностями объекта. Извлечение золота из недр может быть достоверно установлено только в течение достаточно длительного времени. В принципе возможна ситуация, когда фактическое извлечение золота превысит 100% разведанных запасов – за счет проработки раствором слабо оруденелых боковых пород, не вошедших в борт подсчета запасов, богатых рудных гнезд, пропущенных разведкой, и т.д. Известно, что часть запасов зо­лота, иногда значительная, сосредоточена в мелких по размерам гнездах богатых руд, пропускаемых при разведке, а сплошная, объемная проработка недр растворами их не «пропускает». В связи с этим такие показатели, как потери, разубоживание, при ПВ те­ряют смысл.

Способ ПВ отличается от всех других главная особенность – он исключает необходимость горных работ – вскрыши месторождения, удаления пустых пород в отвалы, добычи и транспортировки руды, а также проблему складирования хвостов обогащения. Оперируя только закачными и откачными скважинами, способ ПВ управляется с поверхности. Одним из главных факторов оценки эффективности способа ПВ является его экологическая безопасность. ПВ является безальтернативным для рентабельной разработки убогих руд.

В социальном плане ПВ несет более высокую культуру производства (малолюдное, безмашинное, поточное, автоматизированное, энергосберегающее производство), снимает проблемы вскрыши рудных залежей, транспортировки руды на фабрику и пустых пород в отвалы, механического измельчения руды, складирования токсичных отходов обогащения. Ландшафты не нарушаются карьерами, отвалами, хвостохранилищами, воздушный бассейн не загрязняется газами, водоемы - промышленными стоками. Люди избавляются от тяжелого и опасного труда под землей, персонал имеет комфортные условия, отвечающие времени.

Способ ПВ предусматривает разбуривание эксплуатационных «конвертов» - ячеек выщелачивания, обычно квадратных, либо с чередованием параллельных рядов откачных и закачных скважин. Для золотодобычи рекомендуется размер ячеек 10×10 м, по углам расположены закачные скважины, нагнетающие раствор в недра, а в центре – откачная, где происходит подъем золотонасыщенного раствора, обработавшего объем ячейки. Конструкция скважин обеспечивает их устойчивость и приемистость по отошению к растворам. Количество ячеек определяется масштабами залежи, её обводненностью и может быть значительным. На урановых месторождениях Средней Азии объем суточной откачки продуктивных растворов составлял обычно не менее 5 000-7 000 м³.

Таким образом, основные производственные процессы способа ПВ включают бурение и оборудование скважин, выщелачивание золота в недрах, откачку и транспортировку рабочих растворов на сорбцию-десорбцию, рекультивацию рабочей площадки. При ПВ исключаются вскрышные и горнопроходческие работы с применением БВР, отбойка, выемка, транспортировка руды, погашение отработанного пространства, мероприятия по обеспечению устойчивости выработок, водоотлив, вентиляция, дробление, измельчение, агломерация руды, удаление и складирование хвостов и др. Для способа ПВ минимизи­руются объекты капитального строительства (отделения сорбции-десорбции, экстракции-реэкстракции, трубопроводы, технологические скважины и т.д.) и технологического оборудования.

Рабочий раствор (водный раствор хлора или гипохлорита натрия с концентрацией порядка 0,5%) в течение цикла растворения (от 1 до 3-5 дней) легко превращает тонкие частицы золота в недрах в ион Au³⁺ (в форме ионного комплекса [AuCl₄]^-), который откачивается в установку сорбции, где осаждается на активированном угле. В раствор одновременно извлекается попутная медь, содержащаяся в зонах окисления в карбонатной форме. В отличие от цианирования, для хлоринации наличие в руде меди не является препятствием. Извлечение золота в раствор, по результатам тестирования материала различных месторождений и рудопроявлений РБ (Бакр-Узяк, Юбилейное, Горный Прииск, Тубинская группа) высокое – от 70 до 98% от количества, определенного пробирным анализом. Попутно может извлекаться медь на 75% и из вредной примеси, препятствующей извлечению золота при циа­нировании, превращается в полезный компонент, заодно уменьшая концентрацию этого опасного для экологии тяжелого металла в недрах и подземных водах. Следует подчеркнуть, что для традици­онного слабоцианидного кучного выщелачивания присутствие в руде заметных (до 0,3%) количеств меди является технологически вредным. По этой причине запасы золотосо­держащих руд зоны окисления ряда сульфидных месторождений Баймакского района (Бакр-Тау, Таш-Тау, Майское, Юлалы) учтены, как забалансовые.

Раствор пропускается через сорбционные колонны, заполненные активированным углем, превращая его в высококачественный концентрат. Золотонасыщенный уголь представляет собой высококачественный концентрат, который направляется на передел на завод цветной металлургии в Свердловской области. Хлор из обогатительной установки с маточным раствором направляется по замкнутому циклу в емкость выщелачивающего рабочего раствора, подкрепляемого свежими реагентами.

Важное достоинство способа – замкнутость процесса. Отходов почти нет (только незначительный по объему отстой глинистого шлама при осветлении растворов). В результате такого подхода упрощается модель месторождения (разрозненные мелкие линзы богатых руд объединяются в единую залежь за счет прирезки широких контуров убогих руд) и удешевляется схема разведки, в несколько раз сокращаются сроки капитального строительства и пуск предприятия в эксплуатацию по сравнению с традиционными способами, многократно снижается себестоимость 1 грамма золота, повышается производительность труда (на Гагарском месторождении годовую добычу до 100 кг золота осуществляет 18 человек, включая ИТР), почти не нарушаются природные ландшафты.

Основной причиной, сдерживающей повсеместное внедрение инновационной технологии ПВ в практику золотодобычи, являются консерватизм отечественных горняков и сопротивление чиновников от экологии, склонных к перестраховке, сталкиваясь с незнакомым способом (золотодобытчики не имеют такого влиятельного лобби, как бывший Среднемаш СССР, успешно решавший эти проблемы). Вместе с тем ряд успешных проектов на Среднем Урале свидетельствует о том, что эти проблемы преодолимы.

Гидрохимическое равновесие в недрах обеспечивается нейтрализующим заводнением по контуру отработки и контролируется откачками в санитарно-защитных зонах по внешней периферии рабочей площадки. Эти работы на действующих предприятиях доказали экологическую безопасность способа. Стоит напомнить также, что минеральные соли хлора (хлористый натрий, кальций, магний) не токсичны, входят в состав живых организмов, включая человека, являются ежедневными компонентами пищи и столовых минеральных вод. Органика, образующая при реакции с хлором опасные соединения, в недрах Тубинского рудного поля отсутствует. Объемы хлорных растворов, закачиваемых в недра, несопоставимо малы в сравнении с суммарными бытовыми стоками городов, не говоря уже о промышленных стоках или закачках крепкой соляной кислоты в нефтяные скважины Башкортостана для увеличения кавернозности их стенок, ежегодно в количестве многих тысяч тонн.

Проектом разработки Восточно-Семеновского месторождения (недропользователь – ООО «Екатеринбургская промышленная группа»), просчитана максимально наихудшая аварийная ситуация утечки растворов. Их годовой дренаж не превысит 85,2 м, что значительно меньше диаметра санитарно-защитной зоны.

Геологическое строение многих золоторудных полей РБ представляется благоприятным для золотодобычи способом ПВ. Метасоматиты рудной зоны окислены в большей степени и являются более водопроницаемыми, чем неизмененные вмещающие породы. Это благоприятствует избирательной циркуляции растворов в рабочей зоне ПВ и препятствует их утечке за пределы контура рудной зоны. В гидрогеологическом отношении рудные тела имеют двухслойное строение нижняя часть зоны дезинтеграции и окисления (полного или частичного) более водонасыщена, чем верхняя. Это способствует концентрации золотонасыщенных растворов на водоупоре, роль которого играют первичные руды и неокисленные вмещающие породы (коэффициент фильтрации ничтожно мал). В пределах одного гидрогеологического слоя руды относительно однородны. Вещественный состав окисленных руд сравнительно простой. Полуокисленные (смешанные) разности руд в нижних горизонтах обводненной зоны, по данным технологического тестирования, проведенного ЗАО «Гагарка», не ухудшают процесс ПВ и также могут быть вовлечены в ПВ. Фазовым анализом валовых проб установлено преобладание самородного золота, свободного и в сростках с кварцем, реликтовыми сульфидами, окислами и гидроокислами железа.

В социальном плане подземное выщелачивание, по сравнению с традиционными способами, несет с собой более высокую культуру производства (поточное, безмашинное, безлюдное, высокоавтоматизированное производство) и, в силу этого является более гуманным по отношению к природе и к человеку. Земля не обезображивается карьерами, шахтами, отвалами пустой породы, забалансовых руд, шлаков, хвостохранилищами; воздушный бассейн не загрязняется газами, а водоемы - промышленными стоками. Люди избавляются от опасного тяжелого труда под землей; обслуживающий персонал имеет комфортные условия труда, отвечающие требованиям времени.

Процесс производится по следующей схеме:

	Подготовка выщелачивающего		подача
	(рабочего) раствора		реагентов
	Подача выщелачивающего раствора в горнорудный массив
	Выщелачивание растворами золота «на месте залегания» (in situ)
	Подъем продуктивных растворов на поверхность
	Осветление раствора		шлам на захоронение
	Извлечение золота из раствора в концентрат
			Извлечение золота из концентрата
	Маточный раствор

Внедрение способа ПВ производится в несколько стадий:

А. В начальной стадии работы проводятся с моделированием процесса на нейтральном растворе поваренной соли, и обосновывается отсутствие растекания растворов в водотоки, используемые населением, определяются основные закономерности гидродинамики растворов.

Б. Проводится этап опытных работ с ограниченным объемом выщелачивающих растворов и ведется мониторинг в целом окружающей среды и в частности поверхностных и подземных водотоков.

В. Проводится этап опытно-промышленных испытаний с приближенными к промышленным параметрами; продолжается мониторинг воздействия на окружающую среду.

Мониторинг проводится независимой организацией с производством анализов в аттестованной лаборатории. Регламент контроля и программа мониторинга согласовывается Государственной экологической экспертизой.

Реализация перечисленных мероприятий обеспечила возможность беспрепятственного производства на перечисленных объектах.

Главным аргументом освоения золоторудных месторождений способом ПВ является его неординарная экономическая эффективность.

Современные технологические подходы обогащения золото-кварцевых и других руд включают РРС - ренгено-радиметрический способ.

С конца 1970-ых годов на Наталкинском месторождении в Магаданской области разрабатывался РРС – новый эффективный метод сортировки руд. Разработчики метода, в течение многих лет внедряющие его в практику эксплуатационных работ, - головные институты МЦМ и Минсреднемаша бывшего СССР - Иргиредмет, ВНИИХТ, ВИМС, Механобр, НПО «Сибцветавтоматика» и НПО «Алмаззолотоавтоматика». Различные модификации РРС нашли практическое примененение в алмазодобывающей промышленности, на уникальных по масштабам золоторудных месторождениях Средней Азии. В последние годы внедренческими фирмами ООО «РАДОС» и ООО «ТЕХНОРОС», г. Красноярск, осуществляется практическая апробация метода на крупнейших месторождениях золото-кварцевой малосульфидной формации в России – Каральвеем на Чукотке, Эльдорадо в Енисейском кряже, Бадран в Якутии, Зун-Холба и Барун-Холба в Бурятии и других. Сравнительные результаты внедрения метода на различных месторождениях золото-кварцевой и золото-сульфидной формаций бывшего СССР приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1.

Примеры испытаний рентгенорадиометрической сепарации

различных типов золотосодержащих руд

В практическом исполнении технология включает использование типовых дробильно-сортировочных комплексов, в которые встроены автоматизированные рудоконтролирующие станции (РКС-А). Сортировка производится на лентах конвейеров при классах крупности дробленной руды в диапазоне –100+20 мм - -60+20 мм, для особо ценных руд - +5 мм. Физическая сущность метода заключается в способности халькофильных элементов – мышьяка, меди, цинка, свинца, ртути, сурьмы, серы – непременных геохимических спутников золота в руде, в сумме прямо коррелируемых с его содержанием – избирательно активироваться в рентгенорадиометрическом потоке. Датчики комплекса фиксируют обломки руды с повышенным (выше заданного по результатам апробации порогового значения) содержанием халькофилов и удаляют обогащенные жильные обломки пневматическим или иным способом с конвейерной ленты в накопители концентрата. Преимущество метода заключается в его «сухом» экологичном, природосберегающем характере, без сброса стоков промышленных вод.

В зависимости от характера рудной минерализации, класса крупности, скорости движения конвейерной ленты достигается 2-13 –кратное обогащение исходной руды.

Потери в хвостах сепарации обычно не превышают 6-7% (при оптимальной отладке процесса – менее 1%) и окупаются значительным увеличением качества дробленой руды, поступающей на дальнейший передел.

Тот же набор элементов – халькофилов (меди, цинка, свинца, мышьяка, ртути, сурьмы, серы) присущ полиметаллическим, медно-порфировым, сурьмяно-ртутным и другим типам месторождений меди, цинка, свинца, сурьмы, ртути, руды которых могут обогащаться вышеописанным образом. Особенно эффективно применение данной технологии для прожилково-вкрапленных руд с относительно небольшим количеством сульфидов. Подобная «сухая» сепарация руд без использования воды (превращаемой при контакте с сульфидами в раствор серной кислоты, насыщенный солями тяжелых металлов) весьма привлекательна как с организационно-экономической, так и экологической точки зрения и позволяет рентабельно перерабатывать руды, забалансовые (не экономичные) по содержанию металлов по кондициям традиционных для Урала колчеданных месторождений. Отходы обогащения по технологии РРС практически не содержат сульфидов, не представляют экологической опасности и могут использоваться как строительный материал и т.п.

Учалинский ГОК успешно проводит технологические исследования по РРС - обогащению околорудных пород – бедных малосульфидных руд, вмещающих колчеданные залежи. Эти породы содержат те же сульфиды (пирит, халькопирит, сфалерит и др.), что и кондиционные руды, но в меньшей концентрации. Это определяет с одной стороны более низкое содержание цветных и благородных металлов, чем в колчеданных рудах, а с другой стороны позволяет эффективно, с минимальными затратами получить сульфидный концентрат (в силу резкого различия физических свойств сульфидов и вмещающих их кварца и силикатов).

В Башкортостане РРС успешно апробирован Горной компанией «Хром» на обогащении убогих по содержанию окиси хрома прожилково-вкрапленных хромитовых руд на мелких месторождениях Бурзянского и Белорецкого районов РБ. Показано, что при условии комплексного использования сырья (применение силикатных хвостов обогащения, как строительного материала и химического сырья) можно рентабельно перерабатывать руды с содержанием Cr₂O₃ 7-10% (при том, что еще недавно в СССР минимальным промышленным содержанием Cr₂O₃ считалось 40%). Учитывая значительное количество на Южном Урале, вблизи крупных металлургических центров (испытывающих острый дефицит хромитов) множества мелких месторождений с подобными рудами, широкое внедрение подобной технологии является перспективным.

Настроив рентгенорадиометрические датчики на активацию минералов лития, бериллия и других редких металлов и редких земель, а также флюорита, минералов бора, можно весьма эффективно получать концентраты и этих минералов. Эти технологии успешно применялись на предприятиях бывшего Министерства среднего машиностроения СССР, в частности на Малышевском ГОКе в Свердловской области при извлечении минералов бериллия.

Таким образом. РРС имеет перспективы для самого широкого внедрения в практику обогащения многих видов рудных и нерудных видов сырья.