Техногенные месторождения

 n

ределяется равенством М_i= [m_iC_i/ (åm_iC_i)]·100, %,

 i=1

где n – суммарное количество порций в технологической пробе, в данном случае – 20.

***Суммарная относительная  масса WO₃ (М_n’) для всех вышестоящих порций, включая

 n’ n

данную, равная М_n’= [(С_n’åm_i)/(С_nåm_i)]·100, %.

 i=1 i=1

 

Проба состояла из кусков крупностью 25-50 мм. Среднее содержание C_WO3=0,057%, т.е. в целом она относится к категории забалансовых руд, так как минимальное промышленное содержание в руде C_WO3=0,1%. После взвешивания и анализа каждого куска и ранжирования кусков по содержанию C_WO3 вся проба была разделена на 20 отдельных порций примерно равных по массе. Затем эти порции были объединены в три группы. В группу I вошли 5 порций с самыми высокими значениями C_WO3, для каждой из которых содержание C_WO3 оказалось выше, чем в хвостах флотации, т.е. C_WO3>0,04%. В группу II попали 5 порций, у которых среднее накопленное содержание металла оказалось выше, чем минимальное промышленное на месторождении, т.е. C_WO3>0,1%, но в самих порциях содержание металла ниже, чем в хвостах флотации, т.е. C_WO3 <0,04%. В группу III попали оставшиеся 10 порций, у которых оба показателя ниже установленных пределов.

Данные таблицы 6 показывают, что распределение вольфрама в кусках и порциях некондиционной руды очень неравномерно. Действительно, некондиционная в целом горная масса технологической пробы, оказывается, наполовину (10 из 20 порций) представлена вполне кондиционной рудой, в которой сосредоточено 92,8% всего металла, а его средняя концентрация C_WO3=0,106% (групповые порции I и II вместе). Более того, кондиционная рудная часть пробы также наполовину сложена некондиционной рудой со средним содержанием C_WO3=0,026% и запасом металла в 11,4% (групповая порция II). Следовательно, в данном случае отвал некондиционных руд на 50% представлен вполне кондиционными рудами, в которых сосредоточено 92,8% металла со средним содержанием C_WO3=0,106%. Такой отвал нельзя считать бросовым, он должен рассматриваться как ТМ, вполне пригодное для разработки, причём, с гораздо меньшими затратами, чем коренное, так как горная масса в нём уже добыта и складирована.

Аналогичные результаты анализа состава отвалов некондиционных руд получаются и для многих других типов рудных месторождений. В настоящее время уже имеется опыт переработки отвалов некондиционных руд при использовании крупнопорционной сортировки горной массы и покусковой и мелкопорционной сепарации некондиционных руд с помощью ядернофизических методов. Например, извлечение Pb и Zn из некондиционных полиметаллических руд Алмалыкского ГОК’а (Узбекистан) составляет около 50% от массы полученного комбинатом металла.

ТМ цветных и редких металлов помимо доизвлечения основных полезных компонент и получения  стройматериалов (щебень, песок, гравий, закладочный материал и т.д.) могут являться ценным источником попутных элементов, которые в начальный период добычи руд по тем или иным причинам не извлекались. Так, например, отвалы и хвосты медно-никелевых руд Норильска содержат промышленные с точки зрения современных технологий их переработки концентрации платиноидов, золота и серебра, которые ранее извлекались лишь частично. Практически все полиметаллические и медно-цинковые месторождения содержат Ag, Cd редкие и рассеянные элементы, потребность в которых резко возросла в последнее время, и промышленные кондиции на них в связи с этим существенно понизились.

ТМ цветных и редких металлов имеют огромные запасы полезных компонент. В качестве примера рассмотрим суммарные характеристики ТМ медной подотрасли Урала, в которой сосредоточена основная их доля России и для которой известны наиболее полные данные (таблица 7).

 

Таблица 7.

Характеристика ТМ медной подотрасли Урала.

Тип техногенного сырья	Запасы, млн.т	Содержание и запасы полезных компонент, %/тыс.т
		Cu	Zn	S
Некондиционные руды и породы вскрыши	10617	0,34/36098	0,22/23357	8,69/922617
Хвосты обогащения	208,8	0,37/770,1	0,39/820,5	21,9/45811
Шлаки медеплавильных заводов	110,9	0,37/410,2	2,29/2538,6	0,98/1086,4
Итого	10937	37278	26716	969514

 

Из таблицы 7 следует, что основная доля (87,4–96,8%) запасов  полезных компонент сосредоточена  в ТМ, возникающих при добыче руды коренных месторождений. В целом  для медной подотрасли Урала этот показатель даже превосходит соответствующие  потери при добыче вольфрамовых руд [85%=65,4/(65,4+11,4) – см. рис. 2] несмотря на то, что медные и медно-цинковые кондиционные руды имеют более высокие содержания Cu (0,35-0,5%) и Zn (1,5%) и как следствие этого должны быть более однородны.

Из этой же таблицы также видно, что даже средние содержания Cu (0,34-0,37%) близки к кондиционным (0,35%-0,5%), поэтому учитывая неравномерность распределения меди в техногенных рудах (от 0,08 до 1,88%), очевидно, что они вполне конкурентоспособны с коренными рудами.

В медных рудах Урала помимо меди содержится ёще 15 других ценных компонент (Zn, Pb, S, Au, Ag, Bi, Cd, Ge, Re, Sn, Te, Ni, In, Sb). Кроме того, в шлаках содержится до 30% и более железа (C_{Fe,кондиц.}³16%), которое из них не извлекается.

Наибольшую ценность в хвостах обогащения Уральских руд представляет сера. Её стоимость составляет 30-50% от общей стоимости хвостов. Второе место принадлежит сумме драгоценных металлов (25-45%). Далее идут Cu – 10-20% и Zn – 10-15%.

Каждое ТМ обладает своими особенностями, обусловленными составом исходного сырья для них, технологией добычи, обогащения или переработки и целым рядом других факторов. Поэтому необходима объективная оценка и детальная разведка каждого перспективного для вторичной переработки ТМ. Оценочные работы проведены пока на немногих месторождениях. Рассмотрим для примера результаты таких работ на двух месторождениях: ТМ Бурибаевской обогатительной фабрики и ТМ медиплавильного комбината АООТ «СУМЗ» (Среднеуральский металлургический (медиплавильный) завод).

ТМ Бурибаевской обогатительной фабрики начало формироваться с 1937 г. Площадь хвостохранилища составляет около 18 га. Высота колеблется от 0,5 до 18 м. Хвосты представляют собой обезвоженную пульпу с размером частиц от 0,02 до 0,07 мм.

По результатам опробования  шлама содержание С_S=10-42%, С_Cu=0,12-1,64%, С_Zn£1%. Эти шламы могут быть использованы как сырьё для получения медного и пиритового концентратов.

Хвостохранилище разведано  колонковыми скважинами по сети 50´50 м. Анализ размещения меди и серы в шламе хвостохранилища показал, что наибольшее их содержание отмечается в местах слива шлама из трубопровода. По мере удаления от него содержание меди и серы уменьшается. По содержанию этих элементов выделяют три участка:

I участок – С_Cu>0,5%, С_S>34%.

II участок - С_Cu>0,5%, С_S<34%.

III участок - С_Cu<0,5%, С_S<34%

Запасы хвостохранилища составляют 3,96 млн.т при среднем содержании С_Cu=0,54%, С_Zn=0,17%, С_S=28,18%. Кроме Cu, Zn и S хвосты содержат:

Au – 1,2 г/т (0,00012), Se – 41 г/т (0,0041%), Ge – 1,6 г/т (0,00016%,

Ag – 10,3 г/т (0.00103%), Te – 28 г/т (0,0028%).

Пользуясь этими данными нетрудно подсчитать запасы перечисленных выше металлов в хвостохранилище Бурибаевской обогатительной фабрики (сделать самостоятельно)

Cu – 21384 т, Au – 4,752 т, Te – 110,88 т,

Zn – 6732 т, Ag – 40,788 т, Ge – 6,33 т,

S – 1,116 млн.т, Se – 162,35 т.

ТМ медеплавильного комбината  АООТ “СУМЗ” представляет собой шлакоотвал, содержащий несколько десятков млн.т шлаков.

Минеральный состав шлаков:

Магнетит (FeFe₂O₄), пирротин (Fe_1-xS), фаялит {Fe₂[SiO₄]}, шпинель (MgAl₂O₄), виллемит {Zn₂[SiO₄]}, куприт (Cu₂O), волластонит {Ca₃[Si₃O₉]}, кварц (SiO₂) и некоторые другие рудные и нерудные минералы.

В химическом составе преобладают

Fe – (34-42)%, SiO₂ – (32-38)%, Al₂O₃ – (4,6-7,5)%,

Zn – (2-5)%, S – (0,9-1,2)%, Cu – (0,6-0,7)%.

В ходе отработки шлакоотвала, дробления и флотационного обогащения шлаков на обогатительной фабрике получают медно-цинковый концентрат и магнетит, содержащий песок.

3.4 ТМ черных металлов

 

ТМ этой группы, как  и ТМ цветных и редких металлов формируются при добыче, обогащении и переработке продуктов обогащения коренных руд чёрных металлов (Fe, Ti, Mn, Cr). Они так же, как правило, относятся к месторождениям смешенного типа, т.е. пригодны для доизвлечения различных металлов и для получения стройматериалов.

Для месторождений Урала  этой группы наблюдается аналогичное  соотношение запасов для разных их типов:

• ТМ вскрышных и скальных пород и некондиционных руд - >5 000млн. т;
• ТМ хвостов обогащения - ~900 млн. т;
• ТМ шлаков металлургических комбинатов - ~200 млн. т.

Наибольший интерес  среди ТМ чёрных металлов вызывают в последнее время хвосты мокрой магнитной сепарации титаномагнетитовых руд Качканарского ГОК’а (Урал). Хвостохранилище занимает площадь 2000´200 м=40 га. В среднем в него ежегодно поступает около 34 млн.т хвостов. Материал их достаточно однороден, с преобладающим фракционным составом 1-4 мм. Распределение металла по поверхности хвостохранилища равномерное. Как следствие однородности состава шламов в них отмечаются стабильные содержания одного из редких металлов–скандия (C_Sc»130 г/т), представляющего промышленный интерес.

ТМ металлургических предприятий представляют довольно сложные объекты. Строение подобных ТМ рассмотрим на примере ТМ Челябинского электрометаллургического комбината (АО «ЧЭМК»).

Шлаковые отвалы ЧЭМК формируются с начала ферросплавного производства в 1931г. и продолжают функционировать  по настоящее время. Они имеют  в плане близкую к изометрической форму плоского типа (соотношение  площади верхней поверхности  и нижнего основания меньше двух). Площадь отвала около 38 га. Мощность тела отвала 16-31 м, средняя её величина – 22,55 м. Плотность материала – 2,5 т/м³.

Вывалка шлаков и отходов  различного состава производилась  хаотически, без соблюдения системы складирования, поэтому строение отвала сложное. Большая часть его поверхности покрыта пылями различных производств и саморассыпающихся шлаков, которые впоследствии проходят процесс литификации (слёживания), превращаясь в сцементированные тонкообломочные породы.

В отвале содержится около 653 тыс.т марганца. Основное перспективное направление переработки – использование в качестве строительного материала с предварительным извлечением металлических фаз. Характерными стройматериалами, которые могут быть получены из шлаков чёрной металлургии, являются:

• гранулированные шлаки;
• шлаковая пемза как заполнитель бетона;
• шлаковата;
• литой шлаковый щебень;
• шлаковое литьё (брусчатка, плитки, бордюрный камень и пр.);
• стеклокерамические изделия;
• вяжущие добавки в цемент;
• минеральные добавки для улучшения почв.

 

4. Методика и  техника геолого-экономической оценки  ТМ

4.1 Основные этапы исследования  ТМ

 

Исследования ТМ и  вовлечение их в эксплуатацию представляет собой комплексную проблему, которая  может быть решена только совместными  усилиями геологов, геофизиков, горняков, обогатителей и экологов. Методика исследований ТМ включает ряд этапов:

1. Рекогносцировочное геолого-геофизическое обследование ТМ. Оно выполняется путём изучения горно-геологической документации отработки коренных месторождений, осмотра техногенных образований на местах и составления схемы их залегания. На основании выполнения этих работ оценивается:

• минералогический и петрофизический состав залежей ТМ и их физические свойства (плотность, электропроводность и т.д.);

• ожидаемое содержание полезных и попутных компонент;
• гранулометрический состав;
• площадь и мощность залежей ТМ, их состояние, сроки складирования и т.д.

Первый этап работ  заканчивается заключением о  целесообразности дальнейшего изучения ТМ с целью вовлечения его в переработку, если существует потребность в том или ином продукте, полученном из техногенного сырья.

При этом оценка ТМ должна быть технолого-эколого-экономической, так как экологический аспект их разработки, наряду с сырьевым, является важнейшим.

Совокупность таких  заключений может служить основой для составления централизованной картотеки, кадастра или банка данных по ТМ России.