ГТК золоторудных месторождений — транжирство или панацея?

Н.Ю. Стенин — к.т.н., MAusIMM, главный технолог Отдела НИР Департамента комплексной оценки ООО «РАМ».

В силу ряда факторов золотодобывающая отрасль в нашей стране развивается достаточно активно, причём основной драйвер — цена на золото — позволяет сегодня вовлекать в переработку весьма бедные руды, содержащие 0,5 г/т и даже ниже. Обратной стороной этой ситуации является драматический рост производительности золотодобывающих предприятий, нередко достигающий десятков миллионов тонн в год по руде, что предъявляет особенно жёсткие требования к каждому этапу освоения таких объектов.

Важнейшим этапом развития проекта является его технико-экономическая оценка, выполняемая в несколько стадий. Основными вводными для такой оценки являются результаты геологоразведочных работ, включая результаты технологических исследований, качество и полнота которых напрямую влияют на результаты оценки и фактические показатели будущего производства.

Одним из основных инструментов существенного повышения качества прогнозирования финансово-экономических показателей производства за счёт уменьшения целой группы рисков — геологических, горнотехнических, технологических, экологических и т.д. — является использование методов геолого-технологического картирования (ГТК), представляющего собой определение взаимосвязей между вещественным составом и технологическими свойствами руды с их интерпретацией в геологической модели месторождения, а также геометаллургии — дальнейшего развития ГТК в части наполнения трёхмерных блочных моделей не только технологическими (твёрдость руды, параметры концентрата, извлечение), но и экономическими (извлекаемая ценность, себестоимость добычи и переработки) параметрами.

Использование этих методов в мире, начиная с 2000-х годов носит взрывной характер, что обусловлено существенным падением качества сырья по многим видам ТПИ, бурным развитием аналитико-исследовательской аппаратуры и вычислительных мощностей и, как следствие, появлением специалистов междисциплинарного профиля, находящихся на стыке геологии (минералогии), геотехнологии и обогащения (металлургии). Основными объектами для внедрения долгосрочных геометаллургических программ становятся в основном крупные, комплексные объекты, на которых подъём товарного извлечения одного или нескольких компонентов даже на десятые доли процента способен быстро окупить стоимость геометаллургических исследований.

Напротив, в нашей стране, наследующей методики, разработанные и опробованные в СССР ещё во второй половине прошлого века [1–8], возвращение этих методов в отрасль существенно отстаёт от мирового тренда, что обусловлено сложностями в сфере подготовки специалистов необходимого профиля с одной стороны, и кажущейся дороговизной исследований в рамках ГТК — с другой.

Тем не менее сегодня можно отметить всё более заметный рост интереса к «хорошо забытому старому», что проявляется и в появлении публикаций [9–12], и в росте числа организаций, занимающихся построением геолого-технологических блочных моделей (ТОМС, МИСиС, РАМ), и во взятии на вооружение этих методов крупнейшими компаниями, в том числе золотодобывающими.

Кроме того, внесённые во все методические рекомендации по применению действующей Классификации запасов разделы о проведении ГТК, как целесообразном при изучении практически любых видов ТПИ, обусловило массовое получение недропользователями такой рекомендации при экспертизе ТЭО и подсчёта запасов золоторудных месторождений.

Предметом данной статьи является обсуждение вопроса о целесообразности и этапности проведения картирования на собственно золоторудных месторождениях, но для начала необходимо внести ясность в понятийный аппарат.

Следует различать процедуры ГТК и ТК (технологического картирования). Геолого-технологическое картирование — это комплекс работ по изучению пространственной изменчивости вещественного состава, физико-механических и технологических свойств руд с целью выделения и изучения распределения технологических типов и сортов руд с прогнозированием показателей переработки по типам и сортам руд по параметрам вещественного состава.

Технологическим картированием, в отличие от ГТК, называется прямое определение технологических свойств руды малообъёмных проб, отобранных по определённой регулярной сети с заданной плотностью, без поиска взаимосвязи с параметрами вещественного состава. Для золоторудных месторождений основным видом испытаний для проведения ТК является диагностическое цианирование, или bottle-test — «бутылочный тест». Для объектов, где золото крупное, связанное с сульфидами, с той или иной формой упорности применяются короткие обогатительные схемы, включающие чаще всего гравитационное и флотационное обогащение.

Иными словами, в случае успеха методами ГТК можно косвенно, по первичным геологическим данным (т.н. прокси-параметрам) прогнозировать технологические свойства всех разведанных запасов руды высокой категории, а методы ТК для решения этой же задачи предполагают разведку по плотной сети и отправку руды каждого нового участка (блока, интервала) на технологический тест, пусть и сокращённый.

Охват и детальность, с которыми при картировании изучается изменчивость параметров руд, зависит от вида сырья и промышленного типа месторождения, от назначения работ и стадии освоения, от масштаба, категории сложности объекта и выделенных инвесторами средств.

Определение необходимого количества малообъёмных проб зависит от различных параметров. Так, для определения минимального числа малообъёмных проб для ГТК существует несколько методических подходов, базирующихся на вариативности учитываемых при пробоотборе параметров или на уровне разведанности бурением — по количеству рудных тел, пройденных профилей, горизонтов и разновидностей руд [13].

Например, для жильных месторождений с весьма неравномерным распределением компонентов (коэффициент вариации от 100 до 150 %) рекомендуется отбор 35–50 малообъёмных проб на один технологический тип. Если же, например, при исследовании минералого-технологических проб и составлении моделирующей схемы получена высокая неравномерность получаемых результатов — извлечения ценного компонента на уровне 80 % — с коэффициентом вариации V = 20 %, то минимальное число малообъёмных проб при доверительной вероятности 95 % составит:

где: σ — допустимая точность оценки извлечения в указанной области, отн. %.

Количество проб, исследуемых при ТК, напрямую зависит от масштабов объекта, требуемой детальности и пространственного охвата исследованиями. На поисково-оценочной и разведочной стадиях целесообразно привязываться к плотности разведочной сети при планировании опробуемых скважин, а при планировании длин интервалов для групповых проб — к морфологии рудных тел с учётом частоты перемежаемости выделяемых разновидностей, а также параметров кондиций и условий отработки, если они к этому моменту уже разработаны.

Рис. 1. Диаграмма рассеяния для модели расчёта извлечения золота при цианировании 

Например, при разведке на участке детализации площадью 0,15 км2 золоторудного штокверка под категорию C1 по сети 55×55 м количество скважин составит 49 штук, при этом для надёжного определения распространения на глубину границы цианируемых руд заложено проведение «бутылочных тестов» на 15 рудных интервалах с каждой скважины. В этом случае в лаборатории будут исследованы 735 картировочных проб с получением данных о содержании ценных компонентов и извлечении их в раствор в условиях проведённого теста. Безусловно, количество отправляемых на технологический тест проб должно быть оптимизировано с учётом геологического строения, равномерности оруденения и изменчивости свойств руды.

Исходя из различий в задачах и методологии, количество малообъёмных проб при ТК, как правило, на порядки превышает количество проб, достаточных для ГТК. С другой стороны, при проведении ГТК глубина исследований вещественного состава каждой пробы существенно увеличивает их сроки и стоимость. Также в состав работ по ГТК практически всегда входит картирование физико-механических свойств, базирующихся на литологическом составе и текстурно-структурных особенностях руд. Прямое же определение прочностных индексов в массовом порядке в рамках ТК — явление крайне редкое. Исключением можно условно назвать массовое определение физико-механических параметров керна по рядовым пробам, таких как нарушенность пород RQD и твёрдость (Equotip®). Однако эти параметры используются, прежде всего, при решении задач по геомеханике, но как прокси для энергетических индексов также применимы в расчётах циклов рудоподготовки.

Рис. 2. Пример оконтуривания технологических типов руд на участке 1

ООО «РАМ» проводило комплекс работ по ГТК на одном из российских золоторудных месторождений. Месторождение жильного типа, включает несколько участков, различающихся геологическим строением. Руды золотосульфиднокварцевые, с развитием различных минеральных ассоциаций на каждом из участков. Руды месторождения в конце прошлого века долгое время изучались с применением разнообразных методик, включая малообъёмное опробование, однако существенное влияние на представление о технологических свойствах руд оказывало высокое бортовое содержание золота. Богатая стержневая жильная зона практически всегда отличается по технологическим свойствам от окружающей её более бедной минерализованной зоны, попадающей в руду при понижении бортового содержания. Технологические пробы, содержавшие 7–10 г/т золота, показывали удовлетворительные результаты обогащения, но в силу ряда причин масштабное освоение месторождения было надолго отложено. В текущих условиях месторождение требовало переоценки, включая технологические свойства руд, в связи с чем действующим недропользователем были начаты геологоразведочные работы.

Поначалу на участке 1 технологическое опробование проводилось путём формирования лабораторных проб из рудных интервалов с учётом только содержания золота и приуроченности к зоне окисления, определявшейся визуально и с помощью диагностического цианирования. В силу несовершенства методики диагностического цианирования оконтуривание руд по цианируемости было весьма затруднено, что обусловило попадание интервалов с незапланированной упорностью золота в «чужую» технологическую пробу. Это взаимозасорение проб не позволило дать чёткой интерпретации полученным на лабораторных пробах результатам. Проведённый на 60 групповых пробах развёрнутый фазовый анализ выявил недостаточно тесную корреляцию окисленности руд с их цианируемостью.

Рис. 3. Зависимость технологических показателей от степени окисления мышьяка K_As

Дополнительно отобранная по первичным рудам проба обнаружила лёгкую обогатимость, после чего по настоянию специалистов ООО «РАМ» было принято решение о проведении на участке 1 работ по ГТК. По специально разработанной программе в условиях ограниченного количества оставшегося каменного материала были сформированы 58 малообъёмных проб. При формировании проб учитывались: степень окисления руд, литологическая характеристика, ожидаемая степень цианируемости, содержание золота. Программа исследований каждой пробы включала определение химического, минерального и фазового (Fe) состава руды, обогащение пробы в центробежном концентраторе с цианированием концентрата и хвостов, кроме того, хвосты подвергались флотационному обогащению.

Математическая обработка полученных результатов убедительно показала, что руды участка могут быть поделены на основании результатов «бутылочного теста» на два технологических типа с переработкой их по гравитационно-цианистой и гравитационно-флотационной схемам. При этом было подтверждено, что руды с высокой долей цианируемого золота присутствуют как в зоне окисления, так и в первичных рудах (за счёт повышенных содержаний золота и крупности его выделений). Основными параметрами вещественного состава, контролирующими поведение золота при цианировании, оказались содержания золота, мышьяка и серы. Полиномиальная модель расчёта извлечения золота в раствор, построенная на этих параметрах, имела высокий коэффициент детерминации R2 = 0,81 (рис. 1). Таких моделей было построено несколько с целью наибольшего охвата недр, изученных в разные периоды с различной наполненностью аналитическими данными.

На основании имевшихся разведочных данных база данных по участку 1 с помощью полученных моделей была преобразована в геолого-технологическую, что позволило оконтурить вновь выделенные технологические типы руд (рис. 2).

Проведённое впоследствии крупнообъёмное технологическое опробование в пределах выделенных доменов цианируемых и упорных руд подтвердило корректность сделанных в ходе ГТК заключений и прогнозов.

Рис. 4. Характеристики технологических типов руд

Комплекс работ, проведённых на участке 1, показал, что одно лишь диагностическое цианирование («бутылочный тест») не позволяло разобраться в причинах непредставительности ранее отбиравшихся проб и низкой воспроизводимости результатов испытаний. Развёрнутый анализ вещественного состава вкупе с испытаниями руды по моделирующей схеме при проведении ГТК раскрыли причины вариативности технологических свойств руд. По результатам ГТК для сопровождения эксплоразведки была разработана адаптированная методика проведения «бутылочного теста», учитывающая особенности вещественного состав руд данного участка.

На участке 2 руды прожилкововкрапленные, представлены в основном золото-арсенопирит-кварцевым типом, где до 80 % золота связано с сульфидами. Предшественниками была выполнена детальная разведка, результаты которой предполагали наличие незначительного количества окисленных руд, а также смешанных и первичных, обогатимых флотацией. Максимальная доля цианируемого золота характеризовала руды как трудноцианируемые. Диагностическое цианирование рядовых проб не проводилось, характер изменчивости вещественного состава и обогатимости руд не изучались.

В ходе ГРР современного периода исследованная лабораторная проба первичной руды показала ухудшение технологических свойств, прежде всего по причине понижения бортового содержания золота. Поэтому на основании опыта, полученного ранее на участке 1, было принято решение провести технологическое опробование современного этапа доразведки с применением методов ГТК.

Разработанная силами ООО «РАМ» программа отбора и исследований малообъёмных проб включала комплекс изучения вещественного состава, сокращённый тест для определения индекса шарового измельчения по Бонду (для 10 % проб — полный комплекс определения физико-механических свойств) и обогащение по флотационной схеме с цианированием камерных продуктов, с которыми терялось более 25 % золота и при степени окисления руды пробы по мышьяку более 30 %. Сами малообъёмные пробы были сформированы из остатков керна разведочных скважин по разведочным пересечениям с учётом содержания золота и литологических разновидностей. С учётом разреженности сети (категория C2) и небольшой мощности рудных тел были сформированы и отправлены на исследования только 42 пробы.

Рис. 5. Корреляция окисленности и цианируемости руды

Статистическая обработка результатов исследований проводилась по 72 переменным. Разведочный анализ данных позволил чётко выделить наиболее значимый фактор, определяющий технологические свойства руды, — степень окисления мышьяка (рис. 3).

Разделённые по граничным значениям степени окисления мышьяка 30 % и 80 % пробы представили первичные (флотационные), переходные (смешанные) и окисленные (цианируемые) руды. На рисунке 4 показаны ящичные диаграммы медианных значений из влечений в разные продукты — флотацией в концентрат и цианированием камерного продукта в раствор.

По результатам факторного анализа отчётливо выделились два комплекса с наибольшей нагрузкой: извлечение золота во флотоконцентрат, связанное с содержанием серы в руде, и содержание золота в концентрате, связанное с содержанием золота в руде. Поэтому содержание серы в руде также может быть отнесено к основным классификационным признакам.

Несмотря на ограниченность исследованной выборки, был разработан ряд регрессионных моделей для прогноза технологических показателей по испытанной гравитационно-цианистой схеме по параметрам вещественного состава руды (золото, мышьяк, сера, железо), характеризующихся очень высокими коэффициентами детерминации (от 0,67 до 0,96).

Выполнение «бутылочных тестов» при проведении разведочных работ изначально не планировалось ввиду незначительных объёмов окисленных руд, выявленных предшественниками. Тем не менее на пробах ГТК было выполнено диагностическое цианирование, обнаружившее высокую корреляцию (рис. 5) извлечения золота в раствор со степенью окисления мышьяка.

Для заверки результатов выделения технологических типов были составлены три пробы руды, различающиеся по степени окисления мышьяка и, со ответственно, цианируемости. По результатам выполненных исследований и проведённых технико-экономических расчётов были выделены два технологических типа руд.

Одной из основных задач при выделении технологических типов руд является определение и обоснование не только классификационных признаков, но и граничных значений этих признаков, особенно при их плавном изменении за счёт существенной доли запасов переходных разновидностей.

Рис. 6. Пример геометризации доменов с различной цианируемостью на участке 2

При ограниченном количестве разведочных данных могут быть построены относительно грубые модели с крупными доменами, извлечение в пределах которых принимается однородным (рис. 6). С другой стороны, это упрощает итерационный поиск и обоснование принимаемой границы между технологическими типами. Поскольку корреляция степени окисления с результатом «бутылочного теста» была определена на данном участке как очень тесная, оконтуривание типов руд по извлечению золота в раствор практически не отличается от выполненного по степени окисления мышьяка KAs.

В случае с примером, рассмотренным для участка 2, такое обоснование границ может быть выполнено при комплексном технико-экономическом сравнении двух конкурирующих технологий для руд, типизация которых подлежит уточнению и обоснованию.

На рисунке 7 приведены кривые извлечения золота при первичной переработке руд, полученные для типизации в широком диапазоне значений окисленности руды по KAs, для флотационно-цианистой схемы и схемы прямого цианирования всей руды.

Таким образом, рассмотренные примеры выполненных работ демонстрируют, с одной стороны, кажущуюся достаточность и универсальность «бутылочного теста» (в рамках ТК) для цели оконтуривания технологических типов золотосодержащих руд, с другой — без проведения комплекса ГТК хотя бы в минимальном объёме ясное понимание факторов, контролирующих поведение вскрытых разновидностей руды в той или иной схеме переработки, а значит и отбор представительных проб практически не возможны.

Для эффективного освоения подавляющего количества месторождений необходимо глубокое и взаимосвязанное понимание геологии, вещественного состава руд и их технологических свойств. Методы ГТК базируются на количественном понимании характеристик первичных ресурсов, таких как минеральный состав и текстурно-структурные особенности, пространственное распределение и изменчивость этих характеристик и их взаимодействие с процессами добычи и первичной переработки.

Прямое ТК, безусловно, обладает тем преимуществом перед ГТК, что даёт непосредственное определение технологического параметра в опробованной точке, а также является достаточно экспрессным методом с существенно меньшей стоимостью обработки за одну пробу. Однако возможность широкой интерпретации и интерполяции по лученных данных существенно ограничена по сравнению с данными, получаемыми при проведении ГТК, в силу неаддитивности технологических параметров (извлечения, измельчаемости и т.п.).

ООО «РАМ» как при составлении проектов ГРР, так и при оказании консультационных услуг рекомендует применять методы ГТК на как можно более ранних стадиях изучения объекта, что позволяет на последующих этапах разведки и эксплуатации сократить относительные объёмы технологического опробования и экспериментальных работ, но при этом существенно повысить полноту и качество получаемой геологической информации. Достоверность оценки технологических свойств, выполненной методами ГТК, соответствует достоверности представления применённых информативных параметров вещественного состава руды, наполняющих блочную модель.

Рис. 7. Прогнозные извлечения золота по различным схемам переработки

Информационная база, получаемая на ранних стадиях ГРР с применением методов ГТК, позволяет в случае необходимости с минимальными затратами и наименьшей неопределённостью проектировать выполнение более сложных и комплексных работ для разведки и эксплуатации с целью построения детальных геометаллургических моделей.

Целью геометаллургии является снижение рисков в работе предприятия путём понимания и управления одной из самых многогранных переменных — рудой — при планировании и оптимизации горных работ. Схемы переработки руд становятся всё более сложными, энергоёмкими, а их эффективность напрямую зависит от большого количества параметров поступающего рудного сырья. Кроме того, геометаллургические модели используются сегодня для принятия решений с существенными экологическими и экономическими последствиями. Поэтому моделирование геометаллургических переменных становится всё более важным для улучшения управления минеральными ресурсами в целом. Рост вычислительных мощностей и текущие разработки в области аналитических технологий и стохастической геометрии открывают новые направления поисков решения этих задач.

1. Коц Г.А., Чернопятов С.Ф., Шманенков Н.В. Технологическое опробование и картирование месторождений. М.: Недра, 1980.
2. Малообъемное технологическое опробование и картирование рудных месторождений при разведке (инструкция № 1). М.: ВИМС, 1979.
3. Конев В.А., Шарко Е.Д., Фернандес Р. и др. Минералого-технологическое опробование колчеданно-полиметаллического месторождения на предпроектной стадии / Обогащение руд. 1962, № 2. — с. 35–42.
4. Нафиков У.С., Пирожок П.И., Хамидуллина Ф.Г. и др. Передовой опыт опережающего геологотехнологического опробования руд на Учалинском горно-обогатительном комбинате / М., Цветметинфор мация, вып. 2, 1982.
5. Пирогов Ю.И., Евтехов В.Д. и др. Геологотехнологическое картирование месторождений железистых кварцитов. — Горный журнал. 1982, № 9. — с. 1–5.
6. Походзей Б.Б., Чернопятов С.Ф. Методические аспекты использования метода главных компонент при геолого-технологическом картировании месторождений. — Обогащение руд. 1982, № 6. — с. 3–6.
7. Шманенков И.В. Унификация методов технологического опробования полезных ископаемых. — Горный журнал, 1946, № 2, с. 28–32.
8. Лал С.С. Об изменчивости геолого-промышленных параметров на Соколовском магнетитовом месторождении. — В кн.: Новые исследования в геологии. Л.: Изд-во ЛГИ, 1969. — с. 72–77.
9. Шипнигов А.А., Епифоров А.В., Мусин Е.Д., Собенников Р.М., Григорьев С.Г. Технологическое картирование месторождений полезных ископаемых как залог устойчивого развития горно-перерабатывающих предприятий. Золотодобыча, 2022, № 8 (285).
10. Мишулович П.М., Петров С.В. Методологические аспекты создания геолого-технологических моделей месторождений полезных ископаемых. Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 2019, 64 (2), с. 249–266. https://doi.org/10.21638/spbu07.2019.205
11. Петров С.В., Мишулович П.М., Смоленский В.В. Принципы создания блочной геологотехнологической модели месторождения. Обогащение руд, 2010, № 6. — с. 34–38
12. Козлова М.А., Рябцев Д.А. Современный подход к геолого-технологическому картированию рудных месторождений. Горные науки и технологии, 2017, № 1. — с. 23–29. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2017-1-23-29
13. Стандарт Российского геологического общества. Твёрдые полезные ископаемые и горные породы. Геолого-технологическое картирование. Методы. СТО РосГео 09-002-98, М.: 1998.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 3 (65)/сентябрь 2024 г.