10 августа 2022, Среда11:42 МСК
Курсы на 10.08.2022
60,24 -0,66
Au 1 809 +0,17%
Ag 20,61 -0,46%
61,52 -0,88
Pt 940,30 -0,28%
Pd 2 201 -1,11%
Вход/Регистрация

Tехногенно-минеральные образования «High Sulfidation» эпитермального Cu-Au-Ag месторождения Челопеч (Болгария)

Актуальность работы.
В ближайшие годы рудник Chelopec, который ведет разработку медно-золотого месторождения Челопеч, исчерпает экономически оправданные запасы. По мнению авторов, одним из путей продления срока службы рудника и повышения рентабельности производства должна стать добыча техногенно-минеральных ресурсов. В процессе отработки медно-золотых месторождений (в том числе обогащения) образуются многочисленные технологические продукты («хвосты» обогащения) или техногенно-минеральные образования (ТМО), которые являются основным источником изменения состава окружающей среды, появления повышенных концентраций несвойственных среде элементов и тяжелых металлов. ТМО, расположенные в хвостохранилищах, рассматриваются многими исследователями как крупные комплексные техногенные месторождения, содержащие значительные запасы полиметаллов, редких и благородных металлов. Целью исследования является выделение основных типов ТМО месторождения Челопеч в твердой и гидроминеральной форме, а также оценка возможности их промышленного освоения для продления срока службы рудника и снижения экологической нагрузки на территорию района. Результаты. На основании анализа геологических особенностей месторождения, технологии обогащения и свойств руд месторождения Челопеч выделены ТМО двух генетических типов: горнодобывающего и обогатительного производства. Определены и подсчитаны полезные компоненты, содержащиеся в них. Показаны результаты теоретического моделирования физико-химических параметров гипергенного минералообразования твердой части ТМО. Приведены объекты образования технологических вод. Оценены условия концентрации в них золота и других металлов. Выводы. Переоценка минеральных ресурсов с учетом твердой и жидкой части ТМО месторождения Челопеч, разработка технологических решений к вовлечению неучтенных ресурсов в хозяйственный оборот принесет существенный экономический и экологический эффект.

Ключевые слова: месторождение Челопеч, обогащение полезных ископаемых, техногеогенез, золотосодержащие руды, эпитермальные месторождения, Среднегорский вулканический пояс, Тетический Евро-Азиатский металлогенический пояс, Болгария.

В.Н. Голдырев — инженер.
В.А. Наумов — доктор геолого-минералогических наук, доцент.

Введение

На сегодняшний день крупнейшим золотодобывающим предприятием Болгарии является рудник Chelopech.

Рудник Chelopech находится в западной части Болгарии, в 70 км к востоку от Софии, рядом с селом Челопеч на южном склоне Балканских гор. Предприятие располагается в северной части горнорудного района Панагюриште, в котором известен ряд месторождений массивных сульфидных руд и порфировых месторождений. Полезные ископаемые в районе были обнаружены еще в XIX веке, однако разработка самого месторождения началась в 1954 году. До 1990 г. сульфидный концентрат с предприятия свозили на металлургический комбинат в близлежащий город Пирдоп. В дальнейшем по причине повышенного содержания в концентрате мышьяка было принято решение о невозможности переработки концентратов на комбинате. Как следствие, в 1992 г. рудник Chelopech был переведен в ремонтно-эксплуатационный режим, а в 1993 г. продан компании Navan, которая возобновила работу предприятия, организовала переработку концентрата на комбинатах в других странах мира. В 2002 г. компанию признали банкротом, в 2003 г. объект приобрела Dundee Precious Metals (Канада), которая владеет рудником до настоящего времени [5].

В районе месторождения ведется эксплуатационная разведка. Состояние минерально-сырьевой базы рудника Chelopec демонстрирует таблица 1. Срок окончания эксплуатации Chelopech — 2027 г. [24].

Mineral reserve and
mineral resource
(JORC) 
 Руда      Золото     Серебро Медь
 Объем, млн т  Содержание, г/т  Объем, т  Содержание, г/т  Объем, т       Содержание, %   Содержание, %
 Proven and Probable   16,9   3,03  46,6   7,55  115,9  0,90   152,4
 Measured
and Indicated
  14,2  2,86  37,1   8,00   103,65  0,94   134,2
 Inferred  1,9  2,02 3,5  6,57  11,31  0,84  0,4

Табл. 1. Минерально-сырьевая база рудника Chelopec на 2019 г по данным [24]

В связи со сложившейся ситуацией, по мнению авторов, одним из путей продления срока службы рудника и повышения рентабельности производства должна стать добыча техногенно-минеральных ресурсов.

Цель работы — на основе известных материалов по изучению геолого-структурного положения, вещественного состава, принятой технологии разработки и обогащения руд месторождения Челопеч выделить основные типы техногенно-минеральных образований (ТМО), в твердой и гидроминеральной форме, оценить возможность их промышленного освоения для продления срока службы рудника и снижения экологической нагрузки на территорию района.

На основе практики проведения подобных работ мы знаем, что для достижения этой цели нам надо учесть геологические условия формирования месторождения; формы нахождения полезных компонентов; способ разработки и технологии обогащения руд; типы, состав и условия формирования техногенно-минеральных образований (ТМО); особенности изменения состава ТМО в новых условиях геологической среды [13].

Геологические особенности

Геолого-структурное положение
Месторождение расположено в Центральном Среднегорье (Среднегорский вулканический пояс), где установлены крупнейшие в Болгарии золотосодержащие ВС-эпитермальные и медно-порфировые месторождения. В этом районе сосредоточено около 90 % медных руд страны [2].

Медно-порфировые месторождения (Ботевгрдско-Етропольский рудный район) по составу и условиям локализации группируются в три типа меднопорфировых залежей: среди вулканических и субвулканических пород (месторождение Асарел), в гипабиссальных интрузивах (месторождение Медет), на контакте интрузивных массивов и метаморфических пород (месторождение Елаците) [2]. Формирование медно-порфировых месторождений связано с внедрением малых субвулканических — гипабиссальных интрузий кварц-диоритового, монцонит-диоритового составов, сопровождавших андезит-дацитовый вулканизм. Штокообразные рудные тела занимают апикальные части гипабиссальных интрузивов (Медет) или проникают в покров эффузивных пород над субвулканическими изверженными телами (Асарел). При наличии структурного контакта с широкой зоной замещения между гранитами и сланцами (Елаците) форма рудного тела пластообразная. Основные рудные минералы — пирит, халькопирит, молибденит, магнетит, гематит, менее распространены сфалерит и галенит. Наиболее типичными изменениями являются калишпатизация, окварцевание, хлоритизация, серицитизация и цеолитизация [4].

ВС-эпитермальные (ПанагюрскоЕтропольский рудный район) пространственно связаны с двумя субпараллельными вулканическими зонами северо-западного простирания [2]. Они приурочены к дацитовым и андезитовым агломератовым туфам или к контакту туфов с дайкообразными телами риодацитов. Рудные тела эпитермальных (месторождения Радка, Челопеч, Елшица) и эпитермального полиметаллического (месторождение Радка) составов крутопадающие лентообразные [4].

Минералы  Рудные      Нерудные
 Главные  Пирит, теннантит, халькопирит,
энаргит, люцонит, борнит,
сфалерит, галенит
 Кварц, барит, серицит, анатаз,
хлорит, эпидот, альбит, алунит
 Второстепенные и редкие  Тетраэдрит, марказит,
фаматинит, ковеллин, халькозин,
золото
 Каолинит, флюорит, халцедон,
гипс

Табл. 2. Минеральный состав руд месторождения Челопеч по данным [7]

Месторождения связаны с вулканоплутоническими центрами, являющимися продуктами субдукционного магматизма раннего мела (туронсенон) [2], и располагаются в Панагюрской субмеридиональной глубокопроникающей рудоконцентрирующей структуре [9].

Оруденение связано с нижнечелопечской свитой (верхний мел) и характеризуется типичными эпитермальными, высоко сульфидными метасоматическими изменениями. Метасоматические изменения и оруденение имеет зональность. В центре расположены богатые тела, сложенные штокверками и/или массивной сульфидной минерализацией. Эти тела окружены бедными ореолами метасоматических изменений с преобладанием окварцевания и рассеянной сульфидной минерализацией. Эти две зоны: «штокверк» (hydrothermal breccia or massive sulfide ore) и «кварц-серицитовый ореол» (quartz-sericite alteration envelope) являются рудными телами (рис. 1) месторождения и используются в подсчете ресурсов и запасов [20].

разрез месторождений.jpg

Рис. 1. Разрез месторождений Челопеч и Воздол на основе поверхностного и подземного картирования, бурения, описания и наблюдений [27], а также включающие информацию [28] (в настоящее время уровень добычи составляет ~200 м, горные породы относятся к позднему мелу, если не указано иное)

Ранее считалось [7], что месторождение Челопеч находится в составе Челопечской андезитовой стратовулканической структуры, которая сформировалась в подводной среде. Исходя из этого Челопеч, а также большинство близ расположенных месторождений относили к медноколчеданному типу, в зарубежной литературе массивный сульфидный медно-пиритовый тип. Однако недавние исследования [20, 27] доказывают метасоматическое образование оруденения, связанное с замещением вулканических пород.

 Компонент   Массовая доля, %  Компонент  Массовая доля, %
  SiO2  75,11  CaO  0,22
 Al2O3  10,92  Na2O  0,22
 Fe2O3  4,76  K2O  2,74
 MnO  0,01  TiO2  0,39
 MgO  0,49   P2O5  0,14
 S%  5  Н2O  5,26

Табл. 3. Химический состав руд месторождения Челопеч по данным [21]

Челопеч — это высокосульфидизированное эпитермальное месторождение. Минерализация связана как с сульфидами, так и с богатыми сульфосолями зонами окварцевания, окруженные ореолами аргиллизации. Рудные тела представляют собой сложные разветвленные штокверки, варьирующиеся от 40–200 м в длину, мощностью 20–130 м, которые могут простираться на 390 м в глубину [24].

По мнению авторов, Панагюрский рудный район представляет собой крупнообъемную порфирово-эпитермальную систему (ПЭС) [25, 26, 30], месторождением-лидером которой является Асарел (рис. 2). К подобным объектам на территории РФ относится расположенное в Восточном Забайкалье скарново-порфировое Cu-Au-Fe месторождение Быстринское, которое наряду с месторождениями Малмыж (Приамурье) и Песчанка (Чукотка) принадлежит к числу наиболее крупных Cu-Au-порфировых рудных полей России. Данные месторождения многими авторами [1, 8, 18] рассматриваются как крупнообъемные ПЭС. Поэтому рассмотрение Панагюрского рудного района в качестве ПЭС с прогнознопоисковой точки зрения является об основанным.

панагюрская.jpg

Рис. 2. Панагюрская порфирово-эпитермальная система по данным [29]

Вещественный состав руд
Рудные тела (штокверки, штоки, линзы) расположены среди «вулканогеннотуфогенных и дайковых пород андезито-дацитового состава, подвергнутых гидротермальным изменениям (окварцевание, серицитизация, пиритизация)» [12]. Основные породообразующие минералы: кварц, плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, эпидот, хлорит, серицит, барит (табл. 2)

На месторождении Челопеч, по В.А. Коваленкеру [12], могут быть выделены (в порядке формирования) следующие минеральные парагенезисы (зоны): халькопирит-теннантитпиритовая, халькопирит-теннантитовая, люцонит-энаргит-пиритовая и борнит-пиритовая. Ассоциации сменяют друг друга в указанном выше порядке.

В рудах установлены многие минералы редкометальной линии: сульфиды галия, индия, сульфосоли семейства энаргита (энаргит, люцонит, арсеносульванит, колусит), реньерит, висмутовые сульфосоли, блеклые руды, а также редкие минералы теллура: голдфилдит, алтаит, сильванит, теллуровисмутит, самородный теллур [16]. Наличие минералов As, Hg, S, Se, вероятно, обусловлено присутствием этих компонентов в вулканических газах, а V, Sn, Ge, Ga, In, Mo — выщелачиванием из вмещающих пород [17]. Химический состав руд приведен в таблицах 3 и 4.

Около 45 % меди находится в виде арсенидов и сульфосальтов, 50 % — в виде халькопирита и 5 % — в виде оксидов. Сростки минералов меди распространены, как в виде агрегатов, так и в виде сложных структур с несколькими минералами [20].

Элемент   Массовая доля, г  Элемент       Массовая доля, г
 V   91   La   22
 Ga   17  Ce  38,4
 Co   30  Pr  3,8
 Nb   6  Nd  13,9
 Zr   91   Sm  3,2
 Sr  182  Eu  1,3
 Ba  2,427   Gd  4,4
 Rb  115  Dy   5,1
 Pb   264  Ho   1
 Th   6   Er   2,7
 U   2  Tm   0,4
 Cu  72   Yb   2,3
 Zn  110  Lu   0,3
 As  110   Sc   7
 Ag  8   Y   29
 Au  3,78    

Табл. 4. Концентрации попутных, редких и рассеяных элементов руд месторождения Челопеч по данным [21]

Золото парагенетически связано с мышьяком и минералами основных металлов и встречается в различных формах. Основная доля золота находится в связанном виде, образуя упорные к обогащению формы: сростки с пиритом, халькопиритом и сфалеритом (~45 %), энаргитом, лузонитом, теннантитом, тетраэдритом и борнитом (~25 %) и мелкие срастания с халцедоновым кремнеземом (~20 %) [20].

Доля свободного золота составляет ~10 % (табл. 5). Свободное золото мелкозернистое (от 5 до 300 мкм, большинство от 5 до 20 мкм). Среднее значение состава свободного золота составляет Au — 94,14 мас. %, Ag — 5,27 %, Cu — 0,53 %, Fe — 0,10 %. Самородный металл с примесью серебра в стехиометрической форме, приближенной к Au3Ag и в золотоносных теллуридах [20]. Другие компоненты не были обнаружены. Пробность золота (1000*Au/ (Au+Ag) обычно колеблется в диапазоне 900–1000, со средним значением 947 [19].

 Форма нахождения и характер связи благородных металлов с рудными
и породообразующими минералами  
   Распределение, %
 ЗолотоСеребро 
 Золото в виде свободных зерен с чистой поверхностью.
Серебро в составе золота
 10 23
 В открытых сростках 25 15
 Связанное с сульфидами 45 44
 Связанное с кислоторастворимыми и породообразущими минералами 20 18
 Содержание 3,8 8

Табл. 5. Фазовый анализ золота и серебра по данным [20]

Технология разработки и обогащения руд

Chelopech — подземный рудник. Ранее для проведения горных работ применялась система подэтажного обрушения, в настоящий момент предприятие перешло на подэтажную выемку с отбойкой глубокими скважинами. Рудные тела сгруппированы в две зоны добычи (рис. 3). Центральная зона состоит из одиннадцати минерализованных тел, в то время как западная зона содержит еще девять таких тел (рис. 4). Из них семь считаются значительными и определяются как минеральные ресурсы [24].

план рудника.jpg

Рис. 3. План рудника Chelopec с нанесенными проекциями рудных зон по данным [24] 

Технико-экономическое обоснование было создано, исходя из бортового содержания в золотом эквиваленте 3,2 г/т, рассчитанного по формуле AuEq = Au(g/t) + 2,5 х Cu (%) [24].

план месторождения.jpg

Рис. 4. План месторождения Челопеч, зона «Западная», горизонт 405 [27]

Производительность горнообогатительного комбината (ГОК) 2,2 млн т руды в год. Обогащение руд производится по следующей схеме (рис. 5):
1. Первичное дробление (щековая дробилка) руды осуществляется непосредственно в шахте (рис. 6), после чего дробленный материал по конвейерам транспортируется и складывается в отвалы на поверхности.
2. Измельчение в мельнице полусамоизмельчения в замкнутом цикле с батареей гидроциклонов.
3. Коллективная сульфидная флотация
4. Селективная флотация с получением медно-золотого флотоконцентрата. Пиритный концентрат производится из хвостов медного цикла флотации.
5. Сгущение концентратов и хвостов.
6. Фильтрация (вакуум-фильтры) концентратов.

схема обогащения руд.jpg

Рис. 5. Схема обогащения руд ГОКа Chelopec [24]

Концентраты отправляются железнодорожным транспортом в порт Бургас, откуда транспортируются на завод компании в Намибию и третьим лицам. Хвосты отправляются по трубопроводу длинной 2,6 км в хвостохранилище площадью 86 га (рис. 7) или используют в качестве материала обратной закладки.

горные выработки.jpg

Рис. 6. Горные выработки и рудные зоны рудника Chelopec в разрезе [24]

В настоящее время технологическая схема ГОКа позволяет извлечь в товарный продукт около 70 % золота, 91 % меди и 63 % серебра [24].

Техногенно-минеральные образования

Помимо концентратов в процессе отработки месторождения (в том числе обогащения) образуются многочисленные технологические продукты («хвосты» обогащения) или техногенно-минеральные образования (ТМО). Нами они рассматриваются как неоцененный минеральный ресурс, который находится в твердом и жидком виде. Среди твердой составляющей ТМО выделены следующие типы.

месторождение хвостохранилища.jpg

Рис. 7. Месторасположение хвостохранилища рудника Chelopec 

ТМО горнодобывающего производства
Рудный двор ГОКа
Зона расположения рудного двора, промплощадка (рис. 8), где размещаются руды, не является собственно отходом производства, но тем не менее она формирует самостоятельный тип ТМО.

Руда, добытая в шахте поступает из системы рудопрохода до горизонта 195 (рис. 6), где дробится до размера 800х800 мм, а затем транспортируется по конвейерам на рудный склад на поверхности объемом 6 тыс. т [24]. Под воздействием атмосферных осадков происходит разрушение первичных сульфидных руд, в результате чего образуются обогащенные золотом и другими металлами технологические воды. Количество и минерализация технологических вод зависят от количества атмосферных осадков и времени нахождения руд на рудном складе.

рудный двор гока.jpg

Рис. 8. Рудный двор ГОКа «Chelopec» [24] 

ТМО обогатительного производства
Осадки хвостохранилища
При гидрометаллургической переработке золотосодержащей руды в качестве отходов (ТМО) образуется отработанный рудный материал (хвостовая пульпа), по минеральному и химическому составу практически аналогичный вещественному составу исходного материала. Руда была раздроблена и истерта. Вещественный состав ТМО отличается от первичных руд практически полным отсутствием сульфидов после флотации, содержащих медь и благородные металлы, а также снижением содержания минералов пониженной твердости (низкой гипергенной устойчивости), «перетертых» в процессе истирания и вынесенных водой в виде взвеси.

Судя по ранее проведенным работам для шламохранилищ, образованных при разработке золоторудных месторождений, характерно сохранение гипергенно устойчивых минералов, которые с трудом поддаются истиранию. Среди минералов легкой фракции преобладающими будут кварц, частично полевые шпаты и глинисто-гидрослюдистые минералы. Среди минералов тяжелой фракции — магнетит, рутил, циркон, эпидот и пирит. Здесь же находятся не извлекаемые при флотации благородные металлы в свободном виде.

Хвостовая пульпа после флотации сгущается. Большая часть (60 %) пульпы идет на заполнение выработанного пространства шахты, а остальная часть (40 %) транспортируется в хвостохранилище. По проекту работ [22], на завершающем этапе эксплуатации объем пульпы, поступающей в хвостохранилище, будет увеличен до 60 %.


  Продукт    Хар-ка                     Год  Сумма 
 2019 2018 2017 2016 2015 2014 20132012  2011 2010 2009
                           Поступает
       Первичная
руда
 Выход, млн т 2,2 2,22 2,22 2,21  2,05  2,08  2,03  1,82 1,35  1,00 0,98 20,16
 Содержание
Au, г/т
 3,35 3,72 3,74  3,43 3,7 3,72 3,5 3,69 3,85 3,86 4,34 3,67
 Количество
Au, т
 7,4  8,3   8,3  7,6  7,6  7,7   7,1 6,7 5,2 3,9 4,3 74
 Извлечение
Au, %
 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 -
Выход полезного продукта
       Медный
концентрат
 Выход, млн т 0,10 0,1 0,10 0,10 0,11 0,13 0,13  0,12  0,10  0,08  0,07 -
 Количество
Au, тыс. унц.
 119,928  141,84  141,235  118,428 114,951 124,371 137,825 120,631  93,881  65,512  88,443 -
 Количество
Au, т
 3,4 4 4 3,3 3,2 3,5 3,9 3,4 2,6  1,8 2,5 35,5
 Извлечение
Au, %
 45,648,1 47,6 43,7 42,445  54,3 50,3  50,6 47,5  58,2 -
       Пиритовый
концентрат
 Выход, млн т  0,25  0,26  0,25  0,21  0,24  0,16                    Пиритовый концентрат не производился                    -
 Количество
Au, тыс. унц.
 53,471  59,255  56,449  47,237  54,774 36,466 -
 Количество
Au, т
 1,5 1,7 1,6 1,3 1,5 1 8,6
 Извлечение
Au, %
 20,3 20,1 19  17,4 20,2 13,2 -
                           Выход ТМО
       Хвостовая
пульпа
 Выход, млн т  1,85  1,86  1,87 1,90  1,70  1,79  1,90  1,70 1,25 0,92 0,91  17,65
 Содержание
Au, г/т
 1,36 1,41 1,48  1,55 1,67 1,81 1,71  1,96 2,06 2,20  1,95 1,69
 Количество
Au, т
 2,5 2,6 2,8 2,9 2,8 3,2 3,2 3,3 2,6 2 1,8 29,9
 Извлечение
Au, %
 34,1 31,8 33,3 38,8 37,3  41,8 45,7 49,7 49,4 52,5 41,8 -
                           Поступает в хвостохранилище (40% от хвостовой пульпы)
     Хвосто-
хранилище
 Выход, млн т  0,74  0,74  0,75  0,76  0,68  0,72  0,76  0,68  0,50 0,37 0,36 7,06
 Содержание
Au, г/т
 1,36 1,41 1,48 1,55 1,67 1,81 1,71  1,96 2,06  2,20 1,95 1,69
 Количество
Au, т
 1 1,1 1,1  1,2  1,1  1,3  1,3  1,3 1  0,8  0,7 11,9

Табл. 6. Теоретический баланс распределения золота на ГОКе Chelopec за период 2009–2019 гг. по данным [24]

Исходя из вышеизложенных данных, а также известных материалов [24], был рассчитан баланс распределения золота, как наиболее ценного компонента руд, на ГОКе Chelopec в 2009– 2019 гг. (табл. 6). По данным таблицы, содержания золота в хвостовой пульпе изменяется от 1,36 до 2,20 г/т (среднее содержание за расчетный период 1,69 г/т). Хвостохранилище действует с 2006 г., за период 2006– 2009 гг. было переработано 3,7 млн т руды с содержанием 3,9–4,3 г/т при извлечении золота 58–65 %. Это означает, что за этот период в хвостохранилище поступило около 2,3 т золота [22].

Помимо этого с учетом данных CSA Global [22] было спрогнозировано количество металлов, которые поступят в хвостохранилище в 2020–2027 гг.  (табл. 7). По прогнозам компании производство золота будет постепенно снижаться (к 2022 г. достигнет 4,1 т), а производство меди останется стабильным. В хвостохранилище поступит 8,9 т (1,06 г/т) золота, 9819 т (0,11 %) меди, 28,4 т (3,4 г/т) серебра. На эти потери металлов еще можно повлиять.

Хвостохранилище рудника находится на отметке 620 м над уровнем моря, высота насыпи дамбы составляет 70 м. По прогнозам DPM, к концу отработки месторождения (2027 г.) уровень хвостохранилища повысится до отметки 630 м, и оно будет содержать 21,6 млн т ТМО. Техногенно-минеральные ресурсы золота в хвостохранилище по приблизительным подсчетам будут составлять не менее 23,1 (11,9 + 8,9 + 2,3) т. Основная их часть сконцентрирована в местах сброса пульпы (рис. 9), так как намывная фация ТМО имеет определенную зональность распределения минералов. Тяжелая фракция не отдаляется от места намыва, а легкая выносится от него.

В 2018 г. была подсчитана стоимость рекультивации хвостохранилища — 9,4 млн евро [22]. Эти расходы можно избежать, или компенсировать их извлечением техногенно-минеральных ресурсов.

Заполненное пространство шахты
Очистные забои засыпаются «пастообразным заполнителем», полученным из измельченных хвостов (пульпы), к которым добавляется цемент. Смесь самотеком подается под землю через систему скважин и труб к заполняемым очистным забоям [24].

Анализ таблиц 6 и 7 позволяет сделать вывод, что в 2009–2020 гг. в шахту «вернулось» 18 т (1,69 г/т) золота. В результате фильтрации хвостовой пульпы и определенного количества цемента, содержание золота незначительно понизится. Несмотря на это, в настоящее время в шахте рудника формируется новое (техногенное) месторождение золотосодержащих руд.

Оборотные воды ГОКа
На рисунке 10  изображены варианты схема оборотного водоснабжения на ГОКе. По результатам исследования [23] оптимальным с точки зрения максимального извлечения меди, как основного полезного компонента в рудах, был выбран вариант «2». Воды, полученные после фильтрации (фильтрат) концентрата и хвостовой пульпы, предназначенной для закладки выработанного пространства, возвращаются в процесс.

Продукт   Содержание в руде, извлечение в продукты  Количество металла, т
       Поступает
       Первичная руда Выход, млн т 16,9 -
 Медь, %  0,9  152100
 Золото, г/т 3,03 51,2
 Серебро, г/т 7,55 127,6
       Выход полезного продукта
     Медный концентрат Медь, % 81,72  124296
 Золото, % 49,74 25,6
 Серебро, % 38,24 48,8
     Пиритовый концентрат  Медь, % 7,52 11438
 Золото, % 21,04 10,8
 Серебро, % 24,66 31,5
       Выход ТМО
       Хвостовая пульпа Медь, %  10,76  16366
 Золото, % 29,02 14,9
 Серебро, % 37,1 47,3

Табл. 7. Прогноз производства и потерь металлов на ГОКе Chelopec в 2020–2027 гг. по данным [22]

Анализ изучения ТМО других золотосодержащих эпитермальных месторождений (Купол, Валунистое) [6], позволяет сделать вывод, что на жидкие продукты — технологические воды ЗИФ приходится около 10 и 40 % общего количества потерянного золота и серебра соответственно. По приблизительным подсчетам за период 2009– 2019 гг. через систему оборотного водоснабжения прошло 1,8 т (2,4 % от добычи) золота. Однако стоит учесть, что этот металл не теряется, а возвращается в цикл обогащения.

Прогноз процессов техногеогенеза или преобразования минерального состава осадков и химического состава технологических вод

В сформированных ТМО шламохранилища, находящегося в зоне гипергенеза, происходит преобразование неустойчивых минералов за счет взаимодействия с атмосферными осадками, технологическими водами, при участии микроорганизмов, грибов, бактерий. Протекает естественный геологический процесс гипергенного (техногеогенного) минерало- и породообразования, «приспособление» осадков к новым условиям геологической среды [13].

ореаол.jpg

Рис. 9. Ореол повышенных концентраций благородных металлов в хвостохранилище рудника Chelopec

Территория находится в умеренно-континентальном климатическом поясе с достаточно холодным для этих краев зимним периодом, средняя температура воздуха в котором составляет примерно +2 °С. Даже в самые холодные зимние дни воздух редко остывает до -6 °С. А в летние месяцы температура воздуха в среднем составляет +20 °С. Ежегодное количество осадков колеблется в диапазоне от 571 до 650 мм.

Твердая часть ТМО
Первичный состав твердой части ТМО после дробления и истирания меняет свою структуру. Часть перетертых и высвобожденных минералов становится неустойчивой к процессам физического, химического и биогенного выветривания. В местах длительного лежания горных пород (рудный двор ГОКа, осадки хвостохранилища) под воздействием воздуха и атмосферных осадков, благодаря окислению, выщелачиванию, действию бактерий и микроорганизмов образуется технологические воды, обогащенные металлами первичных руд и происходит новое минералообразование.

Преобладание в составе хвостохранилища силикатов определяет процессы преобразования вещества, физико-химические параметры которого изменяются слабо — при разложении сульфидов сфалерит не растворяется сразу, сначала происходит образование цинкита, борнит сразу переходит в тенардит, пирит и галенит замещаются гематитом и англезитом соответственно, из КПШ образуются кварц, мусковит, каолинит [3].

Очевидными признаками изменений в сульфидной части хвостов является наличие новообразованных фаз и присутствие вертикальной и латеральной зональности. Внешне зональность выражается в том, что местами верхняя часть ТМО состоит из тонкозернистого ярозит-кварцевого материала желтого цвета, который перекрывает серую сульфидную мелкозернистую массу. Новообразованные корки, состоящие из кристаллогидратов сульфатов железа, в жаркую погоду практически полностью покрывают сульфидную массу [3]. Вторичные признаки сульфидной минерализации выражены как продукты разложения сульфидов в виде кристаллогидратов сульфатного железа (розенит, смольнокит, мелантерит, кокимбит) [14]. Эти зоны гипергенного изменения и новообразований интересны для дальнейшего изучения, так как на месте нахождения кристаллогидратов сульфатного железа происходит высвобождение золота и других металлов из золотосодержащих сульфидов и их сростков [15]. Металлы могут выделяться в твердой фазе в виде микро- и наночастиц, а также переведены в ионную форму и раствор.

варианты.jpg

Рис. 10. Варианты оборотного водоснабжения ГОКа Chelopec. В настоящее время действует схема «2» [23] 

Криогенные процессы промораживания и оттаивания ТМО способствуют разложению сульфидов и высвобождению золота. Установлено, что при единичном цикле промерзания и оттаивания до 20 % первичных сульфидов переходят в сульфатные фазы в виде кристаллогидратов металлов. А частицы золота служат подложкой, на которой кристаллизуются сульфаты, образуя скорлупу-пленку толщиной 2–3 мм. На частицы золота оседают мелкие частицы сульфидов и других сульфатов железа [14].

Гидроминеральная часть ТМО 
Может рассматриваться как самостоятельный объект дополнительного минерального ресурса. Он также структурируется в зависимости от места формирования и отличается химическим составом и содержанием ценных компонентов.

Гидроминеральные ресурсы связаны с разложением и преобразованием твердой фазы ТМО. С течением времени процесс разложения неизвлеченных сульфидов замедляется вследствие образования оболочек кристаллогидратов сульфатов металлов на поверхности зерен сульфидов. Но сохраняется общая тенденция постепенного разложения первичных сульфидов, высвобождения металлов и поступления их в растворы. В России известны объекты ТМО, в которых с течением времени выведено из состава осадков шламохранилища до 40–60 % металлов, содержавшихся в первичных ТМО. Выделены следующие объекты гидроминеральной части ТМО.

Воды хвостохранилища
Хвостовая пульпа — шламовая фракция, поступив в шламохранилище, постепенно разделятся на твердую и жидкую фазу (рис. 9). Общая минерализация техногенных вод в силикатном типе хвостохранилищ относительно низкая. Основные элементы в растворе — калий и сера, также через определенное время высоки концентрации у цинка. Преобладающей формой нахождения для всех металлов является ионная, кроме того, до 40 % может находится в сульфатной форме. В стоячих техногенных водах основными минералами, формирующими осадок, являются гематит и англезит [3].

Вследствие сульфидного состав руд и низкого содержания карбонатов, воды хвостохранилища предположительно имеют слабокислую среду. В сернокислом процессе золото и сопутствующие металлы интенсивно перераспределяются, мигрируя из одних горизонтов и накапливаясь в других, что контролируется, прежде всего, сульфидностью первичных руд, рН и Eh гипергенных растворов.

Важное значение для распределения золота имеет совокупность различных геохимических барьеров [11]: биогенного, восстановительного, электрохимического, щелочного, кислого, сорбционного. Наиболее благоприятными условиями для вторичной концентрации золота являются нейтральные и слабощелочные среды. Слабокислые и щелочные окислительные условия способствуют активной миграции золота [10].

Шахтные воды 
При разработке рудников подземным способом изменяются условия формирования водного стока. Подземные воды, циркулируя внутри месторождения Челопеч, растворяют сульфиды металлов, в результате чего формируются кислые сульфатные воды, несущие большое количество железа, тяжелых металлов и рудных элементов. Эти воды попадают в объекты гидросферы и создают новый состав природно-техногенной системы.

Шахтные воды трансформируют воды региона в сульфатно-кальциевые (натриевые) с повышенной минерализацией (повышенные относительно природных уровней содержания всех катионов основного солевого состава).

Запруда «Kachulka» 
Запруда является конечным водосбором технологических вод горного производства (шахтные воды, стоки рудного двора, возможен прием вод хвостохранилища) и интегрирует в своем составе разные химические соединения. Часть из них нейтрализуется и осаждается на природных геохимических барьерах и сорбентах. Полезные компоненты, содержащиеся в этих водах, находятся в растворенном состоянии (жидкий фильтрат), которое образует новые минеральные фазы в твердом виде (взвесь). Взвесь представляет собой продукт разложения исходных пород месторождения. Взвесь сорбируется илово-глинистым веществом.

Предложения по управлению составом осадков и технологических вод, экологическим состоянием территории

Для «текущих хвостов» (ТМО, образующиеся в настоящее время принятой технологической схемой обогащения руд): 
1. Гравитационное разделение шламового материала с выделением гравитационного концентрата, содержащего тяжелые минералы и сростки руд, и безрудного продукта, в котором преобладают устойчивые к истиранию (гипергенноустойчивые) минералы (кварц, серицит, алунит).
2. Раздельное складирование рудной и безрудной части.
3. Запуск рудной части в технологический передел с извлечением полезных компонентов. Технологические решения можно найти путем опытного обогащения и специальных минералого-химических и технологических исследований.
4. Запуск безрудной части в технологический передел с производством инновационной продукции на минеральной основе гипергенно устойчивых минералов, истертых до микрозернистого состояния (71–74 мкм).
5. Организация потоков технологических вод таким образом, чтобы обогащенные металлами воды пропускали через сорбционно-ионообменные колонны, фильтровальные системы для осаждения металлов из технологических вод. Параметры технологических режимов, подбор реагентов для сорбции и ионообмена могут быть получены при проведении специального комплекса исследований.

Для «лежалых хвостов»(накопленные и складированные в хвостохранилища ТМО)
Изучение вещественного состава минеральных и породных новообразований, химического состава осадков, техногенных вод, основных и редких компонентов. Определение форм нахождения и видов полезных продуктов, принципиальных способов их разделения. Обоснование целесообразности переработки материала хвостохранилища. Поиск и анализ технологических путей решения по схеме изучения «текущих хвостов» с разделением на рудную и безрудную часть, выделением технологических вод и системами извлечения полезных продуктов.

Заключение

Анализ состояния минерально-сырьевой базы рудника Chelopec позволяет сделать вывод, что экономически оправданные запасы в ближайшее десятилетие закончатся. Одним из путей продления срока службы рудника является грамотное использование и переработка техногенно-минеральных ресурсов.

В результате изучения вещественного состава руд, методики добычи, технологических схем обогащения и производства продукции на эпитермальном месторождении Челопеч были выделены различные типы ТМО, которые содержат широкий спектр полезных компонентов.

Использование вещества ТМО Челопеч месторождения возможно в различных областях промышленности и народного хозяйства. А на полигоне хвостохранилища, который к концу отработки будет содержать 23,1 т золота, следует провести специальный комплекс исследований для обоснования производства дополнительного спектра ликвидной продукции как в твердом, так и жидком виде. Извлечение металлов из хвостохранилища, использование техногенных вод как гидроминерального сырья с попутным извлечением растворенных металлов, управление процессами разложения сульфидов обеспечат снижение экологической нагрузки на территорию района месторождения. Переоценка минеральных ресурсов с учетом твердой и жидкой части ТМО месторождения Челопеч, разработка технологических решений к вовлечению неучтенных ресурсов в хозяйственный оборот принесет существенный экономический и экологический эффект.

Дополнительный доход предприятию обеспечат мероприятия, по примеру проводимых в России, в рамках «наилучших доступных технологий» по уменьшению выбросов, снижению платы за количество отходов, доход с продажи других полезных компонентов, увеличение извлечения золота и серебра.

«High sulfidathion» эпитермальное месторождение Челопеч является частью крупнообъёмной ПЭС. Этот факт является немаловажным не только с прогнозно-поисковой стороны. В определенном типе минерализации ПЭС вещественный состав руд и технологические характеристики полезных компонентов будут аналогичными. Поэтому материалы, аналитический алгоритм исследований, полученные при анализе ТМО месторождения Челопеч, могут быть использованы для оценки и прогноза освоения ТМО других рудных объектов Панагюрского рудного района.

книга.png1. Бакшеев И.А., Николаев Ю.Н., Прокофьев В.Ю. и др. Золото-молибден-медно-порфировоэпитермальная система Баимской рудной зоны, Западная Чукотка // Металлогения древних и современных океанов 2014. Двадцать лет на передовых рубежах геологии месторождений полезных ископаемых. Миасс: Институт минералогии УрО РАН, 2014. с. 108–112.
2. Богданов Б. Болгария // Минеральные месторождения Европы. М., 1984. Т. 2, с. 294–318.
3. Бортникова С.Б., Гаськова О.Л., Бессонова Е.П. Геохимия техногенных систем / Отв. ред. Г.Н. Аношин. Ин-т геологии и минералогии СО РАН. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2006. 169 с.
4. Бояджиев С.Д., Матвеев А.А., Миляев С.А. Оценка прогнозных ресурсов Pb, Zn, Cu, Au Болгарии по геохимическим данным // Руды и металлы. 2013. № 3, с. 55–64.
5. Верхозин С.С. Золотодобывающая промышленность Болгарии. Обзор // www.zolotodb.ru/article/12286 (дата обращения: 06.06.2020 г.).
6. Голдырев В.Н. Наумов В.А. Геологический анализ техногенно-минеральных образований Au-Ag эпитермального месторождения Купол (Чукотский АО) // Сборник трудов конференции «Наука и инновации — современные концепции». М., 2020. Т. 2, с. 117–133.
7. Владимиров В.Д. Геологическое строение медноколчеданного месторождения Челопеч (НРБ) // Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук / Московский государственный университет. Москва, 1985. 227 c.
8. Доломанова-Тополь А.А. Характеристики рудообразующего флюида, минералогогеохимические особенности и условия формирования Новоширокинского золото-полиметаллического месторождения, Восточное Забайкалье: Автореф. дис. канд. геол.-мин.наук. — Москва, 2017. 21 с.
9. Йосифов Д. Рудоконцентриращи структури в Болгария. Геология и минерални ресурси. 2007. Т. 6, № 12, с. 12–15.
10. Калинин Ю.А. Росляков Н.А. Прудников С.Г. Золотоносные коры выветривания юга Сибири. Новосибирск: Академ. изд-во «Гео», 2006. 339 с.
11. Калинин, Ю.А. Росляков Н.А. Наумов В.А. Эпигенез самородного золота в активном слое мерзлоты // Россыпи и месторождения кор выветривания: изучение, освоение, экология: материалы XV Международного совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. Пермь, 2015. С. 89–90.
12. Коваленкер В.А., Цонев Д., Бресковска В.В., Малов В.С., Тронева Н.В. Новые данные по минералогии медноколчеданных месторождений Центрального Среднегорья Болгарии // Метаморфизм, минералогия и вопросы генезиса золотых и серебряных месторождений. М.: Наука, 1986. С. 91–110.
13. Наумов В.А. Минерагения, техногенез и перспективы комплексного освоения золотоносного аллювия // Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геологоминералогических наук / Пермский государственный университет. Пермь, 2010. 42 с.
14. Наумов В.А., Хусаинова А.Ш. Влияние сезонного промораживания и прогревания сульфидов на частицы золота в техногенно-минеральных образованиях // Цветные металлы и минералы. Сборник докладов Девятого международного конгресса. Красноярск, 2017. С. 942–951.
15. Наумов В.А., Наумова О.Б. Признаки сульфидной минерализации базальтов Большого Курейского водопада (плато Путорана) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского: сборник научных статей. ПГНИУ. Пермь, 2020. Вып. 23, с. 32–39.
16. Ненашева С.Н. Сравнение минералогии вулканогенных месторождений Радка, Челопеч, Елшица (Болгария) и месторождения Лебединое (Центральный Алдан, Россия) // Новые данные о минералах, 2012. Вып. 47, с. 64–70.
17. Спиридонов Э.М. Вулканогенные эпитермальные, мезотермальные, гипотермальные (ксенотермальные) месторождения золота и их минералого-геохимические особенности // Мат. IV Всерос. симпозиума по вулканологии и палеовулканологии, 2009. С. 814-817. www.kscnet.ru/ivs/conferences/simposium_4/abstr/ index.html. С. 814–817.
18. Читалин А.Ф., Ефимов А.А., Воскресенский К.И., Игнатьев Е.К., Колесников А.Г. Малмыж — новая крупная золотомедно-порфировая система мирового класса на Сихотэ-Алине // «Минеральные ресурсы России. Экономика и управление», 2013. № 2, с. 1–5.
19. Bonev I. K., Kerestedjian T., Atanassova R., Andrew C. J. Morphogenesis and composition of native Gold in the Chelopech Volcanic-hosted Au-Cu epithermal deposit, Srednogorie zone, Bulgaria: in Mineralium Deposita, 2002. Vol. 37, pp. 614–629.
20. Chambefort I. The Cu–Au Chelopech deposit Panagyurishte district, Bulgaria: volcanic setting, hydrothermal evolution and tectonic overprint of a Late Cretaceous high-sulfidation epithermal deposit. Ph.D. thesis, University of Geneva, Terre et Environnement, 2005. Vol. 52, 173 p.
21. Chambefort I., Moritz R. and von Quadt A. Petrology, geochemistry and U-Pb geochronology of magmatic rocks from the high-sulfidation epithermal Au-Cu Chelopech deposit, Srednogorie zone, Bulgaria : in Mineralium Deposita, 2007. Vol. 42, pp. 665–690.
22. CSA Global Mining Industry Consultants. Technical report NI 43-101. Mineral Resource and Mineral Reserve. Update. Chelopech Mine Chelopech, Bulgaria. Report No. R173.2020. Effective Date: 30 March 2020. 181 p.
23. Dzhamyarov S., Evtiminova K., Hristov N., Grigorova I., Nishkov I. Influence of technological process waters on the flotation parameters // Proceedings of the XV Balkan Mineral Processing Congress, Sozopol, Bulgaria, June 12–16, 2013. Pp. 281–285.
24. Dundee Precious Metals [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.dundeeprecious.com (дата обращения: 06.06.2020).
25. Hedenquist J.W., Arribas A.J., Reynolds J.R. Evolution of an intrusion-centered hydrothermal system: Far Southeast-Lepanto porphyry and epithermal Cu-Au deposits, Philippines // Econ. Geol, 1998. Vol. 93, pp. 373–404.
26. Kovalenker V.A. Porphyry-epithermal ore-forming systems: contours of problem // Problems of ore deposits and maximizing the prospecting efficiency. Tashkent: IMR. 2003. Pp. 148–149.
27. Moritz R., Chambefort I., Georgieva S., Jacquat S., Petrunov R. The Chelopech high-sulfidation epithermal Cu–Au deposit. Ore Geol Rev 27. 2005. Pp. 130–131.
28. Popov P., Kovachev V. Geology, composition and genesis of the ore mineralization in the central part of the Elatsite–Chelopech ore field. Proceeding of the annual meeting, UNESCO–ICGP Project 356, plate tectonic aspects of the Alpine metallogeny in the Carpatho–Balkan region, Sofia 1:159–170. 1996.
29. Popov P., Popov K. Metallogeny of the Panagyurishte ore region. In: Romic K, Konzulovic R (eds) Symposium «ore deposits exploration» proceedings, Belgrade, 1997. Pp. 327–338.
30. Sillitoe R.H. Porphyry-copper systems // Econ. Geol. 2010. Vol. 105, pp. 3–41.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (54)/декабрь 2021 г.

Правовое регулирование экспорта аффинированного драгоценного металла или сырья, содержащего драгоценные металлы, из Таможенного союза ЕАЭС
Изменения в порядке досрочного прекращения, ограничения, приостановления права пользования недрами с 1 января 2022 года
Календарь экологической отчетности от компании «Хорошая-Экология»
Судебная практика по оспариванию предписаний и постановлений органов Росприроднадзора о привлечении к ответственности за нарушение условий, установленных лицензиями или техническими проектами
Заказать журнал
ФИО
Телефон *
Это поле обязательно для заполнения
Электронный адрес
Введён некорректный e-mail
Текст сообщения *
Это поле обязательно для заполнения
Введите символы, изображённые на картинке: *
Введён неправильный защитный код.

Отправляя форму вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

X
Логин:
Пароль:
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь:
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов: