Недропользование и экология на примере Среднего Урала, Забайкальского края и Томской области

Б.Б. Логутов — главный геолог ООО «ТИСК Геоголд»
В.В. Голдырев — к.г.-м.н., зав. отделом геологии ЕНИ ПГНИУ
Н.В. Жекина — заместитель руководителя отдела прикладной геологии ОКБ «Маяк» Пермского государственного исследовательского университета

В 2023 г. в Москве состоится горно-геологический форум «Майнекс 2023». На форуме будет представлен Томский проект, который является результатом сотрудничества Томской геологоразведочной компании «ТИСК Геоголд» и Пермского государственного национального исследовательского университета — «Недропользование и экология».

Рис. 1. Установка модулей

Основные разделы проекта:
1. Современные технологии промышленной добычи россыпного и рудного золота, полиметаллических руд без нарушения Земной поверхности (на примере Урала и Томской области).
2. Методы добычи россыпного и рудного золота без нанесения ущерба экологии. Рекультивационные мероприятия, создающие природный ландшафт для последующей рекреационной деятельности (места отдыха, туризма, спорта).
3. Социально-экономическая составляющая добычи полезных ископаемых на примере Томской области.

В России это первые экспериментальные научно-производственные полигоны на твердые полезные ископаемые (россыпное и рудное золото, цинковые, полиметаллические руды).

Рис. 2. Способ закладки сорбционного модуля в тело отвала

Целью проекта является обеспечение сотрудничества научных и производственных организаций в разработке и внедрении инновационных технологий в области геологоразведки, добычи твердых полезных ископаемых, рекультивационных и экологических мероприятий, проведение образовательного процесса для студентов и аспирантов и т.д.

Основные задачи проектируемых научно-производственных полигонов: проведение полевых экспериментов в природной геологической среде, разработка и внедрение инновационных технологий в области геологоразведки и промышленного освоения месторождений, рекультивации, экологии, организации площадки проведения научно-практических конференций и студенческой практики. Особое место занимает обучение юных геологов.

Рис. 3. Сорбционный модуль с электролизной схемой

Площадь проектируемых полигонов затрагивает следующие лицензионные участки недр:

• участок недр «Батуринский», Томская область (россыпные золото, рудное золото);
• участок недр «Турунтаевский», Томская область (цинковые руды).

В настоящее время на Батуринском и Турунтаевском полигонах проводятся следующие мероприятия:

• разработка технологии извлечения золота из грунтовых вод природных и техногенных месторождений без нарушения природной среды;
• отработка новейших технологий геофизических методов поисков и разведки на изученных рудо- и россыпепроявлениях;
• изучение вскрытых техногенных золотоносных отложений и геохимических процессов, проходящих в техногенных отвалах и грунтовых водах;
• изучение вскрытых золотоносных кор выветривания и первичных руд;
• гидрологические и гидрогеологические исследования в естественных водотоках и скважинах;
• оценка, анализ и прогноз воздействия на окружающую среду при последующей промышленной отработке месторождений. 

В дальнейшем планируется:

• организация площадки проведения научно-практических конференций;
• организация площадки для проведения учебной практики для студентов и юных геологов;
• планирование рекреационных зон на территориях отработки месторождений.

Современные технологии промышленной добычи россыпного и рудного золота, цинковых руд без нарушения Земной поверхности (на примере Урала и Томской области)

Целью проекта является разработка и апробация технологии извлечения золота и других полезных компонентов из рыхлых отложений с помощью сорбционных модулей.

Рис. 4. Корпус модуля

Основой для проведения данных работ является разработанная сотрудниками ПГНИУ и МИП «Геоинновация плюс» полезная модель «Сорбционный модуль для извлечения золота» (патент № 197815), предназначенная для извлечения золота из техногенных отвалов.

Технологическая схема модели следующая: внутри отвалов протекает циркуляция кислых техногенных вод, в результате происходит выщелачивание не извлеченного золота из руд, а также золота, попавшего в отвалы в результате потерь производства. Таким образом, золото переходит в состав техногенных растворов и вместе с ними циркулирует по телу отвалов. Размещение сорбционных барьеров в виде модулей на участках циркуляции техногенных золотосодержащих вод, позволяет концентрировать золото на сорбентах и извлекать его.

Сорбционный модуль выполнен в форме стакана из непластифицированного поливинилхлорида с перфорированной боковой поверхностью.

Перфорированный корпус устанавливается вертикально в заранее пройденной скважине в теле техногенного массива (рис. 1).

Рис. 5. Современный вид участков, отработанных драгой в конце восьмидесятых годов прошлого века (Пермский край, Горнозаводский район, п. Промысла, Т. Гора)

Перфорированная часть корпуса, с размещенными сменными сорбционными элементами должна быть ниже уровня техногенных вод (рис. 2). В корпус спускаются сменные элементы с сорбентом (активированным углем) и оставляются на промежуток времени, достаточный для концентрации сорбентами золота. Техногенные воды за счет естественной циркуляции взаимодействуют с сорбционными элементами, на них происходит осаждение золота. Сменные сорбционные элементы извлекаются из корпуса, на их место устанавливаются новые. Извлечение золота из сорбционных элементов (десорбция) происходит по известным технологиям, применимым в промышленности.

Рис. 6. Озеро Медвежье на месте бывшего котлована-отстойника по прошествии тридцати лет с окончания отработки драгой с песчаными пляжами, форелевым хозяйством и отелем (Пермский край, Горнозаводский район, п. Промысла)

В ходе постановки опытных работ выявлены следующие негативные факторы, которые снижают эффективность использования сорбционных модулей:
1. Снижение проницаемости модуля, за счет заиливания сорбента.
2. Низкая скорость накапливания полезного компонента на сорбенте.

В связи с этим внесены следующие конструктивные изменения в существующую модель:
1. Увеличение гран. состава сорбента.
2. Внесение в модель электролизной схемы.

Разрабатываемый сорбционный модуль состоит из следующих элементов: корпус модуля, сменные элементы с сорбентом, электролизная схема (рис. 3).

Корпус модуля
Корпус модуля (рис. 4) остается без конструктивных изменений:

• корпус — перфорированная обсадная труба НПВХ;
• материал корпуса — непластифицированный поливинилхлорид;
• длина — 3–5 м (экспериментальный образец 1 м);
• диаметр — 140 мм;
• перфорация — щелевая, площадь перфорации 25 % поверхности трубы.

Сменный элемент с сорбентом
С учетом заиливания предыдущего сорбента размерность зерен сорбента увеличена:

• сорбент — активированный уголь;
• форма сорбента — шарообразная;
• размерность зерен имеет 3 варианта — 5 и 10 мм (в предыдущем варианте было менее 2 мм).

Электролизная схема
Предлагается 3 варианта электролизной схемы:

• использование элементов естественной гальваники;
• аккумуляторный источник питания; светодиодный источник питания.

Катодом выступает медная сердцевина, расположенная в теле сорбционного элемента.

Итоги
Итогом работ 2022 года стало:
1. Создание базовой модели сорбционного модуля, с учетом негативных факторов предыдущей разработки.
2. Разработка электролизной схемы (для определения расстояния разноса катодов от анодов, величины электрического тока необходима геологическая информация по объекту, где будут проводиться испытания, включая информацию о гидрогеологических условиях россыпи). На данный момент ведется комплектация экспериментальной электрической схемы.

Дальнейшие работы и ожидаемый результат
К началу полевого сезона 2023 подготовка нескольких модулей с сорбентами разной гранулометрии и экспериментальной электрической схемой для выезда на полевой объект. Проведение экспериментальных полевых работ, проведение лабораторных работ. При необходимости (на основание анализов) корректировка технологии. Оформление РИД.

Методы добычи россыпного и рудного золота без нанесения ущерба экологии. Рекультивационные мероприятия, создающие природный ландшафт для последующей рекреационной деятельности (места отдыха, туризма, спорта)

На Урале, в Забайкальском крае, в Западной и Восточной Сибири на протяжении уже 4–5 веков ведется добыча россыпного и рудного золота, казалось бы — с нарушениями экологии и существующего природного ландшафта.

Рис. 7. Озера с песчаными пляжами, беседками и нырялками на месте бывших котлованов-отстойников — на второй год после отработки россыпи по р Н. Борзя — популярное место отдыха у жителей окружных поселков (Забайкальский край, Читинская область, Калгинский район, п. Козлово)

Да — насчет ландшафта, пожалуй, согласимся, но, что касается общей экологической составляющей — мнение спорное.

При проведении грамотных рекультивационных мероприятий с обязательным учетом природных особенностей территорий, возможно, да и на явных примерах на бывших участках добычи возможно организовать территории рекреации (места отдыха, туризма, рыбалки, спорта и т.д.).

В советские времена по речкам Западного склона Среднего Урала ходили драги с производительностью до 3–5 тыс. м³ в смену и это десятилетиями. Дражная добыча закончилась в восьмидесятых годах прошлого века. Никаких рекультивационных мероприятий проведено не было. Что сейчас, по прошествии двадцати–тридцати лет:

• чистейшие и глубокие озера с рыбалкой и купанием — бывшие котлованы-отстойники;
• песчаные пляжи с соснами и дюнами на месте глухой и непроходимой тайги;
• отели и рестораны, куда съезжаются жители ближайших районов, в т.ч. и со Свердловской области (рис. 5 и 6);
• на месте небольшой речушки Н. Борзя в Забайкальском крае, в которой купаться было нельзя, т.к. текла она по вечной мерзлоте и была глубиной 20–30 см, у села Козлова в Читинской области по прошествии двух лет после отработки россыпи сейчас прекрасные озера с теплой и чистой водой, песчаными пляжами, построенными нырялками и беседками (рис. 7);
• на территории отработанных карьеров Качканарского ГОКа (Свердловская обл., г. Качканар, железные руды), еще в девяностых годах прошлого века был построен современный горнолыжный комплекс с протяженностью трасс 3–5 км (рис. 8).

Основной вывод данного раздела: при своевременной и грамотной рекультивации участков отработок, ранее непригодные территории для рекреации возможно превратить в места отдыха и туризма для местного населения.

Социально-экономическая составляющая добычи полезных ископаемых на примере Томской области

На территории юго-восточной части Томской области имеются два потенциальных месторождения, на которых в настоящее время проводятся геологоразведочные работы предприятиями ООО «ТИСК Геоголд» и ООО «Инерт-Строй»:

• цинковые и полиметаллические руды — участок недр «Турунтаевский»;
• рудное и россыпное золото — участок недр «Батуринский».

По вышеперечисленным потенциальным месторождениям рассчитаны геолого-экономические оценки промышленного освоения, исходя из следующих геолого-экономических показателей.

Месторождение цинка (Участок недр «Турунтаевский»):

• ресурсы условного цинка — более 1 млн т;
• содержания условного цинка в руде — 4 %;
• проектная мощность ГОКа — 1,3–2,0 млн т в год.

Месторождение рудного и россыпного золота (Участок недр «Батуринский»):

• ресурсы рудного и россыпного золота — 11–15 т;
• средние содержания химически чистого золота в руде — 2,0–4,0 г/т;
• в россыпях — 0,2–0,7 г/м³;
• проектная мощность ГОКа по рудному золоту — 1,5–2,5 т химически чистого золота в год, по россыпному золоту — 150–250 кг за сезон.

Промышленная эксплуатация данных месторождений будет уверенно рентабельной при имеющихся прогнозных ресурсах и комбинированном способе их отработки и расчетном горизонте событий — 2021–2053 гг.

При вовлечении месторождений в эксплуатацию планируется развитие следующей опережающей транспортной и производственной инфраструктуры:

• строительство автомобильных дорог;
• строительство ЛЭП;
• строительство водозаборных станций для технических и бытовых нужд, рабочего поселка, обогатительных фабрик.

Эксплуатация месторождений, начиная с подготовительного этапа (строительства ГОКов), характеризуется следующими социально-экономическими показателями:

• количество планируемых раб. мест, в т.ч. на перспективу — более 2 тыс.;
• количество дополнительных рабочих мест в сфере обслуживания — более 5 тыс.;
• строительство дополнительной социальной инфраструктуры — детские учреждения, поликлиника, магазины, автозаправочные станции, регулярное автобусное сообщение и пр.;
• планируемые налоги в консолидированный бюджет РФ — более 1,8 млрд руб. в год.

Данные месторождения формируют так называемые точки роста, на основе которых предлагается сформировать следующие горнопромышленные узлы в составе единого горнорудного кластера (рис. 9):

• «Ново-Архангельский»;
• «Батуринский».

В сфере влияния проектируемых горнопромышленных узлов прогнозируются следующие месторождения (месторождения второй и третьей очереди), или месторождения-спутники:

• горнопромышленный узел «Ново-Архангельский» — полиметаллы (медь, цинк, серебро), рудное и россыпное золото, общераспространенные полезные ископаемые (далее — ОПИ);
• горнопромышленный узел «Батуринский» — россыпное и рудное золото, полиметаллические руды, ОПИ.

Сами по себе новые прогнозируемые месторождения-спутники (рудопроявления) на сегодняшний день имеют опосредованное промышленное значение, но находясь в зоне влияния горнопромышленных узлов с действующими ГОКами и развитой инфраструктурой — априори выходят на приемлемый уровень рентабельности и подталкивают к своему развитию близлежащие территории. Кроме того, вовлечение данных месторождений в промышленную эксплуатацию потребует значительно меньших капитальных затрат и эксплуатационных расходов за счет имеющейся развитой инфраструктуры.

Рис. 8. Качканарский горнолыжный комплекс со смотровыми площадками, озерами на отработанных карьерах Качканарского ГОКа

При вовлечении в промышленную эксплуатацию новых месторождений в зоне влияния существующих кластеров регион будет иметь дополнительно следующие социально-экономические показатели:

• количество дополнительных рабочих мест по двум горнопромышленным узлам в составе горнорудного кластера — более 10 тыс., в т.ч.:

- основное производство, включая ГОКи, горнодобывающие предприятия по добыче россыпного и рудного золота, полиметаллов и ОПИ — более 5 тыс. чел;
- вспомогательное производство (строительство карьеров, инфраструктуры и пр.) — более 2,5 тыс. чел;
- сфера обслуживания — более 2,5 тыс. чел.

• ожидаемая загруженность Томских ВУЗов дополнительно на 60–80 % с возможностью будущего трудоустройства выпускников геологических, горных и др. факультетов на действующих геологоразведочных и горнодобывающих предприятиях Томской области;
• планируемые налоги в консолидированный бюджет РФ — более 3,5 млрд руб. в год.

Экологическая составляющая
Учитывая, что в зонах влияния горнопромышленных узлов предполагается единая система комплексного освоения природных ресурсов, становится возможным максимально снизить экологические нагрузки на окружающую среду.

В дальнейшем предлагается природно-ресурсный потенциал территорий Томской области анализировать в тесной связи с развитием инфраструктуры и социально-экономических условий в следующей последовательности:
1. Формулировка концепции комплексного освоения природно-ресурсного потенциала региона.
2. Актуализация существующих баз геоданных по природным ресурсам и инфраструктуре территорий.
3. Создание информационно-аналитической системы, способной в режиме мониторинга решать насущные задачи управления в сфере природопользования.
4. Ранжирование территорий с разной степенью эффективности комплексного освоения природных ресурсов.
5. Формирование горнопромышленных узлов.
6. На основе сформированных кластеров планирование опережающего развития инфраструктуры и обоснование инвестиций для максимального вовлечения в промышленное освоение ресурсов региона.
7. На основе сформированных кластеров — вовлечение в геологоразведку и дальнейшую промышленную эксплуатацию месторождений второй и третьей очереди.

Рис. 9. Расположение горнопромышленных узлов: «Ново-Архангельский», «Батуринский» с подчиненными рудопроявлениями полиметаллических руд, рудного и россыпного золота

Основные выводы
1. Необходимость внедрения природосберегающих методов добычи полезных ископаемых.
2. При грамотном планировании добычи полезных ископаемых, рекультивационных мероприятиях, проводимых в процессе добычи и после ее завершения, никакого ущерба для экологии затрагиваемой территории не предвидится. При проектировании рекультивационных мероприятий необходимо предусматривать последующее рекреационное использование территорий.
3. Промышленная разработка месторождений полезных ископаемых позволяет создать дополнительные рабочие места, строительство новых поселков, инфраструктуры и пр., что существенно повышает социально-экономическую составляющую регионов.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 2 (60)/июнь 2023 г.