О технологическом опробовании золоторудных месторождений

Н.С. Гусева - Инженерная школа АФ МАУ.





В.Б. Щипчин - ООО «УК Полюс».






На поведение руды в технологическом процессе влияют следующие факторы:

• минеральные фазы полезного компонента;
• минералы, в которых минералы носители полезного компонента образуют врастания;
• степень раскрытия минералов носителей полезного компонента и минералов, в которых минералы носители полезного компонента образуют врастания;
• минералы, которые по важным для выбранного технологического процесса параметрам обладают свойствами, сходными со свойствами минералов-носителей полезного компонента и заражают концентрат (например, минералы, которые гидрофобны и выходят в флотационный концентрат или с близким к зернам золота коэффициентом равнопадаемости и т.п.);
• минералы, которые сорбируют на своей поверхности добавляемые в процесс реагенты;
• минералы, которые изменяют свойства среды (pH, Eh), в которой протекает процесс; минералы, содержащие компоненты, которые при растворении пассивируют поверхность золота или содержащих его минералов (минералы сурьмы, теллура и т.п.).

Знание пространственной изменчивости перечисленных выше параметров руд позволяет разделить руды на типы и сорта и подобрать для каждого типа и сорта оптимальный способ обогащения. Однако технологии минералогического анализа в большинстве более трудоемки, чем выполнение технологического теста, а сам минералогический анализ выполняется на небольшой навеске, которую сложно отобрать так, чтобы сохранить представительность пробы. Поэтому на практике часто предпочтение отдают технологическому тестированию руд.


Исследования технологических проб производят для того, чтобы решить одну из двух задач — задачу стандартизации или задачу оптимизации.

Задача стандартизации заключается в сравнении результатов одинакового воздействия на разные пробы. Как правило, пробы сравнивают по ограниченному, закрытому списку параметров, и по каждому из параметров выстраивают в ранг по мере возрастания или снижения численного значения этого параметра. Результаты ранжирования проб нужны для того, чтобы выяснить, плавно или скачкообразно изменяется исследуемый параметр, с изменением каких других свойств руды коррелирует изменение исследуемого параметра. Конечным практическим итогом решения задачи стандартизации является выбор способа управления исследуемым параметром при промышленной добыче и переработке руд. Обработка результатов стандартизационных тестов может быть выполнена вручную или с применением методов машинного обучения или искусственного интеллекта. Задачу стандартизации решают относительно большого набора параметров, например, относительно физико-механических свойств, таких как индекс дробимости, индекс абразивности, индекс шарового или стержневого измельчения и т.п., или относительно выхода концентрата, извлечения, эффективности обогащения.

Задача оптимизации — выбор такого типа и режима воздействий на единичную, уникальную, пробу, которые позволяют достигнуть максимально возможного для конкретной пробы значения параметра, характеризующего результат воздействия. Результаты решения задачи оптимизации нужны для выбора или корректировки технологический схемы и технологического режима переработки какой-либо партии руды месторождения или всех руд месторождения. Задачу оптимизации чаще всего решают относительно небольшого списка параметров, например, относительно максимального извлечения полезного компонента, относительно целевого или максимального качества концентрата, относительно минимального выхода концентрата, и т.п. Реже задачу оптимизации решают относительно минимального содержания ценного компонента в хвостах или относительно максимальной эффективности обогащения.


Для решения задачи стандартизации необходимы пробы, отражающие состав той руды, которая впоследствии будет добыта из недр и использована для составления шихты, подаваемой на фабрику. Мы рекомендуем использовать малые технологические пробы (МТП). Как правило, в малую технологическую пробу отбирают сплошное рудное пересечение одной скважины. Так взятые пробы, во-первых, отражают без искажения химический и минеральный состав руды в некотором небольшом объеме недр (практически в точке), а во-вторых, сохраняют пространственную привязку, то есть пригодны для картирования и отслеживания закономерностей пространственной изменчивости свойств руд. Если же в рудном пересечении прослеживается два (и более) последовательно сменяющихся типа\разновидности руды, то при достаточно большой для раздельной выемки мощности интервала, сложенного каждой из разновидностей, следует формировать отдельную пробу из каждого интервала, сложенного одной разновидностью. Однако нет смысла разделять переслаивающийся разрез на разновидности по какому-либо параметру, если впоследствии при горных работах эти разновидности не смогут быть раздельно добыты и складированы.

Параметр сравнения	Задача стандартизации	Задача оптимизации
Цель	Поиск способа управления целевыми параметрами качества руды	Поиск способа переработки некоторого конкретного объема руды
Способ обработки пробы	Строго одинаковый для всех проб	Изменяется от пробы к пробе, допускается корректировка условий в процессе тестирования «по процессу»
Этапы достижения цели	Ранжирование проб по результатам тестов, поиск корреляций между исследуемым параметром и другими свойствами руды, типизация руд	Выбор теста, показавшего наилучшее значение исследуемого параметра
Способ применения результата	Выбор способа управления исследуемым параметром	Рекомендации по оптимальным параметрам переработки на фабрике
Ключевые требования к пробам	Каждая проба отражает состав руды в локальной точке месторождения, и представляет интервал, который может быть селективно вынут и складирован	Проба имитирует питание фабрики в какой-то отрезок времени
Рекомендуемые способы отбора и формирования проб	Пробы отобраны из одного сплошного рудного пересечения или сплошного отрезка внутри рудного пересечения, пробы имеют пространственную привязку.	Пробы скомпонованы из материала, отобранного из различных, разобщенных в пространстве, рудных пересечений и представляют шихту, запланированную к переработке в какой-то период
Количество проб, необходимых для решения задачи	Представительный набор проб	Единичная представительная проба

Табл. 1.

Сложность с использованием малых технологических проб заключается в том, что каждая такая проба не представительна относительно месторождения, его части, типа или природной разновидности руд, а представительна только по отношению к очень небольшому объему руды в недрах. Поэтому при решении задачи стандартизации требуется использовать представительный набор проб. Представительность набора проб относительно исследуемого объема руды подтверждают соблюдением следующих требований: пробы равномерно распределены в опробуемом объеме недр; описательные статистики набора проб по контролируемым параметрам соответствуют соответствующим описательным статистикам блочной модели или сырых данных геологоразведки (блочная модель или база всех данных рассматривается в данном случае как генеральная совокупность, а представительный набор проб — как выборка из генеральной совокупности).

Тесты оптимизации имеет смысл проводить на пробах, имитирующих питание фабрики в какой-то отрезок времени. Также проводят тесты оптимизации при проектировании предприятия и разработке технологического процесса. Исследования проводят на пробах, характеризующих весь объем руд месторождения либо его часть, домен, выделенный технологический тип или сорт, природную разновидность. Пробы для тестов оптимизации целесообразно формировать путем объединения малых технологических проб, отобранных в пределах исследуемого объема недр по регулярной сети и, в случае если укрупненная проба имитирует среднюю руду месторождения, — то и с учетом доли разных типов руд в запасах месторождения. При правильном выборе шага и ориентации сети это последнее требование оказывается соблюденным автоматически.

Сравнение задачи оптимизации и задачи стандартизации приведено в таблице 1.


Задача стандартизации требует, чтобы для всех проб параметры оказываемого воздействия были жестко закреплены. При этом часто исследователь оказывается перед выбором, какой из взаимно связанных параметров следует закрепить. Например, при испытаниях по флотации можно закрепить выход концентрата, или решить, что флотация должна продолжаться до тех пор, пока продолжается образование минерализованной пены. В первом случае, при закрепленном выходе, есть риск получить низкое извлечение не из-за наличия неизвлекаемых форм или неверно подобранного реагентного режима, а по причине недостаточного выхода. При решении продолжать флотацию до окончания формирования минерализованной пены, напротив, можно получить высокое извлечение, недостижимое в промышленных условиях, из-за того, что определенный в лабораторных условиях оптимальный для данной пробы выход недостижим в промышленных условиях из-за ограничений оборудования. Аналогична ситуация с подбором тонины помола. Можно измельчать до заданного выхода готового класса (так чаще всего и делают), но в этом случае время измельчения проб различно, а можно измельчать определенное время, и фиксировать фактический выход готового класса, и т.п. Условия воздействия, как правило, подбирают в результате тестов оптимизации на укрупненных пробах.

Таким образом, мы имеем дело с задачами, связанными циклической зависимостью: для того, чтобы сравнить пробы по результатам обогащения по какой-либо схеме надо первоначально выбрать схему, близкую к оптимальной для большей части подлежащих исследованию руд, а для того, чтобы выбрать такую схему, необходимо отобрать пробу, которая была бы представительна относительно большого объема руд всего месторождения или его части. Но для того, чтобы отобрать такую пробу, необходимо определить границы распространения руд того или иного типа, то есть решить задачу стандартизации.

С нашей точки зрения, решением является двухэтапное опробование.

На первом этапе производят тесты стандартизации на некотором ранее отработанном или произвольно выбранном режиме. В результате уточняют деление руд на типы, подтипы, сорта. Далее формируют укрупненные пробы по выделенным доменам\типам\ сортам и оптимизируют режим обогащения. При необходимости повторно отбирают МТП, снова проводят тесты стандартизации по оптимизированному режиму и уточняют ожидаемые результаты обогащения для выделенных типов\сортов руд. На первом этапе часто есть смысл решать задачу стандартизации на упрощенной схеме обогащения, исключающей перечистные или доводочные операции. Использование упрощенной схемы сокращает не только срок обработки пробы, но и снижает количество неопределенностей в результате обогащения, возникающих из-за неоптимальных параметров на каждом из этапов. Результаты тестирования на упрощенной схеме следует рассматривать, не как прогноз результатов переработки руд, охарактеризованных пробой, а лишь как критерий разбраковки руды по отношению к эффективности их переработки по рассматриваемой схеме, как первоначальный скрининг. После типизации следует оптимизировать схему и затем протестировать полную схему. В зависимости от требуемой точности результатов и от вариативности руд полную схему можно тестировать либо на малых технологических пробах, либо на укрупненных пробах.

Иногда имеет смысл решать задачу стандартизации относительно нескольких упрощенных схем параллельно, и типизировать руды на те, которые наиболее эффективно перерабатывать по одной или по другой из рассматриваемых схем. Или можно тестировать одну и ту же схему, но с разным помолом. Если какие-либо руды покажут в стандартизационных тестах низкое извлечение, то это значит, что для таких руд должна быть решена либо задача оптимизации (вплоть до подбора принципиально иной схемы обогащения), либо, если доля проблемных руд на месторождении невелика, должен быть решен вопрос о расшихтовке этих проблемных руд. Во всех случаях рекомендуется тщательно изучить хвосты тестов таких упорных руд и установить минеральные фазы, с которыми происходят потери полезного компонента.

Другой двухэтапной последовательностью является начало исследований с оптимизационных тестов на укрупненной пробе, отобранной по регулярной сети, затем стандартизации малых технологических проб и второй этап оптимизации на укрупненной пробе, собранной из дубликатов малых технологических проб, показавших низкое извлечение в тестах стандартизации.

Выбор варианта последовательности зависит от степени предварительной изученности проб: если известна приблизительная схема обогащения, то целесообразно начинать с тестов стандартизации, в противном случае — с тестов оптимизации (рис. 1).

Возможен комбинированный итерационный подход: тестирование руд по стандартной схеме до тех пор, пока не встретится труднообогатимая, оптимизация схемы под эту пробу и затем возврат к стандартизации по двум схемам, исходной и оптимизированной. Однако этот подход трудно применим на практике, поскольку не позволяет рассчитать требуемую массу проб до их отбора и необходимое время для проведения тестов. Кроме того, сочетание задач стандартизации и оптимизации в одном исследовательском цикле увеличивает риск ошибки в воспроизведении параметров при решении задачи стандартизации.


Во избежание формирования искаженных представлений о неоднородности и вариативности состава руды мы рекомендуем избегать для тестов стандартизации формирования проб, собранных из материала нескольких интервалов или нескольких скважин, объединенных по какому-либо признаку. Объединение материала из разных скважин или из разных интервалов по какому-либо одному признаку приводит к тому, что пространственные различия по какому-то произвольно выбранному признаку подчеркиваются и искусственно усиливаются, в то время как различия по другим признакам напротив сглаживаются. Решение задачи стандартизации относительно таких искусственным образом сформированных групповых проб может привести к выводам, которые впоследствии не будут подтверждены исследованием большего количества проб, представляющих разновидность руды в точке.

Рис. 1. Возможные последовательности этапов опробования и чередование задач стандартизации и задач оптимизации

Например, если руды изменчивы по четырем независимым параметрам А, В, С и D, каждый из которых изменяется в некотором диапазоне, как показано в таблице 2.

Предположим, что выдвинута гипотеза, что параметр А оказывает наиболее значительное воздействие на результаты переработки руд и будет принято решение сформировать пробы с разным значением параметра А. В каждой такой пробе будет закреплен определенный уровень значений параметра А, но при этом вариативность остальных трех параметров в общем случае останется прежней. Диапазон состава полученных проб приведен в таблице 3.

Даже если некоторые параметры зависимы между собой, каждая проба руды характеризуется большим количеством независимых параметров и вероятность неверно оценить влияние того или иного параметра на результат искусственно сформированных по какому-либо признаку проб сохраняется.

Пример: при исследовании руд одного из месторождений отметили, что содержание серы в руде не коррелирует с содержанием золота и при средних по месторождению содержаниях золота можно найти руды как с очень низким содержанием серы (в первые десятые доли процента), так и с содержаниями серы около процента и выше. Рабочая гипотеза заключалась в том, что пробы с низкими содержаниями серы могут быть переработаны без применения флотации, прямым цианированием, а пробы с высокими содержаниями серы требуют получения флотационного концентрата и дальнейшей переработки уже этого концентрата. Две укрупненные пробы, собранные с равными содержаниями золота и двумя разными содержаниями серы (<0,8 и 1,2 %) подтвердили гипотезу, в первой пробе доля свободноцианируемого золота составила 85 %, а во второй — всего 45 %. На основании исследования этих укрупненных проб была разработана стратегия освоения актива. Однако, при последующем исследовании представительного набора малых технологических проб выяснилось, что связь между содержанием серы и долей свободноцианируемого золота была преувеличена. Существенное влияние на возможность извлечения золота цианированием оказывают размеры и степень раскрытия золотин — фактор, который при формировании укрупненных проб был выпущен из внимания и не контролировался. В итоге в укрупненные пробы попали руды с разной степенью раскрытия зерен золота. После тестирования малых технологических проб стратегию потребовалось пересматривать.

Наименование параметра	Значение параметра
	Минимальное	Максимальное
A	a	n*a
B	b	m*b
C	c	p*c
D	d	q*d

Табл.2

Другой распространенной ошибкой при формировании укрупненных проб является выравнивание всех параметров, кроме того, влияние которого оценивают.

Пример: На месторождении было выявлено бинарное распределение кальция, выделены высококарбонатный и низкокарбонатный типы руд. Для высококарбонатных руд характерно: низкая доля слюд, невысокие количества сульфидных минералов (менее 1 %), а для низкокарбонатных, напротив, высокая доля слюд и повышенное до 3 % содержание сульфидов. Однако при формировании проб разных типов шихты, для подбора оптимального соотношения между высококарбонатными и низкокарбонатными рудами, было принято решение выровнять высококарбонатный и низкокарбонатный компоненты шихты по содержанию всех элементов, кроме содержания кальция. В результате полученные пробы были непредставительны относительно выделенных на месторождении типов руд и тесты на таким образом подготовленных пробах не показали значимой разницы в извлечении при изменении доли высококарбонатных руд.

Наименование параметра	Значение параметра
	Минимальное	Максимальное
Проба 1 (A=a)
B	b	m*b
C	c	p*c
D	d	q*d
Проба 2 (A=a\*1/4 n)
B	b	m*b
C	c	p*c
D	d	q*d
Проба 3 (A=a\*2/4 n)
B	b	m*b
C	c	p*c
D	d	q*d
Проба 4 (A=a\*3/4 n)
B	b	m*b
C	c	p*c
D	d	q*d
Проба 5 (A=a\*n)
B	b	m*b
C	c	p*c
B	b	m*b

Табл. 3

Единственный случай, когда целесообразно формировать укрупненные пробы, объединяя материал по принципу равных значений какого-либо параметра — это принятое решение о формировании шихты по этому параметру. Так, если в примере, приведенном выше, есть принятое решение формировать шихту с А = а, то исследование такой пробы оправдано.


При формировании шихты необходимо учитывать, что попадание некоторых компонентов в пробу может значимо изменить свойства всей смеси. Например, если в состав шихты входит проба, содержащая минералы, изменяющие состав среды, или сорбционно-активные компоненты, то влияние этих минералов распространяется на всю шихту, что приведет к тому, что извлечение из всей шихты будет ниже, чем извлечение, рассчитанное как средневзвешенное по металлу из компонентов шихты.

Компонент	Масса	Au, г/т	Au металл, г	Извлечение Au, %		Au металл в продукте, г
				От металла	От массы
1	1	10	10	98		9,5
2	1	1	1	60		0,6
Шихта	2	5,5	11,00	91,82	79,00	10,1
1	1	5	5	70		3,5
2	1	6	6	80		4,8
Шихта	2	5,5	11,00	75,45	75,00	8,3

Табл.4

При шихтовке руд важно учитывать, что разные параметры имеют разный вес вклада в конечный результат процесса технологической переработки. Соответственно, если пробу шихты формируют из малых технологических проб, то та проба, которая имеет наиболее высокое значение параметра, имеющего наибольший вес на извлечение, в совокупном извлечении будет оказывать наибольшее влияние на поведение всей шихты. Применительно к золотосодержащим рудам, часто таким параметром, имеющим наибольший вес, является содержание золота. Если в составе шихты имеется проба с очень высокими содержаниями золота, то свойства шихты во многом будут предопределены долей золота, привнесенного в шихту этой богатой пробой и извлечение из шихты, рассчитанное как средневзвешенное по металлу, будет значимо отлично от извлечения, рассчитанного как средневзвешенное по массе компонентов. Пример приведен в таблице 4.

Физико-механические свойства шихты также могут нелинейно зависеть от свойств компонентов. Так, если какой-то из компонентов шихты содержит высокую долю глин, а второй нет, то в процессе измельчения вероятно повышение вязкости пульпы и снижение скорости измельчения малоглинистого компонента.


Технологические пробы исследуют для поиска способа управления целевыми параметрами качества руды и для поиска способа переработки некоторого конкретного объема руды. Соответственно двум разным целям выделены задачи стандартизации и задачи типизации. Эти задачи связаны циклической зависимостью: решение задачи стандартизации требует знания параметров обработки проб, подбор параметров переработки проб следует осуществлять на пробе, представительной для всего объема исследуемой руды, а отбор такой пробы требует знаний о разновидностях руд.

Решение задачи стандартизации следует осуществлять на представительном наборе малых технологических проб. Каждая проба представляет руду в какой-то конкретной точке месторождения, а статистики набора проб совпадают со статистиками либо блочной модели, либо геологической базы данных.

При формировании укрупненных проб следует остерегаться создания искусственной вариативности за счет подчеркивания изменчивости по одним параметрам и затушевывания ее по другим.

При расчете свойств шихты необходимо учитывать влияние осложняющих обогащение факторов, присутствующих хотя бы в одном из смешиваемых компонентов, а также учитывать влияние богатых проб.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» Лето № 2 (72) 2026 г.