Общие сведения о скважинном подземном выщелачивании золота

М.И. Фазлуллин — Генеральный директор ООО «НПП «ГЕОТЭП», профессор, д.т.н.

Общие сведения о СПВ

Скважинное подземное выщелачивание (СПВ) металлов получило наибольшее развитие в мире в варианте скважинной системы отработки руд непосредственно на месте залегания. При СПВ подготовку, вскрытие и извлечение металлов осуществляют путем выщелачивания через скважины, пробуренные с поверхности. Подача выщелачивающего раствора производится в систему закачных скважин, затем раствор фильтруется через рудный массив, а продуктивные растворы через систему откачных скважин извлекаются на поверхность и транспортируются на установку переработки растворов.

При скважинном подземном выщелачивании важнейшим фактором является проницаемость продуктивного горизонта, которая может быть естественной или создаваться искусственным путем применения специальных методов (гидроразрыв, разрушение взрывом и др.). Кроме того, при СПВ важно наличие частичной или полной обводненности руд, приуроченности рудной минерализации к порам и трещинам, обеспечивающим проницаемость руды и др.

Метод СПВ широко применяется в мире для добычи урана. В настоящее время в России в опытно-промышленном масштабе ведется и подземное выщелачивание золота.

Подземное выщелачивание металлов обладает рядом достоинств, которые весьма привлекательны при выборе способа разработки месторождений. К ним относятся:

• сохранение природного ландшафта (отсутствие выемок в виде карьеров, эфелей промывки песков);   
• отсутствие прямого контакта работающих с горной породой в процессе эксплуатационных работ, что способствует снижению травматизма в производственных условиях;
• исключение из производственного цикла ряда технологических операций (добыча руды, ее транспортировка до обогатительной фабрики, дробление, измельчение, обогащение, гидрометаллургическая переработка концентратов);   
• снижение капитальных затрат при строительстве рудника в 2–4 раза;   
• снижение бортового содержания металлов, что увеличивает минерально-сырьевую базу предприятия;
• возможность организации попутного извлечения металлов с низкими исходными концентрациями;   
• возможность отработки месторождений, приуроченных к сильно обводненным породам;   
• вовлечение в отработку бедных и забалансовых для горного способа месторождений;
• исключение отвалов и хвостохранилищ, загрязняющих окружающую среду;
• автоматизация процесса добычи в недрах и переработки технологических растворов на поверхности;   
• улучшение технико-экономических показателей отработки месторождений.

Весь производственно-технологический процесс подземного выщелачивания состоит из ряда проблемных вопросов, к которым относятся:

• принципиальная схема предприятия подземного выщелачивания; 
• выбор оптимальных в экологическом и экономическом отношении реагентов для выщелачивания;   
• стадии исследований; 
• научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по совершенствованию техники и технологии СПВ;
• изучение сырьевой базы [1].

Принципиальная схема предприятия скважинного подземного выщелачивания

Предприятие по разработке объекта методом СПВ состоит из добычного комплекса, системы транспортирования растворов, установки по переработке продуктивных растворов (рис.1).

Рис. 1. Предприятие по разработке объекта методом СПВ

Добычной комплекс предназначен для подготовки и эксплуатации объекта посредством подачи в металлосодержащие интервалы объекта выщелачивающих растворов, перевода полезных компонентов в жидкую фазу и выдачи на поверхность продуктивных растворов.

Комплекс включает в себя технологические скважины, средства подачи выщелачивающих и откачки продуктивных растворов из них.

Система транспортировки растворов является связующим звеном между добычным и перерабатывающим комплексами и служит для разводки по скважинам выщелачивающих растворов, сбора и перекачки продуктивных растворов с участков выщелачивания на технологический узел.

В ее состав входят центральная и участковые насосные станции и трубопроводы для выщелачивающих, продуктивных и маточных растворов. Если для откачки растворов из скважин используют эрлифты, то в систему входят также трубопроводы сжатого воздуха и компрессорные станции.

На перерабатывающем комплексе продуктивные растворы, проходя через сорбционные колонны, взаимодействуют с ионообменными материалами и сорбируются на их поверхности. После наступления предела насыщения осуществляется десорбция полезных компонентов с получением товарного десорбата.

Кроме основных сооружений, предприятия СПВ имеют и вспомогательные объекты (ремонтно-механические мастерские или завод, складские помещения, гаражи, здания управления, бытового обслуживания и другие).

Принципиальная схема СПВ проверена многолетним опытом урановой промышленности и по состоянию на сегодня не нуждается в корректировке.

Определение некоторых терминов и понятий  процесса СПВ

Скважинное подземное выщелачивание металлов имеет большую историю, в течение которой возникли новые термины и понятия, связанные с новы-ми технологическими процессами. Кроме того содержание некоторых терминов, существовавших в смежных дисциплинах, нуждается в уточнении применительно к СПВ.

В настоящем разделе приводятся термины и понятия, используемые в данной статье, которыми пользуются специалисты, занятые на всех стадиях процесса скважинного подземного выщелачивания золота [1, 2, 3].

Возвратный раствор — бедный продуктивный раствор, содержащий полезный компонент в количестве ниже минимально промышленного, но пригодный (после добавки выщелачивающих реагентов) для повторной подачи в недра в качестве выщелачивающего раствора. Возвратные растворы образуются в начальной стадии процесса выщелачивания блока.

Выщелачивание, В — химический процесс перевода одного или нескольких компонентов из твердых тел в жидкость с помощью раствора реагентов.

Выщелачивающий раствор — раствор, содержащий необходимые для извлечения полезного компонента реагенты и подаваемый в закачные скважины (траншеи).

Дебит скважины, Q — объем жидкости, выдаваемый скважиной в единицу времени. Единица измерения —  м3/час или м3/сутки, реже л/с.

Динамический уровень — уровень подземных вод, снизившийся вследствие откачки или повысившийся в результате налива или нагнетания жидкости в водоносный горизонт. Исчисляется от той же принятой за «нулевую» плоскости сравнения, что и статический (см. ниже). Единица — м.

Золотосодержащий материал — способ скважинного подземного выщелачивания может найти применение в россыпных и рудных месторождениях золота, хвостохранилищах золотоизвлекательных фабрик, хранилищах пиритных огарков, на техногенных россыпях. В каждом конкретном случае — это золотоносные пески, руда, золотосодержащие хвосты, пиритные огарки, техногенные пески. Для технологического процесса скважинного подземного выщелачивания все они — золотосодержащие материалы.

Золото шлиховое — самородное золото, добытое из россыпей, очищенное от механических примесей.

Кольматация — зашламление поровых каналов стенок скважин или отверстий фильтров мельчайшими частицами породы, увлекаемые потоком промывочной жидкости (механическая кольматация), химическими осадками (химическая кольматация), а также свободным газом, выделяющимся при химических реакциях (газовая кольматация). Кольмтатация приводит к ухудшению проницаемости прифильтровой зоны и затрудняет процесс скважинного подземного выщелачивания.

Коэффициент водопроводимости, Т — произведение коэффициента фильтрации водоносного горизонта на его мощность (Т=КМ), единица —  м2/сут. Синоним — водопроводимость.

Коэффициент пьезопроводности, а — параметр, характеризующий скорость распространения давления в водоносном пласте в напорных условиях. Единица — м2/сут.

Коэффициент фильтрации, К — показатель, характеризующий проницаемость породы относительно фильтрующейся воды (водного раствора), численно равен скорости фильтрации V при напорном градиенте у, равном единице. По Дарси, V=Кγ. Единица — м/сут.

Криосфера — прерывистая оболочка земли в пределах теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и метеосферы, характеризующаяся наличием или возможностью существования льда. Простирается от верхних слоев земной коры до нижележащих слоев ионосферы (верхняя граница ионосферы — внешняя часть магнитосферы земли).

Криогенез — совокупность физических, химических, биохимических и других процессов, происходящих в пределах криосферы и сопровождающихся образованием льда.

Криолитозона — часть криосферы в пределах верхнего слоя земной коры; характеризуется наличием отрицательных температур и возможностью существенных подземных льдов. Включает деятельный слой и многолетнюю криолитозону, нижняя граница криолитозоны — изотермическая поверхность с температурой 0 °С. Глубина ее залегания от нескольких метров в умеренных широтах до нескольких километров в высоких.

Маточный раствор — раствор, получаемый в результате извлечения полезного компонента из продуктивного раствора. Маточные растворы доукрепляют выщелачивающим реагентом и возвращают их в качестве выщелачивающих в процесс СПВ.

Мощность продуктивного горизонта — мощность обводненной части горизонта, вмещающего золотосодержащие породы (рудные тела, пески). Единица — м.

Напор над кровлей — высота поднятия напорной воды в скважинах, определяемая от верхней границы (водоупора) водоносного горизонта. Единица — м.

Отношение Ж:Т — весовое количество выщелачивающего раствора, приходящееся на весовую единицу выщелачиваемой горной массы, обеспечивающее заданное извлечение полезного компонента из месторождения (или его части).

Показатели геотехнологического процесса — к основным геотехнологическим показателям относятся: степень извлечения полезного компонента, величина Ж:Т, удельный расход реагента. Остальные геотехнологические показатели (концентрация полезного компонента в растворе, время выщелачивания и т.д.) являются производными и могут быть рассчитаны с их помощью на основании геолого-гидрогеологических параметров продуктивного горизонта. Синоним — геотехнологические показатели.

Понижение уровня, S — разность меду статическим и динамическим уровнями при откачке жидкости. При закачке — повышение уровня (-S).

Приемистость, g — объем жидкости, поступающей в закачную скважину в единицу времени. Величина обратная по знаку дебиту. Единица измерения — м3/час или м3/сут.

Продуктивный горизонт — литологический обводненный горизонт, включающий в себя золотосодержащие породы (рудные тела, пески). Единица — м.

Продуктивный раствор — раствор, содержащий полезный компонент с достаточным (кондиционным) содержанием для экономически выгодного извлечения.

Пьезоизогипсы — линии на плане (карте), соединяющие точки одинаковых напоров подземных вод. Синоним — гидроизогипсы (для уровней безнапорных подземных вод).

Пьезометрический уровень, Н — превышение пьезометрической (напорной) поверхности над горизонтальной плоскостью сравнения: над кровлей водоносного горизонта — в метрах, над уровнем моря — в абсолютных отметках, над поверхностью лабораторного стола — в см. Синонимы — напорный уровень, напор.

Реагент — химическое вещество (обычно в виде водного раствора), используемое для выщелачивания или ускорения извлечения полезного ископаемого.

Реверсирование — искусственное изменение направления потока в недрах. Используется как способ интенсификации процесса восстановления проницаемости пласта, повышения равномерности его проработки. Реверсирование потока при СПВ осуществляется обычно на 180°, 90°, 45°.

Сбросной раствор — маточный или непромышленный (бедный) продуктивный раствор, который не может быть использован по тем или иным причинам для приготовления выщелачивающего раствора. Сбросной раствор может быть отправлен в гидрографическую сеть только после соответствующей очистки от вредных составляющих.

Скважина закачная — скважина, через которую в интервал золотосодержащих пород подается выщелачивающий раствор.

Скважина контрольная — используется для вскрытия в заданном месте отрабатываемого участка с целью определения вещественного состава руд или песков и степени извлечения из них полезного компонента.

Скважина наблюдательная — предназначена для постоянного или периодического наблюдения за процессом подземного выщелачивания или режимом подземных вод (растворов) в выщелачиваемой горной массе. Из наблюдательных скважин с определенной частотой отбираются пробы жидкости, которые отправляются на анализ. На базе результатов анализов отслеживается процесс СПВ и режим подземных вод.

Скважина откачная — скважина, через которую из продуктивного гори-зонта выдается на поверхность продуктивный раствор.

Скважина разведочная — используется для разведки и оконтуривания рудных тел.

Скважина универсальная — в практике подземного выщелачивания закачные и откачные скважины могут меняться назначением. Для сохранения технологического регламента процесса выщелачивания необходимо, чтобы скважины имели возможность обеспечения равных значений дебитов и приемистостей при изменении их назначения. Конструкция универсальных скважин должна обеспечивать это положение.

Скважинное подземное выщелачивание, СПВ — химический способ добычи полезных компонентов с помощью раствора реагента без извлечения золотосодержащих материалов (песков, руды) на поверхность.

Скорость фильтрации V — условная (кажущаяся) скорость перемещения жидкости по проницаемым горным породам. Определяется как расход (дебит) жидкости, протекающей через единицу площади поперечного сечения водоносного пласта (без учета пористости среды): V=Q/F. Действительная скорость фильтрации учитывает пористость Vд=V/Па.

Статический уровень — естественный, не нарушенный откачкой или нагнетанием уровень подземных вод. Выражается в метрах от земной поверхности (в этом случае говорят о глубине статического уровня) или в абсолютных отметках от уровня моря. В лабораторных условиях — от принятой горизонтальной плоскости сравнения.

Степень извлечения, ε — количество извлеченного из недр полезного компонента. Обычно выражается в процентах относительно исходных (балансовых) запасов, реже — в долях единицы.

Степень разубоживания (разбавления) продуктивных растворов — величина, показывающая кратность разбавления продуктивных растворов подземными водами и некондиционными растворами, поступающими из безрудной части разреза продуктивного горизонта или из-за контура полигона СПВ.

Технологический забаланс — запасы полезного компонента в недрах, не принимаемые к отработке способом СПВ по условиям слабой проницаемости рудных минералов для технологических растворов. Частично извлекаются с балансовыми запасами.

Технологический раствор — водный раствор реагентов и продуктов их взаимодействия с вмещающей средой. При подземном выщелачивании технологические растворы подразделяются на выщелачивающие, продуктивные, маточные, возвратные, сбросные.

Удельный расход реагента Рр — один из основных геотехнологических показателей. Выражается в количестве реагента, расходуемого на извлечение единицы массы полезного компонента (кг/кг или г/г) или взаимодействие с горнорудной массой (кг/т, %).

Шлихи — остаток тяжелых минералов, получаемых в результате промывки рыхлых поверхностных образований (аллювия, делювия и т.д.), рыхлых горных пород, а также при искусственном измельчении горных пород и минеральных образований.

Эксплуатационный блок — часть залежи при скважинном ПВ, одновременно подключаемая к процессу и выводимая из него. При скважинном ПВ часто соответствует подсчетному блоку запасов извлекаемого компонента. Подготовленные блоки включают в эксплуатацию согласно принятой схеме отработки.

Эфель (Эфеля) — мелкая и легкая фракция пород, получаемая при промывке россыпного золота или при обработке рудного золота, которая выносится водой во взвешенном состоянии.

Оптимальные в экологическом и экономическом отношении реагенты для выщелачивания золота

В настоящее время основным реагентом в промышленном гидрометаллургическом процессе извлечения золота из руд является цианид натрия. Все возрастающие требования к охране окружающей среды, в особенности применительно к методу подземного выщелачивания, определяют актуальность поиска менее токсичных реагентов-растворителей золота. Такими растворителями могут быть растворы, содержащие активный хлор, как в форме свободного галогена, так и в форме гипохлоритов. Кроме того, применение цианирования эффективно исключительно для тонкодисперсного и доступного золота, что предполагает либо достаточно тонкое измельчение руды, либо цианиды используются при кучном выщелачивании дробленных коренных руд, содержащих доступное золото. Выщелачивание руд на месте залегания, то есть методом СПВ, исключает любую рудоподготовку и предъявляет высокие экологические требования, поэтому применение цианидов при подземном выщелачивании практически исключается.

В случае отработки россыпных месторождений, содержащих крупное, труднорастворимое в цианидах золото, применение цианидов неэффективно и в технологическом аспекте. В связи с этим в качестве выщелачивающих агентов могут быть использованы хлор-, йод- и бромсодержащие реагенты, более безопасные в экологическом отношении по сравнению с цианидными реагентами.

Система хлоридного выщелачивания золотоосодержащих материалов обычно состоит либо из насыщенной газообразным хлором воды, либо из кислоты (соляной или серной), соли (хлорид натрия) и окислителя (гипохлорит калия или натрия, перманганат калия, диоксид марганца). Активным началом при растворении золота является образующийся в процессе реакции в указанной системе элементарный хлор. В кислом гипохлоритном растворе хлорид является комплексообразователем, хлор и НОСl- окисляющими агентами.

Преимущества хлоридной системы выщелачивания золота состоят в следующем:

• высокая окислительная активность, более глубокая переработка золотосодержащих материалов, что обеспечивает более высокое извлечение золота;
• доступность реагентов и сравнительно низкая их стоимость;   
• возможность получения реагентов на месте производства работ.

Недостатки:

• необходимость использования коррозионностойкой системы по всей технологической схеме;   
• сложность переработки и утилизации растворов.

Анализ литературных данных по промышленному применению хлора в гидрометаллургии показывает, что хлорирование эффективно, если расход хлора не превышает 1–2 кг/г  извлеченного золота и если время выщелачивания не выше 1–2 часов. Эти показатели заводской переработки руд связаны с высокой долей капитальных и эксплуатационных затрат. В случае применения метода СПВ капитальные затраты, как было отмечено выше, могут быть снижены в 2–4 раза, поэтому процесс подземного выщелачивания может быть экономически эффективным и при большем расходе хлора, при длительности отработки рудных залежей в несколько месяцев, а также при отработке бедных и забалансовых руд.

На степень извлечения золота из золотосодержащего материала существенно влияет пробность. Известно, что при содержании в золоте 30 % и более серебра, т.е. пробности 700 и менее, переход золота в хлорные растворы практически прекращается из-за образования вокруг золотины экрана из хлористого серебра.

Экологические аспекты применения хлора при СПВ имеют свои особенности. Несмотря на определенную токсичность активного хлора,высокая химическая активность предопределяет его повышенную неустойчивость и быстрое разложение до нетоксичного хлоридиона при взаимодействии с золотосодержащими материалами и вмещающими породами.

Продуктивные горизонты объектов подземного выщелачивания золота могут содержать незначительное количество вредных примесей, выщелачивание которых хлорными растворами может привести к их накоплению в растворах в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации с точки зрения охраны окружающей среды. Такими примесями могут быть ртуть, мышьяк, кадмий и цветные металлы. В этом случае необходимы дополнительные меры по их нейтрализации. Кроме того, такие примеси могут содержаться в естественных подземных водах. Поэтому перед началом работ по СПВ золота необходимо выполнить определенный объем анализов подземных вод, а в процессе выщелачивания вести систематический мониторинг качества растворов с определенной частотой производства анализов.

В йод-йодидной системе йод необходим как окислитель, йодид — как комплексообразователь, образующий с золотом прочный комплекс. Иод-йодидная система имеет ряд преимуществ, таких как низкая токсичность, высокая стабильность растворенных комплексов и более низкий окислительно-восстановительный потенциал по сравнению с другими нецианидными системами выщелачивания золота.

Рис. 2. Опытный участок хлоридного ПВ золота, месторождение Ар-Наймган, Монголия 

Ряд исследователей полагают, что процесс выщелачивания золота в йод-йодидной системе является одной из перспективных схем, альтернативных процессу цианирования.

Способность бромидов растворять золото известна давно. Широкое распространение цианидной технологии в начале XX века прервало все работы по исследованию бромидной системы для извлечения золота из золотосодержащих материалов. В связи с возросшим вниманием к охране окружающей среды при использовании токсичного цианидного метода извлечения золота вновь на новом уровне рассматривается вопрос применения брома, как растворителя.

В январе 1987 г. корпорация «Грейт Лейке Кемикал» получила патент США на процесс извлечения благородных металлов из исходных материалов с помощью соединения брома, получившего наименование гидантион. При использовании только гидантиона или в комбинации с ионом бромида гидантионовые продукты могут окислять золото до растворимых солей. Эта система оказалась весьма эффективной для извлечения золота из золотосодержащих материалов.

Достоинствами йодидных и бромидных систем являются:

• высокая кинетика растворения золота, увеличение ее при осуществлении процесса в кислых средах;   
• повышенная степень извлечения золота;
• нетоксичность растворов при используемых для выщелачивания концентрациях.

Недостатки:

• коррозионная активность при использовании кислых сред для выщелачивания; 
• повышенный расход на вмещающие породы;
• высокая стоимость растворителя.

При использовании йодидного и бромидного способов необходима регенерация йода и брома. Это вызывает необходимость подбора недефицитных окислителей, что является непростой задачей. Тем не менее, использование йода и брома для подземного выщелачивания золота может оказаться весьма привлекательным в связи с возможностью их полной регенерации. При решении проблемы разработки технологии извлечения йода и брома из промышленных вод, перспектива их использования становится реальной.

Сопоставление хлор-хлоридного способа с другими галогенными системами показывает преимущества первого.

На основании результатов опытно-промышленных испытаний по СПВ на Гагарском месторождении, литературных данных по гидрометаллургии золота и научно-исследовательского опыта авторов по технологическому опробованию золотосодержащих руд различных объектов разработаны критерии оценки месторождений применительно к методу скважинного подземного выщелачивания хлорсодержащими растворителями.

Под хлорсодержащими растворителями имеются в виду: хлорная вода, растворы гипохлоритов, хлоратов и других реагентов, содержащих активный хлор, с добавками (или без) хлоридов металлов. Какой из растворителей применяется, принципиального значения для данных критериев оценки не имеет.

Критерии условно разделены по степени благоприятности на весьма благоприятные, благоприятные и неблагоприятные. Кроме того, перечислен ряд факторов имеющих определенное влияние, как на экономическую, так и на принципиальную возможность применения метода СПВ. По уровню влияния все факторы условно обозначены как решающие, определяющие и второстепенные. Решающие факторы определяют принципиальную возможность применения метода СПВ. Определяющие факторы влияют на экономику, технику, технологию и экологию метода СПВ. Второстепенные факторы имеют подчиненное значение при решении экономических, технических и экологических задач.

В связи с определенной условностью приведенных критериев и уровня влияния на них различных факторов, в каждом конкретном случае все критерии необходимо рассматривать только в комплексе с учетом экономических, технологических и экологических аспектов применения метода СПВ.

С точки зрения техники безопасности использование гипохлорита натрия по сравнению с жидким хлором более предпочтительно. Поэтому в ООО «Геоприд», проводящем работы по подземному выщелачиванию золота на месторождении Долгий Мыс (Свердловская область), в качестве растворителя был выбран гипохлорит натрия.

Раствор гипохлорита натрия готовится непосредственно на участке работ электролизом водного раствора хлорида натрия. Электролиз может вестись как в непрерывном, так и в периодическом режиме.

Проводя исследования по выбору реагентов, в каждом конкретном случае следует оценивать их эффективность как в автономном, так и в смешанном вариантах. Критериями должны служить доступность реагента в необходимом количестве, эффективность извлечения золота, возможность регенерации и экологические последствия.

Cтадии исследований

Для объектов, выдвигаемых под скважинное подземное выщелачивание, необходимо выполнить следующие стадии исследований:

• лабораторные исследования;
• укрупненные лабораторные исследования;
• опытные работы на представительном участке месторождения;   
• опытно-промышленные работы, которые постепенно переходят в планомерные эксплуатационные работы;
• научно-исследовательские и опытно-промышленные работы по совершенствованию техники и технологии скважинного подземного выщелачивания.
  

На стадии лабораторных исследований определяются минеральный, химический, гранулометрический составы пробы, затем проводятся технологические исследования. На первом этапе технологических исследований выполняется серия опытов по статическому (агитационному) выщелачиванию изучаемой пробы. Такие опыты позволяют на небольшом объеме материала установить близкий к оптимальному состав выщелачивающего раствора и установить максимально достигаемую степень извлечения металла из конкретной пробы. Как правило, время достаточное для достижения равновесных концентраций реагирующих веществ, не превышает одних суток. Для контроля хода процесса из всех или части сосудов целесообразно отбирать пробы раствора объемом 5–10 мл. через 2, 4, 8, 24 и 48 часов и определять в них содержание золота. В конце опытов для всех растворов вычисляется среднее извлечение золота из проб.

Рис. 3. Опытно-промышленный участок ПВ на Гумешевском месторождении медных золотосодержащих руд 

Характеристика расхода реагентов по данным статических опытов устанавливается только ориентировочно. Тем не менее, для качественного контроля конечного содержания растворителей в растворах целесообразно выполнение этих опытов.

Результаты статического выщелачивания являются ориентиром для выбора растворителей и диапазона их концентраций, с которыми далее проводят испытания руд при фильтрационном режиме выщелачивания.

Сущность фильтрационного выщелачивания (второй этап) заключается в фильтрации растворителя через пробу золотосодержащего материала, фиксация динамики выноса из него полезного компонента и выхода растворителя в фильтрующем растворе, т.е. в получении так называемых «выходных кривых». На этом же этапе проводятся исследования по извлечению золота из растворов методами сорбции и осаждения.

С помощью лабораторных испытаний определяют следующие показатели геотехнологических свойств золотосодержащего материала:

• коэффициент фильтрации;   
• степень извлечения металла из руды;   
• отношение Ж:Т, необходимое для максимально возможного извлечения металла; 
• характеристики затрат растворите-ля (в кг на 1 г извлечённого металла, в кг на 1 т отрабатываемой горнорудной массы);
• среднюю концентрацию металла в продуктивных растворах, мг/л;   
• схему переработки растворов.

По результатам лабораторных исследований выдаются исходные данные для проекта опытного участка.

Одним из непременных условий применимости метода скважинного выщелачивания для отработки конкретного месторождения является наличие фильтрационных свойств продуктивного горизонта, определяющих его динамику.

Гидрогеологические исследования направлены на обоснование исходных гидрогеологических данных для составления проекта опытной разработки месторождения.

Главными задачами гидрогеологических исследований являются:

• установление возможности и условий фильтрации растворов по продуктивному горизонту;   
• определение основных гидрогеологических параметров;
• изучение внутреннего строения продуктивного горизонта;   
• обоснование дебитов и приемистостей технологических скважин;   
• прогноз изменения гидрогеологических условий в процессе эксплуатационных работ;
• оценка взаимного влияния разработки месторождения и действующих водозаборов подземных вод, а также возможности загрязнения поверхностных и подземных вод;   
• изучение химического состава подземных вод.

В результате исследований должны быть изучены:

• литологический состав и мощность водовмещающих пород; 
• глубина залегания водоносных горизонтов и уровни подземных вод;   
• наличие и величина напора;   
• положение месторождения в гидрогеологической структуре;   
• направление и скорость естественного потока подземных вод;   
• подстилающий и перекрывающий водоупоры;
• фильтрационные свойства пород продуктивного горизонта, проницаемость и водопроводимость золотосодержащих и вмещающих пород, основные параметры смежных водоносных горизонтов;   
• влияние на динамику подземных вод тектонических нарушений, качество и агрессивность подземных вод;   
• наличие гидравлической связи с поверхностными и подземными водами выше- и нижележащих водоносных горизонтов, а также возможность загрязнения источников водоснабжения.

Рис. 4. ПВ золота на Гагарском месторождении, Свердловская область

Детальность гидрогеологических работ зависит от стадии исследований. При поисково-оценочных работах по результатам бурения скважин и геофизических исследований осуществляется предварительное расчленение разреза по обводненности, выделяются водоносные и водоупорные горизонты. В пределах месторождения на каждый золотосодержащий горизонт проводится бурение одиночных гидрогеологических скважин (3–5 на каждый горизонт). Все скважины бурятся с отбором керна. Скважины обсаживаются трубами, фильтры устанавливаются на всю мощность горизонта. На скважинах проводится комплекс скважинных геофизических исследований: электрокаротаж, расходометрия, резистивиметрия, кавернометрия и термометрия. Из керна гидрогеологических скважин по всему золотосодержащему горизонту, из верхнего и нижнего водоупоров отбираются образцы (с ненарушенной и нарушенной структурой) всех литологических разностей пород для лабораторных исследований (определения гранулометрического состава, карбонатноcти, водно-физических свойств, включая коэффициент фильтрации).

По всем гидрогеологическим скважинам осуществляются откачки или наливы (нагнетания) по принятой в гидрогеологической практике методике с отбором проб на химический анализ для определения содержания основных макрокомпонентов: НСО3-, СО2-, SO2-, Na+, К+, Са2+, Mg2+, SiO , а также Fe2+, Fe3+ и токсичных микрокомпонентов, встречающихся в данном регионе. Оцениваются также общая минерализация подземных вод, их температура и рН.

Анализ всех полученных данных определяет целесообразность дальнейшего гидрогеологического изучения месторождения. Отрицательное решение принимается в случае безводности золотосодержащих горизонтов или их приуроченности к водоупорным породам.

При наличии достаточной естественной проницаемости и обводненности золотосодержащих пород гидрогеологические исследования детализируются на наиболее перспективных участках, а одиночные откачки (наливы) заменяются опытами на кустах скважин, состоящих из одной центральной и двух лучей наблюдательных скважин, расположенных вдоль и вкрест золотосодержащих залежей. Лучи состоят обычно из двух, реже трех наблюдательных скважин, расположенных на расстоянии 10–30 м. Откачки (наливы) осуществляются обычно при максимальном дебите при одном, реже при двух понижениях уровня до получения стационарного режима. Продолжительность одиночных откачек или наливов обычно 1–2 суток, кустовых — от 5 до 10 суток.

Одновременно наливоткачка выполняются обычно на участках СПВ с целью определения возможной производительности скважин в сбалансированном режиме в условиях оборота растворов. Продолжительность такого опыта колеблется от 8 часов до 3 суток.

Обработка результатов откачек проводится по общепринятым методикам с построением графиков прослеживания изменения уровней во времени S=f(lg t) и по площади S=(lg r), а также графиков комбинированного прослеживания по данным понижения и восстановления уровней.

Методика откачек и расчетов гидрогеологических параметров изложена в специальной литературе (в частности, «Справочное руководство гидрогеолога» под редакцией В.М. Максимова, М.-Л., 1979 г.), а особенности гидрогеологических исследований применительно к подземному выщелачиванию наиболее полно освещены в «Справочнике по геотехнологии урана» (Энергоатомиздат, М., 1997 г.) [4].

По результатам исследований проводится гидрогеологическое районирование территории с целью выделения участков с близкими условиями отработки. При этом выбираются один или несколько природных факторов, имеющих наибольшую изменчивость и оказывающих заметное влияние на процесс СПВ (например, коэффициент фильтрации, водопроводимость, напор и т.п.). Гидрогеологические районирование позволяет выделить наиболее благоприятные участки для проведения опытно-промышленной отработки месторождений золота способом СПВ.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по совершенство-ванию техники и технологии скважинного подземного выщелачивания

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по совершенствованию техники и технологии скважинного подземного выщелачивания золота можно сгруппировать следующим образом:

• разработка и внедрение технических средств, повышающих производительность и снижающих стоимость бурения, улучшающих фильтрационные свойства прифильтровой зоны технологических скважин;   
• изучение технологических условий месторождений золота, отрабатываемых способом СПВ;   
• исследование химического взаимодействия реагентов с породами золотоносного горизонта, направленные на интенсификацию перевода золота в продуктивные растворы;
• совершенствование методов управления гидродинамикой и химической технологией процесса СПВ;
• совершенствование техники и технологии переработки продуктивных растворов;
• геоэкологические исследования.

Разработка и внедрение технических средств, повышающих производительность и снижающих стоимость бурения, улучшающих фильтрационные свойства прифильтровой зоны технологических скважин

Буровые установки для бурения технологических скважин должны обеспечивать, прежде всего, качественный отбор керношламового материала, высокие скорости бурения и диаметры скважин, способные давать максимально возможные дебиты откачных и приемистости закачных скважин.

На россыпных месторождениях для сооружения технологических скважин используются станки ударно-канатного бурения, позволяющие осуществлять отбор материала для опробования. В качестве базовой установки для бурения скважин вращательным способом может быть использован станок  УБВ-00, выпускаемой Щигровским машиностроительным заводом. В процессе строительства полигонов для работ по подземному выщелачиванию необходимо провести комплекс НИОКР по его адаптации для бурения технологических скважин.

При отработке технологических режимов сооружения скважин необходимо предусмотреть мероприятия по сохранению естественной проницаемости пород продуктивного горизонта. Соблюдение мер по сохранению проницаемости вскрываемых пород не всегда дает желаемые результаты. Поэтому необходимо предусмотреть совершенствование существующих технических средств по раскольматации прифильтровых зон технологических скважин.

Выпускаемые отечественной промышленностью буровые установки не отвечают в достаточной мере требованиям СПВ. 

Изучение технологических  условий месторождений золота, отрабатываемых способом СПВ 

Под термином технологические условия месторождений понимается комплекс природных факторов, которые существенным образом влияют на ход и результаты подземного выщелачивания полезных компонентов. Конечная цель изучения геотехнологических условий количественный прогноз основных эксплуатационных показателей процесса СПВ для месторождения или отдельных его частей.

Оценку показателей осуществляют на основе изучения комплекса природных факторов, влияющих на ход процесса выщелачивания (минеральные формы полезных компонентов, литологические типы пород, слагающих разрез, геохимическая, гидрогеологическая обстановки и т.д.). Средствами изучения геотехнологических условий являются буровые работы, изучение керна, шлама и их опробование, лабораторные исследования руд и пород, подземных вод и технологических растворов, геофизические работы и т.д.

Исследование химического взаимодействия реагентов с породами золотосодержащего горизонта, направленные на интенсификацию перевода золота в продуктивные растворы

Если в качестве исходного сырья для приготовления растворов реагентов использовать конечные химически чистые продукты или их соли, то стоимость растворителей может оказаться экономически неприемлемой для предприятия СПВ. Поэтому необходимо изучить технологию изготовления хлора, йода и брома на химических заводах и подобрать экономически приемлемый для СПВ передел, который обеспечит получение реагентов необходимого качества и выдержит транспортные расходы по его доставке к месту производства работ.

Исследование влияния концентраций реагента в выщелачивающих растворах, подбор эффективных окислителей, влияющих на ускорение процесса выщелачивания, метода подачи их в пласт, выявление оптимального сочетания концентраций реагента и окислителя должны вестись постоянно на всех стадиях геологоразведочных и эксплуатационных работ.

Источником получения йода и брома могут служить воды нефтяных месторождений, содержащие от 15–20 мг/л йода и более 300–400 мг/л брома. Доведение содержания йода и брома в продуктах переработки до количеств, приемлемых для технологии СПВ золота, может оказаться экономически эффективным.

Работы по настоящему направлению будут способствовать снижению затрат на химические реагенты.

Совершенствование метода управления гидродинамикой и химической технологией процесса СПВ

К этому направлению исследований относятся все работы по изучению фильтрационной неоднородности пород продуктивного горизонта, влияющей на гидродинамику фильтрационного потока, геотехнологическому картированию, моделированию гидродинамики технологических растворов, массопереноса в трехмерной области, дозированию подачи растворителей и окислителей в пласт.

Совершенствование техники и технологии переработки продуктивных растворов

Этим разделом предусматриваются исследования, учитывающие специфику хлоридного, йодидного и бромидного выщелачивания. При разработке оборудования, в первую очередь, надо уделить внимание специализации электролизеров для нужд золотодобывающей промышленности.

Геоэкологические исследования

Геоэкологические исследования на объектах СПВ осуществляются на стадиях разведки, эксплуатации и ликвидации месторождений.

На стадии разведки изучаются природные геоэкологические условия месторождения, способствующие надежной изоляции технологических растворов в продуктивном горизонте, обеспечиваемой благоприятными сейсмичекими, геоструктурными, литологофациальными, геохимическими, гидродинамическими и гидрогеохимическими природными факторами.

Геоэкологические исследования на стадии эксплуатации должны включать в себя изучение характера изменения геологической среды под влиянием техногенных процессов, изучение процессов формирования химического состава и физико-химических свойств вод остаточных технологических растворов, разработку системы надежного контроля распространения технологических растворов в гидрогеологической системе.

Геоэкологические исследования на стадии ликвидации комплекса предприятий СПВ должны обеспечить прогнозирование распространения технологических растворов во внешнюю среду на основе мониторинга подземных вод, изучение продолжительности, механизма и глубины процессов самоочистки загрязненных вод на геохимических барьерах, возникающих под влиянием изолирующих геохимических свойств геологической среды и обоснование выбора способов восстановления природной геоэкологической обстановки, в том числе восстановления качества подземных вод.

Все перечисленные в этом разделе направления совершенствования техники и технологии СПВ золота найдут отражение в следующих статьях этой серии публикаций (которые последуют в следующих номерах журнала), что позволит проектировать предприятия с положительными экономическими показателями.

Сырьевая база для объектов СПВ золота

Сырьевая база для скважинного подземного выщелачивания в России практически является не оценённой.

Существуют две группы объектов, перспективных для отработки методом скважинного подземного выщелачивания: техногенные и природные.

К техногенным объектам относятся эфельные отвалы переработки россыпных месторождений, в которых сосредоточены сотни миллионов тонн золотосодержащих песков, и хвостохранилища золотоизвлекательных фабрик с запасами от первых до десятков тонн золота.

Техногенные россыпи образуются в результате неполной отработки месторождений любых генетических типов. Среди них различаются остаточные, целиковые и отвальные россыпи. Общей чертой данных объектов является небольшая глубина залегания, однородный сортировочный материал их слагающий, преимущественно тонкое и тонкодисперсное золото.

К природным объектам относятся глубоко погребенные аллювиальные и аллювиально-пролювиальные россыпи с мелким и тонким золотом, которое существующими методами отрабатывать экономически нецелесообразно, и месторождения золота в корах химического выветривания с содержанием золота в руде от 1 до 3 г/т.

Техногенные и природные объекты для отработки методом СПВ в России объединяют примерно 5 тыс. месторождений, из которых в настоящее время отработано и находится в эксплуатации 1100 объектов.

В процессе оценки перспектив применения подземного выщелачивания золота, необходимо обратить внимание на исследования российских геологов, посвященные потере мелкого и тонкого золота при опробовании россыпей.

В погребенных россыпях при их разведке обработка проб, как правило, осуществляется шлиховым методом. При этом тонкодисперсное золото в шлих не попадает. Н.А. Шило, изучая нижние горизонты погребенных россыпей долины реки Большой Куранах, сопоставил данные анализа продуктивных отложений шлиховым методом и пробирным анализом (763 пробы). По данным анализа шлихов среднее содержание золота составило  170 мг/м3, по данным пробирного анализа — более 800 мг/м3. Для технологии СПВ не улавливаемое гравитационными методами золото является весьма подходящим материалом [5].

В последнее время на страницах печати появляются публикации, посвященные потерям золота при традиционном опробовании. Мнение о широком распространении мелкого (-0,25–1 мм), весьма мелкого (-0,25–0,1 мм) и тонкого (-0,1 мм) золота и значительных его потерях, при первичном обогащении на традиционном оборудовании стало общепринятым. Ресурсы мелкого и тонкого золота (МТЗ) только в техно-генных россыпях РФ оцениваются в несколько тысяч тонн.

В 2001 г. проведено прямое сопоставление результатов традиционного (лоткового) и инструментального опробования скважин ударно-канатного бурения на одном из участков россыпного месторождения золота. По результатам применения инструментального опробования произошли следующие изменения параметров месторождения:

• в подавляющей части заверенных интервалов значительно возросло содержание золота;
• мощность пласта увеличилась в 1,3–1,9 раза;
• существенно увеличился вертикальный запас золота по конкретным скважинам и снизился коэффициент вскрыши.

Увеличение мощности произошло в основном за счет вовлечения в пласт отложений, первоначально квалифицированных как торфа. В целом распре-деление золота в разрезе по данным опробования более однородное.

Уже на стадии разведки россыпей, согласно действующим инструкциям из пробы удаляется галечный и эфельный материал, что приводит к полному удалению связанного золота. Дальнейшая промывка в лотках или бутарах, сопровождающаяся отмучиванием пробы, приводит к почти полному смыву мелких и тонких частиц золота.

Известны публикации, посвященные тонкому золоту российских россыпных месторождений золота, которые говорят, что в большинстве россыпей потери приближаются к 70 % и общие запасы золота в россыпях России остаются незначительными [6, 7, 8].

Это свидетельствует о больших перспективах добычи золота методом скважинного подземного выщелачивания из забалансовых для современной технологии объектов.

На Дальнем Востоке России проведено опробование СПВ золота вечно-мерзлой россыпи по оксихлоридной схеме. Результаты показали возможность создания рентабельных предприятий СПВ на глубокозалегающей россыпи (до 200 м) с максимальной концентрацией золота 0,3 г/м3, минимальными запасами 300 кг при себестоимости добычи 4,5–5 долл. за 1 грамм золота.

Опытные испытания проводились на россыпных месторождениях В. Велс (Пермская область), Фартовая и Лево-Татьянинский Увал в Красноярском крае. Выводы о возможности отработки положительные [9].

По состоянию на 01.01.2016 г. Государственным балансом РФ учтены запасы 5894 месторождений, в т.ч. 5340 россыпных и 554 коренных, из которых 383 собственно золоторудных и 171 комплексных.

Балансовые запасы золота по категориям А+В+С1 составляют 8159,6 т из них россыпного 1053,2 т, категории С2 5657,8 т, из них 157,5 россыпного, кроме этого учтено 2934,2 т забалансовых запасов.

Прогнозные ресурсы, апробированные учеными ЦНИГРИ составляют 39683 т.

К прогнозным ресурсам категории Р1 отнесено 4938 т коренного и 730 т россыпного золота, категории Р1 — 9450 т рудного и 580 т россыпного золота, категории Р3 — 22674 т рудного и 1491 т россыпного золота. Прогнозные ресурсы россыпного золота в России составляют 2801 т.

Добыча золота из россыпей за 2015 г. составила 26 % от суммарной общероссийской добычи.

На 5340 месторождениях россыпного золота учитывается 13 % балансовых запасов кат.А+В+С1, а запасы категории С2 составляют 2,8 % от разведанных запасов золота Российской Федерации.

В Российской Федерации запасы россыпного золота составляют 25 % от числящихся на государственном балансе. Эти запасы рассредоточены на месторождениях 25 субъектов России. Подавляющая часть (87 %) запасов сосредоточена в восточных районах, в т.ч. 47,9 % — в наиболее труднодоступных регионах (Республике Саха, Магаданской области, на Чукотке и Камчатке); 39 % запасов расположены в более доступных районах Восточной Сибири и Дальнего Востока и лишь 13 % запасов находится в достаточно освоенных районах Западной Сибири и Урала.

За последние годы по результатам анализа геологоразведочных работ всё активнее обсуждается вопрос о техногенных и глубокопогребенных россыпях, как серьезном и долговременном источнике увеличения сырьевой базы золота.

Ниже приведены выводы некоторых специалистов по регионам.

Россыпи Красноярского края (В.И. Брагин, Н.Ф. усманова [10]):

1. Около 40% россыпей края имеют значение содержаний золота на 25 % выше, чем было определено при их разведке.
2. Для отдельных россыпей прирост содержания составляет 100 % и более.
3. При этом возрастает роль тонкого золота.
4. Более 40 % россыпей характеризуется долей тонкого золота выше 30 %.

Техногенные россыпи на Северо-Востоке России (И.С. Литвиненко [11]):

1. Эфельные отвалы в большинстве случаев смешаны с галечниками и вскрышными породами, что привело к увеличению объема эфелей в несколько раз. Сплошная переработка подобных эфелей с целью доизвлечения потерянного металла за редким исключением нерентабельна.
2. Отработка таких техногенных месторождений должна осуществляться по новым технологиям.

Золотосодержащие техногенные образования горнорудных предприятий Восточного Забайкалья (Ю.Ф. Хари тонов [12]):

1. За 300-летний период в регионе образовалось около 100 техногенных скоплений, в которых накоплено более 2,8 млрд т отходов горнодобывающих комплексов, содержащих полезные компоненты.
2. Практически в 35 % техногенных отходов учтено золото.
3. Золото содержится не только в отходах золотодобывающей отрасли, но и в отходах добычи молибденовых и полиметаллических месторождений, а также в огарках сернокислотного производства.
4. Во вскрышных породах Ключевского, Балейского и Тасеевского месторождений содержание золота находится в пределах 0,33–0,35 г/т, общее количество золота оценивается в 5,2 т.
5. Отвалы и забалансовые руды учтены в количестве около 0,95 млн т, содержание золота в них колеблется в пределах 0,85–3 г/т, запасы золота — 11 т.
6. Содержание золота в хвостах гравитационно-хвостового обогащения колеблется от 0,35 до 1,79 г/т, всего учтено хвостов 54,3 млн т, которые концентрируют почти 40 т золота.
7. Следует также отметить закономерность, подтвержденную рядом исследователей, что истинное количество золота в техногенных объектах значительно превышает таковое, зафиксированное статистической отчетностью.
8. Ориентировочные экономические расчеты показывают возможность переработки хвостов обогащения с содержанием 0,7–1,2 г/т методом СПВ с себестоимостью 15–25 долл. за 1 грамм золота.

Минерально-сырьевая база золотодобывающего комплекса Читинской области и перспективы ее освоения (Г.А. Шевчук, Ю.Ф. Хари  тонов, В.С. Чечеткин [13]):

1. Прогнозные ресурсы россыпного золота превышают разведанные запасы в 2,2 раза. По категории Р1 учтено 19 %, по Р2 — 29 % и по Р3 — 52% золота.
2. Во многих районах не оценены глубоко залегающие россыпи, которые могут быть отработаны методом СПВ.

Прогнозные ресурсы золота техно-генных месторождений Хабаровского края (А.П. Ван-Ван-Е [14]).

На территории Хабаровского края выявлено около 1500 золотоносных россыпей различных структурно-морфологических и генетических типов, преобладающая часть которых отработана.

Из всего объема техногенных россыпей 30 % относится к россыпям с высокой степенью глинистости и значительным содержанием мелкого тонкого и пылевидного золота.

Для определения ресурсов техногенных россыпей разработана методика их расчета, использующая конкретные количественные показатели разведки и эксплуатации россыпей.

Золотоносные узлы	Итого
Переработано горной массы, тыс. м3	464 005
Запасы золота природной россыпи в отработанных блоках, кг	137 868
Добыто золота в отработанных блоках, кг	159 903
Расчетные ресурсы техногенной россыпи, кг	68 973
Ко.р.	0,44

Табл. 1. Перечень расчетных ресурсов техногенных россыпей золота Хабаровского края с достоверными показателями разведочных и эксплуатационных работ

В зависимости от полноты исходных данных по конкретным отработанным россыпям составлены таблицы расчетов ресурсов трех видов. Таблица 1  включает расчет по россыпям с наиболее полными и достоверными данными разведочных и эксплуатационных работ. Таблица 2  содержит информацию о вероятных ресурсах с учетом коэффициента Ко.р. — 0,44 (Ко.р. — усредненный коэффициент отношения объемов добытого золота и техногенных ресурсов по конкретным россыпям). В таблице 3 приведены данные о прогнозных ресурсах техногенных россыпей.

Золотосодержащие россыпи	Итого
Добыто золота в отработанных блоках, кг	81 973
Вероятные ресурсы техногенной россыпи, кг	36 069

Табл. 2.  Перечень вероятных ресурсов техногенных россыпей золота Хабаровского края с учетом коэффициента Ко.р. — 0,44

На основании выполненной работы можно сделать следующие выводы:
1. Остаточные природные россыпи Хабаровского края представлены малопродуктивными месторождениями с преимущественно низкими содержаниями металла. Рентабельна их отработка методом скважинного подземного выщелачивания.
2. Аналитические расчеты ресурсов золота 149 техногенных россыпных месторождений края определяют вероятную их сырьевую базу в количестве 124 т. фактическое содержание золота в эфелях в 2–3 раза выше, чем в среднем по месторождению.
3. По этой причине разработку техногенных россыпей следует начинать с освоения эфельных отвалов.
4. В связи с тем, что в техногенных россыпях могут преобладать тонкие, пылевидные субмикроскопические и адсорбированные фракции (менее 0,05 мм), необходимо выполнить комплекс технологических исследований по определению содержаний золота, а также степень извлекаемости металла современными способами сорбции и экстракции.

Золотоносные узлы	Итого
Объем отработанной горной массы, тыс. м3	64 692
Геологические запасы золота в отработанных блоках, кг	39 582
Добыто золота в отработанных блоках, кг	45 575
Ресурсы техногенной россыпи, кг	20 594

Табл. 3. Перечень прогнозных ресурсов техногенных россыпей золота северных районов Хабаровского края

Некоторые особенности  гранулометрического состава и  золотоносности эфельных отвалов Якутии (Е.А. Сервиров,  А.А. Коса [15]).

В Южной Якутии, по самым скромным оценкам, потенциал золота в техногенных россыпях оценивается в несколько десятков тонн. Тем не менее, разработка техногенных месторождений в настоящее время — это скорее исключение из правил.

Негативное отношение промышленников к освоению техногенных объектов обусловлено как объективными технологическими проблемами обогащения и извлечения золота относительно низкого качества, так и сложившимися сегодня формальными требованиями к геологическому изучению этих объектов.

Требования к детальности изучения приводят к значительному удорожанию геологоразведочных работ, увеличению срока изучения объекта, отвлечению оборотных средств предприятия.

Для исправления сложившейся ситуации следует существенно упростить процедуру доведения техногенных россыпей до промышленного освоения или же разведку вести параллельно с проведением опытно-промышленных работ. Золото, полученное на стадии опытно-промышленных работ, позволит вести геолого-разведочные работы в режиме самоокупаемости.

Авторами статьи проведены исследования на участке техногенной россыпи Джигдали. Месторождение разведано скважинами ударно-канатного бурения диаметром 219 мм в 1980–1981 гг. и отработано в 80-е годы.

Ситовой анализ золота разведки 1980–1981 гг. показывает, что в россыпи доля мелкого (-0,5 мм и -0,25 мм, весьма мелкого) золота в сумме составила всего 7 %. Данные последующих исследований россыпи свидетельствуют о наличии существенной доли золота мелких и весьма мелких классов. Ситовые анализы извлеченного золота показали наличие мелкого и весьма мелкого золота в количестве 25 %. Это говорит о непредставительности для рассматриваемой россыпи лотковой промывки проб, отобранных из скважин ударно-канатного бурения.

По результатам проведенных работ сделаны следующие выводы:
1. Эфельные отвалы содержат золото в количествах, пригодных для промышленной разработки.
2. Традиционный способ лотковойпромывки геологических проб не позволяет достоверно изучать золотоносность россыпи вследствие существенных потерь при обогащении проб, что подтверждается многими исследованиями.
3. Выполненные на отвалах россыпи опробовательские работы позволяют при минимальных затратах оперативно получить качественную характеристику золотоносности отвального комплекса, на основании которой в пределах изучаемого объекта можно выделить участки, различающиеся по золотоносности.
4. Для получения гранулометрической характеристики золота следует отбирать валовые пробы из отвалов по каждому из выделенных участков.

Настоящие выводы следует включить в методику проведения геолого-разведочных работ на техногенных россыпях.

«Научные основы и критерии выявления глубокозалегающих золотороссыпных месторождений» [16].

В связи с истощением запасов золота в мелкозалегающих россыпных месторождениях большинства регионов Дальнего Востока крайне актуально обозначилась проблема выявления месторождений глубокозалегающих золотоносных россыпей с запасами, отработка которых экономически эффективна.

В ИГД ДВО РАН под руководством А.П. Ван-Ван-Е разработан комплекс методов прогнозной оценки и критериев выявления глубокозалегающих золотоносных россыпей применительно к условиям Хабаровского края. Многие из установленных закономерностей и критериев могут служить методологической основой исследований в других, сходных по строению и металлогении районах.

Основа методики прогнозирования глубокозалегающих россыпей заключается в последовательном анализе благоприятных критериев от мелкомасштабных (региональных) к более 
детальным.

Обоснование прогнозов на базе этого принципа позволяет переходить от прогнозной оценки россыпных узлов к оценке отдельных россыпей.

Авторами разработаны критерии локализации и оценки ресурсной базы глубокозалегающих золотоносных россыпей регионального и локального прогноза. К основным критериям обоснования локального прогноза глубокозалегающих россыпей золота отнесены:

• установление степени продуктивности конкретного россыпного узла;
• обоснование выбора перспективной глубокозалегающей россыпи и установление ее вероятных параметрических характеристик (протяженность, глубина, ширина, морфологический тип);
• линейная продуктивность малоглубинного россыпного объекта в структуре прогнозируемой глубокозалегающей россыпи (долина, терраса, и т.п.);
• расчет прогнозных ресурсов глубокозалегающей россыпи;   
• разбраковка прогнозируемых глубокозалегающих россыпей по степени вероятной эффективности промышленного освоения.

Авторами изучено 117 средне- и глубокозалегающих золотороссыпных месторождений Хабаровского края (глубиной от 10 до 50 м). Линейная продуктивность изменялась от 40 до  1500 кг/пог. км и составляла в среднем многие сотни кг/пог. км. Суммарная добыча из 12 глубокозалегающих месторождений достигла 31,234 т, оцениваемые ресурсы других 88 глубоких россыпей составили 35,228 т.

По масштабам изученные месторождения могут успешно отрабатываться методом скважинного подземного выщелачивания.

Завершая информацию по разделу, посвященному сырьевой базе СПВ золота, можно сделать следующие выводы:

• используя метод СПВ можно вовлечь в отработку техногенные и глубоко залегающие россыпные месторождения, которые для современных методов их разработки являются забалансовыми;   
• сырьевая база россыпного золота за счет извлечения тонкого и мелкого золота, обязательно переходящего в продуктивные растворы СПВ, может быть существенно увеличена.

Экологические, социальные и экономические аспекты метода СПВ золота

Качество окружающей среды в районе действия горно-металлургических предприятий в значительной мере определяет уровень здоровья населения. Прежде всего, это связано с большим поступлением в окружающую среду промышленных выбросов и отходов.

На уровень экологической безопасности пользования ресурсами существенное влияние оказывают технологии добычи и переработки полезных ископаемых. Для разработки ряда месторождений и переработки полезных ископаемых используются устаревшие технологии, в результате применения которых эксплуатация недр негативно воздействует на окружающую среду, вплоть до возникновения техногенных экологических катастроф.

Основными экологическими проблемами России являются:

• загрязнение водных объектов (Повольжье, Урал, Кузбасс, Северный Кавказ);
• загрязнение атмосферного воздуха в результате выбросов промышленных предприятий (гг. Норильск, Нижний Тагил, Магнитогорск, Новокузнецк, Череповец и др.);   
• постоянно увеличивающееся количество отходов производства и потребления, в том числе токсичных (Московская, Кемеровская, Тюменская, Ярославская и др.);   
• загрязнение почв, опустынивание и деградация растительного покрова на многих территориях, сокращение видового состава флоры и фауны.

В современных условиях промышленного роста в России возможны осложнения экологической ситуации в отдельных регионах и, как следствие, возникновение острых социально-экономических проблем в сфере здоровья населения, качества жизни, занятости и т.п.

Сделать социально-экономический уровень промышленного роста достаточно приемлемым наряду с мероприятиями государственного и общественного порядка могут следующие технико-технологические мероприятия:

• поддержка высокотехнологических экологически «чистых» производств; 
• реальное стимулирование разработки и внедрения новых высокоэффективных природоохранных технологий [17].

К перечисленным мероприятиям относится внедрение в производство методов скважинного подземного выщелачивания золота.

Метод СПВ имеет свои известные возможности и приоритеты социально-го и экономического характера.

В процесс добычи вовлекаются золотосодержащие материалы, подземные и поверхностные воды, растительность, животный мир и воздушная среда в районе месторождения.

Под горный отвод отчуждаются земли, на которых проводится бурение скважин, включение их в работу, в результате чего возможны деформации и загрязнение поверхности земли. Кроме того при любом методе добычи существуют потери полезного ископаемого, которые также следует учитывать при оценке метода разработки месторождения.

К настоящему времени широко применяются скважинное подземное и кучное выщелачивание урана, кучное выщелачивание золота, выполнен определенный объем опытных и опытно-промышленных работ по скважинному подземному выщелачиванию золота.

Метод СПВ золота объективно находится на стартовом рубеже начала широкомасштабного внедрения в производство при соответствующей поддержке государственных органов и частных инвесторов (финансирование научно-исследовательских, опытно-конструкторских, опытно-промышленных работ и эксплуатации предприятий).

Рис. 5. Принципиальная схема экологического сопровождения проекта СПВ золота

На рисунках 5 и 6  приведены принципиальная схема экологического сопровождения проекта СПВ золота, заимствованная из опыта урановой промышленности России и схема проведения экологического мониторинга [18].

Рис. 6. Схема проведения экологического мониторинга на золотосодержащих месторождениях

В самой сущности метода СПВ заключено требование охраны окружающей среды. Добыча через скважины позволяет исключить отвалы, а последующая рекультивация — сохранить пахотные земли. Однако даже коренное изменение технологии добычи не исключает проблемы регулирования качества окружающей среды, а лишь изменяет характер и уровень воздействия на нее. Поэтому остаются вопросы контроля и регулирования качества загрязнения среды.

Проблема регулирования охраны окружающей среды включает вопросы обеспечения требуемого качества водной и воздушной среды, а также рационального использования недр и имеет ряд специфических особенностей, которые определяют подход к выбору метода регулирования.

Надежность изоляции технологических растворов в продуктивном горизонте обеспечивается благоприятными геолого-структурными, литологофациальными, геохимическими, гидродинамическими и гидрогеохимическими природными факторами.

Техногенное изменение геологической среды происходит в результате нагнетания в продуктивные горизонты технологических растворов кислот и солей и выщелачивания ими из вмещающих пород главных и второстепенных элементов. В области прямого техногенного воздействия в зависимости от мощности продуктивного горизонта происходит полное (при мощности менее 25 м) или частичное (при мощности более 25 м) замещение природных вод технологическими растворами. В результате в недрах формируются техногенные воды сложного химического состава.

Геоэкологические исследования на стадии эксплуатации месторождений преследуют следующие основные цели:

• изучение характера изменения геологической среды под влиянием техногенных процессов;
• изучение процессов формирования химического состава и физико-химических свойств загрязненных вод (остаточных технологических растворов);
• разработку системы надежного контроля распространения технологических растворов в гидрогеологической структуре в процессе СПВ.

В рамках геоэкологических исследований предусматриваются:

• лабораторные исследования взаимодействия пород с остаточными растворами;   
• теоретические и экспериментальные исследования по определению сорбционных свойств пород на строящихся предприятиях СПВ;   
• исследование процессов миграции остаточных растворов с применением методов математического моделирования с проверкой результатов в лабораториях и натурных условиях; 
• обоснование технических решений по защите поверхности и воздушного бассейна на полигонах СПВ;   
• постоянный контроль состояния остаточных растворов и их миграции после отработки участков месторождений, разработка рекомендаций по режиму наблюдений за подземными водами.

В результате проведения работ получаются и внедряются в практику предприятий:

• методика определения сорбционно-емкостных свойств в полевых и лабораторных условиях;   
• мероприятия по созданию сети наблюдательных скважин;   
• математическая модель миграции остаточных растворов.

Охрана земной поверхности

Отрицательное воздействие на поверхность земли при СПВ через скважины намного меньше, чем при использовании традиционных горных способов. Прежде всего, в самой сущности СПВ заложен принцип рационального использования земной поверхности.

Это — значительное сокращение, благодаря отсутствию отвалов пустых пород, площадей, исключенных из землепользования, а также хвостохранилищ перерабатывающих производств. При СПВ отпадает необходимость в отторжении из землепользования всей площади месторождения, так как оно отрабатывается локальными участками, которые по мере выемки запасов возвращаются сельскому хозяйству. Темпы рекультивации поврежденных участков земной поверхности значительно выше, чем, например, при открытом способе добычи, поскольку исключаются трудоемкие операции по рекультивации выработанных пространств породой, а восстановление плодородия почв осуществляется на меньших участках.

Наряду с рациональным использованием земной поверхности при СПВ отсутствуют операции по перегрузке и транспортировке руд и вскрышных пород, связанные с пылеобразованием. Новая технология по сравнению с традиционными горными способами исключает заведомо определенный и неизбежный ущерб, наносимый земной поверхности.

Охрана воздушного бассейна

Обращение к СПВ исключает и такие операции традиционных горных способов, как вскрышные работы, транспортирование и дробление руд, а также складирование пустых пород и хвостов технологического передела руд, вызывающих пылеобразование. Кроме того, не проводятся взрывные работы, сопровождающиеся выделением газов. Технология СПВ устраняет неизбежные и непредотвратимые при других способах добычи выбросы вредных веществ в атмосферу.

Охрана водных ресурсов

Определенное влияние на загрязнение поверхностных и подземных вод России продолжают оказывать отвалы и хвостохранилища, шахтные воды как действующих, так и законсервированных горно-металлургических комбинатов, предприятия по добыче углеводородов.

Если охрана земной поверхности, рациональное использование почвы и сохранность ландшафта предусмотрены технологией СПВ, а регулирование качества воздушной среды достигается сравнительно простыми техническими приемами, то охрана водных ресурсов наиболее сложная и острая проблема. Это обусловлено большой водоемкостью методов, как в отношении потребления пресной воды, так и сброса минерализованных стоков, поскольку возможность загрязнения подземных вод связана с потерями рабочих агентов и продуктов их реакции за контуром отработки, а в ряде случаев и месторождения в целом.

При скважинном подземном выщелачивании золота объем откачных растворов несколько превышает объем закачных, чем обеспечивается предотвращение утечки растворов за пределы участка выщелачивания. После окончания добычных работ проводят восстановление природных условий. Проводя отмывку отработанных блоков от остаточных растворов, приводят пластовые воды в первоначальное состояние. Контроль состояния подземных вод в выработанном блоке осуществляется по наблюдательным скважинам.

Социальное значение предприятий СПВ

Социология изучает специфические связи между человеком и окружающей средой, рассматривает систему природа–промышленность–общество, определяя, что такое «хорошо» для общества и природы при взаимодействии с промышленностью, т.е. оценивает положительный эффект и вред, вызванные воздействием на окружающую среду.

Социальные последствия использования СПВ выражаются в изменении места и роли человека в процессе добычи, а также содержания и характера его труда. Важнейший аспект социальной проблемы — уменьшение опасности условий труда.

Значительно меняется характер труда рабочего при СПВ. Все процессы по подготовке к добыче поддаются механизации, процессы добычи (закачка и откачка рабочих агентов и продуктивных флюидов) автоматизированы. Важны охрана труда и техники безопасности. Вероятность несчастных случаев и возникновения профессиональных заболеваний при СПВ 
(когда рудные тела вскрываются скважинами) значительно ниже, чем при традиционных способах добычи. Практика работ предприятий СПВ подтверждает резкое снижение производственного травматизма [7].

Экономика метода СПВ

По состоянию на сегодня наибольшее распространение в мире получил метод скважинного подземного выщелачивания урана. В Узбекистане и Казахстане добыча урана осуществляется методом скважинного подземного выщелачивания. В России к 2016 году больше 50 % годового производства урана будет получаться методом скважинного подземного выщелачивания. Капитальные вложения при использовании СПВ в 2–4 раза ниже, чем при традиционных методах добычи.

Структура эксплуатационных затрат по ряду предприятий бывшего Министерства Среднего машиностроения приведена в таблице 4. Ее данные свидетельствуют о преимуществах метода СПВ по сравнению с традиционными методами. 

№ п/п	Статьи затрат	Предприятие
		№1	№2	№3	№4–5	№6
1	Материалы (в основном растворители)	29	31	43	45	27
2	Энергозатраты	8	15	10	12	13
3	Заработная плата	4	5	6	4	6
4	Амортизационные отчисления	20	14	9	10	10
5	Погашение стоимости технологических скважин	23	17	20	18	23
6	Общезаводские	16	18	12	13	20
7	Полная себестоимость	100	100	100	100	100

Табл. 4. Структура эксплуатационных затрат себестоимости, %

В России, на территории Свердловской области проводились опытные и опытно-промышленные работы по скважинному подземному выщелачиванию золота на месторождении Гагарское, Маминское, Долгий Мыс и Гумешевское. Результаты работ положительные. Названные месторождения могут отрабатываться с хорошими технико-экономическими показателями. Применение традиционных методов на этих месторождениях убыточно [5].

Подводя итоги следует отметить, что российская минерально-сырьевая база россыпных месторождений золота и месторождений в корах выветривания нуждается в скорейшем внедрении метода скважинного подземного выщелачивания. 

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 2/июнь 2018 г.