Перспективы вовлечения в отработку погребенных золоторудных месторождений скважинным подземным выщелачиванием
В.Г. Мартыненко - Заместитель генерального директора по геологии ЗАО «РУСБУРМАШ»
А.А. Новгородцев - Управления ГРР-главный геолог ЗАО «РУСБУРМАШ» 
А.А. Руденко - к.г-м.н., главный геотехнолог УГРР ЗАО «РУСБУРМАШ»Кризисные периоды в горнодобывающей отрасли обуславливают поиск технических решений и организационных мероприятий, позволяющих эффективно продолжать добычу полезных ископаемых используя не экстенсивные методы, а путем интенсификации производства, в том числе на основе инновационных технических решений, не нашедших раннее широкого применения.
Первые патенты на подземное выщелачивание (ПВ) металлов появились в России еще в 1896 г. Был запатентован «Способ добывания золота и иных благородных металлов путем прямого выщелачивания залежей». В 30–60 годах XX века проводились опытные работы и промышленная добыча меди способом скважинного подземного выщелачивания (СПВ). К 70–80 годам XX века работами по СПВ в мире охвачены уран, рений, ванадий, селен, редкоземельные металлы, медь, золото, марганец, молибден, фосфоритовые руды и др. C 1994 года в практику российской золотодобычи начала внедряться технология ПВ золота, меди в корах выветривания на Среднем Урале — месторождение Гагарское, Маминское, Гумешевское и др.
Следует отметить, что на текущий период правовое поле СПВ золота отражено в методических указаниях ГКЗ (ред. 2007 г.), где СПВ рекомендовано для внедрения в практику для эксплуатации месторождений золота в корах выветривания (1). Причем, Департамент по недропользованию по Уральскому Федеральному округу (УРАЛНЕДРА), в лицензиях, выдаваемых в уральском регионе на добычу золота, на объекты, где есть окисленные руды и коры выветривания, обязательным лицензионным условием прописывает проведение опытных исследований с целью выяснения эффективности СПВ.
Основа СПВ для любого вида полезных ископаемых — возможность контакта реагента в рудосодержащем коллекторе и вывод продуктивного раствора на поверхность с промышленно значимыми содержаниями полезного компонента, при обязательной возможности ведения контроля и управлением процессом выщелачивания.
Рис. 1. Схематический геологический разрез через р. Пикан.
Достоинства способа СПВ перед традиционными способами, подтвержденные достаточно обширной практикой СПВ урана, меди и других полезных ископаемых следующие:
- высокая технологичность капитального строительства и основных производственных процессов;
- сравнительно малые капитальные затраты на строительство рудника и низкие эксплуатационные расходы, что обеспечивает самую высокую рентабельность добычи металла в отрасли;
- круглогодичный режим работы рудника;
- дешевые и широко распространенные реагенты;
- мобильное и блочное исполнение основных переделов технологического комплекса;
- щадящее экологическое воздействие на окружающую среду (отсутствие горных работ и вредных выбросов);
- малая численность персонала рудника (инженерный состав 20–25 человек).
| Условия месторождений | Показатели |
| Горно-геологические: | |
|
Тип месторождения по состоянию горного массива |
Золотоносные коры выветривания, зоны трещиноватости, погребенные и аллювиальные россыпи |
| Условия залегания рудных тел | От столбообразных до пластовых залежей |
| Морфология рудных тел |
Не имеет особого значения, выщелачивание ведется на объем горнорудной массы (ГРМ) |
| Глубина залегания рудных тел | До 500 м |
| Мощность рудных тел | От 0,2 м и более |
| Гидрогеологические: | |
| Обводненность рудных тел |
Частично (от 50 %) и полностью обводненные рудные тела |
| Температура воды | От +2 до +30 °С |
| Минерализация вод |
Пресные, слабосоленые, при наличии хлор-иона — минерализованные |
| Коэффициент фильтрации пород | 0,2–20 м/сут. |
| Водоносный комплекс, горизонт | Напорный или безнапорный |
| Геотехнологические свойства руд: | |
| Тип минерализации |
Окисленные руды, золотокварцевый, россыпное золото, слабосульфидный |
| Степень окисленности руд |
Окисленные, полуокисленные, смешанные руды в зонах дезинтеграции |
| Характер рудной минерализации |
Прожилковый, трещиновато-вкрапленный, вкрапленный, дисперсный для россыпей |
| Форма нахождения и крупность золота |
Свободное (от 30–40 %), среднее, мелкое, тонкодисперсное |
| Состояние поверхности частиц |
Свободное, в сростках, золото в «рубашке», золото покрытое оксидной пленкой |
|
Содержание глинисто-алевритовой фракции |
До 50-60% |
| Содержание вредных примесей: | |
| Карбонаты | До 8–12% |
| Органическое вещество | До 7% |
| Сульфиды | До 10% |
| Содержание золота: | |
| Бортовое | 0,2 г/т |
| Среднее по месторождению | От 0,5 г/т |
По глубине залегания они разделяются на мелкозалегающие (до 25 м) и глубокозалегающие «погребенные» (более 25 м). Первые успешно отрабатываются непосредственно дражным и открытым раздельным способом. Отработка вторых горным способом проблематична и требует больших капитальных вложений. Однако эти россыпи при невысоком содержании крупного золота могут быть успешно отработаны технологией СПВ.
Имеющиеся благоприятные условия локализации золотосодержащих руд (таблица), и накопленный опыт СПВ однозначно ставят глубокозалегающие золотосодержащие руды в погребенных залежах и аллювиальных россыпях в разряд потенциальных объектов для отработки способом скважинного подземного выщелачивания.
Рис. 2. Схематический геологический разрез месторождения Ясная Поляна.
В настоящее время промышленная значимость данного типа россыпей определяется содержанием золота фракции +0,25 мм. Если его количества достаточно для рентабельной отработки гравитационными методами, то россыпь разведуют и разрабатывают, несмотря на значительный снос тонкого и тонкодисперсного золота. Основной особенностью подобных россыпей является высокая глинистость золотоносных пород — свидетельство их низких фильтрационных свойств. Поэтому основными критериями их оценки являются проницаемость разреза и доступность золота для выщелачивающих растворов.
Если золотоносный пласт обводнен и позволяет получать 1 м3/ч раствора с одной откачной скважины, месторождения можно относить к перспективным для отработки методом СПВ.
Эти россыпи являются основным сырьевым ресурсом для метода СПВ и при положительных результатах натурных испытаний «in situ» могут быть вовлечены в промышленную отработку, что позволит увеличить активные запасы за счет большого числа объектов, отрицательно оцененных и неразведанных из-за значительных глубин и значительного количества тонкого и тонкодисперсного золота.
В Приамурье основные россыпи данного промышленного типа находятся в бассейнах рек Нагима, Зеи и др. (2). Схематичные разрезы месторождений подобного типа представлены на рис.1 и 2.
Месторождение Пикан располагается на левобережье р. Зеи в 7 км юго-восточнее г. Зеи на северной окраине Зее-Селемджинского золотоносного узла. Лист N-52-XX. По административному делению входит в состав Зейского района Амурской области. Поверхность Пиканской предгорной впадины представляет собой слабовсхолмленную равнину с абсолютными отметками 250–330 м (Чубаков, 1989 г.) Установлено наличие промышленных концентраций золота в пласте мощностью 1–5 м и глубиной залегания 15–25 м (Шейкин,1992 г.). Промышленные содержания золота установлены в отложениях верхнечетвертичного возраста, представленных галечно-гравийным материалом с валунами и песком серо-зеленого цвета. Мощность рыхлых отложений в центральной части Пиканской впадины (пойма р. Пикан) — 10–12 м. К северному и южному обрамлению Пиканской впадины мощность отложений увеличивается до 26–30 м. Максимальная мощность верхнечетвертичных, современных отложений достигает 37 м. Золотоносность связана с грубообломочным гравийногалечным материалом современного и среднечетвертичного возрастов, концентрируясь в приплотиковых частях. Золото неокатанное, хорошей и совершенной окатанности. Форма золотин пластинчатая, лепешковидная, листовидная, тонко-листовидная со сглаженными краями, часто свернутые. Крупность золота: менее 0,25 мм — 6,1%; 0,25–0,8 мм — 84,3%; 0,8–2,5 мм — 9,6%; более 2,5 мм — нет. Пробность 954 (3).
Месторождение россыпного золота «Ясная Поляна» располагается в пределах Джалта-Ульдегитского золотоносного узла Дамбукинского золотоносного района (Захаров, 1991; Кац и др.,1993). Золотоносные россыпи на участке связаны с яснополянскими отложениями и современными водотоками Джалта, Всесвятский, Сосновый, Эмак, Маристый, Ульдегит. «Яснополянские» отложения в разное время изучались Ю.А. Билибиным, В.И. Гапоном, А.А. Сапрыкиным, В. Д. Шевченко и другими. По их данным золотоносная россыпь «Ясная Поляна» является характерным представителем россыпных месторождений участка поднятой погребенной гидросети.
Яснополянские отложения, на склонах и водоразделах, протягиваются в восток-северо-восточном направлении до 15 км. На всем протяжении они перемываются современными ручьями Всесвятский, Сосновый и другими. В настоящее время россыпи в этих ручьях полностью отработаны, а «Яснополянская» россыпь — выработана только в западной части до глубины 17 м (Лапинский разрез).
Рис. 3. Рельеф дневной поверхности в районах отработки россыпных месторождений.
Промышленная золотоносность приурочена к нижней толще темнинской свиты, где выделяется золотоносная залежь. На западном и восточном флангах месторождения распределение золота в залежи крайне неравномерное. Высокие содержания золота характерны для верхней и нижней части залежи. В средней части часто наблюдаются слабозолотоносные прослои различной мощности. В центральных блоках месторождения распределение золота в залежи (по вертикали) более выдержанное. В пределах промышленного контура мощность золотоносного пласта изменяется от 1 до 17,6 м, содержание золота по пробам колеблется от знаков до 17966 мг/куб.м. Просадка золота в коренные породы незначительна и не превышает 0,4–0,8 м. Месторождение по сложности геологического строения соответствует 3-й группе — «россыпи, невыдержанные по ширине и мощности, с неравномерным распределением полезных ископаемых».
Золото представлено двумя основными формами: в мелких классах (-0.25 и особенно — 0,1 мм), оно имеет неправильные дендритовидные очертания, часто кавернозные; в средних и крупных классах преобладают пластинчатые, слабо окатанные зерна, с неровной шагреневой поверхностью и нередкими примазками гидроокислов железа. Сростки золота с другими минералами (кварц, пирит, часто с галенитом) встречаются редко и преимущественно в классах -0,16 мм. Цвет золота золотисто-желтый, но около 10–15% зерен имеет соломенно-желтый («пиритный») цвет. Последние представлены, как правило, округлыми веретенообразными формами, редко дендритовидными. Средняя пробность — 967 (4).
Рис. 4. Мобильный вахтовый поселок и техника для проведения ГРР.
Отработанные, экономически благоприятные для традиционной технологии золотодобычи россыпи, верхние части месторождений, представляют достаточно неприглядную картину — своеобразный «свинорой» в долинах рек — рис. 3.
В данном плане технология СПВ является оптимистичной и дополняющей традиционные по следующим критериям:
- позволяет расширить сырьевую базу владельца лицензии, вовлекая в отработку глубокозалегающие залежи.
- после отработки оставляет дневную поверхность практически первозданной — без проведения значительного объема работ по перемещению пород.
В настоящий век рыночных отношений, подготовку к отработке и отработку месторождений предпочитается проводить комплексно с точки зрения рациональности и оптимизации затрат на проведение работ — одним подрядчиком, который способен отработать и сдать объект «под ключ с высоким качеством». Имея опыт проведения подобного типа работ, как в РФ, так и за рубежом (проектирование, проведение ГРР, геолого-математическое моделирование месторождений и защита в ФБУ ГКЗ РФ запасов по разработанным ими же кондициям) ЗАО «РУСБУРМАШ» владеет необходимым перечнем компетенций и материально-технической базой — рис. 4, которые позволяют в короткие сроки и с высоким качеством достигать поставленной цели, в том числе по проведению натурных исследований по СПВ — рис. 5.
Один из основополагающих вопросов в СПВ — выбор реагента. При СПВ золота используют два типа реагента на цианидной и хлоридной основе. В силу своей официальной токсичности (отношение к сильнодействующим ядовитым веществам (СДЯВ)) цианиды прочно закрепили за собой отрицательное восприятие у общества.
Поэтому на первый план вышла гипохлоритная схема, т.к. это вещество не относится к СДЯВ и является товаром народного потребления — отбеливатель «Белизна».
Рис. 5. Опытный участок СПВ.
При этом установлен ряд преимуществ гидрохлорирования, а именно (5):
- более высокая скорость выщелачивания золота хлорхлоридными растворами в связи с использованием больших концентраций окислителя (молекулярного хлора). Так, например, И.А. Каковский (1975) определил, что в сопоставимых условиях удельная скорость растворения золота при хлоринации до 13 раз выше, чем при цианировании с использованием кислорода, и до 43 раз выше, чем при цианировании с продувкой воздуха.
- возможность получения богатых по содержанию Au солянокислых растворов, из которых впоследствии удобно извлекать золото прямым электролизом.
Стоимость производства гипохлорита натрия на месте обходится в несколько раз дешевле покупки и транспортировки уже готового продукта.
В настоящее время наиболее широкое применение гипохлорита натрия - это очистка сточных вод, водоподготовка и дезинфекция воды в бассейнах и в медицине.
Принципиальная схема СПВ золота из осадочных пород ничем не отличается от СПВ урана или другого металла — рис. 6.
Принципиальная аппаратурно-технологическая схема приготовления выщелачивающих растворов, сорбции золота из продуктивных растворов и получения сплава Доре приведена на рис. 7.
Рис. 6. Принципиальная схема СПВ золота.
Еще в прошлом веке вопросы экологии при СПВ не стояли так остро, как начиная с конца 20 века и по сей день. Для одних — это способ зарабатывания денег, поднятие собственного имиджа и зачастую носит популисткий характер. Для других — это принципиальный вопрос обеспечения безопасности обитания всего живого в районе действия предприятия. Особенно это насущно для густонаселенных районов и сложных геолого-гидрогеологических условий, где безопасность ведения добычи металлов СПВ должна быть безоговорочно и научно — практически доказана.
Рис. 7. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема получения и переработки продуктивных растворов.
Сложившаяся практика СПВ обязывает разрабатывать мероприятия, которые позволяют получить на практике реальные геотехнологические параметры, закладываемые в расчеты, на основе которых формируют санитарно-защитные зоны в процессе отработки и после окончания СПВ месторождения, организуют контроль состояния природных сред на основании регламентирующих нормативов, а также ведут экологический мониторинг в зоне возможного влияния полигона СПВ (скважины, пункты отбора проб из близко расположенных водоемов.
Одним из инструментов контроля за природными средами, в первую очередь подземными водами, является моделирование процесса массопереноса, сорбции и деминерализации остаточных растворов, позволяющий оперативно реагировать на любые изменения состава подземных вод и прогнозировать параметры как естественной, так и принудительной деминерализации (рис. 8).
Рис. 8. Прогнозная модель естественной деминерализации остаточных растворов СПВ по генеральному направлению движения потока подземных вод.
Такой комплексный подход к проведению ГРР на месторождении, при подготовке залежей к отработке, выполненный «под ключ», позволит значительно расширить сырьевую базу золота владельцам лицензий за счет вовлечения в добычу погребенных россыпей технологией СПВ.
1. Докукин Ю.В., Самойлов А.Г. и др. «Практические результаты добычи золота способом подземного выщелачивания в России». Золотодобыча, №133, 2009.
2. Фазлуллин М.И., Шаталов В.В. и др., «О подземном выщелачивании золота» ФГУП ВНИИХТ Минатома России) и ООО «НПП «ГЕОТЭП». ГЕОИНФОРММАРК, http://www.geoinform.ru/.
3. http://www.amurinform.ru/tfgi/bd/geofond.php
4. http://www.amurinform.ru/tfgi/bd/rep_details.php?rep_id=13652
5. Лодейщиков В.В. «Гидрохлорирование золотосодержащих руд». http://www.zolotodb.ru›articles/placer/underground/10819.
Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (22)/декабрь 2013 г.
