Предварительное обогащение золотосодержащих руд Ново-Широкинского месторождения

А.И. Заболоцкий —  заместитель генерального директора по ПИР и НИОКР «Хайленд Голд», д.г.-м.н.
В.А. Рассулов —  старший научный сотрудник ФГБУ «ВИМС», к.г.-м.н. 

Введение

Применение высокопроизводительной горной техники в сложных горно-геологических условиях разработки месторождений приводит к снижению качества товарной руды, увеличивая разубоживание и потери ценных компонентов. С другой стороны, селективная выемка руды различных сортов приводит к образованию складов с забалансовыми рудами, дальнейшая переработка которых традиционными технологиями становится не рентабельной.

Как показывают предыдущие исследования золотосодержащих руд [1], очень часто они являются высококонтрастными [2].

Внедрение низкозатратной технологии предварительного обогащения золотосодержащих руд сенсорными методами покусковой сепарации [3] позволяет управлять качеством руды и на рудоподготовительных стадиях стабилизировать и улучшить качественный состав товарной руды, поступающей на глубокую переработку за счет удаления пустой породы, что, в свою очередь, улучшает технико-экономические и экологические показатели работы горно-перерабатывающих комплексов.

Сенсорная сортировка — это технология, применяемая в горно-перерабатывающей промышленности для отбраковки крупных кусков пустой породы (в диапазоне от 10 до 100 мм) гетерогенной руды на ранней стадии процесса обогащения [4, 5, 6, 7, 8].

Практически на всех месторождениях золота после стадии крупного дробления наблюдается перераспределение содержания золота в руде с ростом его концентрации в мелких классах крупности и соответственно снижением его содержания в крупных классах. Эта особенность золоторудных месторождений, как и некоторых других, связана в первую очередь с геохимическими особенностями генезиса их образования [9].

Наличие устойчивой корреляции между содержанием золота и сульфидами свинца, железа, меди и цинка является определяющим фактором применения методов XRT и XRF, которые позволяют качественно определять содержание этих элементов в куске руды по их высокой атомной плотности и характеристическому рентгеновскому излучению, соответственно.

Рентгеноабсорбционный метод ный метод сепарациисепарации (на просвет) в системе международной классификации известен как X-Ray Transmission (XRT-метод). Данный метод основан на регистрации эффекта ослабления потока проникающего первичного гамма- излучения материалами с разной атомной плотностью. Полученные рентгеновские изображения обрабатываются по специальному алгоритму автоматизированной системы управления сепаратора. Для учета размера кусков используются два канала детектирования первичного широкополосного тормозного излучения — канал низких энергий и канал высоких энергий [10, 11]. Использование жесткого излучения (до 160 КэВ) позволяет получить высокую проникающую способность метода, однако при этом края кусков пустой породы на рентгеновском изображении становятся невидимыми, что затрудняет настройку разделительной системы сепаратора. Применение мягкого излучения (низкие энергии) позволяет хорошо видеть контуры кусков пустой породы, однако данная энергия имеет низкую проникающую способность на глубину куска. Использование детекторов рентгеновского излучения в двух энергетических диапазонах позволяет за счет обработки полученных сигналов на ЭВМ обеспечить не только высокую чувствительность метода по атомной плотности включений, но и получить высокую разрешающую способность при определении границ, размеров и отдельных компонентов, составляющих минеральную матрицу куска. Метод является проникающим и позволяет определять скрытую рудную минерализацию внутри куска, при этом не требует особой подготовки материала к сепарации (промывки, очистки поверхности и т.д.). На качество измерений XRT-методом не влияет: цвет, текстура, тонкий слой шлама на поверхности куска и т.п.

Рентгеноабсорбционный методсцентный метод  сепарациисепарации в системе международной классификации известен как X-Ray Fluorescent (XRF), а в отечественной практике именуется как рентгенорадио-метрический метод [2]. Метод основан на регистрации характеристического рентгеновского излучения элементов, возникающего при облучении вещества потоком гамма-квантов (рентгеновская флуоресценция атомов, фотоэлектрический эффект). В данном методе используется измерение скорости счета в амплитудном канале спектра вторичного рентгеновского излучения, возникающего в результате облучения поверхностного слоя куска руды первичным рентгеновским излучением.

Особенностью данного метода является то, что регистрируемый эффект позволяет измерить содержание химических элементов-спутников золота на поверхности куска и по установленным корреляционным связям золота с ними качественно определить содержание золота в куске. По результатам этой оценки задаются пороговые значения содержания элементов индикаторов (спутников золота) и производится разделение кусков на концентрат и хвосты. Данный метод также не требует особой подготовки материала к сепарации. На качество измерений XRF-методом не влияет влажность материала, его цвет, текстура, тонкий слой шлама на поверхности, поскольку реакция отклика происходит на более плотной поверхности самого куска.

Описание объектов исследования

Ново-Широкинское колчеданно-полиметаллическое месторождение, расположено в Восточном Забайкалье Российской Федерации. 

По результатам ранее проведенных геолого-минералогических исследований установлено [12], что сульфидные руды месторождения являются в основ ном прожилково-вкрапленными, сложенными метасоматическими, преимущественно кварц-слюдисто-доломитовыми породами, содержащими вкрапленность и прожилки сульфидов и жильных минералов. В прожилково-вкрапленных рудах отмечаются гнез да, линзы и жилы руд массивной, брекчиевидной и метаколлоидной текстур, а также кварцево-доломитовые жилы полосчатой текстуры. 

Жилы, гнезда и линзы богатых руд развиты главным образом в центральной части месторождения. Основная масса руд неравномерно-зернистая и представлена агрегатами сульфидов в срастании с жильными минералами или вмещающей породой. Размер зерен гипогенных минералов измеряется в основном десятыми долями миллиметра, реже встречаются более мелкие (сотые и тысячные доли миллиметра) и более крупные (от 1 до 5 мм) зерна. В отдельных случаях размер их достигает 3 см.

Руды месторождения делятся на три минерально-генетических типа, соответствующих проявившимся стадиям минерализации: а) медистые серно-колчеданные; б) кварцево-полиметаллические; в) карбонатно-полиметаллические. Каждый природный тип руд объединяет ряд минералогических подтипов и характеризуется свойственными ему текстурными особенностями.

В пространственном распределении руд отмечается слабо выраженная горизонтальная зональность, характеризующаяся постепенным изменением оруденения по простиранию рудной зоны.

На северо-западном фланге месторождения преобладающим развитием пользуются карбонатно-полиметаллические руды. Наиболее богатая центральная часть месторождения сложена в основном кварцево-полиметаллическими рудами. В юго-восточной части небольшими блоками, не более 1–1,5 м мощности, среди собственно полиметаллических руд обособляются медистые серно-колчеданные руды. Все типы руд тесно перемежаются между собой.

Основными полезными компонентами руд месторождения являются золото, свинец, цинк, серебро; попутными — медь, кадмий и сера. Кроме того, при обогащении руд в товарный продукт извлекаются индий, селен и теллур.  

Образцы, оборудование и методы исследования

Исследования проведены согласно требованиям действующих на сегодняшний день нормативных документов, разработанных в области исследования технологии предварительной концентрации минерального сырья, методами покусковой сепарации [13].

Для определения принципиальной возможности применения методов была сформирована опорная коллекция образцов в количестве 120 штук крупностью -50+25 мм. В коллекцию вошли образцы богатой руды с включениями массивных сульфидов свинца, цинка, меди и бедной руды, представленной доломитом, серицитом, образцы с включениями мелких видимых сульфидов, кварца. На рисунке 1 представлены примеры образцов.

Рис. 1. Образцы богатой и бедной руды

Для каждого образца коллекции определены геометрические размеры, масса, удельная плотность, содержание золота и элементный состав. Образцы коллекции были разделены на минералогические типы. В таблице 1 представлены основные показатели распределения золота в выделенных минералогических типах.

№ фракции	Наименование минералогической фракции	Число кусков, шт	Выход, %	Содержание Au, г/т	Распределение Au, %
Богатая руда
1	Образцы с включениями галенита и сфалерита	22	22,4	18,91	15,7
2	Образцы с включениями халькопирита	33	30,3	70,64	79,6
3	Прожилки кварца с массивными сульфидами	5	3,9	28,93	4,2
Итого для богатой руды		60	56,7	47,3	99,5
Бедная руда
4	Доломиты	16	11,1	0,11	0
5	Серициты	18	12,8	0,22	0,1
6	Породы с включениями мелких (1–2 мм) сульфидов	6	4,2	0,94	0,1
7	Жильный кварц	4	2,9	0,29	0
8	Породы с прожилками (1–5 мм) кварца	14	11	0,27	0,1
9	Бедная руда c крупными видимыми сульфидами	2	1,3	0,46	0
Итого для бедной руды		60	43,3	0,29	0,5
Итого для всей выборки		120	100	26,92	100

Табл. 1. Распределение золота по минералогическим типам

Из таблицы 1 видно, что 79,6 % золота содержится в образцах, содержащих халькопирит, 15,7 % золота содержится в образцах, содержащих галенит и сфалерит. В образцах бедной руды количество золота не превышает 0,5 % от общего количества в выборке.

Анализ корреляционных связей позволил выявить геохимический разделительный признак сепарации XRT и XRF-методом: наличие в составе минеральной матрицы кусковой руды отдельных включений тяжелых металлов, таких как Cu, Pb, Zn, Fe в виде сульфидов, является признаком выделения куска в обогащенный продукт.

Укрупненно-лабораторные тесты поточной сепарации проведены на трех технологических пробах руды шахтной добычи, представляющих различные геолого-минералогические типы руды месторождения (табл. 2).

Проба, масса	Минералого-генетический тип	Минералогические подтипы	Характерные текстуры
№ 1, 5232 кг	Кварцево-полиметаллическая руда	Сфалерит-пирит-галенитовый, пирит-галенит-сфалеритовый, халькопирит-сфалерит-пирит-галенитовый	Вкрапленные, массивные, брекчиевые, кокардовые, метаколлоидные, крустификационные, грубо-полосчатые, прожилковые, симметрично-полосчатые
№ 2, 6044 кг	Медистые серно-колчеданные	Пиритовый, халькопирит-блекло-рудно-пиритовый,галенит-пиритовый	Массивные, густо-вкрапленные, пятнистые пересечения
№ 3, 2300 кг	Карбонатно-полиметаллические руды	Галенит-сфалеритовый	Вкрапленные, симметрично-полосчатые

Табл. 2. Геолого-минералогические характеристики технологических проб

В таблице 3 представлен элемен-тный состав технологических проб.

№	Наименование проб	Содержание химических элементов в руде
		Au, г/т	Ag, г/т	Cu, %	Pb, %	Zn, %	Fe, %	S, %
1	Кварцево-полиметаллическая	3,61	83	0,31	2,65	0,81	4,46	4,57
2	Медистая серно-колчеданная	6,55	38,7	0,44	0,59	0,22	5,93	4,72
3	Карбонат-полиметаллическая	1,58	30,1	0,12	1,19	0,3	4,25	3,03

Табл. 3. Элементный состав исходной руды технологических проб

Для более детального изучения образцов, содержащих мелкие и тонкодисперсные сульфиды, находящихся на границе чувствительности серийного сепаратора, было выполнено сканирование образцов XRT-методом на томографе с высокой разрешающей способностью «СЦРТ- 400» производства ООО «Авконт» (РФ). На рисунке 2 представлены примеры рентгенограмм, полученные на томографе.

Рис. 2. Рентгенограммы образцов руды полученные на томографе «СЦРТ-400» ООО «Авконт»

На полученных рентгенограммах видно, что сульфиды, входящие в состав образцов, четко идентифицируются, что позволит эффективно выделить куски, содержащие сульфиды, в обогащенный продукт.

Отсканированные образцы были сгруппированы по крупности сульфидов и их количеству. Полученные эталонные группы образцов были отнесены к определённому продукту и далее использовались для тонкой настройки программного обеспечения сепаратора и определения оптимальных граничных значений сепарации.

Учитывая установленную корреляционную связь золота с тяжелыми элементам, в первую очередь с медью, спектрометрическая измерительная система сепаратора с XRF-методом была настроена для эффективного измерения характеристического рентгеновского излучения в каналах тяжелых элементов. При сканировании образцов коллекции с определением спектров рентгенофлуоресценции установлено, что наиболее равномерное распределение в составе куска имеет медь и позволяет достоверно определить ее содержание при сканировании поверхности куска в процессе сепарации.

Полученные спектры были обработаны программным обеспечением компании «Техносорт» и определены оптимальные настройки и границы разделительных признаков.

Технологические испытания руды XRT-методом в поточном режиме выполнены на промышленном сепараторе COM Tertiary XRT производства «TOMRA» на классифицированной руде классов -80+60, -60+40, -40+20 и -20+10 мм. 

Сформированные эталонные группы, характеризующие:

• концентрат — содержит крупные и средние сульфиды;   
• помежуточный продукт — содержит мелкие и тонкодисперсно-рассеянные сульфиды;
• хвосты — образцы, не содержащие сульфидов.

Хвосты были отсканированы на сепараторе в динамике в условиях стандартной работы промышленного сепаратора на паспортной производительности. Полученные рентгенограммы (рис. 3) проанализированы запатентованными программными комплексами «Dual XRT» и «XRT Inclusion», разработанными компанией ТОМРА. В результате обработки данных разработан эффективный разделительный признак сепарации и определены оптимальные границы.

Рис. 3. Пример рентгенограмм образцов руды крупностью -40+20 мм, полученных на сепараторе COM Tertiary XRT, «TOMRA»

Наработанные продукты были переданы в лабораторию «Wheal Jane», Англия, для аналитических испытаний с определением содержания Au пробирным анализом и элементного состава ISP-методом.

Тестирование руды крупностью -120+80 мм XRF-методом проведено на опытно-промышленном сепараторе МС 11-150.270.ПД-ПМ-3П, производства компании ООО «Техносорт» (РФ). Измерительная система сепаратора включает: генератор — рентгеновский аппарат ПРАМ 50М2 и детектор SDD Vitus H50.

Полученные продукты сепарации переданы в лаборатории ООО «Стюарт Геокемикл энд Эссей» (РФ) для аналитических испытаний с определением содержания Au пробирным и элементного состава ISP методами.

Результаты и обсуждение результатов

Выявленные в процессе исследования геохимические особенности руды, а именно связь золота с сульфидами тяжелых металлов, таких как Cu, Pb, Fe, Zn, позволяют эффективно применить два метода сепарации: XRT и XRF-метод. Данные методы позволяют качественно измерять содержание тяжелых металлов в руде по их высокой атомной плотности и по содержанию их на поверхности кусков. Контрастное распределение золота и других полезных компонентов в кусковой руде месторождения «Ново-Широкинское» является благоприятным фактором для получения эффективных показателей сепарации. Учитывая технические особенности двух методов для сепарации руды крупностью более 80 мм, было рекомендовано применение XRF-метода, а для сепарации руды -80+10 мм рекомендовано применение XRT-метода. Сводные результаты сепарации руды в потоке двумя методами представлены в таблицах 4 и 5.

Наименование продукта	Выход, %	Содержание элементов							Извлечение элементов, %
		Au, г/т	Ag, г/т	Cu, %	Pb, %	Zn, %	Fe, %	S, %	Au	Ag	Cu	Pb	Zn	Fe	S
Концентрат	67,4	6,82	69,19	0,51	1,84	0,6	5,73	5,93	95,8	96,3	97,6	97,2	93,6	77,4	90,7
Хвосты	32,6	0,62	5,42	0,03	0,11	0,09	3,45	1,26	4,2	3,7	2,4	2,8	6,4	22,6	9,3
Итого	100	4,8	48,39	0,36	1,28	0,44	4,98	4,41	100	100	100	100	100	100	100

Табл. 4. Сепарация руды XRT–методом на сепараторе COM Tertiary XRT, «TOMRA». Класс крупности -80+10 мм

Наименование продукта	Выход, %	Содержание элементов							Извлечение элементов, %
		Au, г/т	Ag, г/т	Cu, %	Pb, %	Zn, %	Fe, %	S, %	Au	Ag	Cu	Pb	Zn	Fe	S
Концентрат	47,8	11,36	131,2	1,13	2,75	0,74	9,83	9,2	96	91	96,2	80,6	66,7	66,6	80,6
Хвосты	52,2	0,44	11,9	0,04	0,21	0,34	4,53	2,03	4	9	3,8	19,4	33,3	33,4	19,4
Итого	100	5,67	69	0,56	1,43	0,53	7,06	5,46	100	100	100	100	100	100	100

Табл. 5. Сепарация руды XRF-методом на сепараторе «Техносорт». Класс крупности -120+80 мм

Выводы

По степени распределения золота и других полезных компонентов кусковая руда месторождения Ново-Широкинское относится к категории контрастной и высококонтрастной. Учитывая гранулометрический состав руд после среднего дробления на установленном на предприятии оборудовании и технические особенности XRT и XRF сепараторов, необходимо применение двух методов предварительного обогащения. После классификации для руды крупностью -80+60, -60+40, -40+20 и -20+10 мм использовать XRT-метод, и XRF для руды крупностью -120+80 мм. Геохимическая связь золота с сульфидами тяжелых металлов, таких как Cu, Pb, Fe, Zn, позволяет эффективно применить XRT и XRF-методы для предварительного обогащения и контроля качества руды.

Выбранные методы и принятые разделительные признаки являются высокоэффективными и надежными для полиметаллической руды этого месторождения. Сепарация руды крупностью -120+10 мм с исходным содержанием золота 4,8–5,7 г/т позволяет выделить 47,8–67,4 % концентрата, обогащенного по содержанию золота в 1,42–2,01 раза, и извлечь 95,8–96 % золота, 91–96,3 % серебра, 96,2–97,6 % меди, 80,6–97,2 % свинца, 66,7–93,6 % цинка при использовании двух методов предварительного обогащения.

Авторы благодарны сотрудникам обогатительной фабрики АО «Ново-Широкинское» за помощь в отборе образцов опорной коллекции и в проведении укрупненно-лабораторных испытаний руды на сепараторе COM Tertiary XRT компании «TOMRA», а также сотрудникам ООО «Авконт» за сканирование образцов XRT-методом на томографе «СЦРТ-400».