Российский опыт скважинного подземного выщелачивания золота

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

Мировой опыт уранодобывающей промышленности показал, что метод скважинного подземного выщелачивания имеет много технических, технологических, экологических и экономических преимуществ перед традиционным горнометаллургическим производством [1].

Уран извлекается на месте залегания прокачиванием через руду реагентов (раствора серной кислоты или соды), которые растворяют урановые минералы.

Почвенный покров месторождения почти не нарушается, не формируются отвалы пустых пород, не образуются хвосты переработки руд, в связи с чем подземное выщелачивание оценивают как экологически чистый метод добычи.

Сегодня 28 из 45 действующих в мире урановых рудников отрабатываются методом скважинного подземного выщелачивания.

Основным условием применения скважинного подземного выщелачивания является то обстоятельство, что руда должна залегать в обводненных проницаемых отложениях.

Идеально подходящая под этот метод рудная залежь представляет собой песчаный пласт, расположенный горизонтально ниже уровня грунтовых вод и изолированный сверху водоупорами-глиной. Пласт вскрывают вертикальными скважинами (закачными и откачными).

В закачные подается выщелачивающий раствор, который проходя через пласт, растворяет минералы и через откачные скважины поступает на сорбционную установку, где металл оседает на ионообменных смолах.

Добыча урана с самой низкой себестоимостью ведется там, где руды бедные. Содержание урана в них — 0,05–0,07 %.

За последние 10 лет мировая добыча урана методом скважинного подземного выщелачивания увеличилась почти в четыре раза. Этим методом извлекаются примерно половина добываемого урана.

За 2010–2017 гг. в Казахстане резко увеличилась добыча урана методом СПВ — в шесть раз.

Сырьевая база для объектов СПВ золота

Существуют две группы объектов, перспективных для отработки золота 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.

Физико-химические основы процесса скважинного подземного выщелачивания золота

Известно, что золото химически очень устойчивый элемент, и имеется сравнительно немного растворителей, пригодных для использования в промышленной практике для извлечения его из рудного поля. Водные растворы хлора обладают высокой растворяющей способностью по отношению к золоту. Это свойство водных растворов хлора уже использовалось в золотодобыче. Так, начиная с середины XIX века в течение более 60 лет процесс извлечения золота из рудного сырья выщелачиванием водными растворами хлора (гидрохлорирование) находил весьма широкое применение в практике золотодобычи. Однако отсутствие в то время надежных промышленных способов получения хлора и коррозионно-устойчивых материалов для создания оборудования привело к постепенному вытеснению гидрохлорирования новым процессом — цианированием, начиная со второго десятилетия XX века процесс гидрохлорирования был повсеместно вытеснен из промышленной практики.

Приступая к скважинному подземному выщелачиванию золота, авторы практически полностью исключают применение цианидов и рассматривают бесцианидные технологии, широкое внедрение которых в практику золото-добычи потребует немалых усилий работников научно-исследовательских, проектных и производственных организаций [2].

Химия тиокарбамидного выщелачивания

Для растворения металлического золота в водных растворах тиокарбамида /CS (NH2)2/ необходимо соблюдение двух основных условий:

• применение достаточно эффективного окислителя, способного переводить металлическое золото в ионное состояние и не окисляющего тиокарбамид;
• обеспечение кислотности среды в пределах рН 2÷4 с целью предохранения тиокарбамида и образующегося комплексного соединения золота от разложения.

Указанные условия достигаются при введении в раствор необходимого количества серной кислоты и солей трехвалентного железа /Fe2(SO4)3/.

Нормальный окислительно-восстановительный потенциал для реакции растворения золота равен 380 мВ. Скорость выщелачивания зависит от рН раствора, концентрации тиомочевины и окислителя.

Химия тиосульфатного, аммиачно-тиосульфатного и сульфитного выщелачивания

Для извлечения благородных металлов из сложно вскрываемых руд и песков (в частности с содержанием Mn, Cu, As, Sb,Te и др.) предлагается выщелачивание проводить раствором тиосульфата аммония в присутствии меди. Стабилизация растворителя — поддержание рН≥7,5 — достигается введением гидроксида аммония. Для предотвращения разложения тиосульфата аммония необходимо прибавление сульфитиона (сульфита или бисульфита аммония), концентрацию которого поддерживают в пределах ≥0,05 %. Температура выщелачивания — 40–60°С.

Химия хлоридного выщелачивания

Система хлоридного выщелачивания золото-серебросодержащих материалов обычно состоит из кислоты (соляной или серной), соли, как правило, хлоросодержащей (хлорид натрия), и окислителя (гипохлорита калия или натрия — далее гипохлорит, перманганата калия, диоксида марганца). Активным началом при растворении благородных металлов является образующийся в результате реакции в указанной системе элементарный хлор. Его концентрация в растворе может быть рассчитана из содержания всех составных частей указанной системы.

Основные преимущества кислотного гипохлоритного процесса — более высокая скорость растворения золота, меньшее негативное влияние на окружающую среду и возможность отработки упорных золотосодержащих материалов.

Химия йодидного выщелачивания

В последние годы значительное внимание уделяется применению соединений йода для выщелачивания благородных металлов из руд. Как известно, все элементы группы галогенов являются энергичными окислителями, причем с увеличением порядкового номера химическая активность галоид-ионов возрастает.

Растворитель, применяемый для выщелачивания золота (серебра), состоит из йода I2, йодида I– в отношении примерно I2:I–=1:(5÷9). Химическая реакция растворения выражается следующим уравнением: Au0+ ½ I2+I–=Au I2–

Значение рН может варьировать от 3,5 до 9,5. Если возникает проблема с железом из-за одновременного выщелачивания сульфидных минералов, величина рН может быть поднята выше 6–7 добавкой бикарбонатов калия или аммония.

Химия бромидного выщелачивания

В январе 1987 г. корпорация «Грейт Лейкс Кемикал» получила патент США № 4637865 на процесс извлечения благородных металлов из исходных материалов с помощью соединения брома, получившего наименование «N-хало гидантион» (Гидантионовая кислота COOH C2NHCO NH2). При использовании только гидантиона или в комбинации с ионом бромида гидантионовые продукты могут окислять золото и серебро до растворимых солей. За счет оптимизации концентрации бромидов может быть увеличено извлечение серебра. Эта система оказалась весьма эффективной для извлечения золота из руд и скрапов.

Критерии применимости основных растворителей с позиций их взаимодействия с золотом и сопутствующими благородными металлами приведены в таблице 1 [2].

Критерии применимости	Выщелачивающие реагенты
	Тиокарбамиды	Тиосульфаты, сульфиты	Йодиды	Бромиды	Оксихлориды
Селективность	Невысокая селективность, повышенный расход при наличии меди, «терпимость» к углесодержащим материалам	Схема не уступает цианидной, кроме того позволяет перерабатывать руды, содержащие Mn, Cu, As, Sb, Se, Te и др.	Невысокая селективность, повышенный расход на вмещающие породы. Чувствительность к углистому веществу и сульфидным минералам	Невысокая селективность. Растворяются вмещающие породы. Сложный солевой состав растворов	Невысокая селективность-образуется сложный солевой состав растворов
Активность вскрытия	Высокий расход растворителя на рудах с высоким содержанием кислотоемких примесей (карбонатов и пр.)	Активность вскрытия низкая	Высокая активность вскрытия	Активность вскрытия высокая, как для всех галогенов	Очень высокая активность вскрытия
Кинетика растворения	Высокая кинетика растворения золота и серебра	Скорость растворения золота выше, чем у цианидов	Высокая кинетика процесса, особенно в кислой среде	Высокая скорость растворения золота	Высокая скорость растворения золота
Токсичность	Токсичность низкая	Токсичность низкая	При испытанных концентрациях растворитель нетоксичен	Высокая токсичность и растворение тяжёлых металлов	Активно растворяются токсичные соединения
Агрессивность к оборудованию	Требует применения кислотостойкого оборудования	Не требует кислотостойкого оборудования	Требует спецоборудования при использовании кислых сред для выщелачивания	Требует применения кислотостойкого оборудования	Требует использования коррозийно-стойкой аппаратуры по всей схеме
Экологичность	Сложный солевой состав кислых растворов. Простая схема обезвреживания растворов,  массива	Простая схема обезвреживания растворов, рудного массива	Не наносит сильного ущерба окружающей среде	Нежесткий ПДК на бромиды. Свободный бром легко восстанавливается до бромид-иона	Возможность выделения элементарного хлора. Токсичность растворов
Стоимость реагентов	Сравнительно низкая стоимость растворителя	Низкая стоимость растворителя	Высокая стоимость растворителя	Довольно высокая стоимость растворителя	Низкая стоимость растворителя
Дефицитность реагентов	Сравнительная дефицитность растворителя	Доступность реагентов, возможность их получения на месте	Растворитель дефицитен	Недефицитен, т.к. освоено отечественное промышленное производство	Доступность реагентов, возможность их получения на месте
Освоенность промышленностью	Широкомасштабные исследования	Исследования на уровне опытных установок	Небольшой полевой опыт исследований	В РФ не используется	Высокая степень изученности и освоенности промышленностью

Табл. 1. Сравнительные данные по основным растворителям благородных металлов

Для предварительной технико-экономической оценки применения того или иного растворителя информация, содержащаяся в таблице 1, поможет быстро сделать необходимые расчеты.

Геолого-промышленная классификация россыпей золота

Геолого-промышленная классификация россыпей золота базируется на ведущих признаках, которыми являются генезис, морфология, условия залегания и вещественный состав песков.

В классификации выделено четыре типа (табл. 2), которые охватывают объекты по всей цепочке геолого-генетических типов золотоносных рыхлых отложений: от продуктов выветривания через транспортирующие каналы до аккумулирующих золото образований. Пятый тип — техногенные россыпи-является остаточным продуктом промышленной разработки месторождений. К пятому типу классификации относятся хвостохранилища золоторудных месторождений, которые были отработаны гидрометаллургическим способом.

Геолого-промышленный тип	1976–1980 гг.	1981–1985 гг.	1986–1990 гг.
Элювиальный и кор химического выветривания	1,46/–	10,6/0,06	10,36/1,0
Аллювиально-пролювиальный	0,92/0,28	3,1/0,36	4,97/0,5
Аллювиальный (мелко-, глубоказалегающий крупных долин)	95,26/84,31	85,28/86,31	83,85/84,16
Прибрежно-морской древних береговых зон на континенте	2,36/8,41	1,01/5,27	0,82/4,34
Техногенный (целиково-остаточный и отвальный)	–/7,0	–/8,0	–/10,0

Табл. 2. Ориентировочное распределение запасов и добычи золота по геолого-промышленным типам россыпных месторождений (по А.А. Сапрыкину, 1993 г.) 
Примечание:  слева от черты — доля в запасах, %;  справа от черты — доля в суммарной добыче, %.

Как видно из таблицы 2, россыпи первого типа — элювиальные и кор химического выветривания (КХВ) имеют небольшое значение для минерально-сырьевой базы (МСБ). Перспективы выявления подобных месторождений в России пока установлены на юге Западной Сибири, Урале, Алдане, в некоторых других районах с благоприятной обстановкой для формирования кор выветривания. В будущем, вероятно, их роль в сырьевой базе повысится.

Аллювиально-пролювиальные рос-сыпи характеризуются в целом достаточно слабой золотоносностью и небольшим удельным весом в МСБ.

Значительная доля добываемого золота падает на аллювиальные россыпи. По глубине залегания они разделяются на мелкозалегающие (<25 м) и глубокозалегающие (>25 м). 

Прибрежно-морские россыпи связаны с деятельностью моря. Наиболее продуктивными из известных являются месторождения древних береговых зон на континенте (Рывеемское на Чукотке).

Растет добыча золота из техногенных месторождений в старых золотоносных районах. 

По экспертной оценке Б.Н. Беневоль с кого и Т.П. Шевцова (2000 г.) потенциал их достаточно велик (≈57 % от накопленной добычи из россыпей) [3].

Россыпные месторождения золота по запасам подразделяются на мелкие (<500 кг), средние (500–3000 кг) и крупные (>3000 кг).

Для освоения россыпных месторождений методом скважинного подземного выщелачивания, принимая во внимание стоимость капитальных вложений (буровое оборудование, транспортные средства, установка по переработке продуктивных растворов), нижней границей, вероятно, будут средние месторождения. Об этом свидетельствуют предварительные технико-экономические соображения по целесообразности освоения месторождений, выполненных в научно-производственном предприятии «ГЕОТЭП». 

В таблице 3  приведены запасы и прогнозные ресурсы месторождений россыпного золота по субъектам Российской Федерации, заслуживающие изучения возможности постановки работ по скважинному подземному выщелачиванию.

Субъект Федерации	Россыпное месторождение
	Запасы, %	Ресурсы, %
Республика Саха (Якутия)	21,66	10,15
Магаданская область	14,9	17,45
Амурская область	1,87	14,28
Иркутская область	10,51	6,97
Чукотский АО	9,12	8,25
Читинская область	7,41	6,97
Свердловская область	5,03	3,8
Хабаровский край	3,4	9,51
Красноярский край	3,58	3,8
Республика Коми	2,74	1,27
Кемеровская область	2,14	1,58
Республика Бурятия	2	1,9
Челябинская область	1,49	0,63
Другие субъекты Федерации	5,15	13,44

Табл. 3. Запасы и прогнозные ресурсы месторождений россыпного золота по субъектам Российской Федерации, заслуживающие изучения возможности постановки работ по скважинному подземному выщелачиванию

Территориальное размещение россыпных месторождений золота России

Из 28 россыпных золотоносных районов России шесть крупнейших — Якутия, Центральная Колыма, Чукотка, Ленский, Приамурье и Хабаровский край — обеспечивали более 80 % добычи россыпного золота. Важное место в МСБ занимали также Урал, Енисейский кряж, Забайкалье. Преобладающая часть прогнозных ресурсов сосредоточена в регионах Дальнего Востока и Восточной Сибири, на Урале и в Западной Сибири. Наиболее значимые прогнозные ресурсы находятся в следующих золотороссыпных районах: Центрально-Колымском, Ленском, северных и центральных Хабаровского края, Южно-Якутском, Дамбукинском, Зея-Селемджинском, Верхне-Амурском, Могоча-Карийском, Енисейском, Невьянско-Березовско-Полевском.

Качество прогнозируемых месторождений колеблется в широких пределах: среднее содержание для добычи в песках составляет (г/м3): 0,8 — в Читин -  с кой; 05–1,5 — в Амурской; 1,3–1,35 — в Магаданской областях и в Чукотском АО; 1,7 — в Иркутской области [4].

Характеристика золотороссыпных районов России подробно описана в монографии «Скважинное подземное выщелачивание золота» [2].

Месторождения, отрабатываемые способом СПВ в корах выветривания

Перечень месторождений в корах выветривания, отрабатываемых способом подземного выщелачивания включает в себя месторождение Гагарское, Маминское, Долгий Мыс, Гумешевское, расположенные в Уральском регионе.

Кора выветривания золоторудных месторождений — это область литосферы, где происходят процессы выветривания под влиянием которых компоненты породы превращаются в сравнительно рыхлые образования.

Горные технологии освоения рудных зон в коре выветривания требуют крепления пройденных горных выработок, что приводит к существенному удорожанию себестоимости добываемого золота.

Кора выветривания состоит из  двух зон:

• зона полного химического разложения (ЗПР);
• зона дезинтеграции (ЗД).

Для разработки проекта скважинного подземного выщелачивания из руд кор выветривания необходимо провести комплекс исследований для получения исходных параметров проектирования:

• минеральный и химический состав пород и руд, форма и характер золотой минерализации, пробность; 
• инженерные свойства руд и пород (крепость в зонах полного разложения и дезинтеграции;
• физическое состояние руд и пород (песчано-глинистые, дресвяно-щебнистые, скальные);   
• структурно-текстурные особенности руд (крупность, гравитационная извлекаемость золота); 
• продуктивность руд по содержанию золота (убогие руды, бедные руды, рядовые руды, богатые руды);   
• объем запасов;   
• гидрогеологические условия (водопроводимость руд и пород, дебит и приемистость скважин);
• наличие водозаборов;
• литолого-фильтрационная неоднородность;
• обводненность руд (уровень подземных вод на месторождении, соотношение руд выше УГВ и ниже УГВ);   
• экологические условия (удаленность от питьевых водозаборов, направление движения естественного потока подземных вод, наличие в рудах легко выщелачиваемых вредных для человека компонентов).

В таблице 4 приведена характеристика Маминского золото-рудного месторождения золота в корах выветривания.

Географо-экономическое положение	Геологические условия	Вещественный состав и технологические свойства	Гидрогеологические условия	Экологические условия	Оценка применимости СПВ
1. Экономически развитый район Свердловской области.	1. Глубина залегания золотоносных рудных залежей 0-40м.	1. Форма и характер золотой минерализации. Золото — самородное. Пробность — 925–967.	1. Водопроницаемость руд. Средняя водопроводимость горизонта — 12 м2/сут. Два фильтрационных слоя: ЗПР и ЗД. ЗПР: Кф — 0,20 м/сут; водопроводимость — 2,0 м2/сут. ЗД: Кф — 1 м/ сут.; водопроводимость — 10 м2/сут. Дебиты откачки — 1,5–2 м3/час. Приемистость канав — 5–10 л/час*м2.	Месторождений подземных вод питьевого качества нет. Участок на удалении 3 км от ближайшей области разгрузки — маловодной речки.	Местоположение благоприятное. Геологические условия позволяют применять простые системы отработки. Вещественный состав руд малоблагоприятен: при наличии вскрытого легковыщелачиваемого золота, высокая восстановительная емкость и кислотоемкость, продуктивность руд-низкая. Фильтрационные свойства — низкие для ЗПР. Экологические условия — без осложнений. Общая оценка — возможна отработка СПВ. Высокие расходы реагентов и низкая фильтрация ЗПР.
2. Равнинный рельеф.	2. Морфология рудных залежей — приповерхностная пластобразная узкая залежь 20–60–350– 400 м.	2. Минеральный и химический состав пород и руд. Два типа руд: выветрелые гранодиориты и туфы. Гранодиориты — алюмосиликаты (85 %) с низким содержанием щелочей (2–3 %). Кислотоемкость — 10–15 кг/т. Туфы — алюмосиликаты (75 %) с повышенной щелочностью (4–7 %). Кислотоемкость — 20–30 кг/т. Оба типа: сульфиды — до 0,1 %. Восстановительная емкость — 3–5 кг/т.	2. Наличие водоупоров. Нижний относительный водоупор — скальные первичные руды со спорадической трещиноватостью.
		3. Инженерные свойства руд и пород. Крепость до 7 кат. Поглощение промывочных жидкостей. Неустойчивость стенок скважин	3. Литолого-фильтрационная неоднородность. Два слоя: ЗПР и ЗД. Закономерное увеличение Кф и грансостава в пределах верхнего слоя сверху вниз. В ЗПР сумма частиц менее 0,1 мм: гранодиориты — 45–50 %; туфы — 55–65 %. По латерали в ЗПР — существенные различия в фильтрационных свойствах и туфов.
		4. Физическое состояние руд и пород. От песчано-глинистых до дресвяно-щебнистых.	4. Обводненность руд. Соотношение руд выше УГВ и ниже УГВ 1:2.
		5. Структурно-текстурные особенности руд. 5.1. Крупность выделений золота. Крупность зерен от тонкодисперсного до 1–2 мм. 5.2 Вскрытость золота. Выщелачиваемость по оксихлоридной схеме до 90 %.	5. Положение уровня подземных вод. УГВ на глубине 10–12 м. Уклоны поверхности подземных вод — 0,006.
		6. Продуктивность руд. Поблочное содержание: плагиограниты — 0,4– 0,8 г/т; туфы — 1–3 г/т. Площадная продуктивность - 15–25 г/м2.
		7. Наличие сопутствующих и вредных компонентов отсутствуют.

Табл. 4.  Характеристика Маминского золоторудного месторождения золота в корах выветривания 

Анализ результатов  опытно-промышленных работ по СПВ золота

Анализ литературных данных по промышленному применению хлора в гидрометаллургии показывает, что хлорирование эффективно, если расход хлора не превышает 1–2 кг на 1 г. извлеченного золота и если время выщелачивания не выше ½ часа. Эти показатели заводской переработки руд связаны с высокой долей капитальных и эксплуатационных затрат. В случае применения СПВ капитальные затраты могут быть снижены в 2–4 раза, поэтому процесс подземного выщелачивания может быть экономически эффективным и при большем расходе хлора при длительности отработки золотосодержащих структур в несколько месяцев, а также при отработке бедных и забалансовых золотосодержащих материалов. 

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 хлоридные растворы практически прекращается из-за образования вокруг золотин экрана из хлористого серебра.

Продуктивные горизонты объектов СПВ 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.

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

На основании результатов опытно-промышленных испытаний по СПВ золота 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 хлоросодержащими растворителями (табл. 5).

Факторы	Весьма благоприятные	Благоприятные	Неблагоприятные	Степень влияния фактора
Инфраструктура района месторождения	Территория, свободная от народнохозяйственной деятельности в промышленно развитом районе	Территория с неразвитой хозяйственной инфраструктурой, но с наличием электроэнергии	1. Территория, удаленная от источников электроэнергии. 2. Территория, занятая другими видами хозяйственной деятельности	Определяющий
Разведанность месторождения	Детально разведенное месторождение (кат. С1, С2, В)	Предварительно разведанное месторождение (кат. С2)		Определяющий
Ландшафт, рельеф	Равнинный ландшафт	Равнинный рельеф вне предела речных долин	Горный рельеф, приуроченный к речным долинам	Определяющий
Глубина залегания рудных залежей	Неглубокие залежи (до 50 м)	Залежи средней глубины (50–100 м)	Глубокозалегающие залежи (>100 м)	Определяющий
Морфология рудных залежей	мощности (более 10 м)Пологопадающие относительно большой	Крутопадающие мощные (более 10 м) или сближенные, меньшей мощности (менее 5 м)	Маломощные разобщенные залежи (<5 м)	Второстепенный
Вещественный состав руд и пород
Пробность золота	>900	750–900	<700 (теллуристое, элекрум)	Решающий
Крупность золотин, мм	Тонкодисперсное золото (<0,01)	Мелкое золото (<0,1)	Крупное золото (>0,1)	Второстепенный
Содержание золота, г/т	>2	>1	<1	Определяющий
Содержание восстановителей, % (в пересчете на сульфидную серу)	<0,1 %	0,1–0,2 %	>0,2 %	Определяющий
Содержание вредных компонентов (ртуть, сурьма, мышьяк и др.)	Отсутствие вредных компонентов	Содержание вредных компонентов не нарушает технологию и не ухудшает экономику и экологию	Содержание вредных компонентов усложняет технологию, ухудшает экономику и экологию	Определяющий
Физико-механические м	Руды и породы III–IV категории по буримости	Руды и породы имеют низкую крепость и не осложняют процесс бурения	Крепкие руды и породы	Второстепенный
Структурно-текстурные особенности руд и пород
Физическое состояние	1. Рыхлые малоглинистые, немерзлые пески (глины — <10 %). 2. Сильно дезинтегрированные скальные немерзлые руды	1. Рыхлые и плотные мало- и среднеглинистые немерзлые пески (глины — <35 %). 2. Средне дезинтегрированные скальные немерзлые руды	1. Высокоглинистые пески (глины — более 40 %) 2. Вечномерзлые пески 3. Монолитные скальные руды	1. Решающий 2. Определяющий 3. Решающий
Характер рудной минерализации	Все золото в трещинах и открытых порах	Золото преимущественно в трещинах и порах, блокирующие минералы вскрываются растворителем	Золото блокировано невскрываемыми минералами или находится в их кристаллической решетке	Решающий
Гидрогеологические условия
Водопроницаемость руд	Хорошо проницаемые руды Кф — от 2 до 10 м/сут	Умеренно проницаемые руды Кф — от 0,5 до 2 м/сут	Непроницаемые и плохопроницаемые руды Кф — <0,5 м/сут	Решающий
Обводненность руд	1. Руды залегают ниже уровня подземных вод безнапорного горизонта 2. Руды приурочены к напорному водоносному горизонту	Руды частично обводнены	Руды залегают значительно выше уровня подземных вод	Определяющий
Наличие водоупоров	Наличие верхнего и нижнего водоупора	Наличие нижнего водоупора	Отсутствие водоупора	Определяющий
Литолого-фильтрационная неоднородность	Однородные по фильтрационным свойствам руды	Проницаемость руд выше проницаемости вмещающих пород	Проницаемость руд значительно ниже проницаемости вмещающих пород	Определяющий
Экологические условия	Отсутствие вблизи месторождения водозаборов	Отсутствие в районе крупных водозаборов	Наличие в районе крупных и вблизи месторождения малых водозаборов народнохозяйственного значения	Определяющий

Табл. 5. Критерии оценки месторождений применительно к методу скважинного подземного выщелачивания хлорсодержащими растворителями 
Примечание: в разработке критериев оценки месторождений участвовали Г.И. Авдонин, В.А. Гуров, А.И. Заболоцкий, М.И. Фазлуллин

Под хлоросодержащими растворителями имеются ввиду: хлорная вода, растворы гипохлоритов, хлоритов 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 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, 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 необходимо все критерии рассматривать только в комплексе с учетом экономических, технологических и экологических аспектов применения метода СПВ.

Специфика выщелачивания металлов в районах  многолетнемерзлых пород

Отрицательные температуры изменяют порядок и интенсивность растворения металлов, условия и скорость миграции металлоносных растворов. В России многолетнемерзлые породы занимают более чем 40 % ее территории [3].

Температура вечной мерзлоты за редким исключением опускается ниже -10 °С при мощности криолитозоны до 1000 м. Температурный режим слоя мерзлых пород (глубина сезонного промерзания, мощность слоя колебаний температуры) в значительной степени определяется заселенностью местности, почвенным слоем, наличием мхов, снежным покровом и т.д.

Выщелачивание металлов из содержащих их пород не ограничивается областью только положительных температур. Результаты экспериментов по выщелачиванию металлов при отрицательных температурах окружающей среды [4] показали, что даже дистиллированная вода способна растворять пирит при -10 °С с образованием кислого (рН = 3,5–4,0) сульфатного (10–30 мг/л SO42–) раствора за счет окисления растворенным в воде кислородом. В данном случае важно не допустить замерзания переохлажденных растворов при их миграции, что осуществить нетрудно, т.к. температура замерзания воды, адсорбированной на кремнекислом слое глинистых минералов, составляет -90 °С.

При скважинном подземном выщелачивании золота в условиях вечной мерзлоты необходимо учитывать, что подвижность элементов в области ледового литогенеза существенно иная, чем в других районах страны. Так, подвижность натрия, кальция, цинка, кобальта в зоне мерзлоты ниже, чем в теплом климате, зато резко возрастает подвижность висмута, олова, сурьмы, таллия, ртути, серебра, хрома, бериллия, вольфрама и золота.При скважинном подземном выщелачивании золота в условиях вечной мерзлоты необходимо учитывать, что подвижность элементов в области ледового литогенеза существенно иная, чем в других районах страны. Так, подвижность натрия, кальция, цинка, кобальта в зоне мерзлоты ниже, чем в теплом климате, зато резко возрастает подвижность висмута, олова, сурьмы, таллия, ртути, серебра, хрома, бериллия, вольфрама и золота.

Ряд геохимической подвижности элементов в порядке ее возрастания для условий мерзлоты будет следующим [4]:
Ti-Ni-Be-V-Mo-Fe-Mn-Cr-Pl-Co-Sn-Ba-Ca-Cu-(As, Ag)-Mg-Na-Zn-Sb

Это обстоятельство позволит рассмотреть возможность и порядок селективного извлечения металлов в процессе СПВ золота.

Распространение  многолетней мерзлоты  на территории российских регионов

На рисунке 1 представлена карта распространения многолетней мерзлоты на территории российских регионов. На карту нанесены районы, имеющие сплошную, прерывистую, островную мерзлоту, выделены золото-содержащие провинции, приведена мощность многолетнемерзлых пород в метрах. 

Рис. 1. Распространение многолетней мерзлоты на территории российский регионов

В таблице 6 дана характеристика золотоносных провинций России, охватывающая все российские регионы. 

Название провинции	Месторождения, расположенные в провинции	Виды вечной мерзлоты
		Сплошная	Прерывистая	Островная (локальная)	Отсутствие мерзлоты
Северо-Восточная	Майское	+	—	—	—
		от 300 до 500 м
	Каральвеемское	+	—	—	—
		от 300 до 500 м
	Купол	+	—	—	—
		от 300 до 500 м
	Аметистовое	—	—	+	—
				глубина до 100 м
	Агинское	—	—	+	—
				глубина до 100 м
	Родниковое	—			+
	Наталкинское	+
		от 250 до 300 м	—	—	—
	Нежданинское	+
		от 120 до 350 м	—	—	—
	Хаканджинское	+
		от 100 до 300 м	—	—	—
Дальневосточная	Большой Куранах	+	—	—	—
		от 100 до 300 м
	Многовершинное	—	—	Отдельные участки вечной мерзлоты,глубиной до 25 м	—
	Маракан	+	—	—	—
		от 60 до 120 м
	Сухой Лог	+	—	—	—
		от 120 до 250 м
	Березитовое	+	—	—	—
		от 120 до 250 м
	Покровское			+
				от 120 до 250 м
Забайкальская	Ключевское	+	—	—	—
		от 120 до 250 м
	Дарасунское	—	—	+	—
				от 60 до 120 м
	Балейское	—	—	+	—
				от 15 до 60 м
Южно-Сибирская	Эльдорадо		—	+	—
				от 15 до 60 м
	Олимпиадинское	—	—	+	—
				от 15 до 60 м
	Зун-Холбинское	+	—	—	—
		от 60 до 120 м
Таймырская		+	—	—	—
		более 500 м
Уральская	Воронцовская	—	—	—	+
	Березовская	—	—	—	+
	Светлинская	—	—	—	+
	Кочкарское	—	—	—	+
	Васин	—	—	—	+
Карело-Кольская		—	—	Отдельные участки вечной мерзлоты,глубиной до 25 м	+

Табл. 6. Золотоносные провинции России с характеристикой вечной мерзлоты

При проектировании геологоразведочных и добычных работ информацией, содержащейся в таблицах, можно пользоваться для расчета технико-экономических показателей проектов.

Как видно из таблицы 6, значительная доля россыпных месторождений золота в России находится в зоне вечной мерзлоты. В таких же условиях находятся техногенные месторождения, содержание золота в которых позволяет отрабатывать их эффективно способом скважинного подземного выщелачивания. 

После проведения опытно-промышленных работ предусматривается существенно увеличить количество золота, добываемого способом СПВ. Для этого необходимо решить сложную проблему прогревания массива вечномерзлых пород для создания условий фильтрации технологических растворов в продуктивном горизонте россыпи.

Основные выводы из материалов доклада

Скважинное подземное выщелачивание золота обладает рядом достоинств, которые весьма привлекательны при выборе способа разработки месторождения:

• метод является более экологическим по сравнению с традиционными методами отработки месторождений золота;
• технология производства работ, начиная с разведки месторождения до ликвидации горнодобывающего предприятия, на всех стадиях сопровождается мероприятиями по защите и охране окружающей среды;
• используя метод СПВ, можно вовлечь в отработку глубокозалегающие 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;
• результаты научно-исследовательских и опытно-промышленных работ будут способствовать обязательному снижению себестоимости добываемого методом СПВ золота;
• оптимальными в экологическом и экономическом отношении реагентами для выщелачивания золота являются хлор, йод и бром. 

1. «Добыча урана методом скважинного подземного выщелачивания». Под редакцией В.А. Мамилова, М.: Атомиздат, 1980 г. 

2. «Скважинное подземное выщелачивание золота».Под редакцией профессора, доктора технических наук М.И. Фазлуллина, Издательство «Винпресс»,Москва 2017 г.
3. Беневольский Б.И., Шевцов Т.П. «Оценка потенциала техногенных россыпей золота РФ». Минеральные ресурсы России, 2000 г. № 1.
4. Иванов А.В., Базаров В.Б. Химическое выветривание пирита водой и различными водными растворами при положительных и отрицательных температурах. Миграция химических элементов в криолитозоне. Новосибирск, Наука, 1985 г.

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 3/сентября 2018 г.