Геолого-минералогические особенности и комплексное использование медноколчеданных руд Гайского месторождения: Южный Урал

Актуальность работы. После распада СССР в государстве образовался дефицит разведанных месторождений цветных металлов. В связи с этим актуально повышение комплексности использования уже разрабатываемых объектов. Колчеданные руды традиционно рассматриваются как источник цветных металлов — меди и цинка. Вместе с тем известно, что они содержат значительное количество золота, серебра и некоторых других полезных компонентов. Однако до последнего времени извлечению из них таких компонентов уделялось недостаточно внимания. В России главной колчеданоносной провинцией является Урал, где особенно выделяется Гайское месторождение, являющееся на сегодняшний день вторым (после Норильска) предприятием в России по объемам добычи руд цветных металлов.

Цель научной работы заключалась в выявлении и оценке геолого-минералогических факторов, влияющих на результаты переработки руд, с целью оптимизации технологической схемы обогащения, повышения полноты использования руд и минимизации потерь. Задачами научной работы являлись:

• геологическая характеристика и детальное изучение вещественного состава медно-колчеданных руд Гайского месторождения;

• выделение природных и технологических типов и разновидностей руд на основании их вещественного состава и оценка возможности их распознавания по экспрессно определяемым признакам в любой точке горно-обогатительного производства;

• изучение свойств минералов, определяющих результаты обогащения руд, и оценка их влияния на процесс переработки;

• исследование технологических продуктов Гайской обогатительной фабрики с целью выяснения причин потерь полезных компонентов и возможности их устранения.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены материалы, собранные автором в 1999;2001 гг на Гайском месторождении, а также любезно предоставленные главным научным сотрудником Унипромедь Б. М. Корюкиным и главным геологом Гайского ГОКа С. И. Кузнецовым. Часть материалов получена при изучении технологических проб и продуктов обогащения Гайской обогатительной фабрики.

Выполнены (табл. 1) полуколичественный спектральный анализ 260 проб (Л.А.Ушинская и С. Н. Зимина, АООТ «Механобр-аналит»), минеральный состав руд изучен в 140 полированных и 80 прозрачных шлифах, продуктов обогащения — в 64 прозрачно-полированных шлифах, микрорентгено-спектральные определения состава минершюв по 130.

Таблица 1.

Выполненные исследования.

Методы Количество анализов, измерений Анализируемый материал Установка, аналитик.

Отбор мономинеральных фракций 25 Главные рудные минералы и самородное золото Бинокуляр МСБ-9, автор

Минералогический анализ 140 Полированные шлифы Комбинированный микроскоп Axioplan Carl Zeiss, «Механобр инжиниринг», автор

80 Прозрачные шлифы.

64 Прозрачно-полированные шлифы продуктов обогащения.

Рентгено-структурный анализ 8 Мономинеральные фракции главных рудных минералов ДРОН-3, автор

Морфологический анализ 25 Мономинеральные фракции пирита, сфалерита, борнита, золота Бинокуляр МСБ-9, автор

Полуколичественный спектральный анализ 260 Руды и продукты обогащения на рудные элементы Аналитик С. Н. Зимина, «Механобр аналит».

Пробирный и атомно-абсорбционный анализ 60 Руды, продукты обогащения, рудные минералы на золото, серебро, элементы платиновой группы Аналитик Л. А. Ушинская, «Механобр аналит».

Микрозондовый анализ 130 Сульфиды и самородное золото Camscan-4 с детектором LINK AN-1000, аналитик М. В. Заморянская, Физико-технический институт им. Иоффе.

Измерение микротвердости 1500 Главные рудные минералы ПМТ-3- МНТ-4 на базе микроскопа Axioplan Carl Zeiss, «Механобр инжиниринг», автор

Измерение коэффициента отражения 50 Спектрофотометр МСФ-10, автор

Статистический анализ состава руд 530 Химические анализы руд Пакеты: Statistica 5.5, Curve Expert 1.3, Excel 97, программа расчета множественной регрессии, автор

Технологические исследования 220 Технологические пробы, мономинеральные фракции Флотомашина 189ФЛконцентрационный стол СКЛ-0,2- центробежные сепараторы Knelson-3″ и ЦБК-100- отсадочная машина МОД-0,2, «Механобр инжиниринг», автор точкам (М.В.Заморянская, Физико-технический институт им. Иоффе — рентгеновский микроанализатор СатеЬах), рентгенофазовый анализ 8 монофракций рудообразующих минералов (СПбГУ, каф. кристаллографии — ДРОН-3), исследования физических характеристик минералов: микротвердости — на 60 образцах (более 1500 определений на приборе ПМТ-3), коэффициента отражения (50 определений на спектрофотометре МСФ-10). Для 220 проб выполнены тестовые технологические испытания по схемам АОЗТ «Механобринжиниринг». Обработка результатов проводилась на ПЭВМ с применением пакета программ Ъ1аЬ5иса.

Научная новизна работы. Произведена классификация руд с использованием экспрессно определяемых признаков. В рудах установлено несколько разновидностей и генераций главных рудообразующих минералов, различающихся составом и физическими свойствами, что определяет их поведение в ходе обогащения руд. Исследовано распределение благородных металлов по минералам, типам руд и продуктам обогащения, установлены состав самородного золота, его морфологические особенности, наличие в нем примесей и поведение в процессе обогащения. Сделана попытка оценки золотоносности руд через содержание цветных металлов и прогнозирования технологических показателей по тйпоморфным особенностям минералов. Установлено присутствие в рудах элементов платиновой группы. Обоснована необходимость раздельной рудоподготовки сплошных и вкрапленных руд вследствие разницы в свойствах разновидностей рудообразующих минералов.

Практическая значимость. Результаты исследований использованы при составлении ТЭО реконструкции Гайской обогатительной фабрики и при оптимизации технологического процесса обогащения руд, что привело к экономическому эффекту -100 000 $ в месяц.

Основные защищаемые положения:

1. На Гайском месторождении выделяются природные и промышленные типы руд, классификация которых может осуществляться на всех стадиях добычи и переработки руд на основании полного или сокращенного числа признаков — содержания меди и серы.

2. Состав и свойства (микротвердость, коэффициент отражения и др.) рудных минералов и их разновидностей закономерно изменяются в пределах каждого типа руд и от ранних к поздним.

3. Комплексность руд обусловлена присутствием благородных металлов (золота, серебра и элементов платиновой группы), определение форм нахождения которых позволило разработать эффективную схему их извлечения из руд.

4. Типоморфные особенности минералов и их разновидностей определяют технологические свойства руд, что является основой усовершенствования процесса рудоподготовки и уменьшения потерь.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях кафедры геологии месторождений полезных ископаемых СПбГУ. Результаты исследований включены в производственные отчеты АОЗТ «Механобр-инжиниринг», а также представлены на Всероссийских конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (2000 и 2001 гг.), годичных собранях ВМО при РАН «Минералогия России» (2000 г.) и «Минералогия — основа использования комплексных руд».

2001 г.), международной конференции «Актуальные проблемы освоения месторождений полезных ископаемых», и опубликованы в статье «Геолого-минералогические особенности Гайского медноколчеданного месторождения» (Обогащение руд. — № 1. — 2000 г.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Первая глава посвящена типизации колчеданных месторождений, где особое внимание уделено уральскому типу. Во второй и третьей главе дается краткая характеристика геологического строения Гайского рудного района и описывается геологическое строение рудного поля. Детально рассмотрены строение рудовмещающей толщи, тектоника, метаморфические и гидротермально-метасоматические преобразования вмещающих пород, дана характеристика рудных залежей. Четвертая глава посвящена вопросам классификации руд, изучению их вещественного состава и строения. В пятой главе описываются формы нахождения и распределение благородных металлов в рудах. Особое внимание уделено золоту. Шестая глава посвящена изучению влияния вещественного состава руд на технологические свойства.

Заключение

.

1. Гайское месторождение является типичным представителем колчеданных месторождений уральского типа, приурочено к крупной вулканогенной куполовидной постройке, сложенной породами последовательно дифференцированной андезито-дацитовой толщи. Гайская зона разломов служила выводным каналом для магматических расплавов.

2. Породы рудного поля претерпели региональный метаморфизм, обусловивший развитие кварц-пумпеллиитовой, пренитовой и эпидот-хлоритовой минеральных ассоциаций, контролируемых глубиной залегания и литолого-стратиграфическими комплексами. К последней ассоциации, развивающейся в андезито-дацитовой толще приурочены рудные тела. Гидротермальные преобразования, сопутствующие оруденению, контролируются зонами рассланцевания в породах, испытавших дорудные воздействия, характеризуются перекристаллизацией и переотложением нерудных минералов и сульфидов, наследуют положение древних разломов, вмещают все промышленные рудные тела и наиболее интенсивную сульфидную вкрапленность.

3. Система разломов близмеридионального простирания разделяет рудное поле на три зоны.

— Восточную, Центральную (Осевую), Западную, в свою очередь расчлененные на три части — Северную, Промежуточную и Южную (9 главных блоков). Наиболее минерализованы северные осевые блоки, неоднородные по физико-механическим свойствам пород. В Южных блоках оруденение сосредоточено только в участках сочленения меридиональных и диагональных разломов. Тела сплошных руд имеют четкие контакты с вмещающими породами, границы вкрапленных руд устанавливаются по опробованию.

4. Выделяются нижний и верхний уровни оруденения, различающиеся формой рудных тел и составом руд. Нилсний характеризуется преимущественным развитем согласных пластовых и линзовидных крутопадающих тел пиритовых руд с резко подчиненным количеством халькопиритовых и халькопирит-сфалеритовых. Верхний — рудными телами халькопиритового и халькопирит-пиритового состава с высоким содержанием халькопирита и сфалерита и повышенным борнита и теннантита, часто грибообразной формы. В распределении руд устанавливается четкая зональность, выражающаяся в закономерной смене с глубиной халькопирит-пиритовых руд халькопиритовыми, а затем.

— пиритовыми.

5. Размещение и формы оруденения контролируются совокупностью структурных и литологических факторов: главные рудо контролирующие элементы — крутопадающие зоны рассланцевания и дробленияэкранирующие поверхности — подошвы массивных пологолежащих липарито-дацитовых тел верхней толщи, зоны окварцевания, габбро-диабазовые силлы и зоны межслоевых подвижек. Максимальные концентрации оруденения в зонах интенсивной сланцеватости, будинажа и дробления туфов и туфобрекчий, игнимбритах, дайкообразных субвулканических телах кислого состава. Неблагоприятны для оруденения основные эффузивные и жильные породы, что обусловлено особенностями их состава и неблагоприятным структурным положением.

6. Все руды месторождения разделяются по содержанию меди, цинка, серы на 6 промышленных типов, границы которых определяются условно по опробованию, 8 природных, различающихся по вещественному составу и текстурно-структурным особенностям, и три технологические разновидности, показатели обогащения которых незначительно различаются в пределах одной технологической схемы. Установлена возможность классификации руд по двум экспрессно определяемым признакам: содержанию серы и меди, в результате чего управление качеством шихты, поступающей на фабрику, можно осуществлять на любой стадии добычи и рудоподготовки.

7. Минеральный состав руд Гайского месторождения типичен для месторождений колчеданного типа, но с более широким развитием халькопирита, сфалерита, гипогенного борнита, золота, а иногда теннантита и галенита. Всего в первичных и окисленных рудах установлено более 100 минералов.

8. Главными минеральными асссоциациями (в порядке образования) являются: серноколчеданная, халькопирит-пиритовая, халькопирит-сфалерит-пиритовая, борнит-полиметаллическая, поздняя кварц-барит-карбонатная с сульфидами или безсульфидная.

9. Для месторождения характерно многократное развитие процессов интенсивной перегруппировки минерального вещества руд: для всех главных рудных минералов от ранних генераций к поздним происходит закономерное очищение от изоморфных примесей, увеличение микротвердости при уменьшении коэффициента ее вариации, возрастание коэффициента отражения, размеров и идиоморфизма выделений, то есть в период минералообразования происходит постоянное совершенствование внутренней структуры минералов, приводящее к изменению их технологических свойств.

10. Благороднометальная минерализация отмечается во всех типах руд Гайского месторождения. Золото присутствует в тонкодисперсной форме в раннем пирите и видимой — в более поздних медно-полиметаллических ассоциациях, причем его содержание от ранних руд к поздним возрастает в 10 раз, одновременно с долей самородного. Расчет прогнозного содержания золота показал возможность приблизительного экспрессного определения количества золота через содержание других элементов с резким уменьшением затрат.

11. Обогащение руд серебром происходит аналогично золоту от ранних руд к поздним (от граммов на тонну в пиритовых рудах до сотен — в халькопирит-борнитовых). В поздних ассоциациях обнаружены минералы концентраторы серебра — галенит, теннантит и борнит. В борните при прокаливании появились мелкие до 5 — 10 мкм выделения самородного серебра.

12. В рудах установлены низкие содержания ЭПГ — на уровне 0,02 — 0,05 г/т, слабо возрастающее по мере обогащения руд медью. Минералами-концентраторами платиноидов являются самородное золото (10−21,7 г/т Р1: и 43,4−44,2 г/т Рс1) и борнит (0,37 г/т Р1 и 0,02 г/т Рф. При обогащении платина и палладий накапливаются одновременно с золотом в гравитационном концентрате.

13. Анализ потерь и специально проведенные технологические исследования выявили следующие причины снижения извлечения полезных компонентов из руд:

— совместное измельчение руд разных типов в силу различий их состава, строения и физических свойств приводит к переизмельчению и ошламованию минералов-концентраторов полезных компонентов и недораскрытию их сростков с пиритом;

— разница в микротвердости разновидностей пиритов вызывает одновременное ошламование ранних пиритов и недоизмельчение поздних, приводящее к затруднениям в процессе флотации;

— изменение состава сфалерита обуславливает его потери с хвостами и в медном концентрате, что можно предсказать по коэффициенту отражения, повышенному у хорошо флотирующихся сфалеритов, составляющих основную массу потерь в медном концентрате.