Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Ретроспективный анализ и современное состояние геофизических методов исследований на Рудном Алтае 12
Глава 2. Петрофизические основы методов обогащения руд колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая 18
2.1 Геологическая характеристика объекта исследований 18
2.2 Петрофизические основы методов обогащения руд колчедан-но-полиметаллических месторождений Рудного Алтая 31
2.2.1 Петрофизические основы флотационного обогащения 31
2.2.2 Петрофизические основы гидрометаллургического метода переработки 52
2.2.3 Петрофизические основы обогащения руд с помощью физических методов на базе сортировок и сепарации 56
Глава 3. Оценка геофизическими методами параметров, определяющих технологические свойства руд колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая 78
3.1 Геофизические методы, обеспечивающие оценку электрохимических свойств основных рудных минералов колчеданно-полиметаллических месторождений, определяющих протекание физико-химических процессов флотационного обогащения 78
3.1.1 Контактный способ поляризационных кривых (КСПК) 78
3.1.2 Метод ранней стадии вызванной поляризации (PC ВП) 80
3.1.3 Метод электродных потенциалов (МЭП) 81
3.1.4. Метод измерения термо-ЭДС 82
3.2 Геофизические методы, обеспечивающие оценку электрохимических свойств основных рудных минералов, определяющих протекание процессов гидрометаллургического передела концентратов 84
3.3 Комплекс геофизических методов, обеспечивающих оценку возможностей изменения физических методов обогащения на базе сортировок и сепарации 85
3.4 Аппаратура для проведения лабораторных исследований физико-химических свойств руд 88
Глава 4. Комплексирование геофизических методов, обеспечивающих оценку технологических свойств руд на различных стадиях разведки колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая 90
Заключение 106
Список использованных источников 107
- Ретроспективный анализ и современное состояние геофизических методов исследований на Рудном Алтае
- Петрофизические основы методов обогащения руд колчедан-но-полиметаллических месторождений Рудного Алтая
- Геофизические методы, обеспечивающие оценку электрохимических свойств основных рудных минералов, определяющих протекание процессов гидрометаллургического передела концентратов
- Комплексирование геофизических методов, обеспечивающих оценку технологических свойств руд на различных стадиях разведки колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Экономическая эффективность работы горнодобывающих предприятий зависит от полноты извлечения запасов из недр, а также от совершенства технологических схем обогащения и переработки минерального сырья.
Геофизические методы исследований могут быть эффективно использованы на стадии разведки месторождений и при подготовке их к промышленному освоению. Применение традиционного комплекса геофизических методов для решения задач геометризации и вещественного состава рудных тел особенно актуально при разведке скрытых месторождений.
Анализ деятельности горно-обогатительных комплексов Рудного Алтая свидетельствует о том, что основные потери металлов имеют место при обогащении руд и переработке концентратов.
Из рисунка 1 видно, что на Николаевской обогатительной фабрике потери цинка достигают 40%.
ТІЇ П П Щ 1
III 1111
ill 1 і і 1
I цинк
Імедь
1998г. 1999г. 2000г. 2001г. 2002г. 2003г. 2004г. 2005г.
Рисунок 1. Потери Zn и Си с хвостами обогащения при переработке руды Николаевского месторождения на Николаевской обогатительной фабрике.
Изучение технологических свойств руд геофизическими методами в процессе разведки колчеданно-полиметаллических месторождений позволит оперативно оценивать технологические свойства руд, и на этой основе разработать оптимальные схемы обогащения и переработки концентратов, соответственно, избежать значительных потерь основных и попутных компонентов.
Рудный Алтай - один из крупных промышленных регионов мира, где более двухсот лет осуществляется эксплуатация колчеданно-полиметалличес ких месторождений, составляющих главную минерально-сырьевую базу цветной металлургии.
В 60-е - 80-е годы прошедшего столетия при освоении разведанных запасов крупнейших месторождений - Тишинского, Орловского, Николаевского, Малеевского - возникли серьезные проблемы при переработке труднообогати-мых руд этих месторождений.
В то же время возникли сложности с освоением запасов давно эксплуатируемых месторождений, таких, как Греховское, Белоусовское, Иртышское, Риддер-Сокольное - в связи со снижением содержаний полезных компонентов в добываемых рудах. Все это, в совокупности с прекращением поисково-оценочных и разведочных работ в период с 1991 по 2002 год и в регионе предопределило необходимость усовершенствования технологии подготовки месторождений к промышленному освоению. При этом определились следующие основные направления:
поиск путей сокращения потерь при обогатительном переделе;
разработка малоотходных технологий освоения бедных руд давно эксплуатируемых месторождений, вовлечение в переработку забалансовых руд;
- внедрение технологий переработки труднообогатимых, так называемых
упорных руд.
Исследованиями, проведенными во ВНИИЦветмете, установлены следующие причины больших потерь при переработке труднообогатимых руд:
Протекание процессов флотационного и гидрометаллургического обогащения связано не только с вещественными характеристиками руд, но и с их физико-химическими (электрохимическими, электрофизическими) свойствами руд и слагающих их минералов.
Физико-химические свойства рудных минералов в пределах рудных тел и в рудных залежах изменяются в широких пределах. По этим параметрам руды характеризуются гораздо большей неоднородностью, нежели по вещественным.
При подготовке месторождений Рудного Алтая к промышленному освоению отбор технологических проб осуществлялся с учетом лишь вещественных характеристик руд, поэтому в основной своей массе они остались непредставительными, соответственно, технология обогащения не была должным образом проработана. Вследствие этого доработка технологии обогащения продолжается постоянно при отработке месторождений.
Формирование представительных технологических проб в процессе подготовки разведанных запасов к промышленному освоению было проблематичным, так как электрические, электрофизические, магнитные и другие физические характеристики руд и основных рудных минералов до середины 80-х годов XX века не изучались. Разработанные лабораторные методы не обеспечивали необходимой оперативности и требовали использования кернового материала.
Неблагополучная обстановка сложилась и в области внедрения методов предварительного обогащения бедных и забалансовых руд в практике работ. В институте «Механобр», бывших НПО «Союзцветметавтоматика», «Сибцветме-тавтоматика» разрабатывались технологии и аппаратура, обеспечивающие реализацию этой программы. Однако, как и в предыдущем случае, при подготовке месторождений к промышленному освоению не изучались физические параметры, являющиеся основой применения этих методов. Как следствие, при разработке регламентов и технических проектов на обустройство рудников и обогатительных фабрик не рассматривалась технологическая и экономическая целесообразность применения физических методов сортировок и сепарации в промежутке технологической цепочки рудник - обогатительная фабрика.
Целью диссертационной работы являлось обоснование рационального комплекса геофизических методов, обеспечивающих получение информации, необходимой для оценки на всех стадиях разведочных и эксплуатационных работ, технологических свойств руд, определяющих выбор оптимальных схем флотационного и гидрометаллургического обогащения и автоматизированных систем контроля и управления качеством руд с помощью физических методов сортировок и сепарации.
Решение проблемы повышения эффективности переработки руд колче-данно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая в первую очередь сводится к разработке оперативных методов определения вещественных и физических характеристик руд и основных рудных минералов, к изучению закономерностей распределения их в рудных телах и рудных залежах.
Эта информация обеспечит формирование представительных проб, необходимых для разработки технологий переработки руд. При этом представится возможность не только усовершенствовать каждый из традиционных методов обогащения, но и сформировать комбинированные технологии на основе оптимизации рационального комплекса различных методов обогащения. Такой подход к разработке технологий обогащения позволит значительно сократить потери металлов при освоении разведанных запасов, и, вполне возможно, позволит развить малоотходные (безотходные) технологии.
Учитывая, что ряд геофизических методов базируется на измерении тех же физических параметров, которые определяют протекание процессов обогащения, первые можно привлекать для решения перечисленных выше проблем.
Основные задачи исследований:
1 .Систематизировать имеющуюся информацию о физико-химических свойствах руд и рудных минералов колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая.
2. Обобщить результаты ранее проведенных экспериментальных исследований по выявлению влияния физико-химических свойств руд и основных
рудных минералов на эффективность процессов флотационного обогащения руд и гидрометаллургического передела концентратов.
Провести полевые и лабораторные эксперименты, направленные на исследование связи физико-химических свойств руд и слагающих их минералов с показателями флотационного обогащения руд и гидрометаллургического передела концентратов и руд.
Обобщить и проанализировать результаты скважинных и каротажных методов, с точки зрения регистрации ими физико-химических свойств руд и рудных минералов, оказывающих влияние на флотационное обогащение руд и гидрометаллургический передел концентратов и руд.
Обосновать рекомендации по комплексированию геофизических методов для оценки технологических свойств руд, оказывающих влияние на процессы рудоподготовки, сепарации, флотационного обогащения руд и гидрометаллургического передела концентратов и руд.
В результате проведенных исследований сформулированы основные защищаемые положения:
Оперативное технологическое картирование колчеданно-полиметаллических руд может быть осуществлено с использованием следующих методов скважинной геофизики и каротажа: контактный способ поляризационных кривых (КСПК), ранние стадии вызванной поляризации (PC ВП), измерения термо-ЭДС, каротаж сопротивлений (КС), метод электродных потенциалов (МЭП), каротаж магнитной восприимчивости (КМВ), гамма-гамма плотностной каротаж (ГТК-П), рентгенорадиометрический каротаж (РРК), телефотометрия (ТФМ).
Предложен комплекс геофизических методов для оптимизации процесса рудоподготовки и физических методов сепарации руд.
Установлено, что на процессы флотационного обогащения и гидрометаллургической переработки концентратов колчеданно-полиметаллических руд месторождений Рудного Алтая оказывают влияние следующие их физико-химические свойства: термо-ЭДС, удельное электрическое сопротивление, электродные потенциалы, магнитная восприимчивость.
Фактический материал и методы исследований
В основу диссертационной работы положен фактический материал, собранный лично автором при разведке Зыряновского, Греховского, Майского и Малеевского колчеданно-полиметаллических месторождений в Зыряновском рудном районе в 1980-1991 гг., при разработке геофизических методов исследования, обеспечивающих решение задач оперативной оценки технологических свойств руд (технологического картирования), при анализе деятельности геолого-геофизических исследований и горно-обогатительных комплексовов Рудного Алтая в 1998-2005 гг. в ТУ «Востказнедра». В диссертации использованы следующие оригинальные материалы.
Результаты изучения электрофизических и электрохимических свойств руд и их связи с показателями флотационного обогащения на стадии детальной разведки Малеевского месторождения и подготовке регламентов на обустройство Малевского рудника и технологии переработки руд Малеевского месторождения на Зыряновской обогатительной фабрике.
Результаты изучения связи электрофизических и электрохимических свойств руд и основных рудных минералов и связей этих параметров с показателями флотационного обогащения на стадиях промразведки и эксплоразведки на 12,13 и 14 горизонтах Малеевского месторождения.
Результаты проведения каппаметрии и измерений термо-ЭДС по горным выработкам на горизонтах 11, 12, 13 и 14 Малеевского месторождения, данные измерений методами PC ВП, каппаметрии, термо-ЭДС на отметках 182,212,257метров карьера Николаевского месторождения.
Результаты изучения технологических свойств руд на стадии детальной разведки Майского и эксплуатационной разведки Греховского месторождений Зыряновского горнорудного района.
Результаты лабораторных исследований вещественного состава, электрофизических и электрохимических свойств руд Орловского, Николаевского, Тишинского и Ново - Березовского месторождений.
Результаты обобщения методов скважинной электроразведки и каротажа на Малеевском, Тишинском, Орловском и Николаевском месторождениях.
7. Результаты лабораторных работ по оценке контрастности и прогноза
показателей покусковой сепарации руд месторождений Чекмарь, Николаевское,
Орловское, Тишинское.
Исследования включали в себя изучение петрофизических основ различных способов обогащения колчеданно-полиметаллических руд и изучение электрофизических свойств основных рудных минералов месторождений Рудного Алтая, сбор, анализ и обобщение большого фактического материала по разведке, эксплуатации и обогащению.
Особое внимание уделялось установлению связей флотационных характеристик с электрофизическими и электрохимическими свойствами сульфидных минералов колчеданно-полиметаллических месторождений.
Практическая значимость работы
Разработана методика геофизических исследований, позволяющая в процессе проведения геологоразведочных работ решать следующие задачи: оперативно оценивать вещественные и физико-химические характеристики руд, определяющие их обогатимость, а также обеспечивать формирование и отбор представительных технологических проб.
Выявлена связь вещественного состава полиметаллических руд с физико-химическими характеристиками, которые влияют на показатели обогащения. Установлена возможность вести с помощью геофизических методов исследо-
вания, автоматизированный контроль и управление качеством руд на обогатительных фабриках и в карьерах.
В настоящее время на горно-обогатительных комплексах Рудного Алтая внедряются отдельные фрагменты разработанной автором технологии.
Основные результаты исследований, выполненные по теме диссертации, включены в подготовленный к изданию курс лекций «Геолого-технологическое картирование» (Восточно-Казахстанский государственный технический университет), а также в отчет по теме «Совершенствование методов комплексной геолого-технологической оценки участков, эксплуатируемых и подготавливаемых к освоению труднообогатимых руд колчеданно-полиметаллических месторождений» (ВНИИЦветмет).
Научная новизна работы. Личный вклад автора
Обобщены результаты изучения руд колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая с позиций понятия «геосистема», представляющие совокупность взаимосвязанных вещественных и физико-химических параметров.
Установлена неоднородность распределения рудных минералов, в том числе и одноименных, с различными физико-химическими свойствами в рудных телах и рудных залежах. Установлено, что это явление связано с особенностями генезиса и онтогении колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая.
Впервые на основании петрофизических исследований выявлены вещественные и физико-химические факторы, возникшие в разное время, в том числе и в процессе формирования колчеданно-полиметаллических месторождений, оказывающие значительное влияние на эффективность процессов флотационного обогащения.
Обоснована необходимость разработки технологии обогащения руд на информационной базе, содержащей сведения об их вещественном составе и физико-химических параметрах, а также о закономерностях пространственного распределения этих компонентов.
Определена принципиально новая обширная сфера применения геофизических методов при подготовке колчеданно-полиметаллических месторождений к эксплуатации.
Доказана возможность применения геофизических методов для оценки технологических параметров руд, определяющих эффективность флотационного и гидрометаллургического методов обогащения.
Сформированы рациональные комплексы геофизических исследований на различных стадиях подготовки месторождений к промышленному освоению.
Основные положения диссертации докладывались на: научно-практической конференции «Минерально-сырьевые ресурсы и устойчивое развитие Казахстана», Кокшетау, 1998 год;
региональной научно-практической конференции «300 лет горногеологической службе России», Барнаул, 2000 год;
региональной научно-практической конференции «Экономика природопользования Алтайского региона: история, современность, перспективы», Барнаул, 2000 год;
международной научно-технической конференции «Горногеологическое образование в Сибири. 100 лет на службе науки и производства», Томск, 2001 год;
второй международной научно-технической конференции «Современные проблемы геологии, минерагении и комплексного освоения месторождений полезных ископаемых Большого Алтая», Усть-Каменогорск, 2003 г.
международной научной конференции «Современные информационные технологии в геологоразведочной и горнодобывающей отраслях», Усть-Каменогорск, 2006 г.
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников из 172 наименований, содержит 119 страниц текста, 15 таблиц и 14 рисунков.
Благодарности. Автор выражает благодарность бывшим сотрудникам Зыряновской геологоразведочной экспедиции, коллективам ТОО «Геос» и территориального управления «Востказнедра», сотрудникам ВНИИЦветмета лаборатории Рудничной геологии и управления качеством руд: Н.И. Дегтярю, А.А. Михееву, А.С. Филатову; оказавшим большую помощь в проведении полевых и лабораторных экспериментов. В процессе работы автор неоднократно консультировался и обсуждал, изложенные в работе разнообразные проблемы с геофизиком О «Казцинк» Г.И. Бабенковым, главным геологом В.Т. Москаликом и главным обогатителем М.В. Косторевым; главным геологом ТОО «Геос» Сер-гийко Ю.А., заведующей лабораторией Благородных металлов и флотореаген-тов ВНИИцветмета Н.В. Сулаквелидзе и заведующей Лабораторией технологических испытаний минерального сырья Л.Б. Кушаковой и многими другими геологами, геофизиками и обогатителями Восточного Казахстана. Выражаю глубокую благодарность профессору Московской геологоразведочной академии В.В. Бродовому, доктору геолого-минералогических наук А.К. Мазурову, доктору геолого-минералогических наук Л.Е. Ерофееву за помощь, поддержку и советы. Особая моя благодарность профессору Восточно-Казахстанского государственного технического университета В.Д. Борцову за многолетнюю постоянную помощь и консультации.
Ретроспективный анализ и современное состояние геофизических методов исследований на Рудном Алтае
Геофизическая служба на Рудном Алтае, организованная В.А. Ведерниковым в 1937 году прошлого века, внесла большой вклад в создание и укрепление минерально-сырьевой базы цветных, благородных и редких металлов не только Казахстана, но и СССР. Причем, результативность геофизических методов при решении этой проблемы с течением времени не оставалась постоянной.
В 50-60 гг. XX в. наибольшая эффективность этого вида исследований проявилась на стадии поисковых геологоразведочных работ. В этот период геофизическими методами, проводимыми Алтайской геофизической экспедицией, открыты такие колчеданно-полиметаллические месторождения, как Ак-бастау, Космурун, Камышинское, Юбилейно-Снегирихинское, Гусляковское; Горностаевское месторождение силикатного никеля; выделен новый золоторудный район в Семипалатинском Прииртышье.
Следует отметить, что все эти открытия ограничивались месторождениями, залегающими на глубинах не более 10-15 метров. С истощением фонда неглубоко залегающих месторождений в основных рудных районах с развитой инфраструктурой, эффективность поисков геофизическими методами исследований стала ниже, и поисковые работы были перенесены в удаленные, малоизученные, труднодоступные районы. Одновременно были организованы исследования по усовершенствованию комплекса поисковых геофизических методов.
Из этих работ наиболее важными являются работы, выполненные на Рудном Алтае в конце 50-х - начале 60-х годов прошлого столетия, сотрудниками ВИТРа (в последствии ВИРГа) под руководством Д.А. Вигдоровича Ю.С. Рыссом, В.А. Комаровым, М.В. Семеновым и др. Они, к сожалению, не решили проблему поисков глубокозалегающих месторождений, но открыли новую страницу в применении геофизических исследований при разведке месторождений - создание по В.К. Лейону промышленных запасов. Этим коллективом разработаны и внедрены методы вызванной поляризации (ВП), скважин-ный вариант естественного электрического поля (ЕП), радиоволновое просвечивание (РВП), метод электрической корреляции (МЭК) [62, 76,110,112,120].
Кроме ВИТРа и ВИРГа, на Рудном Алтае опробованием и внедрением новых геофизических методов, начиная с 60-х годов, занимались научно-исследовательские институты КазВИРГ, ЦНИГРИ, СНИИГИМС. Благодаря многолетнему сотрудничеству с научно-исследовательскими институтами, были сформированы комплексные технологии, включающие методы каротажа и скважинной геофизики, обеспечивающие определение контуров рудных тел и залежей путем оценки элементов их морфологии (скважинный вариант ЕП, РВП, МЭК) и конфигурации в пространстве (метод заряженного тела) [75, 101,102,118,124]. Причем, последнее стало возможно с внедрением в практику геофизических исследований ЭВМ с помощью пакета программ, разработанных в НПО «Рудгеофизика» (М.В. Семенов) и СНИИГИМСе (B.C. Моисеев). Наряду с вышеперечисленными исследованиями были проведены работы по усовершенствованию комплекса геофизических методов, решающих проблему поисков глубокозалегающих колчеданно-полиметаллических месторождений:
В 60-х гг. лабораторией сейсморазведки (Караев Н.А.) разрабатывается и внедряется рудничная сейсморазведка, позволяющая картировать геологические структуры в высокоскоростных средах. Этим методом были проведены работы на Орловском, Николаевском месторождениях и в пределах Ревнюшин-ской структуры (Зыряновский рудный район).
М.В. Семеновым был разработан и опробован на Березовско-Белоусовском рудном поле мелкомасштабный метод заряда. Цель исследований - опоискование флангов известных и поиски новых месторождений в пределах этого рудного поля. Было обнаружено несколько высокопроводящих объектов [121,123].
П.С. Ревякиным, В.В. Бродовым, В.Д. Борцовым, В.Д. Толстобровым, Д.В. Титовым в 80-х годах разрабатывается методика поисков месторождений на оценках закономерностей локализации колчеданно-полиметаллического оруденения на базе анализа объемных моделей рудных районов, рудных полей, месторождений [23, 24]. Следует отметить, что площадь, на которой было открыто Юбилейно-Снегирихинское месторождение, была выдвинута как перспективная П.С. Ревякиным в 1958 году на основании установленной им закономерности локализации рудных полей на Рудном Алтае в зоне сочленения региональных разломов северо-западного и субширотного соединений.
Однако все вышеперечисленные работы не обеспечили серьезных поисковых результатов. Основными причинами явились: недопонимание роли и задач, решаемых геофизическими методами, руководителями геологической и геофизической службы и, как результат, отказ от исследований, направленных на анализ петрофизических особенностей аномалеобразующих объектов. Уже после первой скважины или горной выработки, не давшей положительного результата, направление работ закрывалось.
Таким образом, положительных результатов при поисках колчеданно-полиметаллических месторождений на Рудном Алтае геофизическими методами в последние десять лет перед перестройкой получено не было. Однако применение метода заряда было весьма эффективным. Так, в процессе проведения разведочных работ были открыты новые рудные залежи (Орловское месторождение), на стадии поисково-оценочных работ оперативно оценены масштабы оруденения, соответственно, определены направления геологоразведочного бурения, в результате чего вскрыты основные рудные залежи (Ново-Лениногорское и Малеевское месторождения).
В то же время продолжали совершенствоваться геофизические методы, используемые на стадии «создания промышленных запасов» [25]. Благодаря масштабному и высокоэффективному использованию методов скважинной геофизики и каротажа для геометризации рудных тел и определения содержаний металлов запасы по Малеевскому и Ново-Лениногорскому месторождениям были приняты ГКЗ без вскрытия их горными выработками тяжелого типа [141,143]. Достоверность подсчета запасов руд, выполненного в 1986 году с помощью комплекса геофизических методов, подтверждена на сегодняшний день эксплуатацией Малеевского месторождения.
В результате в значительной степени повысилась эффективность геологоразведочных работ. Внедрение же таких методов, как рентгенорадиометриче-ский каротаж (РРК), частичное извлечение металлов (ЧИМ), телефотометрии (ТФМ) обеспечивало оперативную оценку содержаний полезных компонентов и текстурно-структурных особенностей распределения в рудных телах рудных минералов. В этот период были получены также положительные результаты по оценке минерального состава рудных тел с помощью контактного способа поляризационных кривых (КСПК) (Рысс Ю.С.)[104,105,106,107]. Этот метод позволял также оценивать величину поверхности, линейных размеров рудных тел, концентраций и запасов минералов в них, увязывать различные пересечения рудных тел и оценивать пространственное положение рудной залежи. Однако этот метод руководством ПГО «Востказгеология» незаслуженно был предан забвению.
Петрофизические основы методов обогащения руд колчедан-но-полиметаллических месторождений Рудного Алтая
Для оценки возможности определения технологических свойств руд с помощью геофизических методов проводилось изучение петрофизических основ флотационного, гидрометаллургического обогащения и обогащения с помощью сортировок и сепарации. При этом использовались следующие данные. Изучение вещественного состава руд в технологических пробах Орловского, Николаевского, Малеевского, Тишинского, Ново-Березовского месторождений, на которых проводились эксперименты при разработке технологий флотационного обогащения во ВНИИцветмете: определение химического, минерального составов (Асмолова М.Б., Воронина М.К., Руднев В.Н., Генкин Ю.Б., Услугина Р.Ф.), форм нахождения металлов (Ляпунова СИ.), микрозон-довые исследования основных рудных минералов (Аникина Т.А.) [22, 39, 64, 65,68,97,165,171]. Изучение физико-химических свойств основных рудных минералов и руд (термо-ЭДС, удельное электрическое сопротивление, электродные потенциалы, поляризуемость, магнитная восприимчивость), выполненных во ВНИИцветмете (Дегтярь Н.И., Борцов В.Д., Борцов К.В, Филатов А.С., Титов Д.В.) и Зыряновской геологоразведочной экспедицией (Титов Д.В.) в пробах, на которых выполнялись эксперименты по флотационному обогащению (Шилина Н.Г., Селезнев Ю.Л.) [12,16,19,38]. флотационного обогащения является получение мономинеральных продуктов из руд. Флотационная переработка включает две следующие основные операции: Детализация руд на составляющие их минералы. Эта операция решается с помощью их дробления и измельчения. Формирование мономинеральных продуктов - концентратов. Эта операция осуществляется с помощью организации физико-химических процессов флотации. Чистота разделения руд на составляющие их минералы с помощью дробления и измельчения зависит от следующих факторов: 1. Гранулометрический состав зерен. Наиболее распространенный размер зерен при подготовке шихты к флотации после истирания - 0,074 мм, реже 0,05 мм. При меньшем размере зерен в рудах при дроблении и измельчении в пульпу выходят сростки разноименных минералов. 2. Структурно-текстурные особенности руд. Они определяют, с одной стороны, размер зерен, с другой - характер границ между зернами. При сложном характере границ, например, заливообразных, при дроблении и измельчении также могут выходить в пульпу сростки разноименных минералов. . 3.
Немаловажную роль играют оценки форм нахождения металлов в рудах, так как минералы, представляющие один и тот же металл, характеризуются различными флотационными свойствами. В практике же на обогатительных фабриках в большинстве случаев минеральный состав контролируется по результатам пересчета в минеральный состав данных химического анализа руд [2, 155]. Формирование мономинеральных продуктов производится с помощью флотации, основанной на различии физико-химических свойств поверхности отдельных минералов и, в частности, на свойствах гидрофобных минералов прилипать к находящимся в пульпе (пульпа-суспензия) пузырькам воздуха. Гидрофобность минералов создается с помощью введения в пульпу специальных флотационных реагентов. При флотации природа взаимодействия реагентов с поверхностью минералов определяется тем, что граница твердой и жидкой фаз обладает некоторым избытком поверхностной энергии.
Одним из главных следствий этого является существование электрического поля на поверхности частиц. В этом электрическом поле выделяются дальнодействующая (региональная) и короткодействующая (локальная) составляющая. Первая возникает при образовании избытка одноименных зарядов на поверхности минералов или является следствием дипольно-поляризационного смещения в ней электрических зарядов при адсорбции реагентов. Напряженность этого электрического поля поверхности минерала является основным фактором, определяющим вероятность достижения ионами и молекулами реагента поверхности минерала. Короткодействующая составляющая потенциального электрического поля обуславливается ван-дер-ваальсовыми адсорбционными и химическими обменными силами. Она обеспечивает закрепление флотационного реагента на поверхности частиц. Механизм формирования электрического поля частиц минералов в жидкой фазе рассматривается в работах Глембоцкого В.А. [40, 41], Шафеева Р.Ш. [153], Чантурия В.А. [155], Плаксина И.М. [87, 88, 89]. В общем случае электрический потенциал поверхности является следствием совместного протекания заряда двух процессов: растворения ионов в поверхности минерала и появления заряда на поверхности при растворении. Процесс растворения продолжается до тех пор, пока не будет достигнут минимум свободной энергии всей системы «минерал-раствор» и не установится равновесное электрически нейтральное состояние. При этом вблизи границы раздела фаз по обе ее стороны формируется слой, называемый двойным электрическим слоем. Равновесному состоянию каждой химической системы отвечает двойной электрический слой определенного строения, характеризующийся своей величиной емкости и тока обмена. Возможные модели двойного электрического слоя рассмотрены в работах Гельмгольца (1953), Гуи (1970), Чапмана (1913).
Штерна (1924), Фрейдлиха (1948) и др. Главной особенностью модели двойного электрического слоя, характерного для сульфидов, обладающих полупроводниковыми свойствами, является протяженность границы раздела не только в пределах жидкой фазы, но и вглубь от контакта тел. Толщина границы раздела представляется в виде суммы дебаевской длины экранирования в минерале и толщины двойного электрического слоя в жидкости. Основными факторами, обуславливающими толщину переходного меж- фазного слоя, являются электрический потенциал границы раздела фаз и плотность электрического заряда свободных электронов и дырок, находящихся в поверхностном слое минерала в пределах дебаевской длины. Описанная пограничная зона, возникающая на границе жидкой фазы минералов-полупроводников, согласно исследований Борцова В.Д [16], Богданова О.С. [8], Волькенштейн Ф.Ф. (1968,1969), Глембоцкого В.А. [40,41], Каковского И.Л., Ревнивцева В.И. (1961, 1971), Рогинского СВ. (1961), Шафеева Р.Ш. [153], Чантурия В.А. [155] и др., является ответственной за течение поверхностных химических и адсорбционных процессов на частицах минералов при флотации. При контакте полупроводника с раствором через границу раздела фаз могут переходить как электроны, так и ионы. Возникшая при этом величина контактной разности потенциалов описывается неравенством (1).
Геофизические методы, обеспечивающие оценку электрохимических свойств основных рудных минералов, определяющих протекание процессов гидрометаллургического передела концентратов
Задача оценки факторов, оказывающих основное влияние на протекание процессов гидрометаллургического передела, решается с помощью комплекси-рования петрофизических лабораторных и геофизических полевых методов. Это методы измерения термо-ЭДС, телефотометрия, рентгенорадиометрический каротаж и методы электрокаротажа.
На первом этапе оценивается с помощью измерения термо-ЭДС в комплексе с рентгенорадиометрическим каротажом присутствие в рудах минералогических обособлений, формирующих макрогальванические элементы. Анализ этой информации позволяет сделать вывод о дырочной либо электронной проводимости пиритной матрицы, содержащей прожилки и вкрапленность сфалерита, халькопирита и галенита. Причем, содержания этих минералов могут быть распределены весьма неравномерно [125].
Характер распределения минералов может быть значительно уточнен с помощью телефотометрии разведочных скважин. Этот метод скважинных работ успешно применялся при разведке Малеевского месторождения.
В настоящее время в Казахстанском национальном техническом университете разработана телефотометрическая аппаратура, позволяющая получать цветное изображение с высоким разрешением.
По полученным результатам можно сделать заключение о наличии мак-рогальванических элементов, сформированных минеральными обособлениями пирита с дырочной проводимостью и халькопирита с электронной проводимостью, а также сфалерита и галенита. Характер соотношения халькопирита и пирита может быть установлен с помощью сопоставления результатов каротажа методами МСК и РРК.
На втором этапе в лабораторных условиях в пробах, керне из скважин с помощью методики, разработанной Л.Б. Кушаковой, оценивается наличие микрогальванических элементов, образованных сростками минералов с резко различными электрофизическими (электрохимическими) свойствами. Наличие в рудах этих двух петрофизических элементов, с одной стороны, свидетельствует о благоприятных предпосылках использования гидрометаллургических способов обогащения, с другой стороны - о низкой эффективности флотационного обогащения при переработке таких руд.
Для решения данной задачи предлагается использовать следующие геофизические методы - рентгенорадиометрический каротаж, плотностной гамма-гамма каротаж, каротаж магнитной восприимчивости, телефотометрию и методы электрического каротажа.
Задача комплекса геофизических методов, обеспечивающих оценку физических методов обогащения на базе сортировок и сепарации, базируется на определении контрастности распределения полезных компонентов и связи физических параметров с их содержанием в используемых при этом порциях.
Как уже указывалось выше, при оценке контрастности распределения полезных компонентов по керну скважин, по результатам опробования горных выработок используются линейные эквиваленты, предложенные Л.Ч. Пухаль-ским.
Правомерность их использования подтверждена на практике О.А. Архи-повым (1981), А.Ю. Большаковым, В.Н. Комлевым (1979), К.В. Борцовым, Ю.Б. Генкиным (1994-1998) [20,35].
Основными проблемами при оценке контрастности в реальных условиях по скважинам и горным выработкам являются: учет соотношения в пределах интервалов соответствующих линейных эквивалентов мощности руды и присутствующих в ней нерудных интервалов; оценка шага измерений с учетом соотношения рудных и нерудных интервалов в линейных эквивалентах.
О.А. Архиповым предложен показатель контрастности, отражающий ее зависимость от размеров нерудных образований и размеров линейных эквивалентов. Основное преимущество этого показателя заключается в том, что он позволяет прогнозировать контрастность руд уже на стадии геологоразведочных работ по данным оценки мощностей рудных, нерудных интервалов и содержаний в них полезных компонентов с использованием как геологического опробования, так и каротажа.
Комплексирование геофизических методов, обеспечивающих оценку технологических свойств руд на различных стадиях разведки колчеданно-полиметаллических месторождений Рудного Алтая
Геофизические методы, обеспечивающие оценку технологических свойств руд необходимо включать в комплекс геолого-геофизических исследований проводимых на всех стадиях геологоразведочных работ.
В условиях постоянного снижения содержаний полезных компонентов в рудах эксплуатируемых месторождений и вовлечение в переработку все в больших количествах труднообогатимых их разновидностей объем исследований по разработке технологий освоения разведанных запасов непрерывно увеличивается. Вместе с тем возрастают требования к достоверности результатов исследований технологических свойств руд. Существующая в настоящее время методика технологического опробования руд не обеспечивает достоверной оценки их вещественных и физико-химических характеристик, определяющих протекание основных процессов обогащения: флотационного, гидрометаллургического, физических методов обогащения на основе сортировок и сепарации. Вследствие этого значительная часть перерабатываемого в настоящее время труднообогатимого сырья находится на пределе рентабельности [13,14,37,144, 147].
Это вынуждает горнодобывающие предприятия ревизировать полученные геологическими организациями технологические показатели и проводить самостоятельные испытания с привлечением различных научно-исследовательских организаций. Эти исследования, как правило, имеют цель получить более достоверные исходные данные по технологическим свойствам руд, необходимым для усовершенствования технологий их переработки. Нередко такие работы проводятся непрерывно с первых месяцев работы обогатительной фабрики до полной отработки разведанных запасов на месторождении. Безусловно, внедрение предлагаемого комплекса геофизических исследований, значительно повысит качество технологических оценок.
При этом несколько увеличится стоимость работ по оценке технологических свойств руд. Однако, учитывая колоссальные убытки горнодобывающих предприятий от недостаточной достоверности данных, используемых в настоящее время при проектировании обогатительных фабрик (разработка технологий обогащения), оно, в целом, является небольшим по сравнению с потерями металлов [140].
Высокая степень достоверности оценки технологических свойств руд может быть достигнута при следующих условиях:
Последовательное изучение с нарастающей детализацией от стадии к стадии геологоразведочных работ совокупности вещественных и энергетических характеристик руд и основных рудных минералов [15, 135]. Соблюдение преемственности принципов и методик оценок технологических параметров на всех геологоразведочных стадиях [11,24,55,63,133].
Принципиальная схема комплексирования геофизических методов, обеспечивающих получение информации по технологическим свойствам руд на различных стадиях геологоразведочных работ, приведена в таблице 15.
В ней предлагается комплекс геофизических исследований скважин (ГИС), решающий задачи изучения вещественного состава и технологических свойств руд колчеданно-полиметаллических месторождений. При этом комплекс ГИС рассматривается как единая система геофизических исследований скважин, поверхности и горных выработок, включающая в себя: набор скважинных и каротажных методов, необходимых для изучения природных и технологических типов руд; технологию проведения ГИС: масштабы, этапность проведения исследований; методику интерпретации ГИС.
Набор методов ГИС на поисково-оценочной и разведочных стадиях подразделяется на группы [137,139]:
Первая включает метод заряженного тела, измерения в скважинах ЕП, КС, РРК. Масштаб исследований методом заряженного тела 1:5 000 -1:10 000, исследований методом КС и РРК - 1:500. Общая задача - выделение, уточнение местоположения рудных интервалов, картирование рудовмещающих структур. Этими методами охватываются все скважины. На основании полученных данных строится частная петрофизическая модель первого приближения, которая используется для предварительной количественной интерпретации метода заряда.
Вторая представлена методами, обеспечивающими увязку рудных интервалов, определение зон выклинивания, оконтуривание околоскважинного и межскважинного пространства - МЭК и РВП, ДЭМПС (дипольное электромагнитное профилирование скважин). Масштаб 1:1000. По этим данным уточняется петрофизическая модель первого приближения, она используется для обсчета следующих вариантов при интерпретации метода заряда. Корректировка петрофизической модели производится в динамическом режиме по мере выполнения исследований методами МЭК и РВП.
Третья обеспечивает оценку вещественного состава, содержаний полезных компонентов, текстурно-структурных особенностей в выделенных рудных интервалах - РРК, МСК, КС, телефотометрия. Измерения проводятся в масштабах 1:500 - 1:50. Рекомендуется проведение измерений методом КСПК. В этом случае может быть получена информация по минеральному составу руд, электрофизическим свойствам слагающих их рудных минералов, а также могут быть выполнены предварительные оценки запасов полезных компонентов. По полученным данным составляется модель распределения природных типов руд. Четвертая оценивает физико-химические свойства, определяющие протекание процессов флотации, гидрометаллургической переработки и методов предварительного обогащения на основе сортировок и сепарации. Эти измерения проводятся в пределах выделенных природных типов руд. Для изучения электрофизических (электрохимических) свойств руд выполняются поточечные измерения методом PC ВП или методом измерения термо-ЭДС. При благоприятных условиях (рН бурового раствора, дифференциация рудных минералов по термо-ЭДС) эти методы заменяются каротажным методом МЭП. Масштаб записи кривых 1:50 — 1:100.
Дополнительные методы при оценке параметров, обуславливающих протекание процессов предварительного обогащения с помощью сортировок и сепарации (ГГК-П, КМВ), определяются выбранным разделительным критерием.
Конечным результатом геофизических исследований является формирование в составе объемных физико-геологических моделей (ФГМ) частных моделей - физико-геологических технологических моделей (ФГТМ), отображающих распределение руд с различными технологическими свойствами и прогнозных показателей обогащения различными методами на следующих иерархических уровнях: рудная залежь-рудное тело-добычной горизонт-выемочные блоки. Стадия поисково-оценочных работ
Целью геофизических исследований на этой стадии является: Предварительное определение объемов и морфологии вскрытого скважиной (скважинами) оруденения. Предварительная оценка минерального состава оруденения в пределах вскрытой зоны минерализации (предполагаемого рудного тела), электрохимических, электрофизических свойств основных рудных минералов. Для решения этих задач выполняются следующие полевые и лабораторные работы.
Полевые исследования. В первой скважине, вскрывшей оруденение, выполняется каротаж методом РРК, МСК и ТФМ, а также скважинные работы методом заряда (ЗТ) и КСПК. Методами РРК и ТФМ оцениваются содержания полезных компонентов и текстурно-структурные особенности оруденения. На основании этих исследований делаются выводы о промышленной значимости оруденения. Методом МСК оценивается дифференциация руд по электрической проводимости и определяется место точки заряда при производстве работ методом заряда.
Перед методом заряда ставится задача оценки морфологии в трехмерном пространстве вскрытого скважиной оруденения и предварительное определение его объема. Перечисленные задачи решаются с помощью объемной количественной интерпретации.
