Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Горнопромышленные отходы в народном хозяйстве 8
1.1. Горнопромышленные отходы в структуре минерально-сырьевой базы 8
1.2. Горнопромышленные отходы в структуре горнопромышленного комплекса . 12
1.3. Техногенное месторождение «Отвалы Аллареченского месторождения» как новый геолого-промышленный тип источника минерального сырья 16
Выводы 19
ГЛАВА 2. Условия формирования, строение и запасы техногенного месторождения «Отвалы Аллареченского месторождения» 20
2.1. Предпосылки образования техногенного месторождения «Отвалы Аллареченского месторождения». Формирование и история объекта 20
2.2. Краткая геологическая характеристика Аллареченского месторождения 25
2.3. Запасы, кондиции и условия отработки Аллареченского месторождения 30
2.4. Геологическое строение ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» 33
2.5. Методика геологоразведочных работ, запасы и кондиции ТМ «Отвалы
Аллареченского месторождения» 36
Выводы 43
ГЛАВА 3. Вещественный состав и технологические свойства пород и руд ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» 45
3.1. Характеристика вмещающих пород 45
3.2. Характеристика и вещественный состав руд 46
3.3. Характер распределения руд в породной массе отвала 58
3.4. Технологические свойства руд. Возможные способы обогащения
3.4.1. Традиционные способы обогащения сульфидных медно-никелевых руд.. 60
3.4.2. Гравитационные свойства руд 62
3.4.3. Магнитные свойства руды и возможность их использования для крупнокусковой предварительной концентрации 68
3.4.4. Тестовые опыты гидрометаллургического способа обогащения мелкозернистой фракции отвалов з
3.4.5. Перспективные способы обогащения отвальной массы техногенных месторождений типа «Отвалы Аллареченского месторождения» 80
Выводы 88
ГЛАВА 4. Последствия долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения 90
4.1. Характеристика изменений химического и вещественного состава руд отвала
4.2. Экологические последствия долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения 94
4.2.1. Оценка уровня загрязненности Печенгского района. Источники загрязнения 95
4.2.2. Оценка уровня загрязненности участка ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» 98
4.3. Оценка ущерба последствий долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения 109
Выводы 113
ГЛАВА 5. Хозяйственно-правовые аспекты хранения и использования горнопромышленных отходов 115
5.1. Экономические аспекты хранения и использования горнопромышленных отходов 115
5.2. Краткий анализ российского законодательства в сфере использования и переработки горнопромышленных отходов 120
5.3. Нормативно-правовой регламент подготовки техногенных минеральных объектов к эксплуатации, диктуемый положениями ЗРФ «О недрах» 121
5.4. Перспективные направления изменения законодательства РФ в стимулировании предпринимательского интереса к переработке ГПО 128
Выводы 131
Заключение 133
Список литературы
- Горнопромышленные отходы в структуре горнопромышленного комплекса
- Запасы, кондиции и условия отработки Аллареченского месторождения
- Магнитные свойства руды и возможность их использования для крупнокусковой предварительной концентрации
- Оценка уровня загрязненности Печенгского района. Источники загрязнения
Горнопромышленные отходы в структуре горнопромышленного комплекса
Не в лучшем состоянии находится рентабельная часть МСБ других полезных ископаемых: свинца, молибдена, марганца, уранового сырья и др.
В то же время страна обладает значительным резервом увеличения МСБ за счет вторичных ресурсов, накопленных в отходах горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Существенные масштабы добычи полезных ископаемых в России и одновременно невысокий уровень их комплексной переработки способствуют постоянному воспроизводству ГПО, в которых суммарные содержания накопленных полезных компонентов равноценны открытию многих новых месторождений. По ориентировочной оценке [107] в ГПО содержится более 8млн. т Си; 9млн. т Zn; 1млн. т Pb; 2,5млн. т Ni; 33,5млн. т АІ2О3; бООтыс. т Sn; 200тыс. т Mo; 1тыс. т Au; 12тыс. т Ag. При этом российские балансовые запасы меди составляют 92,7 млн. т, прогнозные ресурсы никеля оцениваются в 22,3 млн. т., балансовые запасы никеля с 2002г являются государственной тайной.
К настоящему времени в России накоплено более 80 млрд. т ГПО. Однако в настоящее время в масштабах страны используется лишь мизерная часть ГПО, причем использование их ограничено преимущественно производством щебня из вскрышных пород железорудных месторождений.
Обычно техногенные отходы принято классифицировать по ряду признаков, важнейшим из которых является процесс их образования:
Отходы добычи - отвалы горнодобывающих предприятий, сложенные преимущественно крупнообломочным материалом вскрышных и вмещающих пород, некондиционных руд, а также балансовых руд из числа их потерь при добыче из некондиционных прослоев;
Отходы обогащения - шламохранилища и хвостохранилища, сложенные преимущественно мелкозернистым материалом;
Отходы металлургического передела - отвалы металлургических и гидролизных производств, в виде шлаков и шламов.
К настоящему времени в России накоплено более 80 млрд. тонн ГПО, которые при средней толщине слоя 20 м занимают площадь более 1300км . Ежегодно для размещения отходов отчуждается не менее 85-90км земель, при этом, негативное их воздействие на окружающую среду проявляется на территориях в десять раз превышающих площади, занимаемые самими отходами [12].
Ежегодный прирост отходов по отдельным отраслям составляет (в млн. тонн): угольная промышленность - 1960, черная металлургия - 630, цветная металлургия - 374, химическая промышленность и производство минеральных удобрений - 270, промышленность строительных материалов - 265.
Так, только в одной Мурманской области ежегодно складируется 150- 170 млн. тонн ГПО [17], общий объем которых к настоящему времени достиг около 8 млрд. т. (более 10 тыс. тонн на одного жителя). Из этого объема забалансовые и попутные руды, складированные в общие отвалы, составляют 2.4%, породы вскрыши и проходки (скальные и моренные) - 72.4%, хвосты обогащения - около 24 %, остальное составляют шлаки и золы (до 1.5%).
Все техногенные отходы фактически являются минерально-сырьевыми ресурсами, перспективными для освоения, и, видимо, по этой причине в современной геологической литературе их часто обозначают термином техногенные месторождения. Однако использование термина техногенные месторождения для всех горнопромышленных отходов является некорректным, так как статус месторождения может быть присвоен только в случае положительной технико-экономической оценки его разработки, и после утверждения запасов в ГКЗ РФ. В результате возникает некоторая путаница. Фактически на сегодняшний день мы имеем множество техногенных образований (ТО) и единицы техногенных месторождений (ТМ).
В таблицах 1.1 и 1.2 приведены обобщающие данные о количестве горнопромышленных предприятий и их структурных подразделениях, сгруппированных раздельно по Мурманской области и по отрасли производства никеля в России, а также используемые ими источники минерального сырья.
Название предприятия Минеральное сырье Продукция Структурные подразделения Добыча (рудник, месторождение) Обогащение Металлургическая переработка ОАО «Апатит» Апатит-нефелиновые руды Апатитовый и нефелиновый концентраты Кировский объединенный, Расвумчоррский, Центральный, Восточный Апатит-нефелиновые обогатительные фабрики: АНОФ-2, АНОФ-3 ОАО «Кольская горно-металлургическая компания» (ОАО «Кольская ГМК) Сульфидныемедно-никеле-вые руды Электролитные никель и медь, карбонильный никель, кобальтовый концентрат, концентраты драгоценных металлов, серная кислота. Центральный,Северный, Ка-ула-Котсель-ваара Обогатительная фабрика №1 Плавильный цех комбината «Печенга-никель», рафинировочный комбинат «Северони-кель»
ОАО «Ол-кон» Железистые кварциты Железорудный концентрат, фер-ритовый стронциевый порошок,строительный щебень Оленегорское, Кировогорское,им. Баумана, ХУлет Октября, Комсомольское Др обильно-обогатительная фабрика (ДОФ), щебеночный завод Название предприятия Минеральное сырье Продукция Структурные подразделения
Добыча (рудник, месторождение) Обогащение Металлургическая переработка
ОАО "Ков-дорский ГОК" Апатит-магне-титовые руды, отходы мокрой магнитной сепарации Концентраты: железорудный,апатитовый, бадделеитовый Железный, Хвосты ММС 1 -го поля хвостохра-нилища Обогатительныефабрики: магнито-обогатительная(МОФ), апатито-бадделеитовая(АБОФ) ОАО "Ков-дорслюда" Флогопитовые и вермикули-товые руды, кварц-полевошпатовое сырье Концентраты: флогопитовый, вермикулитовый Ковдорское вермикулит- флого-питовое, Куру-Ваара Обогатительные цеха: вермикулитовый (ВОЦ), флогопитовый (ФОЦ) ООО "Ло-возерский горно-обогатительный комбинат" Лопаритовые руды Тантал о-ниобие-вый концентрат Карнасурт, Кедыквырпахк Обогатительная фабрика Карнасурт ОАО «Кандалакшский алюминиевый завод» Глинозем Алюминий и изделия из него, галлий Привозное сырье - Алюминиевый завод«КАЗ»
Запасы, кондиции и условия отработки Аллареченского месторождения
Аллареченское месторождение оказалось уникальным по необычайно высокому содержанию в рудах никеля, содержание которого в сплошных рудах достигало 28%, в богатых вкрапленных - 10%, в бедных вкрапленных - до 2%. Содержания меди от 0,2% до 12%. Содержание кобальта было наиболее высокое в сплошных рудах и достигало 0,1% - 0,7%.
В структурном плане Аллареченское месторождение представляло две рудных залежи в виде самостоятельных структурных единиц - Основную и Северную, расположенную в 300-х метрах в северо-восточном направлении от северного фланга Основной залежи (Рисунок 2.2).
Подсчет запасов основывался на следующих кондициях: минимальное бортовое содержание никеля 0.5%, минимальная мощность рудного тела 1 метр, или с минимальным метропроцентом более 0.5, включение в подсчетный контур прослоев пустых пород и некондиционных руд мощностью до 2м. К забалансовым рудам были отнесены руды с содержанием никеля 0.2-0.5%.
Кроме того, при утверждении запасов, Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых (ГКЗ) был произведен их пересчет. Из подсчета было исключено изолированное Верхнее рудное тело №1 Основной залежи с запасами никеля 200т (содержание никеля 3,56%). Все запасы кобальта, селена, теллура и серебра в связи с их слабой изученностью были переведены в категорию С2. Так же, в категорию запасов С2 были переведены запасы никеля и меди категории О Северной залежи. В итоге, категорию запасов С2 месторождения составили руды практически только одной Северной залежи (250 тыс. тонн из 261 утвержденных), но Северная залежь так и не была разработана, и ее запасы были списаны с государственного баланса в 1991 году.
Суммарные запасы Аллареченского месторождения (с учетом обеих залежей), утвержденные ГКЗ [70], приведены в таблице 2.1.
Как видно из таблицы, эксплуатация месторождения строилась из приоритета добычи богатых разновидностей руд со средним содержанием никеля более 4-х процентов, пригодных для пирометаллургической переработки в цехах комбината «Печенганикель» без дополнительного обогащения.
Параметры Основной рудной залежи хорошо подходили для открытого способа разработки. Размеры залежи по простиранию составляли 1060 метров, расстояние между западным и восточным крыльями варьировали от нескольких метров на флангах до 220м в центральной части. Максимальная глубина залегания 70м. На севере Основная рудная залежь выходила на поверхность, а на юге - под чехол четвертичных моренных, флювиогляциальных и озерно-ледниковых отложений, мощность которых менялась в пределах от їм в северной части до 20м в южной части. Наибольшая глубина висячего бока 60м.
Соотношение вскрыши к мощности рудного тела варьировало от 0,7 до 12, в среднем равнялось 5. Средняя мощность вскрыши 37м, из них 25м скальных пород и 12м рыхлых отложений.
Река Алла дважды пересекала залежь. Для ее отвода была прорыта система каналов соединяющих озера Алла-Аккаярви и Рош-Яур через сеть мелких озер, протяженностью более 2-х км, а так же возведена дамба в месте истока реки Алла из озера Алла-Аккаярви.
Как указывалось выше, спецификой разработки месторождения являлась добыча исключительно богатых руд, поэтому некондиционные руды и руды некондиционных прослоев, а так же руды неучтенных разведкой но вскрытых при отработке многочисленных оперяющих ответвлений, обособленных жил и прожилков удалялись в отвал, где складировались совместно со вскрышными и вмещающими породами.
Общий объем руды, вывезенной в отвалы, в настоящее время оценить проблематично, так как вся информация о запасах, содержаниях, мощности добычного предприятия, извлеченных, оставленных в недрах и/или складированных в отвалах запасах до конца 1990-х гг. являлась секретной. А после 1990-х и по настоящее время эта информация получила дополнительно статус «коммерческой тайны». За истекший с начала эксплуатации период часть первичных информационных ресурсов по данным эксплуатации Аллареченского карьера была списана и ликвидирована, а другая часть не подлежит использованию «третьими лицами» в соответствии с внутриведомственными актами.
Тем не менее, по результатам сводного обобщения и анализа всех материалов и данных можно предполагать, что в отвалах Аллареченского месторождения были заскладированы: 1. Большая часть забалансовых руд, объем которых оценивался в 937 тыс. т. с содержаниями Ni - 2,1 тыс. т, Си - 1,0 тыс. т, Со - 61,4 т. 2. Балансовые и забалансовые запасы Верхнего рудного тела № 1, содержащие Ni - 0,2 тыс. т, Си - 0,1 тыс. т, Со - 8,9 т [64, 70]. 3. Рудные прослои, линзы и участки с содержанием менее 0,5 метропроцента, не включенные в подсчет запасов. Неучтенные вследствие сложной морфологии и большой изменчивости рудных тел апофизы, ответвления и прослои богатых и бедных руд во вмещающих породах. Потери богатых руд за счет смешивания со вскрышными породами в процессе добычи. Суммарные объемы руд данной категории, по опыту отработки подобных месторождений на разных стадиях открытых горных работ, могли составить 5-8% его запасов. Применительно к Аллареченскому месторождению это не менее 100 тыс. тонн руды с содержанием никеля более 4 тыс. тонн. 4. Часть балансовых запасов кондиционных бедных руд с содержанием никеля 0,5-2 % в блоках, которые не позволяли получить с учётом разубоживания средневзвешенное содержание никеля в добытой руде 4% и более. Данная категория оценке не поддается в связи с отсутствием отчетных данных об использовании этих типов руд.
Таким образом, за время эксплуатации карьера в отвалы по разным причинам поступило не менее 1 млн. т. балансовых и забалансовых руд разных типов, содержащих по укрупненной оценке не менее 5-6 тыс. т. никеля, что является нижним пределом оценки ресурсного потенциала ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения».
Как указывалось выше, все типы сульфидных руд Аллареченского месторождения характеризовались одинаковым составом рудных минералов и отличались лишь их количественным соотношением. Соотношения содержаний никеля и меди при этом варьировали, но с сохранением определяющей роли никеля в удельной массе. Корреляционные связи между никелем и медью [64, 119] в сплошных рудах выражались отношением 3.3:1, в богатых вкрапленных - 2.7:1, в бедных вкрапленных - 2.3:1 и в оруденелых вмещающих породах - 0.9:1. Удельный вес сплошных руд в общих запасах месторождения составлял 20%, богатых вкрапленных - 47% и бедных - 33%. С учетом того, что в богатых разновидностях руд было сосредоточено подавляющее большинство запасов металлов (65-70%), средневзвешенное соотношение Ni:Cu по месторождению находилось в пределах 2-2.3, что в целом близко к таковому по месторождениям Аллареченского рудного поля.
Таким образом, учитывая данное соотношение, можно уверенно полагать, что за период эксплуатации Аллареченского месторождения вместе с никелем, в различных типах руд в отвалы было вывезено так же не менее 2.3-2.8 тыс. тонн меди. 2.4. Геологическое строение ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»
Основные черты геологического строения и распределения минерального сырья в отвалах обусловлены особенностями и минерально-вещественным составом руд и вмещающих пород, а также режимом эксплуатации карьера и технологией отвалообразования.
Как отмечалось ранее, отработка Аллареченского месторождения проводилась открытым способом. Удаление некондиционных руд, вскрышных и вмещающих пород, осуществлялось автомобильным транспортом в отвалы, расположенные западнее внешнего контура карьера. Погрузка пород в автотранспорт осуществлялась экскаватором ЭКГ-4,6. Отвалообразование проводилось бульдозерами путем разравнивания доставленной и разгруженной породы внутри отвалов, а в краевых частях сталкиванием их под откосы. Отвалы формировались слоями высотой до 2,0 м с образованием ярусов от 4,5 м до 17,5-20 м. На отдельных участках ярусы сливались в единый откос высотой до 40 м и более.
Магнитные свойства руды и возможность их использования для крупнокусковой предварительной концентрации
Магнетит в массивных рудах встречается в виде идиоморфных, иногда оплавленных или слабо корродированных сульфидами зернах. Распределение его в целом носит весьма неравномерный характер: от почти полного отсутствия до богато-интенсивной вкрапленности.
В настоящее время, в сплошных рудах кроме вышеназванных были диагностированы следующие минералы: пирит и его разновидность бравоит, ильменит в виде включений пластинчатой формы в магнетите, сфалерит, молибденит, галенит, герсдорфит (NI(As,S)2), виоларит, валлериит, ковеллин (CuS), самородная медь, гринокит (CdS), сперрилит (PtAs2), цумоит (BiTe), гессит (Ag2Te), алтаит (РЬТе), майченерит (PdTeBi) и торионит [(Th,U,Pb)02].
В коренном Аллареченском месторождении, как разновидность, были выделены пиритизированные сульфидные массивные руды, отличающиеся от вышеописанных, аномально повышенным содержанием пирита. Однако в техногенном месторождении таких руд встречено не было. Связано это очевидно, с их незначительной распространенностью и с неустойчивостью основных рудообразующих минералов (пирита и пирротина) в гипергенных процессах, которые могли их полностью разрушить.
Брекчиевые руды встречаются в отвалах крайне редко (единичные находки). Образованы они обломками массивных руд, сцементированными вмещающими породами. По внешнему виду это бурые пористые обломки брекчиевого сложения. Из-за пористости у них низкая плотность (в пределах 3,1-3,3 г/см3), однако, по содержанию полезного компонента они относятся к богатым рудам.
Окисленные руды появились в результате гипергенного воздействия на первичные руды, в период их длительного нахождения в породном отвале. Процессы окисления, перемещения и переотложения изменили первоначальные качества значительной части руды (табл. 3.2). Начальная стадия изменений связана с появлением в рудах таких минералов как ковеллин, самородная медь, виоларит, бравоит. На более поздних стадиях начинаются процессы разрушения руд, которые наиболее ярко проявляются в богатых рудах. Визуально - обломки богатых руд спекаются, покрываются корочкой гидроокислов железа, начинают шелушиться и рассыпаться. На химическом уровне - сульфиды переходят в сульфаты и гидроокислы, которые, растворяясь, выносятся и отлагаются на близлежащих вмещающих породах в виде зеленоватых и бурых налетов. К настоящему времени в структуре запасов и ресурсов ТМ около 3-4%, или 200-250 тонн никеля представлено его сульфатными формами. Наиболее полно процессы окисления, и связанные с ними последствия описаны в главе 4 данной работы. Акцессорная рудная минерализация.
Акцессорная рудная минерализация была достаточно изучена в процессе разведки коренного Аллареченского месторождения [64]. Кроме того, по наиболее значимым элементам, таким как Se, Те и Ag - был произведен подсчет запасов.
Однако, сопоставление объемов запасов основных компонентов (Ni и Си) коренного и одноименного техногенного месторождений, и элементарный пропорциональный расчет показывают, что, сколько ни будь существенных содержаний сопутствующих компонентов в последнем, ожидать не приходится. Например, если в коренном месторождении запасы Ag в категориях B+Ci составили 3,95т, то в верхних ярусах техногенного их следует ожидать не более 100кг, а с учетом неизбежных потерь при обогащении - и того меньше.
В ходе разведки коренного Аллареченского месторождения было так же доказано отсутствие в рудах значимых содержаний других благородных и редкоземельных металлов.
Тем не менее, для получения более полного представления о характере формирования руд Аллареченского месторождения, на современном этапе были проведены дополнительные исследования [91], из которых наибольший интерес представляют результаты изучения образцов богатых руд.
Образцы дробились с помощью электро-импульсной установки (метод Юткина). Данный метод "бережного" дробления позволяет избежать деформации и истирания мягких и хрупких минералов, в отличие от механических способов, так как при нем разрушение породы происходит вдоль границ разнородных сред, в данном случае - вдоль границ минералов.
Из полученного материала были выделены "тяжелые" концентраты (концентраты, обогащенные более тяжелыми, чем рудообразующие сульфиды, акцессориями этих руд), которые изучались при помощи электронного микроскопа-микроанализатора Camscan-4DV с энергодисперсионным спектрометром Link AN-1000 и волновым спектрометром Microspec. Параллельно, из этих же руд были отобраны пробы, которые исследовались в Actlabs Ltd/Ancaster (Канада).
Применение данной методики исследований позволило установить наличие в рудах месторождения не определенных ранее минералов, таких как: герсдорфит (NI(As,S)2), самородную медь, гринокит (CdS), алтаит (РЬТе), майченерит (PdTeBi), торионит ((Th,U,Pb)02) и неназванный (Cu,Au,Ni,Zn,Ag) - в массивных рудах; и паркерит (№381282), висмутогаухекорнит (Ni9Bi2S8), электрум (AuAg), кюстелит (Ag3Au), неназванный ((Au,Ag)3Cu), монацит ((Ce,La,Nd)P04) и уранинит ((U,Pb)02) - во вкрапленных рудах.
Проведенные исследования так же дали возможность определить основные формы нахождения благородных металлов в рудах. Палладий в рудах, главным образом, входит в состав пентландита. Лишь при относительно высоких его концентрациях ( 0,4-0,5г/т) в рудах появляется собственный Pd-минерал майченерит, который встречается в виде единичных мелких (до 18мкм) зерен. Химический состав его близок к стехиометрическому (масс. %): Pd 23.9, Те 30.5, Ві 45.7, сумма 100.1; формула - Pd0 99ТЄ1 05ВІ0 96 Платина в различных разновидностях руд связана с образованием одного минерала -сперрилита. Зерна сперрилита имеют размер 12-144мкм, средний 44мкм и встречаются как в виде мономинеральных зерен, так и в сростках с халькопиритом, изредка с пентландитом и пирротином. Зерна сперрилита обычно имеют неправильную форму, реже идиоморфные. Этот минерал всегда имеет химический состав, близкий к стехиометрическому PtAs2 (масс. %): Pt 57.1, As 43.6, сумма 100.7.
Руды месторождения относительно бедны золотом и несколько обогащены серебром. Основными носителями золота являются электрум, кюстелит, и неназванные твердые растворы: (Au,Ag)3Cu, и (Cu,Au,Ni,Zn,Ag) (последние два были обнаружены в единичных количествах). Зерна всех этих минералов размером от 20-50мкм до 125-200мкм имеют неправильную форму, присутствуют в виде самостоятельных зерен, или в сростках с сульфидами (халькопирит, пентландит) и силикатами (моноклинный пироксен, амфиболы).
Основным носителем серебра, помимо Au-Ag твердых растворов, является гессит. Во вкрапленных рудах этот минерал присутствует в виде сростков с халькопиритом, изредка с пирротином, пентландитом и галенитом, либо образует самостоятельные зерна неправильной формы, размером 5-80мкм (в среднем 30-40мкм). В массивных рудах гессит постоянно диагностируется в виде мелких (10-20 мкм) зерен неправильной формы в тесной ассоциации с другими теллуридами: цумоитом, алтаитом и майченеритом, а так же с халькопиритом. Реже встречаются включения гессита в пентландите и в пирротине. Химический состав этого минерала близок к стехиометрическому (масс. %.): Ag 62.7, Fe 0.5, Ni 0.4, Те 37.9, сумма 100.2; формула - (Agi 95Feoo3Nioo2)2 0oTei 00.
Помимо минералов благородной группы металлов обращает на себя внимание разнообразие Ві-минералов. Некоторые из них ранее в рудах месторождения не диагностировались. Несмотря на весьма низкую степень минерализации, характерным минералом вкрапленных руд является паркерит, массивных - цумоит. Паркерит помимо свободных зерен образует многочисленные зерна-сростки со всеми сульфидами руд, особенно с галенитом. Причем, характерной особенностью последнего является его обогащенность Ві на 2.8-5.3 масс. % (по данным 9 микрозондовых определений). Цумоит образует мономинеральные зерна неправильной округлой формы или сростки с гесситом (размерами до 50 мкм), которые обычно образуют включения в пентландите и халькопирите. Химический состав этого минерала
Оценка уровня загрязненности Печенгского района. Источники загрязнения
Необходимо отметить, что отрицательные результаты проведенных исследований по реакторному выщелачиванию фракции -3+0мм отвальной массы не корреспондируются с результатами исследований [18, 40-43, 113, 117], проведенных Институтом проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН (Апатиты), которые указывают на внушительный объем распада сульфидов в шламонакопителях и отстойниках комбината «Печенганикель», произошедший за длительный период их хранения. Несомненно, что в естественных условиях немаловажную роль в процессах разрушения сульфидов играет естественное бактериальное выщелачивание. Присутствие микроорганизмов в десятки тысяч раз увеличивает скорость их окисления [1].
Бактериальное выщелачивание относится к гидрометаллургическому процессу, так как происходит в жидкой среде. Выщелачивающим агентом в биогидрометаллургии являются живые микроорганизмы - бактерии. Иногда их называют «металлургами», поскольку в своем процессе они выполняют именно эту роль, извлекая тот или иной металл из различных соединений полиминерального состава. Обеднение ресурсов полезных ископаемых и растущее потребление металлов заставило технологов искать пути вовлечения в переработку руд, недоступных для традиционных способов. Поиски способов, максимально удовлетворяющих современным требованиям, привели к появлению новой отрасли - биометаллургии, рассвет которой приходится на 70-80-е годы прошлого столетия [5, 19, 67].
Биометаллургия основана на жизнедеятельности микроорганизмов, широко распространенных на месторождениях полезных ископаемых и принимающих активное участие в преобразовании руд. Процесс биологического выщелачивания основан на способности некоторых микроорганизмов (бактерий) окислять сульфиды, для обеспечения своей жизнедеятельности энергией, выделяемой в процессе окисления сульфида в сульфат. В результате, низкие концентрации соединений металлов в бедных рудах не являются проблемой выщелачивания, так как микроорганизмы игнорируют пустую породу. В процессе происходящей окислительной реакции нерастворимый сульфид металла переходит в растворимые формы: катионы металла и анионы сульфата.
По сравнению с обычными гидрометаллургическими методами биотехнология отличается простотой технологических схем и невысокими эксплуатационными затратами. Процесс биологического выщелачивания является самым экологически безопасным для человека и окружающей среды, так как протекает в слабокислой малоагрессивной сернокислотной среде, не требует температур выше 45С и давления выше атмосферного. В ходе выщелачивания отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, сохраняется полная безопасность обслуживающего персонала.
В результате, в мировой практике все сильнее укрепляется мнение, что кучное биологическое выщелачивание может стать в перспективе самой распространенной технологией извлечения металлов из руд. К настоящему времени биометаллургия достигла значительных успехов - в мире более 40 работающих промышленных установок по извлечению меди и урана, 14 (в том числе Олимпиадинская в России) - по переработке упорных золотосодержащих руд и концентратов, основанных на процессах бактериального выщелачивания.
В настоящее время у финской компании «Talvivaara Mining Company Ріс.»1 (ТМСР) накоплен колоссальный опыт весьма удачного проекта никелевого рудника на месторождении полиметаллических руд с одноименным названием (Talvivaara), расположенного в субарктической зоне на северо-востоке Финляндии [36]. Подсчитанные запасы месторождения составляют 642 млн. т руды со средней массовой долей никеля 0,23%. Кроме никеля, руда содержит в качестве попутных ценных компонентов медь (0,13%), кобальт (0,02%) и цинк
До недавнего времени месторождение оставалось невостребованным из-за низкого качества руд. Было сделано заключение, что его эксплуатация с использованием общепринятых (главным образом, пирометаллургических) методов, экономически не оправдывается. Однако по выполненным в исследовательском центре Оутокумпу технологическим исследованиям, в ТМСР был составлен проект предприятия с ориентацией на технологию кучного бактериального выщелачивания металлов.
Производство было начато в 2005-2006г с пилотных установок производительностью 17 тыс. т руды, на которых было достигнуто 96-98% извлечение металлов из руд, а извлечение из растворов - близкое к 100%
Промышленное освоение технологии на руднике начато в 2008 г. В середине сентября 2009 г. пущена в строй установка по производству сульфидов никеля и цинка. В октябре того же года на фабрике установлено дополнительное дробильное оборудование с доведением общей производительности данного технологического переделало 22 млн. т в год.
Положительный опыт ТМСР, а так же одинаковые климатические условия, послужили поводом начала изучения возможности использования бактериального выщелачивания, для извлечения полезных компонентов из отвалов Аллареченского месторождения. Исследования проводились в ООО «НВП Центр-ЭСТАгео» [16].
Объектом исследований являлись две технологические пробы сульфидной руды массами 8,6 кг и 8,4 кг и содержаниями Ni-1.59%, Cu-0.48%, Со-0.030% (проба Ал-1) и Ni-4.40%, Cu-2.12%, Со-0.084% (проба Ал-2), а так же проба воды, отобранная из отвальных стоков. Целью проводимых исследований являлось обоснование возможности использования бактериального выщелачивания для извлечения никеля и меди; обоснование благоприятных и неблагоприятных факторов биопроцессов и микробиологическое обследование проб руды и воды для выделения собственного биоценоза.
Выделение бактерий из стоков воды отвала осуществлялось на питательных средах Сильвермана и Люндгрена 9К (№1 и №2) и на среде № 3 Ваксмана. Во всех средах изменения произошли с 10 по 16 день: повышение Eh и рН растворов, частичное окисление двухвалентного железа. Отмеченные изменения происходят на питательных средах только при наличии и развитии в исследуемом материале (в данном случае в воде) соответствующих бактерий. С каждого варианта был произведен пересев бактерий на свежие питательные среды для получения комплексов и определения их способности к окислению сульфидов, тем самым выщелачивая никель и другие цветные металлы. Пересевы показали, что активность выделенных из воды бактерий составляет 14,5-16,0 г/л Fe(II)B сутки.
Выделение бактерий из руды Аллареченского месторождения осуществлялось так же на питательных средах Сильвермана и Люндгрена 9К (№1 и №2) и на среде № 3 Ваксмана.
Пересевы показали, что активность выделенных из руды бактерий составляет 20-21,7 г/л Fe(II) в сутки, что выше скорости окисления железа (II) бактериями, выделенными из воды.
В результате ряда пересевов, варьирования, объединения штаммов бактерий, выделенных из воды и руды, и подбора условий культивирования удалось получить комплекс СуН-12, окисляющий до 22,5-23,5 г/л Fe (II) в сутки.
Из всех видов тионовых бактерий способностью к окислению железа из всех сульфидных минералов обладает лишь Ac. ferrooxidans. Другие тионовые бактерии, развивающиеся в кислых, нейтральных и щелочных условиях среды, окисляют лишь отдельные сульфидные минералы или серу и ее соединения, возникающие в процессах выщелачивания. Ac. ferrooxidans дает лучшие результаты в симбиозе с Ac. thiooxidans, окисляющей серу. Поэтому в комплекс СуН-12 вошли активные штаммы обоих видов.
С экспериментально полученным комплексом СуН-12 были проведены испытания в чановом варианте без протока в условиях: Т:Ж=1:5 и постоянной аэрации. Выщелачивание проводили на руде, измельченной до крупности -0,1+0 мм, при температуре 22-24С, по раздельности для проб Ал-1 и Ал-2. Контроль за процессом выщелачивания осуществлялся постоянно по показателям кислотности рН, величине окислительно-восстановительного потенциала Eh, концентрации трехвалентного и двухвалентного железа (Fe(III), Fe(II)). Концентрация никеля и других элементов в растворе и численность бактерий в пульпе определялись периодически. По окончании эксперимента так же исследовался кек, который делился на тяжелую и легкую фракции («новообразования»).
Результаты тестирования пробы Ал-1 представлены в Рисунке 3.11. Из графика видно, что в нулевой (0-ой) точке концентрация никеля составила 50,09 мг/л. Это объясняется тем, что в раствор в первую очередь выщелачивается «легкодоступный» для бактерий никель. В этой же точке отмечалась довольно высокая концентрация магния (405,72 мг/л) и повышенные содержания кремния, марганца, алюминия и, титана.
