Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемой возможных путей-промышленного освоения платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов 16
1.1. Геологическое строение, история изученности и типизация зональных базит-ультрабазитовых комплексов 16
1.2. Зональные базит-ультрабазитовые комплексы - коренные источники уникальных россыпных месторождений платины 18
1.3. Систематизация коренных месторождений платины зональных базит-ультрабазитовых комплексов и подходов к их освоению 21
1.4. Современное состояние изученности и перспективы освоения платинометального оруденения Гальмоэнанского зонального массива 26
1.5. Минералого-технологические исследования - современный научный метод оценки качества и обогатимости новых видов минерального сырья 33
1.6. Комплексное решение технологических и экологических проблему как основной принцип, определяющий возможность промышленного освоения платинометальных руд зональных комплексов на Камчатке 37
Основные задачи исследований 43
Глава 2. Изучение вещественного состава и теоретическое обоснование обогатимости платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов 46
2.1. Предварительная оценка состава и свойств платинометального оруденения на основе изучения «шлиховой платины» россыпных месторождений 46
2.2. Распределение платинометальных руд по классам содержаний как основа теоретических построений для определения качества исходной рудной массы 55
2.3. Изучение особенностей вещественного состава платиноносных горных пород и руд 66
2.4. Изучение состава продуктивной платиносодержащей минерализации 83
2.5. Изучение основных технологических свойств продуктивного платинометального оруденения 103
2.6. Изучение особенностей платинометального оруденения, определяющих полноту извлечения платины в гравитационные концентраты 117
2.7. Прогнозная обогатимость платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов 121
Выводы по главе 124
Глава 3. Экспериментальное изучение обогатимости платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов и разработка технологии их обогащения 126
3.1. Изучение обогатимости платинометальных руд и разработка технологии обогащения в лабораторных условиях 127
3.2. Апробация технологии обогащения и определение обогатимости платинометальных руд при полупромышленных испытаниях 141
3.3. Реализация разработанной технологии обогащения платинометальных руд при валовом опробовании рудных зон Гальмоэнанского зонального массива 150
3.4. Технико-экономическая оценка эффективности промышленной переработки платинометальных руд без затрат на решение проблем, связанных с особыми экологическими условиями Камчатки 154
Выводы по главе 158
Глава 4. Систематизация, типизация и оценка факторов, определяющих возможное негативное воздействие продуктов обогащения платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов на экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек Камчатки 161
4. 1. Методика проведения комплексного эколого-рыбохозяйственного мониторинга 162
4.2. Изучение изменения состояния гидробионтов при ведении масштабных горно-добычных работ 167
4.3. Изучение изменений среды обитания гидробионтов при ведении масштабных горно-добычных работ 175
4.4. Типизация факторов, определяющих негативное воздействие горно-добычных работ на водные экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек 184
4.5. Методология оценки загрязнения лососевых нерестово-нагульных рек взвешенными веществами при ведении горно-добычных работ 191
Выводы по главе 203
Глава 5. Теоретическое обоснование и экспериментальное изучение возможности применения акустического воздействия для очистки сточных вод от высокодисперсных взвешенных частиц 206
5.1. Экспериментальное изучение возможности глубокой очистки сточных вод различными методами физического воздействия 207
5.2. Теоретическое обоснование возможности агрегирования взвешенных частиц различной дисперсности в акустическом поле 214
5.3. Основные принципы комплексного метода очистки сточных вод от взвешенных веществ с применением акустического воздействия 223
5.4. Экспериментальные исследования эффективности комплексного метода очистки сточных вод при разработке россыпных месторождений платины 227
5.5. Технико-экономический расчет применения комплексного метода очистки сточных вод от взвешенных веществ при промышленной переработке платинометальных руд 233
Выводы по главе 237
Заключение и выводы 240
Список использованной литературы 244
Приложения 260
- Систематизация коренных месторождений платины зональных базит-ультрабазитовых комплексов и подходов к их освоению
- Изучение состава продуктивной платиносодержащей минерализации
- Типизация факторов, определяющих негативное воздействие горно-добычных работ на водные экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек
- Основные принципы комплексного метода очистки сточных вод от взвешенных веществ с применением акустического воздействия
Введение к работе
Актуальность работы. Металлы платиновой группы (МПГ) - собственно платина, а также палладий, рутений, родий, иридий и осмий представляют собой ценное минеральное сырьё, которое за счет своих особых физико-химических свойств находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Рыночная цена на платиноиды неуклонно растет, так как они используются в новейших технологиях.
Россия с начала 19-ого века является крупнейшим поставщиком платиновых металлов на мировой рынок. Но если за рубежом, в первую очередь в ЮАР, основной объем добычи МПГ составляет платина, то в российском производстве в настоящее время преобладает палладий, стоимость которого к платине находится в отношении 1:4. Сложившееся положение обусловлено тем, что палладий резко доминирует в сульфидных и малосульфидных рудах Норильского района и Кольского полуострова, которые составляют основные активные запасы и прогнозные ресурсы платиноидов в России (99,5%).
Для сохранения, а в перспективе и увеличения объемов производства платины, весьма актуальным представляется вовлечение в эксплуатацию новых видов платиносодержащего сырья, среди которых наиболее значительный прогнозный потенциал имеет платинометальное оруденение зональных базит-ультрабазитовых комплексов. Зонально-концентрические клинопироксенит-дунитовые массивы являются коренными источниками уникальных по запасам россыпных месторождений Урала, Алдана и Камчатки, до последнего времени определявших значительные объемы производства российской платины, и по мнению выдающихся исследователей Платиноносного пояса Урала Н.К. Высоцкого и А.Н. Заварицкого, могут представлять собой «грандиозные» месторождения, в которых находятся «сотни тысяч пудов» платины. В современной классификации месторождений платиновых металлов (Лазаренков и др.; 2002), зональные базит-ультрабазитовые комплексы рассматриваются, как нетрадиционный потенциально-перспективный тип, вовлечение которого в промышленную эксплуатацию определяется исключительно технологической возможностью и экономической целесообразностью извлечения платины из вмещающих горных пород. В настоящее время платиносодержащие дуниты зональных массивов Среднего Урала эксплуатируются исключительно как сырьё для производства огнеупоров, поэтому нерешенность проблемы извлечения из них платины, уже сегодня ведет к безвозвратным потерям ценнейшего благородного металла, запасы которого в мире и так достаточно ограничены.
Наиболее перспективным объектом для организации пионерной добычи рудной платины из дунитов представляется Гальмоэнанский зональный массив на севере Камчатки, на периферии которого в настоящее время завершается отработка крупных россыпных месторождений и недропользователем (ЗАО «Корякгеолдобыча») рассматривается возможность компенсации падения производства платины из россыпей за счет освоения их коренного источника. Полуостров обладает уникальным потенциалом водно-биологических ресурсов, сохранение которых является одной из главных задач социально-экономического развития региона на долгосрочную перспективу. Существование рыбной отрасли Камчатского края, которая обеспечивает 22% российского вылова рыбы и морепродуктов и около 18,7% производства товарной пищевой рыбной продукции, определяется массовым нерестом в реках полуострова особо ценных с экономической точки зрения проходных анадромных рыб, представленных крупнейшей в мире популяцией тихоокеанских лососей. В связи с этим, возможность и целесообразность масштабного освоения крупно-объемных рудных месторождений платины будет определяться здесь не только технологической и экономической эффективностью переработки платиносодержащих дунитов, но и обеспечением экологической безопасности прилегающих водных объектов и сохранением их важного рыбохозяйственного значения.
Цель работы. Создание теоретической основы и разработка технологии обогащения нового нетрадиционного вида платиносодержащего сырья, представленного дунитами зональных базит-ультрабазитовых комплексов, с научным обоснованием возможности организации обогатительного производства в бассейнах лососевых нерестово-нагульных рек Камчатки.
Идея работы. Проведение комплексной минералого-технологической оценки состава, строения и свойств платинометальных руд с крайне неравномерным (бессистемным) распределением полезного компонента для обоснования и разработки технологии их обогащения. Применение результатов изучения воздействия освоения крупных россыпных месторождений платины на водные экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек для прогноза и локализации негативных экологических последствий переработки россыпеобразующих платинометальных руд.
Основные задачи исследований определены поставленной целью и включили в себя:
- комплексное изучение вещественного состава платинометальных руд и выделение основных критериев распределения платины в них;
- определение формы нахождения платины в рудах, качественного и количественного состава платиносодержащей минерализации;
- установление контрастных технологических свойств основных минералов МПГ и обоснование оптимальных методов их извлечения;
- теоретическое построение принципиальной технологической схемы обогащения платиносодержащих дунитовых руд и прогноз их обогатимости;
- экспериментальное изучение эффективности извлечения платины из дунитов в лабораторных и полупромышленных условиях;
- разработка рекомендаций для создания модульной обогатительной установки и её апробация при переработке крупно-объемных проб платиносодержащих дунитов;
- систематизация, типизация и оценка негативного воздействия переработки платиносодержащих песков на экосистемы нерестово-нагульных рек и применение метода аналогии для теоретического обоснования возможного негативного воздействия на них процесса обогащения платинометальных руд;
- определение методологических подходов к оценке уровня загрязнения водотоков, имеющих важное рыбохозяйственное значение, в процессе ведения горно-добычных работ;
- теоретическое изучение механизмов физической коагуляции и принудительного осаждения высокодисперсных взвешенных веществ в промышленных сточных водах при комплексном акустическом воздействии;
- проведение масштабных экспериментов по внедрению комплексного метода с акустическим воздействием для очистки сточных вод при разработке россыпных месторождений платины;
- составление сводного технико-экономического расчета эффективности переработки платиносодержащих дунитовых руд с учетом выполнения мероприятий по экологической безопасности прилегающих водных объектов.
Объекты исследований. Россыпеобразующее платинометальное оруденение Гальмоэнанского зонального массива и водные (естественные и техногенные) объекты Сейнав-Гальмоэнанского горного узла.
Методы исследований. Постановка работы определена выводами и рекомендациями, которые были сформулированы и защищены автором в кандидатской диссертации: «Гальмоэнанский базит-гипербазитовый массив, Корякия: геология, петрология, рудоносность (МГГА, 2000г.)». Основу работы составляет фактический материал, собранный в рамках научно-производственной деятельности автора в ЗАО “Корякгеолдобыча” (1993-2007гг).
В процессе комплексных петрологических, геохимических и минералого-технологических исследований проведено изучение структурно-текстурных особенностей руд и горных пород, состава породообразующих и рудных минералов, диагностика и определение содержания платиносодержащих минералов, изучение их гранулометрического состава, физико-механических свойств, морфологии зерен и природных срастаний.
Валовой химический состав пород и руд определялся химическим и рентгено-флуоресцентным методами (ИВиС ДВО РАН, г.Петропавловск-Камчатский; НИИ Геолнеруд г.Казань; ВСЕГЕИ им А.П.Карпинского и ЗАО “Механобр Инжиниринг”, г.Санкт-Петербург). Микроэлементный состав пород изучался с использованием масс-спектрометрии с индукционно-связанной плазмой (ICP-MS) на спектрометре VG Elemental Plasmaquad (Юнион-Колледж, г.Скенектэдди, США) и Spectrace 5000 Tracor X–ray (ЗАО “Механобр Инжиниринг”, г.Санкт-Петербург). Определение элементов платиновой группы в руде осуществлялось методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ГГП “Камчатгеология”, г.Петропавловск-Камчатский и ЗАО “Механобр Инжиниринг”, г.Санкт-Петербург). Состав породообразующих и рудных минералов определялся методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа на микроанализаторе “Camebax-micro”, оборудованном энергодисперсионным спектрометром “Kevex” (ИВ ДВО РАН, г.Петропавловск-Камчатский) и сканирующем электронном микроскопе-микроанализаторе CAMSCAN-4DV с энергодисперсионным спектрометром LINK AN-10000 (ЗАО «Механобр Инжиниринг», г.Санкт-Петербург). Изучение магнитных свойств платино-железистых сплавов проведено на магнитном анализаторе, работающем по принципу Фарадея (ЗАО “Механобр Техника”, г.Санкт-Петербург).
Для подтверждения теоретических выводов на укрупненных лабораторных пробах платинометальных руд проверены различные физические методы их разделения: обогащение в тяжелых суспензиях; рентгено-радиометрическая сепарация; разделение в магнитных полях различной напряженности; обогащение на винтовом сепараторе; разделение отсадкой на естественной и искусственной постели; доизвлечение платины из измельченных продуктов отсадки на винтовом шлюзе и на центробежных концентраторах типа Knelson-3” и ИТОМАК-0,1 и концентрационных столах (ЗАО «Механобр Инжиниринг», г.Санкт-Петербург). Эффективность технологической схемы извлечения платины из дунитов оценена на материале технологической пробы платинометальных руд массой 8,22 тонны в процессе полупромышленных испытаний на обогатительной установке Горного института КНЦ РАН (ГоИ КНЦ РАН, г.Апатиты).
Для выявления факторов негативного экологического воздействия производства рудной платины и разработки мер по его локализации использованы результаты комплексного эколого-рыбохозяйственного мониторинга (КамчатНИРО, г.Петропавловск-Камчатский; ВНИРО и РООИ Центр ПИ «КОД», г.Москва) и масштабных экспериментов по применению акустической технологии для безреагентной очистки сточных вод (ООО «МАГНАТ», г.Петропавловск-Камчатский) при разработке россыпных месторождений платины Сейнав-Гальмоэнанского горного узла.
Сводный анализ и оформление результатов научных исследований выполнены автором в очной докторантуре Института проблем комплексного освоения недр РАН (2007-2010гг).
1. Платинометальные руды зональных базит-ультрабазитовых комплексов представлены дунитами c низкими концентрациями платины (0,01-0,5 г/т), определяемыми наличием равномерной тонкой вкрапленности платиноидов (минеральная ассоциация платиноносных дунитов), для которых характерно наличие разрозненных, незначительных по объему участков (~5%) с высоким содержанием платины (10-1000 г/т) и гнездовой вкрапленностью относительно крупных ксеноморфных выделений платиноидов (платино-хромитовая минеральная ассоциация). Эффективность извлечения платины из дунитов при продуктивности выделенных ассоциаций, ~15% и ~85% соответственно, определяется возможностью сохранения и извлечения платиноидов в средних и крупных фракциях.
2. Гранулометрический состав, технологические свойства и хорошая раскрываемость зерен (по классу +80 мкм) продуктивной платиносодержащей минерализации, представленной платино-железистыми сплавами (изоферроплатина и тетраферроплатина) с незначительным количеством туламинита (11%), сперрилита (10%), платино-медных сплавов (4%) и прочих минералов МПГ (1%), определяют возможность обогащения платинометальных руд методом прямой гравитации без предварительного выделения хромитового концентрата.
3. Полнота извлечения платины обеспечивается стадиальным измельчением руды с межцикловым выделением в гравитационные концентраты на первом этапе основной продуктивной фазы оруденения, представленной средними и крупными фракциями платиноидов (платино-хромитовая минеральная ассоциация), с последующим доизвлечением на втором этапе платиноидов в мелких и тонких классах крупности сопутствующей продуктивной фазы оруденения (минеральная ассоциация платиноносных дунитов).
4. Основным фактором негативного воздействия переработки платинометальных руд с использованием гравитационных методов обогащения на экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек, вследствие изменения мутности воды, увеличения количества взвешенных наносов и заиливания русловых отложений, является поступление в водные потоки техногенных высокодисперсных взвешенных частиц, размер которых (-5 мкм) значительно меньше среднего размера частиц естественной «природной» взвеси (+10 мкм).
5. Методологический подход к созданию экологически безопасной (безреагентной) очистки значительных объемов промышленных и сточных вод при переработке платинометальных руд с использованием гравитационных методов обогащения состоит в последовательном агрегировании взвешенных частиц в процессе комплексного акустического воздействия и осаждении новообразованных агрегатных срастаний за счет увеличения их массы в каскаде горизонтальных отстойников.
Научная новизна. В работе на основе комплекса современных физических, минералогических и технологических методов исследования впервые обоснована возможность промышленного освоения нового вида платиносодержащего минерального сырья – дунитов зональных базит-ультрабазитовых комплексов и доказано, что значительная часть продуктивной платиносодержащей минерализации находится непосредственно в оливиновой матрице магматических горных пород, что не позволяет ассоциировать процесс извлечения платины только с выделением хромитовых руд.
Для платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов впервые:
-определен петрологический, геохимический и минеральный состав;
- выделены критерии платиноносности дунитов, определяемые степенью их перекристаллизации, наличием высокотемпературных структурных деформаций и флюидной проработки;
- доказано, что платина присутствует в руде исключительно в собственных свободных минеральных формах;
- установлены качественный и количественный состав продуктивной платиносодержащей минерализации, контрастные технологические свойства минералов МПГ;
- для выявленных в руде продуктивных минеральных ассоциаций (платино-хромитовой и платиноносных дунитов) определены уровни продуктивности, различия в составе и технологических свойствах;
- теоретически обоснована и подтверждена экспериментально неэффективность предварительного разделения руд различными физическими методами;
- доказана необходимость стадиального измельчения руды с предварительным выделением на ранних стадиях дезинтеграции крупной фракции платиносодержащих минералов в богатые гравитационные концентраты.
Впервые проведена систематизация, типизация и оценка негативного воздействия горно-перерабатывающего производства с использованием гравитационных методов обогащения на экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек с выделением основных групп факторов, которые представлены техногенными изменениями руслового и водного режима рыбохозяйственных водных объектов и техногенным стоком взвешенных веществ. Доказано, что наиболее значительное воздействие на гидробионты оказывает поступление в водные потоки высокодисперсных взвешенных частиц, размер которых значительно меньше средней крупности естественной «природной» взвеси.
Для объективной количественной оценки воздействия рекомендовано введение показателя загрязнения рыбохозяйственных водных объектов взвешенными веществами, определяемого отношением объема консолидированного стока с площади водосбора в условиях ведения горно-добычных работ к объему стока в естественных условиях.
Впервые теоретически обоснована и подтверждена экспериментально эффективность комплексного метода глубокой очистки промышленных сточных вод от взвешенных частиц различной дисперсности с использованием акустического воздействия в звуковом и низком звуковом диапазоне частот.
Достоверность результатов работы обоснована корректностью поставленных задач, непротиворечивостью полученных результатов и выводов; использованием современных физических и физико-химических методов исследований и их представительным объемом; проверкой аналитических решений результатами лабораторных экспериментов и полупромышленных испытаний; соответствие теоретических выводов об обогатимости платиносодержащих дунитовых руд экспериментальным данным извлечения платины в гравитационные концентраты; возможностью применения метода аналогии при оценке негативного воздействия разработки платиносодержащих песков и руд, что определяется общим местом проведения работ, единой технологической основой и объемами переработки; внедрением результатов технологических и экологических исследований в проект опытно-промышленной эксплуатации платинометальных руд.
Личный вклад автора состоит в формулировке и развитии идеи возможности промышленного производства платины непосредственно из магматических горных пород, представленных дунитами зональных комплексов, постановке цели и задач, разработке методики и участии в проведении экспериментальных исследований, анализе и обобщении полученных результатов, обосновании выводов, рекомендаций и участии в практической реализации результатов работы.
Практическое значение работы. Впервые в мировой практике, обоснована и рекомендована к внедрению в промышленное производство принципиальная технологическая схема обогащения платиносодержащих дунитовых руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов, имеющая высокие технико-экономические показатели и отвечающая требованиям экологической безопасности нерестово-нагульных рек Камчатки. Рекомендованные технологические решения могут быть использованы в качестве основы промышленного освоения рудных месторождений платины зональных базит-ультрабазитовых комплексов Урала, где, учитывая высокую освоенность территории и отсутствие особых условий экологической безопасности, показатели экономической эффективности переработки платиносодержащих дунитов будет значительно выше.
Реализация результатов исследований. Научные выводы и результаты работы использованы для обоснования, проектирования и строительства модульного дробильно-обогатительного комплекса производительностью 40 т/ч для крупно-объемного опробования и опытно-промышленной эксплуатации платинометальных руд Гальмоэнанского зонального массива.
Рекомендации научно-исследовательской работы по определению и локализации экологических последствий технологических решений по обогащению платиносодержащих дунитов использованы при разработке технико-экономических соображений (ТЭС) о промышленной значимости платинометальных руд Гальмоэнанского зонального массива.
Применение разработанного комплексного метода физико-механического агрегирования взвешенных частиц различной дисперсности с применением акустического воздействия при разработке россыпных месторождений платины позволило повысить эффективность очистки промышленных сточных вод в горизонтальных отстойниках на 30-40%.
Апробация работы. Основные выводы и результаты исследований доложены на научных семинарах УРАН ИПКОН РАН, заседании научно-технического совета ЗАО «Корякгеолдобыча» и на 20 международных и всероссийских научных конференциях: международных совещаниях «Плаксинские чтения» (Апатиты, 2007г; Владивосток 2008г; Новосибирск 2009г), VII конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, МИСиС, 2009г), научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2008-2009гг); IV международной научной конференции молодых учёных и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (Москва, ИПКОН РАН, 2007г); международных конференциях «Ультрабазит-базитовые комплексы складчатых областей и связанные с ними месторождения» (Иркутск, 2007г; Качканар, 2009г); международном совещании «Развитие идей Н.В. Мельникова в области комплексного освоения недр» (Москва, ИПКОН РАН, 2009г); XVII международной научной конференции (школе) по морской геологии (Москва, ИО РАН; 2007г); общероссийском семинаре «Платина в геологических формациях Сибири» (Красноярск, 2001г); международном семинаре «Платина в геологических формациях мира» (Красноярск, 2010г); всероссийском совещании «Современные проблемы формационного анализа, петрология и рудоносность магматических образований» (Новосибирск, 2003); всероссийском совещании «Геодинамика, магматизм и минерагения континентальных окраин Севера Пацифики» (Магадан, 2003г); всероссийской научной конференции «Петрология магматических и метаморфических комплексов» (Томск, 2005г); II научной сессии Камчатского отделения ВМО «Петрология и металлогения базит-гипербазитовых комплексов Камчатки» (Петропавловск-Камчатский, 2000г); IV международной научно-практической конференции «Проблемы и пути устойчивого развития горнодобывающих отраслей промышленности» (Казахстан, Хромтау, 2007г); XXXII международном геологическом конгрессе (Италия, Флоренция, 2004г); IV международной конференции «ГИС в геологии и науках о земле» (Мексика, Керетаро, 2007); международной выставке и конференции ассоциации горняков и старателей Канады (Канада, Торонто, 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, в том числе монография, в изданиях рекомендованных ВАК РФ - 17.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и заключения, списка использованных источников из 207 наименований, 5 приложений и содержит 261 страницу машинописного текста, 75 рисунков и 61 таблицу.
Автор глубоко признателен академику РАН, докт. техн. наук, проф. В.А. Чантурия за всестороннюю поддержку и ценные консультации.
Считаю своим долгом выразить благодарность всему многочисленному коллективу геологов, горных инженеров и обогатителей компании «Корякгеолдобыча» за оказанную помощь в проведении исследований.
Систематизация коренных месторождений платины зональных базит-ультрабазитовых комплексов и подходов к их освоению
Рудная платиносодержащая минерализация- впервые была установлена в хромитовых жилах, расположенных в пределах базит-ультрабазитовых массивов, на Урале в 1830 году Ф. И-.Швецовым, что нашло свое подтверждение в более поздних исследованиях, проведенных А.А.Иностранцевым в 1893 году [54,151]. В дальнейшем только в пределах Нижнетагильского зонального массива, было выявлено порядка 1600 хромитовых жил и шлиров, платиносодержащая минерализация которых в разные годы изучалась Н.К.Высоцким; А.Н.Заварицким, А.Г.Бетехтиным, Л.В.Разиным, О.Е.Юшко-Захаровой, Ю.А.Волченко, Е.В.Пушкаревым, G.Garuti [19-20,26,29 32,121,125,127,154,172]. По современным оценкам среднее содержание платиноидов в отдельных хромитовых жилах достигают: 20-50 г/т Pt, 0;20 0,37 г/т Pd, 0,7-1,2 г/т 1г [26].
Выборочная старательская отработка хромитовых жил и линз с попутным извлечением платины проводилась на Нижнетагильском массиве с XIX века. Как один из примеров попытки организовать промышленную разработку платиносодержащих хромитовых руд следует отметить месторождение Госшахта, где при крайне незначительных объемах добычи до 1933 года было суммарно извлечено около 100 кг платины. Дальнейшие разработки не имели продолжения в связи с малым количеством и небольшими размерами рудных тел хромитов [49,160].
В современной классификации коренные месторождения платины, в которых платиносодержащие минералы встречаются в ксеноморфном виде в жилах и штоках хромшпинелидов, расположенных среди дунитов ядра зональных комплексов учтены как платиноидно-хромитит-дунитовая рудная формация, а её классическим представителем является месторождение горы Соловьева на Нижнетагильском зональном массиве [87].
Технология" извлечения .платиновых металловшз хромитовых руд при. металлургическом- переделе детально рассмотрена в- работах ИІНІ Илаксина,-С.М. Колодина, М1.А.Меретукова-и А.М:0рлова-[80,104,120]. В последние годы исследования, по оценке технологических, перспектива производства , платиновых металлов і из хромитовых руд, в том числе и, зональных комплексов, проводились, на- кафедре обогащения полезных ископаемых Санкт-Петербургского горного университета: На основе ряда экспериментов с пробами хромитоносных дунитов.(до 65% хромита) Нового- Соловьёвогорского карьера Нижнетагильского зонального массива была разработана технологическая схемам попутного извлечения платины из хромитового концентрата. После переработки руды на обогатительной фабрике по производству огнеупорного сырья Высокогорского рудоуправления Нижнетагильского металлургического комбината было предложено объединенный- гравитационный промпродукт (выход 10,35 %; содержание Сг203 15,5 % и Pt 1,2 г/т), без. дополнительного измельчения подвергать доводке методом мокрой магнитной и коронно-электростатической сепарации. После дообогащения предполагалось выделять «платиновый» сильномагнитный концентрат (0,35%; 8,6 % Сг2Оз; 22,0 г/т Pt) и «хромитовую» проводниковую фракцию (2,9%; 41,2% Сг203; 1,3 г/т Pt). При производительности фабрики 200 тыс.тонн дунитовой руды, по мнению авторов, это могло бы позволить получать до 3 тыс. тонн хромитового концентрата с попутным извлечением 30 кг платины в год [119].
В целом следует признать что многочисленные попытки промышленного освоения платиносодержащих хромитовых руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов с попутным извлечением платины, которые, кроме Урала, также предпринимались на Аляске, Алданском щите и в Британской Колумбии, имели общий отрицательный результат. По мнению автора, это определяется целым рядом проблем, характерных для данного рудно-формационного типа платиновых месторождений:
- количество» рудных скоплений платиносодержащих хромититов в общей массе вмещающих дунитов незначительно и в среднем не превышает первые проценты;
- морфология хромитовых рудных тел отличается исключительным разнообразием (жилы, шлиры, прожилки, вкрапленность), характер и плотность их распределения- в дунитах не имеет выраженных закономерностей;
- распределение платины в пределах рудных тел хромититов имеет крайне неравномерный бессистемный характер, что отражается в значительных колебаниях как содержаний платины, так и мощности рудных интервалов;
- платиносодержащие и безрудные хромиты не отличаются друг от друга ни по своему составу, ни по морфологии выделений.
Определяющим факторов, вероятно, является» то, что значительная часть платинометального оруденения зональных базит ультрабазитовых комплексов не имеет пространственной и генетической связи с рудными хромититами. Платиносодержащая минерализация представлена несколькими одновременно присутствующими в руде продуктивными рудными ассоциациями, которые отличаются друг от друга составом и технологическими свойствами.
Платиносодержащие дунитовые пегматиты. Помимо «хромитового» геолого-промышленного типа коренных платиновых месторождений, Н.В. Высоцким отдельно выделялся «дунитовый» тип [124,126]. Высокие содержания платины до 30-60г/т приурочены к локальным участкам среди крупнозернистых дунитов, в которых скопления рудных хромититов отсутствуют. Классическим представителем данного геолого-промышленного типа, который в современной классификации учтен как платино-пегматит-дунитовая рудная формация, является Авроринское месторождение Нижнетагильского зонального массива [68].
Отработка месторождения в связи с небольшими- размерами проводилась вручную, выборочной выемкой1 исключительно богатых руд с «видимой» вкрапленностью платины. Илатиносодержащие пегматоидные дуниты дробились в ступах, а затем обогащались традиционным для россыпей гравитационным методом: Всего в процессе эксплуатации месторождения было добыто два пуда (33 кг) «шлиховой-платины» [31,127].
Для обогащения гигантозернистых платиносодержащих дунитов в 1951 году в Уральском филиале института «Механобр» Минцветмета СССР была разработана технологическая- схема, которая включала в себя амальгамацию платиносодержащих минералов, после доизмельчения промпродуктов гравитационного обогащения и их сепарации в слабом магнитном поле [127,144].
Платиноносные дуниты. Третий, самый широкий» подход к платиноносности зональных комплексов, впервые был определен в работах Н.К.Высоцкого, который ещё в 1923 году, учитывая повсеместное наличие незначительных повышенных концентраций платины в дунитах, писал: «Все массивы дунита вообще должны рассматриваться, как сплошные коренные месторождения платины». По его оценке, в дунитах только Нижне-Тагильского массива в рассеянном виде могут находиться «сотни тысяч пудов» (более ІбООтонн) платины [32,127].
Вот как об этом подходе к платиноносности зональных комплексов, почти век назад писал академик А.Н.Заварицкий [49]:
«В понятие руды и рудного месторождения вообще и в особенности для месторождений такого типа, как рассматриваемый теперь нами, заключается некоторая условность. Руда представляет такой минеральный агрегат, из которого возможно технически (обычно прибавляют и выгодно) извлекать полезный металл. Эта доступность для выгодной эксплуатации; создается природными: процессами концентрации полезного металла которые и приводят к образованию рудного месторождениям
При образовании: месторождений: платины имел место ряд последовательных процессов концентрации. Прежде всего, дунитовая магмФ является относительно резко обогащенной платиной:по сравнению;со всеми: остальными породами изверженного плутонического комплекса. Затем, внутри дунитового массива платина распределена неравномерно. Во-первых, мы: видим резко выраженную концентрацию её в: скоплениях, хромита; во-вторых — сами эти хромитовые гнезда не разбросаны по всему дуниту более или менее равномерно, но в одних местах они весьма часты и многочисленны, в других, наоборот; редки. Где: же границы рудных месторождений платины?
Изучение состава продуктивной платиносодержащей минерализации
Среди основных факторов, влияющих на технологический процесс обогащения и во многом определяющих обогатимость руд, выделяются структурно-текстурные особенности и парагенетические минеральные ассоциации продуктивного оруденения, качественные и количественные характеристики минерального и фазового состава полезного компонента.
Детальные минералогические исследования платинометального оруденения Гальмоэнанского массива позволили установить, что подавляющее количество выделений платиносодержащих минералов концентрируется в различных морфологических разновидностях рудных хромититов (рис.2.20.).
Наибольшее количество крупных гнездовых выделений платиноидов встречено в шлировых и прожилково-вкрапленных разновидностях, которые характеризуются самыми высокими содержаниями платины (Таблица 2.9.). Минералы МПГ, как правило, локализуются в краевых частях рудных хромититовых обособлений на границе с вмещающими дунитами, иногда выходя за пределы хромититов и размещаясь непосредственно в оливиновой матрице. Ксеноморфизм платиносодержащей минерализации по отношению как к хромшпинелидам, так и оливину определяется её развитием по трещинам и межзерновому пространству (рис.2.21.).
Часто платиносодержащие минералы образуют цепочки, просечки и прожилки в хромитовом агрегате, при этом размер отдельных скоплений достигает 1,5 см в поперечнике. Развиваясь в межзерновом пространстве и образуя крупные скопления, в отдельных случаях платиносодержащие минералы как бы цементируют зёрна хромшпинелидов. Весьма характерно, что пространство между зернами хромшпинелида - платиноидов или оливина и платиноидов во многих случаях выполнено аморфным веществом, в котором определены слоистые силикаты - серпентин и хлорит.
Разноориентированные трещины, выполненные хлорит-серпентиновым агрегатом, представляют собой систему своеобразных каналов перемещения рудоносного флюида, и являются характерной особенностью рудовмещающих пород, описанную в разделе 2.3.3 (рис.2.13.-2.14). На некоторых участках микротрещины выполнены гидрооксидами Mill с общей формулой Pt(Cl,OH), (Pt,Ir,Ni,Cu,Fe)(S,OH,Cl), оксихлоридами железа и магнетита, которые образуют рыхлые аморфные агрегаты с реликтами платиносодержащих минералов и хлорит-серпентиновых образований (Рис.2.22.).
Газовые пузырьки - вакуоли, которые часто встречаются в рудных образованиях, свидетельствуют о повышенной газонасыщенности рудообразующего флюида. Зёрна платиноидов иногда заключены непосредственно в их полости, заполненные хлоритом и серпентинитом. Наличие хлора в гидроксилсодержащих силикатах, наряду с находками галоидных соединений платины и иридия среди минералов россыпных месторождений, подтверждают значительное участие в процессе рудообразования хлоридных комплексов [21,141,152].
Локализация крупных ксеноморфных скоплений платиносодержащих минералов в различных морфологических разновидностях рудных хромититов позволила выделить платино-хромитовую минеральную ассоциацию, как основную для платинометального оруденения Гальмоэнанского массива [57]. Данная ассоциация является типичной для зональных базит-ультрабазитовых комплексов урало-аляскинского типа, а её классическими представителями является платинометальное оруденение Нижнетагильского, Каменно-Косьвинского и Светлоборского зонально-концентрических массивов Среднего Урала [19-20,26,31,49,125].
Ксеноморфизм выделений платиноидов и их преимущественное распределение в трещинах и межзерновом пространстве рудных хромититов свидетельствуют о более позднем формировании платиносодержащей минерализации. В пользу предположения о возможном отсутствии генетической связи образования данной ассоциации свидетельствует размещение отдельных ксеноморфных выделений платиносодержащих минералов размером до 1,5 мм непосредственно в дунитах, между зернами оливина или по трещинам в них (рис.2.23.).
Одним из таких признаков также является установленная низкая корреляционная зависимость между содержанием платины- и Сг2з в платинометальных рудах (рис.2.9). Вероятно данной минеральной ассоциации- отвечает последовательное размещение хромитового/ и. платинометального оруденения в общих деформационных структурах дунитов, определяемых наличием зон повышенной пористо-микротрещинной проницаемости для рудоносного флюида. Данное предположение имеет принципиальное значение для теоретического обоснования технологических решений по обогащению платинометальных руд, поскольку в этом случае выделение хромитового концентрата не гарантирует полного извлечения платиносодержащей минерализации.
Дополнительно к платино-хромитовой ассоциации в платинометальных рудах Гальмоэнанского массива выделна минеральная ассоциация платиноносных дунитов, которая представлена первичной тонкой вкрапленностью платиносодержащих минералов в оливиновой матрице [57]. Зерна платиноидов имеют выраженные кристаллографические формы, отличаются незначительными размерами, которые в основной массе не превышают 80 мкм, и описаны в рудных протолочках минералого-технологических проб с низким содержанием платины (рис.2.24.А,Б).
Развитие ассоциации характеризуется относительно равномерным распределением в рудовмещающих дунитах, так как тонкие зерна платиноидов присутствуют примерно в одном количестве в минералого-технологических пробах платинометальных руд как с высоким, так и низким содержанием платины. Платиносодержащая минерализация данной ассоциации определяет повсеместное наличие в дунитах низких и фоновых концентраций платины, может являться дополнительным источником платины при обогащении или уходить в потери при выделении хромитового концентрата.
Результаты проведенных исследований позволяют с достаточной уверенностью выделить два тренда изменения первичного состава изоферроплатины. В зернах первой генерации характер замещения определяется в основном железистыми платиносодержащими минералами серии тетраферроплатина (рис.2.28.А-В). Для изометричных зерен и крупных ксеноморфных сростков с хромититами характерным является сложный комбинированный состав замещения, представленный медистой тетраферроплатиной, туламинитом, сперрилитом, платино-медными сплавами с серпентином (рис.2.28.Г-Е). Об интенсивности процесса замещения свидетельствуют отдельные зёрна минералов МПГ, в которых изофероплатина устанавливается лишь в виде отдельных реликтов.
Типизация факторов, определяющих негативное воздействие горно-добычных работ на водные экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек
Основные факторы, которые будут определять негативное воздействие переработки платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов на водные экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек, по характеру и масштабу воздействия разделяются на три основные группы: техногенные изменения руслового (I)1 и водного1 (2) режимов, а также техногенный сток в водные потоки-высокодисперсных взвешенных веществ.
Первая группа факторов - прямые техногенные изменения руслового режима рыбохозяйственных водотоков, связанные с переносом-естественных русел либо нарушением1 береговой1 линии« в. процессе строительства- и-эксплуатации очистных сооружений хвостохранилищ.
Негативные последствия данной группы факторов заключаются в безвозвратной утрате для нереста лососей обсохших перенесенных участков» естественного русла. Водопады и пороги, которые формируются- при выработке продольного профиля искусственных русел, создадут дополнительные препятствия для подхода лососей-производителей к нерестилищам в верхней части водных бассейнов. Значительный объем твердого обломочного материала, который выносится из руслоотводов в процессе выработки продольного профиля, значительно изменит морфологию русла и гранулометрический состав донных русловых отложений и существенно сократит размер площадей"пригодных для нереста лососей в нижележащей части водотоков. Изменение кормовой базы за счет трансформации сообществ макрозообентоса в руслоотводах и отсутствие естественных укрытий спровоцирует миграцию молоди лососей и жилых рыб на другие участки водного бассейна.
Данная группа факторов будет иметь локальный характер, так как определяет техногенное изменение среды обитания гидробионтов рыбохозяйственных водотоков, расположенных непосредственно в пределах горного отвода.
При организации переработки платинометальных руд негативное воздействие данной группы факторов может быть сведено к минимуму, за счет использования существующей системы руслоотводов и отстойников, построенных при эксплуатации россыпных месторождений платины.
Вторая группа) факторов — техногенные изменения водного режима малых, лососевых нерестово-нагульных рек; в. связи- с фильтрацией поверхностных и; грунтовых;вод в карьеры очистных сооружений:.
Негативные последствия данной группы! факторов определяются; значительнымишарушениямш водоснабжения;; нерестилищу. расположенных в верхней частивбассейнов; малых, рек и ручьев шв; отдельных случаях;ведет к. полному уничтожению? нерестовых площадок в связи с изменением» морфодинамического типа русла, сокращением количества рукавов шполным высыханием отдельных участков; естественного русла.
Данная группа факторов; как и предыдущая;, имеет локальное развитие и негативно отразится только» на верхних частях водных бассейнов малых рек и ручьях, которые расположены непосредственно в зоне ведения, горнодобычных работ.
Существенно сократить изменения: водного режима прилегающих рыбохозяйственных водотоков при разработке платинометальных руд позволит проведение гидроизоляции; ложа руслоотводов; очистных сооружений и хвостохранищ ниже уровня грунтовых вод.
Третья группа факторов - техногенные изменения мутности воды увеличение количества взвешенных (влекомых) наносов и заиление русловых отложений рыбохозяйственных водных объектов, в связи с поступлением в водные потоки значительных объемов тонкодисперсных взвешенных веществ.
Пресноводные биоценозы региона Северной Пацифики формируются в условиях низкой естественной мутности, не превышающей 5 — 10 мг/л и наиболее благоприятными условиями обитания тихоокеанских лососей являются чистые прозрачные реки с минимальным количеством взвешенного материала [165,184]. Избыточное поступление твердых минеральных взвесей ощущается на всех уровнях водной экосистемы и рыбное население, занимающее верхнюю трофическую ступень, подвергнется аккумулятивному многофакторному воздействию, которое может иметь как прямую, так и воздействия косвенную направленность (рис. 4.12
Поступающие в водные потоки техногенные твердые минеральные частицы окажут механическое воздействие на эмбрионы, эпителий жабр и кожу молоди лососей, с последующим развитием у отдельных особей кожных заболеваний, нарушений функций дыхания и водно-солевого регулирования [174,204]. Увеличение мутности воды приведет к изменению дистанции взаимного реагирования, территориально-поведенческих реакций и естественных путей миграции молоди лососевых рыб и снизит доступность кормовых организмов [163,192,197].
Заиливание русловых отложений приведет к значительным изменениям структуры и численности бентоса, определяющим общее снижение обилия кормовых организмов для молоди. При заилении нерестовых бугров твердые минеральные частицы, имеющие острые грани, окажут механическое воздействие на икринки, а тонкодисперсные уменьшат проточность воды и ухудшат кислородный режим в нерестовых гнездах [93,95,129,196,203].
Через увеличение мутности» воды и» заиливание донных, отложений нерестово-нагульных рек имеют место И! менее выраженные формы, воздействия І на первичную продукциюшерифитона, такие как:
- сокращение площади выхода грунтовых и подруеловых вод на поверхности дна;
- оседание взвешенных наносов с образованием "физического барьера", препятствующему выходу мальков из нерестовых гнезд;
- сглаживание микрорельефа дна и лишение молоди удобных стаций для нагула.
Значительную роль при, этом, по мнению- ихтиологов, играет продолжительность самого воздействия, когда совсем незначительное, но длительное по времени изменение среды обитания гидробионтов представляет большую опасность, чем залповый, точечный выброс, так как снижение продуктивности экосистемы имеет здесь устойчивый и необратимый характер [163, 174, 193]. Негативный эффект незначительного техногенного повышения мутности воды и заиливания русловых отложений рыбохозяйственных водотоков на первый взгляд может быть малозаметен, но его действие может проявиться через много лет, отразится на всех элементах существующей водной экосистемы и в конечном итоге вызовет деградацию и гибель всего существующего водного сообщества.
Значительное уменьшение среднего размера взвеси в водном потоке за счет поступления техногенных высокодисперсных взвешенных частиц вещества, определяет возможность её транспортировки на значительное расстояние от источника загрязнения, в связи с чем, негативное воздействие третьей группы факторов распространяется за пределы площади ведение горно-добычных работ, и широкомасштабно действует на всю нижележащую водную акваторию.
Формирование техногенного стока взвешенных веществ в процессе ведения добычных работ с применением гравитационных методов обогащения определяют четыре основных процесса: организованный сброс
В очистных сооружениях представленных каскадом горизонтальных отстойников в связи с низкой гидравлической крупностью не происходит полного" осаждения1 высокодисперсных взвешенных частиц, а. процесс доочистки сточных вод содержащих до Г400-1500 мг/л взвеси на полях естественной фильтрации1 прекратился вследствие многолетней нагрузки и основательной закупорки почвенных пор (рис.4.13А): Неочищенные сточные воды- ниже очистных сооружений формируют техногенный водный поток, в котором содержание взвешенных веществ превышает 1300 мг/л (рис.4.13Б) и шлейф техногенного загрязнения, без какого-либо осаждения взвеси распространяется на несколько километров вплоть до устья и выходит непосредственно в крупный нерестовый водоем (рис.4.13В).
Основные принципы комплексного метода очистки сточных вод от взвешенных веществ с применением акустического воздействия
Методология процесса очистки сточных вод от взвешенных веществ с использованием комплексного акустического воздействия сводится к последовательному увеличению крупности взвешенных частиц и их ускоренному осаждению в каскаде горизонтальных отстойников за счет роста массы новообразованных агрегатных срастаний (рис.5.4.). Предполагается, что в горизонтальных отстойниках будут осаждаться не только относительно крупные частицы взвеси, траектория движения которых в водном потоке под действием силы тяжести позволяет достигнуть дна отстойника в пределах его длины, но также акустически агрегированные и акустически «придавленные» взвешенные частицы.
Комплексный характер акустического воздействия определяется проведением трех основных этапов, на первом из которых осуществляется агрегирование высокодисперсных частиц крупностью менее 1 мкм. В месте слива технологической воды в очистные сооружения, формируется электромагнитное поле, под воздействием которого происходит предварительная компенсация поверхностных зарядов высокодисперсных частиц. Агрегирование взвешенных частиц происходит в акватории отстойника в поле стоячих акустических волн, образующихся в результате интерференции волн звукового диапазона частот двух направленных гидроакустических излучателей, установленных на противоположных бортах отстойников и работающих в синхронном режиме (рис.5.4).
На втором этапе осуществляется агрегирование самой1 представительной группы взвесей, с размером- частиц от 1 до 5 мкм.
Процесс коагуляции происходит в поле бегущих акустических волн высокой интенсивности, для объемного формирования которого в. центральной-,части. отстойников устанавливаются гидроакустические излучатели звукового и низкого звукового диапазона частот. Агрегирование взвешенных частиц достигается за счет нелинейных акустических эффектов, когда более подвижные мелкодисперсные частицы «прибиваются» к менее подвижным крупнодисперсным (рис.5.4).
На третьем1 этапе осуществляется принудительное осаждение исходных и акустически агрегированных взвешенных частиц с осветлением верхнего приграничного слоя воды за счет избыточного звукового давления, которое формируется направленными акустическими-излучателями, установленными на водоупорных дамбах и местах слива сточных вод в водоприемник. Взвешенные частицы различной дисперсности в приграничном с воздушной средой водном, слое подвергаются непрерывному воздействию избыточного акустического давления, вектор которого направлен навстречу и вниз по отношению к движущемуся потоку воды, (рис.5.4).
Осаждение акустически агрегированных взвешенных частиц будет происходить по всему объему горизонтальных отстойников под воздействием силы тяжести. Укрупненные взвешенные частицы, которые не успели выпасть в осадок в акватории отстойников, при необходимости могут быть дополнительно осаждены в отстойниках-накопителях.
Основные этапы, оптимальные режимы и перечень необходимого оборудования для реализации комплексного метода очистки сточных вод с акустическим воздействием в горизонтальных отстойниках приведены в таблице 5.4.
На; втором» этапе осуществляется агрегирование самой представительной группы; взвесеш с размером частиц; от 1 до 5;мкм.
Процесс коагуляции происходит в шоле бегущих акустических волншысокош интенсивности;. для І объемного формирования;: которого в; центральной частш отстойников устанавливаются; гидроакустические; излучатели звукового? и низкого? звукового диапазона частот. Агрегирование взвешенныж частиці достигается , за; счет нелинейных акустических эффектов, когда; более подвижные; мелкодисперсные частицы; «прибиваются» к менее подвижным. крупнодисперсным, (рис.5.4).
На третьем; этапе осуществляется принудительное осаждение исходных и акустически агрегированных взвешенных частиц с осветлением верхнего приграничного слоя воды за счет избыточного звукового давления, которое формируется направленными акустическими излучателями, установленными на водоупорных дамбах, и; местах слива; сточных вод в водоприемник. Взвешенные частицы различной дисперсности в; приграничном с воздушной средой; водном- слое подвергаются непрерывному воздействию избыточного акустического давления, вектор которого направлен навстречу и вниз по отношению к движущемуся потоку воды, (рис.5.4).
Осаждение акустически агрегированных взвешенных частиц будет происходить по всему объему горизонтальных отстойников под воздействием силы тяжести. Укрупненные взвешенные частицы, которые не успели выпасть в осадок в акватории отстойников, при необходимости могут быть дополнительно осаждены в отстойниках-накопителях.
Основные этапы, оптимальные режимы и перечень необходимого оборудования для реализации комплексного метода очистки сточных вод с акустическим воздействием в горизонтальных отстойниках приведены в таблице 5.4.
Похожие диссертации на Научное обоснование и разработка технологии обогащения платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов в особых экологических условиях Камчатки
