Научное обоснование и разработка технологии обогащения платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов в особых экологических условиях Камчатки

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ ПЛАТИНОМЕТАЛЬНЫХ РУД ЗОНАЛЬНЫХ БАЗИТ-УЛЬТРАБАЗИТОВЫХ КОМПЛЕКСОВ В ОСОБЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ КАМЧАТКИ

Специальности: 25.00.13. - Обогащение полезных ископаемых 25.00.36. - Геоэкология (горно-перерабатывающая промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

КОЗЛОВ Андрей Петрович

Москва 2010

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем комплексного освоения недр (УРАН ИПКОН) и в Закрытом акционерном обществе (ЗАО) «Корякгеолдобыча»

Научный консультант

академик РАН, доктор технических наук, профессор Чантурия Валентин Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Горячев Борис Евгеньевич

доктор технических наук, профессор Краснов Гелий Дмитриевич

член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, профессор Моисеенко Татьяна Ивановна

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья имени Н.М.Федоровского (ФГУП «ВИМС»)

Защита состоится «16» ноября 2010 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д. 002.074.01 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, Е-20, Москва, Крюковский тупик, 4; тел./ факс 8-495-360-89-60

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УРАН ИПКОН РАН

Автореферат разослан «__» _________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Папичев В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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. месторождение платина руда акустический

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).

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ проблем и возможных путей промышленного освоения платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов.

Зональные базит-ультрабазитовые комплексы урало-аляскинского типа представляют собой трубообразные плутоны (диаметр в поперечнике до 10-12 км), которые в классическом виде состоят из дунитового ядра с оболочкой из верлитов, клинопироксенитов и габброидов и имеют в связи с этим характерную концентрически-зональную структуру. Массивы данного формационного типа привлекают внимание исследователей, начиная с XVIII века, как коренной источник установленных в непосредственной близости от них уникальных по запасам россыпных месторождений платины. Общий объём платины уже добытой из россыпей Колумбии, Урала, Аляски, Алдана и Камчатки составляет более 800 тонн, 650 тонн из которых произведено в России.

Платиносодержащая минерализация в пределах концентрически-зональных клинопироксенит-дунитовых массивов впервые была установлена на Урале в 1830 году Ф.И. Швецовым, и в дальнейшем изучалась многими исследователями, в том числе: А.А. Иностранцевым, Н.К. Высоцким, А.Н. Заварицким, А.Г. Бетехтиным, Л.В. Разиным, О.Е. Юшко-Захаровой, Ю.А. Волченко. Продуктивное платинометальное оруденение изначально ассоциировалось исключительно с хромитовыми жилами и шлирами, количество которых только в пределах Нижнетагильского зонального массива составило более 1600. В современной классификации В.Г. Лазаренкова, коренные месторождения платины, где платиносодержащие минералы концентрируются в рудных телах хромититов среди дунитов зональных комплексов, учтены как платиноидно-хромитит-дунитовая рудная формация, а её классическим представителем является месторождение горы Соловьева. Технология извлечения платины из хромитовых руд наиболее полно рассмотрена в работах И.Н. Плаксина, С.М. Колодина, М.А. Меретукова, А.М. Орлова, Г.В. Петрова, Т.Н. Грейвер.

Все попытки организовать масштабное производство платины при освоении хромитовых руд зональных комплексов имели отрицательный результат, что определяется целым рядом проблем, характерных для данного рудно-формационного типа платиновых месторождений: 1) общее количество рудных скоплений хромитов в общей массе вмещающих дунитов незначительно и в среднем не превышает первые проценты; 2) морфология рудных тел хромитов отличается исключительным разнообразием (жилы, шлиры, прожилки, вкрапленность), а характер и плотность их распределения в дунитах не имеют выраженных закономерностей; 3) распределение платины в пределах хромитов имеет крайне неравномерный бессистемный характер, что отражается в значительных колебаниях как содержаний платины, так и мощности рудных интервалов; 4) платиносодержащие хромиты не выделяются ни по составу, ни по морфологии выделений. Определяющим фактором здесь, вероятно, является то, что не вся продуктивная платиносодержащая минерализация пространственно и генетически связано с хромитовым оруденением.

В начале ХХ века на Нижнетагильском массиве ураганные содержания платины были установлены непосредственно в крупнозернистых дунитах без каких-либо включений рудных хромититов. В современной классификации данный геолого-промышленный тип платиновых месторождений учтен как платино-пегматит-дунитовая рудная формация, а его классическим представителем является Авроринское месторождение. В связи с небольшими размерами рудная залежь была отработана старательским способом, с ручной выемкой исключительно богатых дунитовых руд с «видимой» вкрапленностью платиносодержащих минералов.

Учитывая повышенные концентрации платины в основной массе дунитов и наличие обогащенных столбов и гнезд в хромититах и дунитовых пегматитах, в работах Н.К. Высоцкого и А.Н. Заварицкого, определен самый масштабный подход к возможности промышленного освоения платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов. В соответствии с ним: «все массивы дунита должны рассматриваться, как сплошные коренные месторождения платины», а целесообразность их освоения определяется исключительно возможностью «технически и выгодно извлекать полезный металл». В связи со слабой технической вооруженностью горнодобывающего комплекса того времени, возможность масштабной переработки значительных объемов магматических горных пород с низким средним содержанием платины не рассматривалась даже теоретически. Однако, на сегодняшний день, когда в мировой практике существуют примеры экономически эффективной переработки руд, в которых средняя концентрация благородных металлов составляет десятые г/т, предложенная концепция промышленного освоения платиносодержащих дунитовых руд требует своего теоретического обоснования и экспериментального подтверждения.

В настоящее время, благодаря работам Ф.Ш. Кутыева, Е.Г. Сидорова, В.П. Зайцева, В.Н. Мелкомукова, Е.Ю. Вильдановой, наиболее значительный прогресс в изучении и оценке платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов достигнут на Гальмоэнанском зональном клинопироксенит-дунитовом массиве, расположенном на севере полуострова Камчатка. В его пределах выделены значительные по площади участки дунитов, среднее содержанием платины в которых оценивается на уровне 0,7 - 3,2 г/т, что может представлять непосредственный интерес для промышленного освоения. Распределение платины в выделенных рудных зонах характеризуется выраженной неравномерностью (К_V=450%), что обусловлено наличием разрозненных гнездообразных участков с высоким, в отдельных случаях, ураганным содержанием платины до 1000 г/т, которые чередуются с протяженными интервалами дунитов с низкими и фоновыми концентрациями, не превышающими 0,1 г/т.

При установленной сложности строения рудных залежей, целесообразность их промышленного освоения может быть определена только по результатам крупно-объемного опробования или опытно-промышленной эксплуатации отдельных участков. Разработка технологии обогащения платиносодержащих дунитов, необходимой для проведения таких работ, традиционными методами лабораторных технологических исследований затруднена в связи с крайне неравномерным (бессистемным) распределением полезного компонента в руде и невозможностью получения представительного материала для проведения экспериментов. Научный подход к объективному решению поставленной технологической задачи определяет получение полной и достоверной информации о составе, строении и технологических свойствах продуктивного платинометального оруденения. Основным методом оценки качества минерального сырья на различных стадиях геологического изучения и освоения месторождений полезных ископаемых является технологическая минералогия, которая, благодаря трудам А.И. Гинзбурга, И.Н. Плаксина, Г.А. Сидоренко, Б.И. Пирогова, В.И. Ревнивцева, В.М. Изоитко, В.З. Блисковского, Л.К. Яхонтовой, В.А. Чантурия, Т.В. Башлыковой, Е.С. Ожогиной, Е.Л. Чантурия, О.Б. Котовой, занимает достойное место среди горных наук. Максимальная объективность и достоверность при разработке оптимальной и эффективной технологии обогащения данного вида платиносодержащего сырья может быть достигнута за счет интеграции петрологических методов изучения рудовмещающих горных пород, минералого-технологических исследований продуктивного оруденения и технологических испытаний руд в лабораторных и полупромышленных условиях.

Стратегия современного развития минерально-сырьевого комплекса Российской Федерации определяется в научном понятии «комплексное освоение недр», которое впервые сформулировано в начале 70-х годов прошлого столетия Н.В. Мельниковым, а в дальнейшем творчески расширено в работах М.И. Агошкова, К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия, Д.Р. Каплунова, Н.Н. Чаплыгина и др.. Эффективность освоения месторождений полезных ископаемых в данной научной концепции рассматривается с учетом, с одной стороны комплексного использования извлекаемых ресурсов земных недр, с другой, комплексирования применяемых при этом геотехнологий. Одной из основных задач данного научного направления является комплексный подход к решению всего круга проблем, определяющих возможность освоения участка недр для производства минерально-сырьевой продукции при краткосрочной и долгосрочной перспективе. Помимо технологической проблемы, целесообразность и эффективность освоения платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов на Камчатке, будет определяться возможностью соблюдения особых экологических условий, наличие которых обусловлено важным рыбохозяйственным значением большинства водных объектов территории. Для разработки эффективного комплекса мер по обеспечению экологической безопасности прилегающих лососевых нерестово-нагульных рек и сохранению их важного рыбохозяйственного значения необходимо проведение систематизации, типизации и оценки техногенных факторов, определяющих негативное воздействие добычных работ. Основой для научно-обоснованного прогноза возможных техногенных изменений среды обитания гидробионтов и трансформации существующего водного сообщества при переработке платинометальных руд являются результаты комплексного эколого-рыбохозяйственного мониторинга разработки россыпных месторождений платины Сейнав-Гальмоэнанского горного узла, выполненного под руководством К.Г. Баканова, В.Е. Упрямова и В.Н. Лемана.

Пресноводные биоценозы Северной Пацифики формируются в условиях низкой естественной мутности, и благоприятными условиями обитания и нереста тихоокеанских лососей являются чистые прозрачные реки с минимальным количеством взвешенного материала (не более 10 мг/л). В связи с тем, что воздействие консервативных химических соединений на экосистемы лососевых нерестово-нагульных рек до настоящего времени мало изучено и может вызвать непредсказуемую реакцию биоты, для проведения глубокой очистки воды от взвешенных веществ в данных условиях могут использоваться исключительно методы физико-механического воздействия. Одним из возможных физических методов агрегирования высокодисперсных частиц в воде, который характеризуется объемным распространением и относительной экологической безопасностью для окружающей среды, является акустическое воздействие в звуковом и низком звуковом диапазоне частот. Закономерности распространения звука в однородной и неоднородной среде, а также характер его энергетического воздействия на саму среду, отражены в основных принципах линейной и нелинейной акустики, изложенных в работах Н.Н. Андреева, Л.М. Бреховского, В.И Ильичева, В.И. Зверева, А.И. Калачева, О.В. Тимошенко. Современные исследования Д.Д. Кашубы, Г.И. Лямина, В.В. Кравченко, С.А. Бахарева, посвященные распространению, рассеянию и взаимодействию акустических волн относительно малой амплитуды в средах, обладающих повышенной нелинейностью, в которых определены основные принципы формирования направленного перемещения взвешенных частиц и возможность их коагуляции в силовом (акустическом) поле, являются методологической основой для разработки нового физико-механического способа очистки промышленных и сточных вод от взвешенных веществ с применением комплексного акустического воздействия.

Изучение вещественного состава и теоретическое обоснование обогатимости платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов.

Характерной (типоморфной) особенностью платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов является крайне неравномерное (бессистемное) распределение полезного компонента. Выявление причин выраженной неоднородности платинометальных руд и возможность её учета при прогнозной оценке технологических характеристик и качества исходной рудной массы для обогатительного передела являлось одной из важнейших задач исследований.

Содержания платины в минералого-технологических пробах руд определялись тремя способами: ICP-MS, пробирный анализ и расчеты по балансу, как средневзвешенное определение пробирного анализа продуктов гравитационного фракционирования. Наиболее близким расчетным по балансу оказались содержания платины, полученные в результате усреднения пробирного анализа трех параллельных навесок. Однако даже между ними установлен значительный разброс определений, при этом наибольшей неравномерностью (К_V=100%) характеризуются пробы с высокими содержаниями платины (14,7-50,2 г/т). Раздельный пробирный анализом крупной и мелкой фракции аналитических навесок показал, что в богатых пробах в надрешетный продукт рассева (+0,1 мм), выход которого не превышает 1,5 % от массы навески, распределяется до 70 масс.% платины. Результаты аналитических исследований позволили сделать предварительный вывод о том, что высокие содержания платины в руде определяет наличие относительно крупных выделений платиноидов, и руды с различным уровнем содержания платины могут иметь значительные различия в составе, строении и технологических свойствах. Достоверная оценка качества исходной рудной массы в данном случае может быть проведена только на основе определения показателей для множества однородных составляющих, в соответствии с долей их участия в объеме и продуктивности руд. Согласно статистической обработке результатов опробования рудных зон, подавляющая часть руды (82%) представлена дунитами с фоновыми концентрациями МПГ, определяющими только 6,0% продуктивности платинометального оруденения. Основная же продуктивность руд (76,4%) определяется интервалами с высоким содержанием платины, объем которых в исходной рудной массе составляет всего 3,6% (рис.1).

Рис. 1 Распределение руд с различным содержанием платины по объему и продуктивности

Для проведения минералого-технологических исследований были сформированы четыре представительные выборки проб по типам руд с различным уровнем содержания платины (г/т): 1) богатые (>2,5); 2) рядовые (0,5-2,5); 3) бедные (0,1-0,5) и 4) c фоновыми концентрациями (<0,1). Установленная обратная зависимость между распределением руд с различным содержанием по объему и продуктивности определила принципиальные различия в расчетах прогнозных показателей качества исходной рудной массы (А_ср) и характеристик продуктивного платинометального оруденения (В_ср), которые в соответствии со средневзвешенными показателями для выделенных относительно однородных выборок рассчитывались по разным формулам:

А_ср = 0,036 А₁+ 0,034 А₂+0,11 А₃ +0,82А₄

В_ср = 0,764 В₁+ 0,112 В₂+0,064 В₃ +0,06В₄

Петрографические исследования минералого-технологических проб показали, что продуктивное платинометальное оруденение локализуется преимущественно в дунитах с порфирокластическим и аллотриаморфнозернистым типом микроструктуры, для которых характерны признаки перекристаллизации и значительных структурных деформаций. По химическому составу, руды характеризуются выдержанным содержанием SiO₂ (в среднем 41,8 масс.%), что отвечает составу дунита, при достаточно значительных колебаниях концентраций Cr₂O₃, Fe₃O₄, Al₂O₃ и MgO. Максимальные содержания Cr₂O₃ (до 7,88 мас.%), Fe₃O₄ (до 15,63 мас.%) и Al₂O₃ (до 1,68 мас.%), которые отражают наличие в дунитах хромитового оруденения, установлены исключительно в пробах с высоким содержанием платины, а для основной массы руды с низкими и фоновыми концентрациями платины характерны повышенные содержания MgO (до 45,12 масс.%). Расчетное содержание Cr₂O₃ в руде находится на уровне 0,62 масс.%.

Прогнозное содержание платины в исходной руде по результатам минералого-технологического опробования, при разбросе от 0,03-50,2 г/т, оценивается на уровне 1,21 г/т. Даже при высоких содержаниях платины руды отличаются низкими концентрациями остальных благородных металлов (до 0,5 г/т Pd; до 0,85 г/т Rh; до 0,4 г/т Ir и не более 0,1 г/т Os, Ru и Au). Основную характерную особенность распределения элементов-примесей в платиносодержащих дунитах представляет геохимический ряд взаимно коррелированных признаков между концентрациями групп Сr, Al, Fe, Ti, Mn, Co, Zn, Ga, с одной стороны, и Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Sb, As и S, с другой, что отражает тесную связь формирования и локализации платинометального и хромитового оруденения. Однако следует констатировать, что корреляционная зависимость между содержаниями Cr₂O₃ (Cr) и платины (Pt) в платиносодержащих дунитовых рудах является очевидной, но не определяющей (рис.2).

Рис. 2 Корреляционая зависимость содержания платины и Cr₂O₃ в платинометальных рудах

Главным породообразующим минералом платинометальных руд является оливин, который составляет до 95 % их объема и представлен зернами двух генераций: крупными порфирокластами (до 10 мм) и мелкими необластами (0,1 - 0,5 мм). По составу, характерными для руд, являются высокомагнезиальные разности оливинов с содержанием форстеритового минала (Fo= 100*Mg/(Mg+Fe²⁺ )) на уровне 92,4 - 90,0.

Главный рудный минерал - хромшпинелид, представлен двумя основными группами: акцессорной вкрапленностью и рудными хромититами. Акцессорные хромшпинелиды относительно равномерно распределены в рудовмещающих дунитов и составляют не более 1% их объема. Рудные хромититы характеризуются исключительным многообразием морфологических и текстурных разновидностей (шлиры, прожилки, вкрапления), которые крайне неравномерно распределены во вмещающих дунитах и наиболее широко представлены в разновидностях несущих признаки перекристаллизации и структурных деформаций. По составу среди вкрапленных хромититов преобладает феррихромит (Mg < Fe), а в жильных и шлировых обособлениях имеет место развитие магнезиальная разность - магнезиохромит (Mg > Fe) с выделением отдельных кристаллов, оторочек, прожилков и просечек вторичного магнетита.

Вторичные изменения рудовмещающих дунитов представлены серпентином, образующим тонкие секущие прожилки, которые при более значительных изменениях сменяются широким развитием петельчатых текстур. Состав минерала отвечает лизардиту, а более поздние генерации представлены боулингитом и иддингситом. Смешанослойные минеральные фазы в рудах представлены отдельными прожилками хлорита и его чешуйчатыми выделениями в прожилках серпентина. Значительная часть установленных минеральных фаз относится по составу к глинизированным разностям типа корренсита, сапонита, вермикулита и гидробиотита. На контактах хромшпинелидов с минералами МПГ часто встречаются выделения и каймы вторичного магнетита, которые имеют в большинстве случаев рыхлую структуру. При вариации содержания FeO от 52 до 93 мас.%, в нем отмечается незначительная примесь Cr₂O₃ и Pt (до 4 масс.%).

Минераграфическими исследованиями платинометальных руд установлено, что подавляющее количество крупных выделений платиноидов концентрируется в рудных хромититах. Гнезда и вкрапленники платиносодержащих минералов, размер которых достигает 1,5 см, как правило, располагаются в краевых частях хромитовых обособлений, но часто выходят за их пределы и размещаются непосредственно в оливиновой матрице вмещающих дунитов. Ксеноморфизм выделений платиноидов по отношению к вмещающим хромшпинелидам и оливину определяется размещением их в трещинах и пустотах, при этом межзерновое пространство в большинстве случаев выполнено серпентином и хлоритом. Локализация крупных скоплений платиносодержащих минералов в различных морфологических разновидностях хромититов позволила выделить рудную платино-хромитовую минеральную ассоциацию, в качестве основной для руд с высоким содержанием платины.

В минералого-технологических пробах руд с низкими концентрациями платины, платиноиды встречаются исключительно в виде тонких зерен имеющих выраженную кристаллографическую форму. Их повсеместное присутствие в руде независимо от присутствия рудных хромититов свидетельствует о наличии первичной равномерной вкрапленности платиносодержащих минералов в оливиновой матрице, что позволило отдельно выделить рудную минеральную ассоциацию платиноносных дунитов. Предварительная количественная оценка установленных выделений платиноидов методами оптической микроскопии в аншлифах и рудных протолочках показала, что развитие платино-хромитовой минеральной ассоциации определяет не менее 85% продуктивного платинометального оруденения.

Доминирующей группой платиносодержащих минералов в руде является система сплавов Pt (Ir,Rh) - Fe - Cu, Ni (Co), а наибольшим распространением пользуются платино-железистые сплавы (изоферроплатина (Pt₃Fe), тетраферроплатина (PtFe), туламинит (Pt₂FeCu), никельферроплатина (Pt₂FeNi) и платино-медные сплавы (Pt,Cu)), где установлен практически полный ряд от самородного железа до самородной платины (рис.3)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Состав самородных минералов и сплавов МПГ в платинометальных рудах

Среди минералов МПГ, образующих самостоятельные выделения, следует отметить сперрилит (PtAs₂). Прочие платиносодержащие минералы пользуются в рудах незначительным распространение и встречаются исключительно в виде включений и тонких сростков с основными платиносодержащими минералами. Выделены следующие минеральные ряды: самородные металлы и интерметаллиды (Os, Ir, Pt); сульфоарсениды - платарсит-ирарсит-холлингвортит (PtAsS-IrAsS-RhAsS); сульфиды - куперит-лаурит (PtS-RuS₂); теллуриды - мончеит-котульскит-меренскиит (PtTe₂-PdTe-PdTe₂ ) и антимониды - геверсит-толовкит (PtSb₂ - PtSbS). В единичных находках отмечены минералы палладия - таймырит (Pd,Cu)₃Sn, кабриит Pd₂SnCu, меньшиковит Pd₃Ni₂As_3, звягинцевит Pd₃Pb и фрудит PdBi₂. Изменения качественного состава минералов МПГ в руде, в целом подчиняется правилу, чем выше содержание платины, тем более разнообразен их состав.

Результаты минералогических исследований позволили, используя установленные закономерности (2), определить прогнозный качественный и количественный состав продуктивной платиносодержащей минерализации в рудной массе. За счет значительного участия в составе продуктивного оруденения (52,8%) и исключительно высокого содержания платины (86,5 масс.%), основной выход (60 масс.%) будет определяться изоферроплатиной. Извлечение платиносодержащих минералов, таких как тетраферроплатина, туламинит, сперрилит и платино-медные сплавы, определит выход платины в соответствующих им долях 14,0; 11,0; 10,0 и 4,0 масс.%%.

Основной закономерностью изменения состава платиносодержащей минерализации в рудах является значительное уменьшение составляющих изоферроплатины и тетраферроплатины (на 12 масс.%) в богатых рудах, при увеличении содержания в них туламинита, платино-медных сплавов и сперрилита. Вместе с установленным характером замещений и морфологии выделений минералов МПГ, это позволяет определить общее направление изменения состава платиносодержащей минерализации в процессе рудообразования: Pt₃Fe PtFe Pt₂FeCu (Pt,Cu) PtAs₂ PtSb₂, с закономерным уменьшением содержания платины в минеральных формах. Наличие платины исключительно в собственных свободных минеральных формах является важнейшей особенностью платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов, что позволяет рассматривать возможность её извлечения из дунитов, как извлечение установленной платиносодержащей минерализации. Незначительные концентрации платины в отдельных зернах породообразующих и рудных минералов, объясняются наличием тонких включений платиносодержащих минералов в микропорах минеральной матрицы, имеют незначительное распространение и представляет на данной стадии исследований исключительно минералогический интерес.

Наличие в качестве основной по продуктивности платино-хромитовой минеральной ассоциации предполагает, что большая часть платиносодержащих минералов может быть выделена в хромитовые концентраты. Однако результаты минералого-технологических исследований свидетельствуют, что предварительное разделение руды различными физическими методами с выделением хромитового концентрата не обеспечит извлечение всей платиносодержащей минерализации. В качестве основных причин выделены: 1) крайне незначительная концентрация хромититов в исходной рудной массе (не более 1,5%); 2) сложная морфология выделений рудных хромититов, которые представлены преимущественно разрозненной вкрапленностью и прожилками, не позволяющими получить крупные куски для разделения; 3) низкая корреляционная зависимость между содержаниями платины и Cr₂O₃ в руде (рис.2); 4) наличие сопутствующей минеральной ассоциации платиноносных дунитов, определяющей безусловные потери платины при селективном обогащении руды.

Часть платиносодержащей минерализации, которая представлена тетраферроплатиной и туламинитом, а также другими неупорядоченными сплавами МПГ с железом, имеет выраженные магнитные свойства. Значительное количество сростков кристаллохимически упорядоченной изоферроплатины, платино-медные сплавов и сперрилита, которые являются парамагнетиками с низкой магнитной восприимчивостью, с магнитными минералами МПГ и вторичным магнетитом, в принципе позволяет рассчитывать на возможность их выделения в магнитных полях. Результаты магнитного фракционирования гравитационного концентрата минералого-технологических проб, показали, что прогнозный выход платиноидов в магнитную и парамагнитную фракции по рудной массе составляет около 84 масс.%. Однако анализ остаточной магнитной восприимчивости выделенных зерен платиносодержащих минералов показал, что она перекрывается полем магнитных свойств вмещающих хромшпинелидов и оливина, что определило теоретический вывод о невозможности применения магнитной сепарации для прямого выделения продуктивного платинометального оруденения.

Контрастные технологические свойства установленных в дунитах платиносодержащих минералов в первую очередь определяются их высокой плотностью, вариации которой от 10,5 - 19,5 г/см³ обусловлены содержанием платины в минеральных формах. Гранулометрический состав платиносодержащей минерализации в рудах с низкими и фоновыми концентрациями платины определяется равномерным тонко-вкрапленным характером её распределения. Количество зерен в классах крупности -40 мкм составляет в среднем 85,9 %, что крайне неблагоприятно для гравитационного обогащения. При максимальном размере до 200 мкм, среднеарифметический размер зерен минералов МПГ в бедных рудах составляет 20,5 мкм, средневзвешенный - 52,0 мкм. Гистограмма массового распределения платиноидов имеет модальный характер с максимумом в классе 40-80мкм (рис.4 ).