Формирование требований к качеству природного и техногенного минерального сырья при комплексном освоении рудных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.013:553.048

© А.М. Пешков, 2013

ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К КАЧЕСТВУ ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Классифицированы требования к качеству природного и техногенного сырья при комплексном освоении месторождений многокомпонентных руд. Предложена методика расчета минимально-промышленного содержания условного металла для физико-технической и физико-химической геотехнологии. Ключевые слова: комбинированная геотехнология, обоснование кондиций, требования к качеству руд, многокомпонентные руды.

Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых объективно является необходимым условием развития современного общества, предъявляющего все более жесткие экологические требования к разработке месторождений полезных ископаемых, что оказывает определяющее влияние на развитие геотехнологий.

В современных условиях комплексное освоение недр предусматривает использование с максимальным эффектом всего ресурсного потенциала месторождений — кондиционных и бедных руд, сопутствующих полезных ископаемых, промежуточных продуктов, техногенных образований прошлых лет, минерализованных вод, подземного пространства, а также складированных и текущих отходов добычи и переработки руд [1].

Очевидно, что при проектировании полного цикла комплексного освоения месторождений комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологий требования к качеству гетерогенных и разнофазовых потоков природного и техногенного сырья, вовлекаемого в эксплуатацию различными способами добычи, существенно отличаются. Так, при открытой разработке месторождений требования к минимальному промышленному содержанию полезного компонента в руде — одни, для подземной разработки — другие. При реализации физико-химической геотехнологии требования к качеству сырья зависят

от различных факторов: способов выщелачивания — подземное, кучное, скважинное; места производства работ — в карьере или на поверхности, в подземной камере, в горном массиве или в разрыхленной рудной массе; вида сырья — руда на месте залегания, складированная в отвалах, оставленная в закладке или потерянная в зоне обрушения, либо техногенное сырье горно-металлургического производства — хвосты обогащения: текущие, лежалые, находящиеся под затоплением действующих или законсервированных хвостохранилищ, а также металлургические шлаки и минерализованные промышленные стоки: карьерные и шахтные воды, подотвальные стоки, оборотные воды хвостохранилищ [2].

Поэтому, в зависимости от применяемой горнотехнической системы комбинированной геотехнологии, включающей в себя элементы открытой, открыто-подземной, подземной разработки и физико-химических геотехнологии, требования к качеству минерального сырья будут различны.

Требования к качеству минерального сырья следует устанавливать в зависимости от его вида, вещественного и структурного состава и места формирования. Эти требования классифицированы на три группы (табл. 1):

I. Рудное сырье, сформированное в результате освоения природных запасов месторождения;

II. Техногенное сырье, формируемое в процессе освоения природных запасов месторождения;

III. Техногенные и природно-техногенные образования прошлых лет сформированные ранее, в результате эксплуатации рудных месторождений.

Рудное сырье, сформированное в результате разработки геогенного месторождения, разделяется по виду промышленной ценности и значимости на три категории:

1. кондиционные запасы для физико-технической геотехнологии (открытой, подземной, открыто-подземной и скважинной гидродобычи);

2. кондиционные руды для разработки физико-химической геотехнологией (скважинное, подземное, кучное и кюветное выщелачивание);

3. забалансовые руды, т.е. некондиционные для всех видов геотехнологий.

Таблица 1

Классификация требований к качеству минерального сырья при комплексном освоении месторождений многокомпонентных руд

Вид Категория за- Требования к Способ раз- Характеристика природного и Характеристика технологий извле-

сырья пасов мине- содержанию работки техногенного минерального чения или утилизации минерально-

рального сы- (С) и объему сырья го сырья

рья сырья (Q)

Кондицион- с17 > спП Открытая Руды с высоким и средним Складирование отходов добычи

ное для фи- и Q17 > Q7T z-s t-min разработка содержанием ценных ком- руд и вскрышных пород в выра-

зико-техни- понентов ботанном пространстве карьера

ческой гео- Подземная Руды с высоким содержани- Извлечение прибортовых запа-

технологии разработка ем ценных компонентов и н содержанием серы не более 35 % сов системами с обрушением руды или с открытым очистным пространством

о л л Открыто- Устойчивые руды в бортах и Утилизация хвостов обогаще-

подземная днище карьера с высоким и ния руд в выработанном про-

я о разработка средним содержанием цен- странстве карьера и/или под-

о о ных компонентов земных камер в виде гидравли-

К Ч ческой закладки

£ Скважин-ная гидродобыча Рыхлые, низкопрочные, слабосвязные, плотные глинистые и неустойчивые руды Складирование отходов обогащения руд в выработанном пространстве подземных камер в виде гидравлической закладки

Кондицион- cZ > с17 > Кучное Руды с низким содержанием Складирование отходов добычи

ное для фи- > СПХ min выщелачи- ценных компонентов, окис- руд и последующее выщелачи-

зико-хими- вание ленные и другие неконди- вание в выработанном про-

ческой и ционные для физико- странстве карьера и/или под-

геотехнологии 0п > опх технической геотехнологии добытые в ходе разработки земных камер; утилизация отходов выщелачивания в выработанном пространстве карьера и/или подземных камер в виде сыпучей или гидравлической закладки

Скважин-ное выщелачивание Трещиноватые и пористые руды с низким содержанием ценных компонентов, окисленные в бортах и днище карьера, выклинках рудных тел, изолированные рудные тела Извлечение прибортовых и придонных запасов физико-химической геотехнологией; отработка запасов в выклинках и на контактах с вмещающими породами; отработка подземных камер заложенных поризованными хвостами обогащения;

Подземное выщелачи-ваие Руды с низким содержанием ценных компонентов, окисленные в бортах и днище карьера, изолированные рудные тела, камеры второй очереди Формирование техногенного месторождения в выработанном пространстве подземных камер из бедных руд в виде сыпучей закладки

Забалансовые Сп > Спх, шт > Сп > Спт, Ш1П > и/или 0п > О- ш1П 0п > 0пт, ш1П Разработка не преду-сматрива-ется Некондиционные руды для физико-технической и физико-химической геотехнологии, в бортах и днище карьера, в зоне обрушения по-род;выклинки рудных тел; изолированные рудные тела Запасы остаются в недрах для освоения их в будущем, в случае их извлечения, складируются в спецотвалы для освоения в будущем

чо о

Продолжение табл. 1

Вид Категория запа- Требования к со- Способ разра- Характеристика природного и Характеристика технологий извле-

сырья сов минерально- держанию (С) и ботки техногенного минерального сы- чения или утилизации минерально-

го сырья объему сырья (Q) рья го сырья

Кондицион- Ct > cm m Кучное отходы кондиционной Формирование в выработан-

ное в бли- и выщелачи- фракции предконцентра- ном пространстве карьера

жайшей пер- QT > Q■ вание ции руд, текущие хвосты и/или подземных камер техно-

спективе Скважинное выще- обогащения руд текущие хвосты обогащения руд генного месторождения из окомкованного материала текущих отходов обогащения Формирование в выработанном пространстве карьера

<и л лачивание и/или подземных камер порис-

л й того массива из поризованной

о 0} пульпы отходов обогащения

о к руд

К <и ^ Кондицион- c:m> ct > Кучное отходы кондиционной Селективное складирование

о К ное в долго- >cm min выщелачи- фракции предконцентра- техногенного сырья в выра-

X <и H срочной пер- вание ции руд, хвосты обогаще- ботанном пространстве карь-

спективе и QT > QT- ния из затопленных и законсервированных хвосто-хранилищ ера для целенаправленного изменения качественных характеристик и освоения в будущем; складирование отходов обогащения руд в контейнерах из геотекстиля для их освоения в будущем;

Скважин-

ное выще-

лачивание

Некондици- ст>с™ , Разработка

онное и/или От > от. х-' ^шп не предусматривается

хвосты обогащения из затопленных и законсервированных хвостохранилищ

Вскрышные породы и породы от проходки горных выработок, отходы сепарации, текущие и затопленные хвосты обогащения, отходы выщелачивания — руд, просыпи сепарации, окомкованных хвостов обогащения

Формирование из текущих отходов обогащения руд пористого массива в выработанном пространстве карьера и/или подземных камер для их освоения в будущем Складирование отходов добычи руд и выщелачивания в выработанном пространстве карьера и/или подземных камер;

утилизация текущих хвостов обогащения руд и/или отходов выщелачивания в выработанном пространстве карьера и/или подземных камер в виде гидравлической закладки или путем складирования обезвоженных хвостов;

утилизация текущих хвостов обогащения руд в выработанном пространстве подземных камер в виде твердеющей закладки.

Окончание табл. 1

Вид сырья Категория запасов минерального сырья Требования к содержанию (С) и объему сырья (Q) Способ разработки Характеристика природного и техногенного минерального сырья Характеристика технологий извлечения или утилизации минерального сырья

Техногенное сырье прошлых лет Кондиционное в ближайшей перспективе сТПЛ ^ сТПЛ min и О.ТПЛ ^ О.ТПЛ min Кучное и (или) подземное выщелачивание Ранее некондиционные руды из отвалов, хвосты обогащения — затопленные, законсервированные и лежалые Формирование массива окатышей во внутрикарьерном пространстве из отходов обогащения руд; формирование техногенного массива в отработанных подземных камерах из лежалых отходов обогащения руд; формирование выщелачиваемого массива в выработанном пространстве карьера из лежалых бедных руд;

Некондиционное сТПЛ ^ сТПЛ min и/или О.ТПЛ ^ О.ТПЛ min Разработка не предусматривается Отвальные породы, некондиционные руды из отвалов, хвосты обогащения — затопленные, законсервированные и лежалые Утилизация лежалых отходов обогащения руд в выработанном пространстве карьера и/или подземных камер в виде гидравлической закладки.

Установление категории природного сырья производится на основе показателя минимального промышленного содержания условного металла (Cmin), рассчитываемого дифференцированно по видам геотехнологий. При этом Cmin для физико-технической геотехнологии (СШТ ) больше или равно Cmin для физико-химической геотехнологии (С™ ). Расчет минимального про-мышленно содержания металлов, приведенных к одному основному — условному, для разработки запасов руд (СШт ) физико-техническими и/или физико-химическими геотехнологиями следует производить по формуле:

С" = 3 + Зп - П - Пт 100 , (1)

шт Ц6(1 - P) ' v 7

где Зд — полная себестоимость добычи 1 т руды с учетом использования техногенного сырья для производства закладочной смеси, руб/т; Зп — полная себестоимость переработки 1 т руды, включая общерудничные расходы, руб/т; П — суммарная извлекаемая ценность попутных компонентов не учтенная при подсчете условного содержания к основному металлу, и приходящаяся на 1 т добытой руды, руб./т; Пт — прибыль, полученная от реализации товарной продукции, полученной от разработки техногенного сырья, руб/т; Ц — цена 1 т основного металла, руб; 6 -сквозное извлечение основного полезного компонента при разработке, переработке и металлургическом переделе, доли ед.; Р — разубоживание руд, доли ед.

Текущие, выходящие с обогатительного передела или горных работ, потоки техногенного сырья, формируемые при разработке геогенных запасов месторождения руд, разделяются на три категории:

— кондиционные для переработки в ближайшей перспективе;

— кондиционные для вовлечения в эксплуатацию в долгосрочной перспективе;

— некондиционные для эффективного использования и требующие утилизации.

Установление категории техногенного сырья производится на основе показателя Cmin и Qmin. Причем, расчетное для вовлечения в

разработку в ближайшей перспективе (СЩ1п ) выше расчетного Cmin для использования в долгосрочной перспективе СЩП , т.е. СШт > СШП . Минимальное промышленное содержание условного компонента для освоения техногенного образования в ближайшей перспективе (СШ1П , %) рассчитывается по формуле:

З + З

СТ =_ф п_i00 (2)

Сш1п ц6Т (1 - Кп )100, (2)

где Зф — эксплуатационные затраты на формирование и разработку техногенного образования, руб/т; Зп — эксплуатационные затраты на переработку продуктивных растворов, полученных из техногенного сырья в пересчете на 1 т, руб/т; 6Т — сквозное извлечение основного полезного компонента при разработке, переработке и металлургическом переделе, доли ед.; КП — потери качества сырья, происходящие в ходе формирования и разработки техногенного образования, доли ед.

Минимальное промышленное содержание условного компонента для освоения техногенного месторождения в будущем (СЩП , %), рассчитывается:

СТП =_Зф + Зп + Зд_100 (3)

Ш1П v J J ТП тг D4 ' У '

КцЦ6 (1 - КП - Р)

где Зф — эксплуатационные затраты на формирование техногенного образования, его хранения и консервацию, руб/т; Зд — эксплуатационные затраты на разработку техногенного образования, руб/т; Кц — поправочный коэффициент прогноза изменения цены основного металла в единицу времени, доли ед.; КП — потеря качества сырья, происходящая в ходе формирования, консервации и разработки техногенного образования, доли ед.

Анализ практики разработки месторождений многокомпонентных руд свидетельствует, что в районе расположения геогенного месторождения, для которого разрабатывается проект полного цикла комплексного освоения, как правило, находятся сформированные ранее природно-техногенные и/или техногенные образования. К природно-техногенным запасам относятся целики, оставленные на границе карьеров и служащие для разде-

ления открытых и подземных горных работ, охранные целики, оставленные при разработке месторождений камерно-столбовой системой разработки и прочие. К техногенным запасам относятся бедные, ранее некондиционные руды, складированные в отвалах, хвосты обогащения руд, размещенные в эксплуатируемых, затопленных и законсервированных хвостохранилищах и отвальные породы.

Оценку промышленной значимости техногенного сырья следует производить на основе минимального промышленного содержания условного компонента (С™ ) и Qmin (форм. 5). Расчет

С™ по формуле:

СТПЛ = Зд + Зп + Зф_100 (4)

Сшш ЦеТ (1 - Кп - Р) (4)

При определении целесообразности промышленного освоения участков геогенного и или техногенного месторождения, изолированных рудных тел, следует пользоваться формулой:

З Р

Q =—— (5)

(Ци - Зд) п' Kf

где Qmin — минимальные запасы рудного тела (участка, элементарной выемочной единицы) или техногенного образования, т; Здоп — дополнительные затраты, связанные со вскрытием, подготовкой и разработкой рудного тела (участка, элементарной выемочной единицы), руб; Ци — извлекаемая ценность всех полезных компонентов в расчете на 1 т добываемого природного или техногенного сырья, руб; П и Р — коэффициенты, учитывающие эксплуатационные потери в недрах и разубоживание руды, доли ед.

Данная последовательность обоснования требований к качеству природного и техногенного сырья была реализована в разработанной математической модели функционирования горнотехнической системы при комплексном освоении месторождений многокомпонентных руд комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологией. Для исследований влияния вещественного состава медно-колчеданного сырья на технико-экономические показатели и эффективность разработки природ-

ных и техногенных месторождений с глубокой переработкой минерального сырья и утилизацией конечных отходов в выработанном пространстве были рассчитаны показатели минимально-промышленного содержания условной меди для физико-технической и физико-химической геотехнологий и установлены зависимости.

Анализ результатов моделирования показал, что утилизация хвостов обогащения в выработанном пространстве подземных камер в качестве закладочной смеси, приводит к снижению минимально-промышленного содержания условной меди на 12,613,8 %. В свою очередь, вовлечение в разработку хвостов обогащения методами кучного выщелачивания с последующей утилизацией отходов в выработанном пространстве подземных камер в качестве закладочной смеси, позволяет снизить минимально-промышленное содержание условной меди на 18,9-19,4 %.

Созданная методика позволяет на стадии проектирования разработки месторождений многокомпонентных руд оценить возможность расширения минерально-сырьевой базы горных предприятий за счет увеличения объемов вовлекаемых природных запасов, в том числе, ранее некондиционных, своевременно разработать техногенные образования и утилизировать отходы в выработанном пространстве карьеров и шахт.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н., Милкин Д.А. Управление минерально-сырьевыми потоками в полном цикле комплексного освоения рудных месторождений. // Труды конференции с участием иностранных ученых «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды». В III т. Т. II. Геотехнология. — Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2010. С.5-8.

2. Рыльникова М.В., Пешков А.М. Обоснование требований к качеству природного и техногенного минерального сырья при комплексном освоении месторождений. Москва, ГИАБ, 2011, №1.