CC BY
37
РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.2
М. В. Рыльникова, Д. Н. Радченко, А. Ф. Илимбетов
РАЗВИТИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ В АСПЕКТЕ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ*
Стратегия комплексного освоения рудных месторождений должна предусматривать, наряду с комплексным использованием добываемых полезных ископаемых, вовлечение в эксплуатацию различающихся по составу георесурсов и применение в процессе промышленной эксплуа-тации месторождения различных способов и технологий разработки в соответствии с конкретными горно-геологическими условиями от -дельных рудных участков и залежей техногенного сырья. Это может быть совместное или после -довательное применение открытой, подземной и физико-химической геотехнологий, использова-ние процессов выщелачивания для извлечения цветных, редких и благородных металлов из руд и отходов их добычи и переработки.
Комплексное освоение рудных месторождений означает реализацию следующих направлений [1]:
- извлечение из недр и использование мине -рально-сырьевых и иных георесурсов;
- создание новых ввдов ресурсов на базе материальных богатств и специфических свойств недр;
- сохранение недр как комплексного многофункционального ресурса обеспечения жиз-недеятельности на Земле.
Таким образом, комплексное освоение месторождений предполагает комплексное использование всех содержащихся в рудах полезных компонентов при применении рационального сочетания известных и перспективных физико-химических геотехнологий, преимущественно малоотходных, переработку и использование накопившихся отходов производства и сформированных открытыми и подземными работами выработанных пространств.
Под комплексной комбинированной геотехнологией применительно к добыче и пере -работке твердых полез ных ископаемых понимается совокупность способов, методов, процессов и операций воздействия на горный массив или природную и техногенную минераль-
* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 3 0605-64541 иНШ-6523.2006.5.
ную массу, основанных на сочетании технологических процессов и оборудования открытых, подземных горных работ и физико-химических методов добыч и с целью извлечения и полезного эффективного использования полезных ископаемых для нужд народного хозяйства [2].
Развитие комбинированной геотехнологии возможно двумя путями:
- совершенствование применяемых технологических решений с обоснованием их рациональных параметров с целью повышения полноты и комплексности освоения месторождений и обеспечения экологической и промышленной безопасности горных работ;
- создание принципиально новых инновационных геотехнологий и технологических схем освоения недр, основанных на проведении научно-исследовательских и проектноконструкторских работ с целью качественного изменения технических и экономических показателей горного производства, получе-ния новых видов продукции.
Принципиально новой геотехнологией можно считать такую совокупность способов, методов , процессов и операций воздействия на гор -ный массив или минеральную массу, которая до сего времени не была известна в горном производстве , либо известную совокупность, основанную на ранее не применяющихся в горном деле приемах воздействия на недра Земли и составляющие их компоненты.
К принципиально новым комбинированным геотехнологиям относятся:
- сочетание открытых и подземных горных работ и физико-химических способов добычи минерального сырья с получением товарной металлургической продукции в рамках горного предприятия;
- химическое выщелачивание руд и техногенных отходов горно-металлургического производства с последующим использованием кеков выщелачивания в закладке выработанного пространства подземных камер твердеющей смесью.
Новые горные технологии основаны на принципах:
- увеличения избирательности воздействия на недра и направленного изменения свойств минерального вещества на макро- и микроуровне ;
- максимального использования геомехани-ческих, геохимических и других природных аномалий участков недр, минералов и их агрегатов, анизотропии свойств;
- увеличения степени комплексности использования ресурсов рудоносных провинций на базе ресурсовоспроизведения;
- повышения степени сопряженности технологических процессов;
- минимального изменения экологической функции недр как части природной среды. Для реализации концепции комплексного
освоения месторождений усовершенстванными и принципиально новыми технологиями горным предприятиям по добыче и переработке рудного сырья необходимы:
- более полная оценка и экономически оправданное извлечение из недр основных и попут-ных полезных ископаемых, в том числе различных по составу и качеству, с получением из минеральной массы на всех стадиях ее добычи и переработки ценных элементов и их соединений в виде товарных твердых и жид -ких концентратов;
- рациональное использование в промышленных и хозяйстве иных целях вскрышных вмещающих пород и отходов обогащения руд;
- решение экологических проблем путем применения малоотходных технологий, сокращения объемов накопленных и текущих твердых отходов, деминерализации сбрасываемых рудничных вод с извлечением содержащихся в них металлов в товарные концентраты и последующей очисткой для предотвращения миграции вредных компонентов в окружающую среду;
- использование в хозяйстве иных целях пус -тот, создаваемых в результате извлечения из недр полезных ископаемых.
Решение вышеперечисленных проблем в настоящее время осуществляется на горнодобывающих предприятиях компании «УГМК-Холдинг», осваивающих медно-колчеданные месторождения Урала, возможность и перспективность комплексного освоения которых опре-деляются следующими факторами:
- геологическими - наличием природных и техногенных месторождений с содержанием полезных ископаемых и компонентов в количествах, достаточных для промышленного освоения;
- техническими, определяющими возможность высокопроизводительного и наиболее полного извлечения полез ных ископаемых и ком -
поненгов при добыче и переработке горной массы и снижения вредного воздействия горных работ на окружающую среду в результа-те применения рационального сочетания раз -личных геотехнологических и обогатитель -ных процессов;
- экономическими, связанными с необходимостью превышения доходов, получаемых в результате реализации всей произведенной основной и дополнительной продукции, над затратами на реализацию технологий комплексного освоения месторождений и полезного использования всех вовлекаемых в технологическое производство ресурсов. Важность и сложность решения перечисленных вопросов комплексного освоения медно-колчеданных месторождений заключается в том, что полнота использования минерального сырья не обеспечивается простым сложением отдельных производств, а является задачей создания иного хозяйственно-организационного принципа развития горнопромышленного комплекса. Этот принцип должен войти в практику проектирования горного предприятия, полностью и эффективно использующего природное и техногенное сырье, производственные фонды, финансовые и трудовые ресурсы.
При малых масштабах производства и благоприятных горно-геологических условиях недра сохраняют способность к самовосстановлению своей природоорганизующей функции. С увеличением масштабов горного производства эта способность недр может сократиться вплоть до уровня, за которым наступает деградация развитых биологических форм в результате осушения вод оное ных горизонтов, питающих влагой поч -ву, при снятии растительного слоя; подработки земной поверхности с нарушениями ее сплошности и образованием провалов; природного выще-лачивания металлов и других элементов с миграцией их в окружающую среду [3].
В связи с этим задачей горного производства является применение таких геотехнологий, которые не приводят к деградации территорий, атмосферы и гидросферы в регионе действия горного предприятия. Другим обязательным направлением освоения недр является применение технологий восстановления, рекультивации нарушенной территории, технологий, не допускающих сброса неочищенных и промышленных стоков, технологий очистки воздуха, выбрасываемого в атмосферу. Этому же служит сокращение выхода и накопления твердых отходов добычи и обогаще-ния полез ных ископаемых.
Реализация ресурсовоспроизводящих технологий способствует как получению дополнительной продукции и соответствующего эконо-мического эффекта, так и улучшению экологиче-
ской обстановки в районе деятельности горного предприятия. Причем непременным условием рационального комплексного освоения недр становится не только достижение максимального технико-экономического эффекта от промышленного освоения и использования природных месторождений, но и его увеличения за счет вовлечения в эффективную промышленную эксплуатацию техногенных месторождений, сформировавшихся в результате многолетней деятельности предприятий горно-металлургического комплекса.
Задача снижения объемов отходов горноме-таллургических предприятий и вовлечения их в эффективное промышленное использование становится первоочередной для народного хозяйства страны. В том числе на горнодобывающих предприятиях Южного Урала накоплена мощная техногенная сырьевая база. Техногенные георесурсы здесь представлены: отвалами вскрышных пород и бедных руд, залежами нековдиционных руд, частично вскрытых карьерами и выработками действующих под -земных рудников; минерализованными руд -ничными водами; складированными в хранилищах различных типов отходов обогащения и металлургического производства.
С одной стороны, содержание ценных компонентов в указанных объектах и масштабы их накопления достаточно большие для перспективного вовлечения в промышленную эксплуа-тацию, что и определяет целесообразность отнесения этих объектов к техногенным месторождениям с постановкой на баланс горнодобывающих предприятий, осуществляющих разработку базовых природных месторождений медно-колчеданных руд.
С другой стороны, уровень негативного экологического воздействия этих образований на окружающую среду горнодобывающих ре -гионов предопределяет необходимость изыскания эффективных технологий использования бедных руд и отходов добычи и переработки полезных ископаемых. Неоднородность веще -ственного состава, содержание широкого спектра ценных компонентов, которые на медноколчеданных месторождениях, преимущественно , присутствуют в виде изоморфных включений в сульфвдах, обусловливают предпочтительность физико-химических геотехнологий освоения залежей нековдиционных руд в недрах и техногенных месторождений, сформированных на поверхности горного отвода.
Позитивными предпосылками к внедрению физико-химических геотехнологий на природ -ных и техно генных месторождениях полиме -таллического сырья являются:
- накопление значительных объемов техно-
генного сырья, уже прошедшего первичную подготовку, с достаточно высоким содержанием полезных компонентов - цветных, благородных металлов и редких элементов;
- благоприятная тенденция роста цен на эти металлы на мировом рынке сырья;
- выполненные в середине ХХ-го столетия исследования процессов выщелачивания меди и цинка на медных и медно-колчеданных месторождениях Урала, благородных металлов и редких элементов на месторождениях урановых руд;
- широкое промышленное внедрение в мировой практике процессов физико-химической геотехнологии при добыче меди и других цветных металлов, а также опыт эксплуатации отечественных месторождений урана и золота;
- возможность, благодаря достижениям фундаментальной химии, комплексного и селективного извлечения из полиэлементно го природного и техногенного сырья полезных компонентов заданного качества;
- имеющийся научный задел в области создания и обоснования параметров физико-химической геотехнологии применительно к ком -бинированной разработке медно-колчеданных месторождений;
- сложившийся дефицит минерально-сырьевой базы на действующих горнодобывающих предприятиях Урала, имеющих развитую производственную и социальную инфраструктуру.
Обоснование принципов и стратегии рационального освоения месторождений полиметаллических руд на перспективу, создание новых процессов и технологий комплексной и экологически безопасной их разработки базируется на повышении степени их геотехнологической изученности и решении геотехнологических, геомеханических и экологических проблем в интересах устойчивого обеспечения потребностей народного хозяйст-ва в комплексном минеральном сырье.
С этих позиций необходимо определить ОС -новные положения комплексного освоения месторождений и стратегии сохранения недр Земли, которые в себя включают:
- целостную ресурсно-технологическую оценку осваиваемых месторождений во всем многообразии ресурсов недр;
- освоение недр по этапам с учетом горногеологической и горнотехнической специфики и пространственного расположения георесурсов, а также приоритетности их извлечения;
- управление освоением ресурсов с контролем изменения их состояния, местоположения и качества;
- предотвращение потери ресурсов или снижения степени доступности их освоения в будущем;
- мониторинг состояния природных сред на всех этапах освоения месторождений;
- установление параметров функционирования горных предприятий на каждом из эта -пов освоения месторождений исходя из существования пространственной и временной связи между ними в отношении всех ввдов ресурсов недр.
Применительно к проблеме формирования стратегии освоения мед но-колчеданных месторождений Южного Урала, расположенных на территории республики Башкортостан и Челябинской области, таких как Учалинское, Новоучалинское , Озерное, Узельгинское, Молодежное, Талганское, Сибайское, Бакр-Узяк, Алек-сандринское, Октябрьское, Юбилейное, Подольское, Северо-Подольское, первоочередными задачами являются:
- теоретическое обоснование геотехнологи-ческой стратегии комплексного освоения месторождений на основе изучения особенностей их техногенного преобразования, создание технологических схем и способов разработки природ ных и техногенных ме -сторождений на базе комбинации процессов
открытых, подземных и физико-химических способов добычи руд;
обоснование методики определения основных параметров техногенного преоб разова -ния медно-колчеданных природных месторождений и вовлечения в эффективную промышленную эксплуатацию сформированных в результате складирования отходов горно-металлургического производства техногенных месторождений; установление закономерностей минерального и химического состава, распределения полезных компонентов и физико-механических свойств минерального сырья в природных и техногенных месторождениях; исследование закономерностей процессов техногенного преобразования минерального сырья при добыче и переработке комбинированными физико-техническими и физико-химическими способами; усовершенствование существующих и разработка новых технологических процессов комплексного освоения природных и техногенных месторождений для повышения уровня и комплексности извлечения полез -ных компонентов путем снижения их потерь в недрах при добыче и переработке, а также утилизации отходов производства.
Библиографический список
1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкой. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. 478 с.: ил. 1БВ1\1 5-7892-0008-7.
2. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы », 2003. 560 с.: ил. ІБВИ 5-8216-0046-4.
3. Проблемы геотехнолотческих процессов комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений / Под ред. акад. РАН К.Н. Трубецкого, ч.-кор. РАН Д.Р. Каплунова. М., 2005. 248 с.: ил. ІБВИ 5-201-15589-8.
УДК 622.2
А. Ф. Илимбетов, М. В. Рыльникова, Д. Н. Радченко, Д. А. Милкин
НОВЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ*
Проблема восполнения минерально-
сырьевой базы, экологизации горного производ-ства имеет актуальное значение для промышленных регионов большинства стран, являющихся основными поставщиками цветных металлов на мировой рынок. Причем, наряду с рациональным использованием полезных ископаемых недр, особое значение приобретает переработка техногенного сырья горно-металлургического ком -плекса (хвосты обогатительных фабрик и металлургические шлаки, отвалы бедных руд и
* Работа выполняется при поддержке Фонда содействия отечественной науке.
вскрышных пород, рудничные воды и др.), экономический потенциал которых весьма высок. Многие техногенные отходы характеризуются промышленно-значимым содержанием ценных компонентов и образуются в индустриальных зонах с развитой инфраструктурой, что создает предпосылки их полной утилизации на предприятиях-продуцентах этого сырья [1]. Остро эта проблема стоит в промышленных регионах, где деятельность горных и металлургических предприятий за многовековой период привела к зна-чигельному истощению запасов богатых руд, снижению содержания ценных компонентов в
