CC BY
90
------------------------------------- © В.С. Алексеев, 2007
УДК 622.271 В. С. Алексеев
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА МИГРАЦИИ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ В ОБВОДНЕННОЙ АЛЛЮВИАЛЬНОЙ СРЕДЕ
Т/Гз россыпей в различных регионах Дальнего востока до-JlJ. бывают около 45-50 % золота, причем эта доля ежегодно уменьшается за счет развития рудной золотодобычи. Однако освоение крупных золоторудных месторождений в Дальневосточном регионе требует значительного времени, поэтому значение россыпных месторождений будет сохраняться еще длительное время, но, наряду с природными россыпями, необходимо более активно, с применением соответствующих технологий и оборудования, внедрять разработку техногенных россыпей.
Одна из особенностей техногенных россыпей - стохастический характер распределения золота и других ценных компонентов в их структурах - требует повторной переработки и обогащения практически всего объема горной массы, поэтому в условиях, когда содержания ценных компонентов минимальны, освоение техногенных россыпей оказывается зачастую нерентабельным.
В процессе изучения генезиса, состава, строения и условий залегания техногенных россыпных образований, производственного опыта эксплуатации техногенных россыпей возникла гипотеза о возможном возобновлении ресурсов техногенных россыпей под воздействием в природных условиях физико-химических процессов. При обосновании этой гипотезы возникло новое научное направление - формирование обогащенного пласта техногенных россыпных месторождений. Возглавляют исследования по этому направлению профессор Ю.А. Мамаев и д.т.н. В.С. Литвинцев.
Конечной целью исследований является выявление основных влияющих факторов (процессов), включая природные, на основе которых в отвальных комплексах отработанных россыпных месторождений осуществляется процесс миграции ценных компонентов, что приводит к формированию обогащенного пласта и существен-
ному снижению объемов горной массы, перерабатываемой на промывочных приборах и драгах.
Для решения этой задачи были изучены следующие факторы, влияющие в конечном итоге на процессы миграции ценных компонентов в обводненной аллювиальной среде: процессы "Протаива-ния и Проморозки" горной массы, динамическое воздействие природных микросейсмических процессов на сегрегационные явления в отвальных комплексах техногенных россыпей, процессы фильтрации и суффозии частиц вмещающих пород и ценных компонентов под воздействием безнапорных потоков воды и др.
Экспериментальным путем установлены качественноколичественные закономерности миграции ценных компонентов в аллювиальной среде под воздействием циклов "Проморозка - Про-таивание" (П - П). Впервые этот эксперимент выполнил д.г-м.н. Ю.В. Шумилов, его результаты показаны на рис. 1. Нами в процессе экспериментальных работ получены данные, позволяющие оценить усредненную скорость миграционных процессов фракций золота в массиве пород, имеющем типичный для многих россыпей региона гранулометрический состав.
Исследование влияния безнапорных потоков воды в отвальных комплексах техногенных россыпей показало достаточно высокую эффективность этого процесса на миграцию ценных компонентов. Для осуществления этого процесса требуется обеспечить воздействие на отвальный комплекс безнапорного потока воды, создавая затопление, затем осушение горной массы, вновь затопление и т.д. Параметры водного потока выбираются такими, чтобы не происходило массового гидротранспорта частиц аллювия, в том числе и мелких фракций. Режим потока ламинарный, либо слабо турбулентный, поэтому давление потока будет определяться только линейными сопротивлениями, зависящими от диаметра частиц и относительной скорости потока. Гидродинамическое воздействие потока выражается также и подъемной силой. В условиях, когда лобовое давление незначительно, и частицы полезного компонента "заклинены" между соседними частицами породы, то на золотины будет действовать, в основном, подъемная сила. Она может
Рис. 1. Характер перераспределения частиц золота в процессе промерзания -протаивания вмещающего их обломочного материала (материалы Шумилова Ю.В.)
возникнуть в те периоды, когда резко увеличивается расход воды, подаваемой на отвал, что приводит к повышению водонасыщения отвала. Повышение, а затем понижение уровня воды будет способствовать незначительным перемещением частиц металла как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях, т.е. возникает процесс постепенной миграции золотин в основание отвала.
При проведении экспериментальных исследований необходимо соблюдать физическое подобие испытываемого образца породы и ценных компонентов с реальной системой, представленной аллювиальной горной массой. При увеличении мощности продуктивного пласта изменяются и такие свойства породы как пористость, фильтрационная способность и др. Поэтому необходимо создавать внешнюю нагрузку на испытываемый образец, от величины которой будет зависеть глубина (мощность) моделируемого участка.
Экспериментальная установка состоит из следующих узлов:
Резервуар 1 разделен перегородкой 2 для возможности проведения эксперимента одновременно с двумя различными по гранулометрическому составу пробами техногенных месторождений. Перегородка 3 с отверстиями 4 служит для создания двух резервуаров технологического запаса воды. В обеих частях резервуара 1 размещаются пробы техногенных россыпей с вложенными по заданной координатной сетке имитаторами золота. На передней и задней стенках резервуара нанесена разметка по вертикали для определения координат местоположения имитаторов.
Правая боковая стенка 5 подобно перегородке 4 снабжена отверстиями для выпуска воды из резервуара. На торцевой стенке резервуара находятся водосбор 6 и водослив 7. Дно резервуара 1 покрыто резиновым ковриком 8. Перегородки 9 и резиновые коврики 8 служат для создания искусственной шероховатости дна. При дренировании воды через толщу горной массы будет происходить суффозия- явление выноса мелких фракций, что окажет влияние на величину коэффициента фильтрации и, следовательно, на степень миграции тяжелых и ценных компонентов (имитаторов). Для количественной оценки этого явления имеется отстойник, снабженный сливом.
Условия проведения эксперимента отображены в табл. 1.
Планируемые исследования проводились в следующей последовательности:
В двух экспериментах преобладающим режимом безнапорного потока воды является постоянство в течение длительного времени скорости и расхода воды. В третьем эксперименте режим потока воды - колебательный: подъем воды в отвале до максимальной отметки, а затем полное осушение отвала и т.д. После завершения каждого эксперимента проводим отбор Таблица 1
Номер экспери- мента продолжительность эксперимента, ч Г рансостав горной массы по классам, % Масса ценных компонентов в эксперименте, мг Au РЬ
1 196 (5-10) мм - 80 (2-5) мм - 20 120 3000
2 278 (5-10) мм - 20 (2-5) мм - 80 103 3000
3 27 (5-10) мм - 20 (2-5) мм - 80 108 3000
Рис. 3. Экспериментальная установка: 1 - резервуар; 2, 3 - перегородка; 4 - отверстия; 5 - правая боковая стенка; 6 - водосбор; 7 - водослив; 8 - резиновые коврики
проб в нескольких фиксированных точках модели отвала и путем промывки их определяем наличие имитаторов золота.
Расчет скорости миграции зерен имитатора дает следующие результаты: по горизонтальной плоскости скорость миграции лежит в пределах от 0,95 до 1,6 мм/час, по вертикали - 0,47 мм/час. Скорость миграции зерен имитатора, наиболее удаленных от места заложения составляет до 1,9 мм/час.
С достаточно большой долей вероятности можно утверждать, что в краткосрочный период времени (например, промывочный сезон) влияние безнапорного потока воды, проходящего через толщу продуктивного пласта, на эффект "миграции" золотин будет доминирующим, особенно при условии дополнительного воздействия на поверхность пласта струй напорной воды.
Оценка известных фактов влияния микросейсмических процессов на образование природных россыпей позволила определить научное направление исследований воздействия энергии колебаний от источников природного или искусственного характера на формирование обогащенного приплотикового пласта техногенных россыпных образований.
В эксперименте в качестве вмещающих пород были отобраны и равномерно распределены в экспериментальной установке частицы аллювиальных пород крупностью от 20 до 0,2 мм. Всего в эксперименте было использовано 69000 см3 горной массы с величиной средней плотности 2,04 г/см3.
Экспериментальная установка представляет собой тонкостенный металлический ящик прямоугольного сечения размерами 1000 х 300 х 300 мм, жестко закрепленный на опорах и заполняемый исследуемой горной массой. Колебания создаются электромагнитным излучателем - вибратором (ЭМИ), установленным на торцевой стенке ящика.
Ситовой состав ценного компонента в эксперименте представлен фракциями от -1,6 до + 0,14 мм. Ценные компоненты (пробы № 1, 2, 3) и свинцовая дробь ^ =2 мм) были размещены в заглублении на 1-2 см от поверхности породы.
Возбуждение волн в горной породе происходило за счет колебаний излучающей пластины, жестко связанной с якорем электромагнитной системы.
Сводные данные по миграции ценных компонентов представлены в табл. 3. Они показывают, что в результате воздействия колебаний произошла миграция ценных компонентов по всей толще исследуемой породы.
Выполненные исследования позволяют охарактеризовать основные технологические операции геотехнологии разработки техногенного месторождения с формированием продуктивного пласта. Она включает следующую последовательность технологических операций:
Таблица 3
Миграция ценных компонентов в увлажненной аллювиальной горной массе под воздействием колебательные процессов (экспериментальные данные)
Ряд Слой Фракции ценного компонента Всего
-1,6 +0,4 -0,4 +0,14
мг % мг % мг %
Первый 1 124 22,6 100 18,2 224 40,8
2 68 12,4 120 21,8 188 34,2
3 14 2,5 66 12 80 14,5
4 5 0,9 12 2,2 17 3,1
5 7,5 1,3 4 0,7 11,5 2,1
6 11 2 3,5 0,6 14,5 2,6
7 8 1,4 3 0,5 11 1,9
8 1,5 0,3 2 0,4 3,5 0,8
Итого: 549,5 100
Второй 1 222 34,6 55 8,5 277 43,1
2 117 18,2 38 5,8 155 24
3 28 4,4 60 9,3 88 13,7
4 5 0,8 50 8 55 8,8
5 10 1,6 6 0,9 16 2,5
6 10 1,6 5 0,8 15 2,4
7 7 1,1 3 0,5 10 1,6
8 13 2 4 0,6 17 2,6
9 5 0,8 3 0,5 8 1,3
Итого: 641 100
- планировку поверхности и проходку водозаводных канав;
- с помощью безнапорного фильтрационного потока создается процесс суффозии, обеспечивающий вынос в аккумулирующую траншею мелких фракций горных пород (до 1 мм);
- гидромониторной струей (или бульдозером) удаляется в аккумулирующую траншею поверхностный слой пород;
- одновременно происходит процесс миграции золота в при-плотиковую часть пласта;
Накапливающийся в траншее слой горной массы удаляется по кратчайшему расстоянию бульдозером во внешний отвал и по мере
отработки блоков полигона, - в выработанное пространство. Вода и мелкие классы частиц золота поступают самотеком на промывочный прибор небольшой производительности (например, ОСП-20), где происходит осветление воды и улавливание частиц ценного компонента, далее вода и твердые фракции направляются в хвосто-хранилище и систему замкнутого водоснабжения. Обогащенный приплотиковый слой разрабатывается по бульдозерной технологии и промывается на промывочном приборе бесшлюзового типа. Обезвоженные хвосты консольным отвалообразователем перемещаются в отвал, а вода попадает в систему замкнутого водоснабжения. Экономическая эффективность технологии обеспечивается также рациональным природопользованием: сокращаются площади под эфельными отвалами за счет уменьшения растекания твердых фракций самотеком, что снижает загрязненность поверхности вредными и токсичными веществами; снижается степень загрязнения технологической воды; повышается рациональное использование природных ресурсов за счет более полного извлечения ценных компонентов, что позволяет незамедлительно приступать к рекуль-тивационным работам.
В настоящее время выполняются исследования, направленные на повышение эффективности процессов дезинтеграции горной массы и миграции ценных компонентов путем послойного удаления верхних слоев пород пласта в отвал специальным технологическим оборудованием с целью повышения содержания золота в формируемом пласте.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Маиег F.W. Entmischungsvorgang ак physikalischer Aufbereitungsprozeb. Bergbau - ЛтЛгу. Bd 11/12, 1950.
— Коротко об авторах ----------------------------------------
Алексеев В.С. - младший научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН.
