Методика геолого-экономической оценки ценных цветных и редких металлов в углях и золах углей Кузбасса

УДК 553.04: 622.33.017 О.С. Краснов

ВНИГРИ, Санкт-Петербург В.А. Салихов

НФИ КемГУ, Новокузнецк

МЕТОДИКА ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ЦЕННЫХ ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ В УГЛЯХ И ЗОЛАХ УГЛЕЙ КУЗБАССА

Рассмотрены закономерности распределения ценных цветных и редких металлов в углях и золо-шлаковых отходах углей Кузбасса. Проанализированы варианты извлечения металлов из углей и золо-шлаковых отходов углей. Разработана поэтапная методика геолого-экономической оценки металлов в углях и золах углей.

O.S. Krasnov

VNIGRI (All Russia Petroleum Research Exploration Institute), St. Petersburg V.A. Salikhov

Novokuznetsk Institute-branch of Kemerovo State University, Novokuznetsk

METHODS FOR GEOLOGICAL-AND-ECOLOGICAL ASSESSMENT OF PRECIOUS AND RARE METALS IN COALS AND ASHES OF KUZBASS

The paper describes the mechanism of precious non-ferrous and rare metals distribution in coals and ash-and-slag wastes of Kuzbass coals. The variants of extracting metals from coals and ash-and-slag wastes of coals are analyzed.

В многочисленных работах, посвященных тектонике угольных месторождений, отмечается повышенная минерализация, развитие зон графитоподобных новообразований, первичных и вторичных геохимических ореолов приуроченных к участкам разрывных нарушений и линейно вытянутых вдоль простирания дизъюнктивов. Отмечено наличие повышенных концентраций многих металлов - железа, кобальта, ванадия и прочих, именно в зонах тектонической нарушенности проницаемых угленосных толщ. Оценка содержания ценных цветных и редких металлов в угольных месторождениях по геолого-экономическим районам Кузбасса, проведенная по данным, полученным авторами, а также на основе теоретического анализа работ других исследователей, показывает [1, 2, 3]:

1) На месторождениях Кузбасса отмечены аномальные концентрации ряда ценных редких и цветных металлов (таких как: Ti, Zr, V, W, Y, Co, Ga, Ge, Nb, Be), которые, чаще всего, приурочены к участкам тектонических нарушений пластов, особенно если пласты расположены вблизи интрузивных массивов.

2) В основном, повышенные концентрации этих металлов наблюдаются в южных и юго-восточных геолого-экономических районах (Байдаевский, Бачатский, Мрасский, Томь-Усинский, Ускатский, Осиновский).

3) Практический интерес, с точки зрения концентраций металлов, рекомендуемым к оценке, могут представлять титан и цирконий, а также ряд цветных и редких металлов ^г, 7п, РЬ, Си, V). При условии комплексного извлечения интерес представляют также Ga, Ge, Ве, ЫЪ, W.

4) Собственно цветные металлы образуют, как правило, незначительные аномалии в зонах тектонической нарушенности пластов, которые чаще всего связанны с расположенными гипсометрически ниже рудными телами полиметаллических месторождений. Повышенные концентрации по пластам образует только алюминий (до 10 % и выше).

5) Средние содержания в углях редких и редкоземельных металлов близки к кларковым содержаниям или ниже них; практический интерес (при селективной отработке и комплексном извлечении) представляют аномалии металлов, приуроченные к зонам тектонических нарушений.

6) Ряд цветных металлов (медь, цинк, свинец), образующих на отдельных угольных месторождениях по пластам аномалии гидротермального генезиса могут извлекаться в комплексе с редкими металлами, а алюминий (при наличии потребностей и технологий) отдельно.

7) Особый практический интерес представляют золо-шлаковые отходы переработки углей, в которых содержание ценных цветных и редких металлов может возрастать на порядок и более.

8) В кузнецких углях не выявлены устойчивые концентрации благородных металлов (золота, платины и серебра), которые представляли бы практический интерес.

9) Содержание радиоактивных элементов (урана и тория) в кузнецких углях ниже, чем в других угольных бассейнах, но следует выявлять их аномальные концентрации, представляющие экологическую опасность.

10) Содержание ряда токсичных металлов (ртуть, хром, мышьяк и др.) в кузнецких углях не превышает, как правило, 2-3 г/т, а чаще всего оно ниже; их извлечение может производиться в комплексе с ценными цветными и редкими металлами, в первую очередь из экологических соображений.

Согласно ряду опубликованных данных, запасы ценных цветных и редких металлов в углях и отходах углей обычно оцениваются по категориям Р1 и С2, т. е. как забалансовые запасы. При этом необходимо учитывать, что запасы попутных компонентов в контурах запасов категорий А, В и С1, содержащего их полезного ископаемого, подсчитываются по категории не ниже С1. В случае неравномерного распределения ценных компонентов, категория запасов может быть снижена до С2, но при попутном извлечении их оценивают как промышленные [1].

Ценные металлы в углях Кузбасса чаще бывают оценены по категории Р1 [3]. При этом ряд металлов (П, 7г, Sг) можно оценить по категории С2. Кроме того, большая часть ценных металлов накапливается в золах, где их содержание выше в 5 - 10 раз. К тому же, большинство разработанных технологий извлечения ценных попутных компонентов предназначены для извлечения металлов из золо-шлаковых отходов. Металлы, такие как -

германий, ванадий, вольфрам и ряд других, могут также легко улавливаться фильтрами при сжигании углей на ТЭС. Это дает и экологический эффект, так как многие цветные и редкие металлы токсичны (например, мышьяк, висмут, ртуть). Ценные металлы извлекают и из самих углей - германий и уран, но их содержания в Кузбассе не кондиционны. Наибольший интерес представляют золоотвалы ТЭС (табл. 1).

В Кузбассе ежегодно накапливается до 15 млн. т золо-шлаковых отходов (включая металлургические и другие предприятия), в том числе из 2,6 млн. т ежегодного выхода золы и шлака на ТЭС области, 2,4 млн. т в виде золошлаковых смесей, способом гидроудаления отправляется в отвалы (в настоящее время их накоплено ~ 40 млн. т и не менее 20 млн. т. можно использовать в бетонах и растворах). Их переработка даст значительный экономический и экологический эффект.

Для уточнения степени экономической целесообразности извлечения ценных металлов из углей и отходов угольной продукции необходимо применять международную классификацию ООН запасы / ресурсы. Она основана на приведении к единым экономическим категориям различных национальных классификаций запасов и ресурсов полезных ископаемых. В общем, единые критерии оценки запасов / ресурсов основаны на их оценке в трехмерной системе координат, таких как: - степень геологической

изученности, наличие промышленных технологий извлечения и переработки минерального сырья, наличие спроса на минеральное сырье. Исходя из этих параметров запасы полезных ископаемых подразделяются на экономические, потенциально экономические и возможно экономические [4].

Таблица 1 Содержания ряда цветных и редких металлов в углях Кузбасса

Металл Содержание в углях, г/т Концентрации, рекомендуемые к оценке, г/т Максимальное содержание в золе, г/т Кондиции для руд, %

Титан 100 - 500 500 5600 10 - 15

Цирконий 100 - 300 500 3000 3

Медь до 15 100 3700 0,5

Свинец до 25 50 4800 2

Цинк 10 - 300 100 16000 1

Барий 200 1000 5800 1

Ванадий до 50 100 5000 1

Вольфрам до 3 100 1500 0,5 - 1

Стронций 100 - 500 1000 2300 5

Ниобий 1 - 3 100 3000 0,1

Галлий 1 - 3 20 3000 0,04

Германий до 1 10 2700 0,1

В целом можно выделить следующие критерии оценки запасов цветных и редких металлов в углях и в золо-шлаковых отходах углей.

1. Балансовые запасы (ряд металлов в углях можно оценить по категории С2, а в золе углей по категории С1).

2. Рентабельность технологии извлечения ценных металлов из углей и отходов угольной продукции - в настоящее время они находятся, в основном, на стадии лабораторных и полупромышленных испытаний.

3. Экономический фактор - цены, спрос-предложение, условия продаж и т. д. - (цены и объемы продаж неустойчивы, рост цен может иметь спекулятивный характер, вход на рынки металлов затруднен, что требует оценку рисков и поддержку правительства).

При оценке попутных компонентов углей, согласно требованиям методических рекомендаций, из всей группы цветных и редких металлов рассчитывается минимальное промышленное содержание только для германия. Для ряда других металлов установлены достаточно высокие требования к их содержанию в углях. В общем, эти металлы рассматриваются как объекты попутной или самостоятельной добычи, т.е. проводящейся независимо от отработки угля. В последнем случае оценка металлов производится в соответствии с требованиями к самостоятельным месторождениям соответствующего вида минерального сырья. Таким образом, для оценки возможности использования металлов важен выбор технологического варианта их извлечения, основанный на имеющихся технологиях, себестоимости и экономической эффективности извлечения.

В первую очередь, следует оценить уровни накопления ценных цветных и редких металлов по пластам. При селективной добыче содержания металлов должны быть близки к кондициям для руд. При валовой добыче углей оценка содержания в них металлов должна проводиться согласно научно-методическим рекомендациям, что позволяет определить варианты извлечения металлов.

Если металлы извлекаются параллельно сжиганию углей и улавливаются фильтрами, для них не устанавливается предела минимального содержания. Минимальное содержание ценных металлов в золе (г/т) может рассчитываться по формуле, аналогичной формуле, рекомендуемой методическими требованиями для оценки ценных компонентов в концентрате из рудных полезных ископаемых [5]:

Смин =

где Зп - полные затраты на обогащение, брикетирование, транспортировку

и переработку золо-шлаковых отходов (руб. / кг или руб. / т);

Ну - налоги не входящие в структуру эксплуатационных затрат;

Цм - цена единицы (кг, т) извлекаемого металла;

Ки - коэффициент извлечения металла из концентрата золы (доли ед.).

После оценки содержания металла по пластам, необходимо с учетом выявленных количественных критериев оценить запасы ценных металлов в углях или в золах углей (с учетом их распределения и возможности извлечения из различных фракций). Затем следует оценить экономическую целесообразность извлечения металлов, рассчитать среднегодовой доход и выбрать оптимальный вариант их извлечения из углей или золы углей. При этом учитываются величины капитальных вложений и производственных затрат по

выбранному варианту. Для выбранного технологического варианта извлечения металлов рассчитываются экономические показатели проекта. Экономические расчеты основываются на сложившихся в мировой практике принципах, изложенных в «Методических рекомендациях по оценке эффективности инвестиционных проектов», главными являются:

1) Определение экономического эффекта путем сопоставления ожидаемой выручки от продажи металлов и затрат с расчетом балансовой и чистой прибыли по проекту;

2) Приведение в расчетах ожидаемых разновременных доходов и расходов к условиям их соизмеримости по экономической ценности в начальном периоде с использованием процедуры дисконтирования;

3) Учет результатов анализа рынков минерального сырья (спрос-предложение, цены, условия продаж - «спот» и «фьючерс» и т. Д.);

4) Учет коммерческих и финансовых рисков при реализации проекта.

Геолого-экономическая оценка попутных полезных компонентов углей

должна также содержать данные о достигаемых экологическом эффекте (предотвращенный ущерб, площади рекультивируемых земель, снижение затрат на хранение отвалов и пр.), социальном эффекте (например, создание рабочих мест с учетом мультипликативного эффекта), косвенном эффекте (сокращение затрат на ГРР и на строительство горных предприятий), а также о народно-хозяйственном эффекте, как сумме финансового, экологического, социального и косвенного эффектов.

В целом геолого-экономическая оценка ценных металлов в углях и золошлаковых отходах углей выглядит следующим образом.

1. Оценка содержания ценных металлов в углях и золах углей.

2. Оценка количественных критериев (запасы, промышленные технологии, цена/спрос).

3. Оценка экономической целесообразности извлечения металлов из углей и золы углей в сравнении с рудными месторождениями.

4. Выбор оптимального варианта извлечения металлов (объект извлечения и метод извлечения, оценка среднегодового дохода).

5. Оценка технико-экономических показателей проекта.

6. Оценка внутренних и внешних рынков металлов.

7. Оценка коммерческих и финансовых рисков проекта.

8. Оценка финансового эффекта (ЧДД, ИД, ВНД).

9. Оценка экологического эффекта.

10. Оценка социального эффекта.

11. Оценка косвенного эффекта.

12. Оценка суммарного народно-хозяйственного эффекта.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Салихов В.А. Научные основы и совершенствование геолого-экономической оценки попутных полезных компонентов угольных месторождений (на примере Кузбасса) В.А. Салихов; СибГИУ. - 2-е изд. перераб. и доп. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008. - 249 с.

2. Редкие элементы в углях Кузбасса / Арбузов С.И., Ершов В.В., Поцелуев А.А.,

Рихванов Л.П. - Кемерово, 1999. - 248 с.

3. Туркин В.А. Потенциальная металлоносность углей Кузбасса // ТЭК и ресурсы

Кузбасса. - 2001. - № 2. - С. 91 - 96.

4. Кривцов А.И., Беневольский Б.И. О проекте концепций классификации ресурсов и запасов твердых полезных ископаемых и стадийности геолого-разведочных работ // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2003. - № 1 - 2. - С. 78 - 85.

5. Краснов О.С., Салихов В.А. Перспективы производства дефицитных цветных и редких металлов из угольных отходов в Кузбассе / О.С. Краснов, В.А. Салихов // Цветные металлы. - М., 2007. - № 8. - С. 8 - 11.

© О.С. Краснов, В.А. Салихов, 2010