Комплексное использование полезных компонентов Андрее-Юльевского техногенного месторождения кианита (южный урал)

УДК553.04

В. А. Коротеев, А. Н. Савичев, В. Н. Огородников, Ю. А. Поленов

комплексное использование полезных компонентов андрее-юльевского техногенного месторождения кианита

Техногенные месторождения, образованные в результате эксплуатации аллювиальных месторождений золота, на Южном Урале являются дополнительным сырьевым источником комплексного минерального сырья. Содержание полезных минералов в техногенных образованиях превышает содержание в первичных аллювиальных россыпях от 10 до 1000 раз. В процессе геологической оценки промышленного потенциала Андрее-Юльевское техногенного месторождения кианита (Южный Урал) использован «концентратный» метод опробования техногенных песков, позволивший оценить золотороссыпной потенциал техногенных образований с убогим золотом и дополнительно выделить в качестве попутного полезного минерала рутил. На основе проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема обогащения техногенных песков, позволяющая получить кианитовые концентраты с содержанием А1203 от 55,5 до 60,2% в качестве основного продукта, и золотосодержащий и рутиловый концентраты — в качестве попутно извлекаемого продукта. Комплексное извлечение из техногенных образований кианита, золота и рутила делает коммерчески привлекательной эксплуатацию такого типа месторождений.

Ключевые слова: Андрее-Юльевское техногенное месторождение, кианит, золото, рутил, схема обогащения

Вовлечение минералов группы силлиманита (кианит, силлиманит, андалузит) в производство высокоглинозёмистых огнеупоров с целью последующего их использования в металлургической промышленности, получения силумина и алюминия электротермическим путем невозможно без освоения новых источников высокоглинозёмистого сырья [5, с. 189-203; 5]. Одним из таких сырьевых источников является Андрее-Юльевская группа кианитсодержащих техногенных образований [3].

Андее-Юльевская группа техногенных месторождений кианита — часть техногенных образований, накопленных в результате отработки Еленинской и Андреевской аллювиальных золотоносных россыпей, разработка которых велась вплоть до середины 90-х гг. XX в. гидравлическим способом. Из других потенциально полезных компонентов в золотоносных россыпях присутствовали кианит, рутил, ильменит, хромит, монацит и др. В связи с низкими содержаниями этих минералов в аллювиальных отложениях в качестве попутных компонентов вышеназванные минералы в процессе золотодобычи не рассматривались (табл. 2).

Во время отработки золотоносных россыпей материал россыпей подвергался неоднократному

механическому воздействию (промывке, перемещению, гравитационной дифференциации, сегрегации и т. п. технологическим процессам), в результате чего первоначальное качество материала существенно изменилось, золото извлекалось, а остальной материал перемещался в хвос-тохранилища или сбрасывался вблизи полигонов добычи. Разведанные запасы аллювиального золота к середине 1990-х гг. выработаны полностью. В результате эксплуатации Еленинской и Андреевской золотоносных россыпей было накоплено около 10 млн м3 техногенных образований локализованных на площади более 20 км2.

Наблюдаемая в пределах техногенных образований видимая кианитовая минерализация послужила основанием для постановки геологического изучения на кианит. В процессе работ в пределах техногенных образований были изучены техногенные разрезы, краткое описание которых приведено в таблице 1.

Проведенные исследования техногенных образований показали, что в процессе гидравлической добычи произошло вторичное накопление минералов тяжелой фракции в техногенных песках, что привело к их концентрации до значений, представляющих интерес для коммерческой добычи (табл. 2).

Таблица 2

Сравнительная характеристика содержания минералов в золотоносных (первичных) россыпях

и в техногенных образованиях

Таблица 1

Краткое описание техногенных разрезов

Краткое описание разреза Интервал, м

Техногенные образования локализованные вблизи бывших полигонов добычи

Техногенные образования — пески техногенные 0-1,6

Вмещающие породы — кора выветривания по гранитам и мраморам, известняки, граниты, озерно-болотные отложения, почвенно-растительный слой 1,6-5,0

Техногенные образования в бывших хвостохранилищах

Техногенные образования — пески техногенные 0-2,5

Техногенные образования — илы техногенные 2,5-6,0

Вмещающие породы — кора выветривания по гранитам и мраморам, известняки, граниты, озерно-болотные отложения, почвенно-растительный слой Глубже 6,0

Минералы Содержание минералов в золотоносных россыпях (по данным ГРР) Содержание минералов в техногенных песках Степень техногенной Концентрации, раз

Ед. изм. Андреевская Еленинская п • 10-3 % г/м3

Золото мг/м3 216 213 54 мг/м3

Кианит г/м3 4,7 26 7722 500

Рутил г/м3 2,1 2,3 0,073 2080 900

Ильменит г/м3 4,7 5,2 0,074 3953 790

Пиролюзит г/м3 нет данных 0,2 25 425 Более 2000

Хромит г/м3 1,8 1,2 27 469 390

Сфалерит г/м3 нет данных 2,4 8,3 141 58

Среди техногенных образований выделены основные разновидности, положенные в основу литологического расчленения техногенного материала.

Песок техногенный. Макроскопически представлен гравийно-песчаной смесью с незначительными (до 3-5%) включениями щебнистого материала.Рыхлые. Различной степени лежа-лости. Цвет песков в интервале 0-30 см — бурый, коричневый, глубже — белый, бежевый, желтый, светло-коричневый. Текстура — слоистая, косослоистая. Структура смешанная — псе-фито-псаммитовая. По гранулометрическому составу техногенные пески относятся к средним, крупным и гравелистым. Степень сортировки — порода не отсортирована. Минеральный состав техногенных песков довольно однообразный, и их можно отнести к мономинеральным кварцевым пескам: кварц — 90-95%; кианит — 0-5%; лимонит — 0-7%; карбонаты — 0-5%; прочие минералы (рутил, турмалин, пирит, хлорит, магнетит, титаномагнетит, минералы группы слюд) — менее 1%. Техногенные пески содержат основное количество кианита и отнесены к продуктивным толщам.

Ил техногенный. В эту группу включены техногенные образования, представленные связными высокоглинистыми образованиями, преимущественно глиной белого, серого, коричневого и бурого цветов. Отдельные участки сложены алевритовыми глинами и алевритами. Текстура — массивная и слоистая. Структуры алевритовые и пелитовые, часто смешанные. Консистенция — мягкопластичная, тугопластичная.

Песок глинистый техногенный. Гетерогенная порода, образованная в результате техногенной седиментации во время сброса песчано-гли-нистой пульпы в хвостохранилища. В полевых условиях данная порода диагностировалась как суглинки, глинистые пески, песчанистые глины, алевролиты и т. п. названия. Характеризуются значительным количеством глинистого или тонко-алевритового материала в составе «основной» массы (50-80%) с примесью песчаной фракции.

Техногенные образования были оценены на всю глубину с использованием горно-буровой системой разведки по сети 200 м х 100 м и опробованы бороздовым и керновым способом.

Таблица 3

Средние содержания минералов в основных литологи-ческих разностях техногенных образований

Литологические разности Пески техногенные

Среднее содержание кианита, кг /м3 7,722 0,391 0,263 0,053 0,164

Среднее содержание золота, г /т 0,032 0,038 0,022 0,039 0,038

Проведенный сокращенный количественный минералогический анализ техногенных песков на кианит и золотопоказал наличие в них промышленных содержаний кианита и убогие содержания золота. Результаты опробования техногенных образований сведены в таблицу 3.

По данным химических анализов содержание А1203 в кианите колеблется в пределах от 55,5 до 60,2% и зависит от фракционного состава кианита. Изменение химического состава кианита в зависимости от фракции приведено на рисунке 1.

Возможность определения золотороссып-ного потенциала техногенных песков с убогим содержанием золота связывается со способностью части золота концентрироваться с использованием современных центробежных концентраторов. Для усовершенствования методологии геологического изучения техногенных образований на золото нами был использован «концен-тратный» метод опробования [1, 2]. При опробовании техногенных песков в схему пробопод-готовки была включена операция гравитационного обогащения (один цикл) с использованием центробежного концентратора «ИТОМАК-0,1».

Рис. 1. Изменение содержания основных окислов А1203 — SЮ2 (а) и элементов — примесей (б) в монофракциях кианита разного фракционного состава

0,200 0,180 ^ 0,160 ^ 0,140 < 0,120 я 0,100 10,080 8 о,обо

° 0,040 0,020 0,000

рядовые пробы

пески со свободным золотом  пески с фоновой золотоносностью

Рис. 2. Увеличение содержания извлекаемого золота в концентратных пробах из техногенных песков с фоновой убогой золотоносностью с использованием в процессе пробоподготовки лабораторного центробежного концентратора «ИТОМАК-0,1»

концентратные пробы

хвосты концентратора

350

300

сх

т

I

О

я 250 g

Ё 200 О

5

U

й 150

о Я

¡3 loo

N

6

5 50

О

1

1

V л

•5 о Л Я > С S Ял ьр^тз-Л о « i |> ta ».о вдичнЛ се

св

н

исходная проба — — — концентратная проба

Рис. 3. Результаты спектрального анализа техногенных песков на 31 элемент проведенные по рядовым и концент-

ратным пробам

Проведено опробование на золото по схеме: рядовая проба (шламы промывки) — концентратная проба — хвосты. Результаты опробова-нияпоказали, что даже при убогих содержаниях валового золота в техногенных песках на уровне 0,02-0,03 г/т 55,2% проб обладают способностью к концентрации золота в продуктах обогащения (рис. 2), т. е. из техногенных песков с убогим содержанием золота возможно извлечение золотосодержащего концентрата — попутного «промпродукта» при добыче кианита.

Спектральный анализ исходных проб показал повышенные концентрации в техногенных песках элементов Сг, Мп, Т^ 2п, Ва, 2г, которые связываются нами с наличием в песках соответствующей рудной минерализации: Сг — хромит,

Мп — марганцевые минералы (пиролюзит, пси-ломелан), Т — рутил и ильменит, 2п — сфалерит, Ва — барит и 2г — циркон. Использование «концентратного» метода опробования при изучении техногенных песков совместно со спектральным анализом на 31 элемент позволило выделить в них наиболее извлекаемые полезные элементы и связанные с ними минералы. Результаты спектрального анализа техногенных песков показывают увеличение содержаний Сг, Мп, Т^ 2п, Ва и 2г в концентрированных пробах (рис. 3), что горорит о возможном извлечении связанных с этими элементами минералов в концентраты.

Из этой группы элементов наибольший интерес представляет для нас Т , который мине-

Таблица 4

Основные технико-экономические показатели 1 очереди горно-обогатительного предприятия

Показатель Единица измерения За период эксплуатации

1. Показатели обогащения минерального сырья (для комплексных месторождений — по основному и сопутствующим полезным ископаемым и содержащимся в них компонентам):

— выход кианитового концентрата % 95

— извлечение попутных компонентов в товарную продукцию: —золотосодержащий концентрат (в пересчете на золото) —рутиловый концентрат % % 87 95

2. Стоимость товарной продукции, общая и для каждого компонента — кианитовый концентрат — золотосодержащий концентрат (в пересчете на золото) — рутиловый концентрат млн руб. 282,927 65,068 77,833 140,025

3. Капитальные затраты, в т. ч.: млн руб. 49,414

4. Оборотный капитал млн руб. 15,0

5. Удельные капитальные затраты на 1 т годовой добычи руб. 4023

6. Эксплуатационные затраты, в т. ч.: млн руб. 100,725

— амортизация млн руб. 26,684

— НДПИ млн руб. 10,070

7. Затраты на 1 т полезного ископаемого, в т. ч.: руб. 7791

8. Валовая прибыль млн руб. 96,801

9. Налог на имущество и прочие платежи млн руб. 2,9

10. Налогооблагаемая прибыль млн руб. 102,215

11. Налог на прибыль млн руб. 20,443

12. Чистая прибыль млн руб. 78,462

13. Ставка дисконтирования % 12

14. Чистый дисконтированный доход (NPV) млн руб. 62,253

15. Индекс доходности (PI) доли ед. 1,29

16. Срок окупаемости капитальных вложений лет 1,4

17. Внутренняя норма доходности (IRR) % 64

18. Бюджетная эффективность млн руб 98,792

ралогически представлен рутилом. По данным [6] стоимость рутилового концентрата в период с 2007 г. по 2011 г. выросла с 488 долл/т до 1400 долл/т, что делает коммерчески привлекательной попутную добычу рутила из техногенных песков.

На основании проведенных исследований была разработана принципиальная технологическая схема обогащения техногенных песков Андрее-Юльевского техногенного месторождения кианита [3].

В процессе геологической оценки промышленного потенциала Андрее-Юльевское техногенного месторождения кианита (Южный Урал) получены предварительные данные по технико-экономическим показателям эксплуатации 1

очереди горно-обогатительного предприятия производительностью по кианитовому концентрату 10 тыс. т /год

Таким образом, в результате геологических исследований техногенных образований Андрее-Юльевского техногенного месторождения кианита использование в процессе работ «концентратного» метода опробования позволило выявить золотороссыпной потенциал техногенных песков с убогим содержанием золота и дополнительно выделить в качестве полезного компонента рутил. Комплексное использование полезных компонентов, содержащихся в техногенных песках Андрее-Юльевского месторождения значительно улучшит технико-экономические показатели эксплуатации.

Список источников

1. Афанасенко С. И., Лазариди А. Н. Практика применения концентраторов «Итомак» для добычи мелкого, тонкого и связанного золота из техногенного сырья [Электронный ресурс]. URL: http://www.itomak.ru

2. Афанасенко С. И., Лазариди А. Н., Петров В. Г. Опыт использования центробежно-гравитационного аппарата «Итомак-0,1» при разведке золоторудного месторождения. [Электронный ресурс]. URL: http://www.itomak.ru

248 МНЕНИя И суждения

3. Кианитовые руды Росссии / Огородников В. Н., Коротеев В. А., Войтеховский Ю. Л. и др. — Екатеринбург : УрО РАН, 2012.

4. Небокситовое алюминиевое сырье России / Коротеев В. А., Огородников В. Н., Войтеховский Ю. Л. и др. Екатеринбург: УрО РАН, 2011, 227 с.

5. Развитие минерально-сырьевой базы России: освоение новых источников высокоглинозёмистого сырья. Минералы группы силлиманиты и пирофиллита, каолины, золы и др. — МГС / Коротеев В. А., Савичев А. Н., Перепелицын В. А. и др. // Проблемы минерагении России. — М.: ГЦ РАН, 2012. — С. 189-203.

6. U. S. GEOLOGICAL SURVEY: October 20, 2011 [Elelctronic resource]. URL: http://www.usgs.gov/pubprod

Информация об авторах

Коротеев Виктор Алексеевич (Екатеринбург, Россия) — академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, советник РАН, Институт геологии и геохимии УрО РАН (620151, г. Екатеринбург, ГСП-169, Почтовый пер., 7,e-mail:Koroteev @ igg.uran.ru).

Савичев Александр Николаевич (Екатеринбург, Россия) — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, кафедра геологии, Уральский государственный горный университет (620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, e-mail: ansavichev@mail.ru).

Огородников Виталий Николаевич (Екатеринбург, Россия) — доктор геолого-минералогических наук, профессор, кафедра геологии, Уральский государственный горный университет (620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, e-mail:Vitaliy.Ogorodnikov@m.ursmu.ru).

Поленов Юрий Алексеевич (Екатеринбург, Россия) — доктор геолого-минералогических наук, профессор, кафедра геологии, Уральский государственный горный университет (620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30).

V. A. Koroteyev, A. N. Savichev, V. N. Ogorodnikov, Yu. A. Polenov

Complex utilization of the useful components of the andreye-yulyevskoe kyanite tecnogenic deposit

Utilization of sillimanite group's minerals (kyanite, sillimanite, andalusite) in high-aluminiferous refractory industry with a purpose of following utilization in metallurgy to obtain silumine and aluminium by elctrothermic method is impossible without new resources. A one of them is the Andree-Yulyevskaya group of kyanite-bearing technogenic objects. Technogenic deposits formed as a result of alluvial gold deposits' exploitation at the Southern Urals is an additional source of the complex mineral products. A concentration of minerals of the technogenic objects is higher than initial alluvial placers' one in n10-n1000 times. During the valuation of industrial potential of the Andree-Yulyevskayakya tetechnogenic deposit, (Southern Urals) a concentrate method of technogenic sands' sampling has been used which permits estimating a gold placers' potential of the technogenic objects with poor gold and rutile as a useful additional mineral has been distinguished. As a result of researches a principal technological scheme of technogenic sands' concentration permitting to obtain kyanite concentrates with content of Al2O3 of 55.5 (%) to 60.2 (%) — the main product and gold-bearing and rutile concentrates as additional products. Complex extraction of kyanite, gold, and rutile from technogenic objects has a commercial attraction of this type deposits' exploitation.

Keywords: Andree-Yulyevskoye techogenic deposit, kyanitae, gold, rutile, concentration scheme

References

1. Afanasenko S. I., Lazaridi A. N. Praktika primeneniya kontsentratov "Itomak" dlya dobychi melkogo, tonkogo i svyazannogo zolota iz tekhnogennogo syrya [Practice of use of Itomak concentrators for extraction of small, thin and connected gold from technogenic raw materials]. Available at: http://www.itomak.ru

2. Afanasenko S. I., Lazaridi A. N., Petrov V. G. Opyt ispolzovaniya tsentrobezhno-gravitatsionnogo apparata "Itomak-0,1" pri razvedke zolotorudnogo mestorozhdeniya [Experience of use of the centrifugal and gravitational device «Itomak-0,1» at investigation of a gold field]. Available at: http://www.itomak.ru

3. Ogorodnikov V. N., Koroteyev V. A., Voytekhovsky Yu. L. et al. (2012). Kianitovyye rudy Rossii [Kyanitic ore of Russia]. Yekaterinburg, UrO RAN [The Institute of Economics, Ural Branch of the Russian Academy of Science].

4. Koroteyev V. A., Ogorodnikov V. N., Voytekhovsky Yu. L. et al. (2011). Neboksitovoye alyuminiyevoye syryo Rossii [Neboksitovoye aluminum raw materials of Russia]. Yekaterinburg, UrO RAN [The Institute of Economics, Ural Branch of the Russian Academy of Science]. 227.

5. Razvitiye mineralno-syryevoy bazy Rossii: osvoyeniye novykh istochnikov vysokoglinozyomistogo syrya. Mineraly gruppy sillimanity i pirofillita, kaoliny, zoly i dr. — MGS [Development of Russia' mineral resources: development of new sources of high-aluminous raw materials. Group minerals as sillimantes and pyrophyllite, kaolins, ashes, etc. — MGS]. Problemy mineragenii Rossii [Russia's minerageniya problems]. Moscow, GTs RAN [Sciences Geophysical center of RAS], 189-203.

6. U. S. GEOLOGICAL SURVEY: October 20, 2011. Available at: http://www.usgs.gov/pubprod

Information about the authors

Koroteyev Viktor Alekseyevich (Yekaterinburg, Russia) — Academision of the RAS, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Adviser of RAS, Ural Branch of the Russian Academy of Science (620151, Yekaterinburg, GSP-169, Pochtovy lane 7, e-mail: Koroteev@igg.uran.ru).

Savichev Aleksanrd Nikolayevich (Yekaterinburg, Russia) — PhD in Geological and Mineralogical Sciences, Senior Research Scientist, Chair of Geology, Ural State Mining University (620144, Yekaterinburg, Kuybysheva st. 30, e-mail: ansavichev@mail.ru).