ИССЛЕДОВАНИЕ ОБОГАТИМОСТИ МЕДНО-ПОРФИРОВЫХ РУД АЛДАНСКОГО РЕГИОНА

Бодуэн А.Я.¹, Мельничук М.С.², Петров Г.В.³, Фокина С.Б.⁴

¹Кандидат технических наук,

²Аспирант,

³Доктор технических наук,

⁴Кандидат технических наук,

^1,2,3,4,5Санкт-Петербургский горный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБОГАТИМОСТИ МЕДНО-ПОРФИРОВЫХ РУД АЛДАНСКОГО РЕГИОНА

Аннотация

Неизбежное истощение запасов медных руд, в частности руд колчеданного типа, определяет разведывание и вовлечение в переработку медно-порфировых руд, которые ранее не представляли индустриального интереса ввиду низкого содержания меди и сложности переработки такого типа сырья. В работе представлены  результаты исследований на обогатимость флотационными методами медно-порфировых руд Алдана – двух проб руд Рябинового месторождения и одной пробы Ыллымахского массива, содержащих 0,13-0,24% и 1,5-1,85% меди соответственно, и до 0,32 г/т золота и до 1,4 г/т серебра для руд Рябинового месторождения. Платиновые металлы в исходных рудных пробах не были обнаружены, их содержание рассчитывалось по результатам анализов продуктов флотационного разделения проб. Установлено, что при переработке медно-порфировых руд предпочтительно предварительное выделение коллективного медно-пиритного концентрата с последующим извлечением МПГ из хвостов флотации.

Ключевые слова: медно-порфировые руды, благородные металлы, коллективный медно-пиритный концентрат, хвосты флотации, сернокислое выщелачивание.

Bodouin A.Ya.¹, Melnichuk M.S.², Petrov G.V.³, Fokina S.B.⁴

¹PhD in Engineering, St.

²Postgraduate student,

³PhD in Engineering,

⁴PhD in Engineering,

^1,2,3,4,5St. Petersburg Mining University

INVESTIGATION OF WASHABILITY OF COPPER-PORPHYRITIC ORES OF ALDAN REGION

Abstract

The inevitable depletion of copper ore reserves, in particular pyrite-type ores, determines the exploration and involvement of copper-porphyritic ores that have not previously been of industrial interest due to the low copper content and the complexity of processing this type of raw materials. The paper presents the results of investigations into the flotation methods of flotation methods of Aldan copper-porphyry ores – two ore samples of Ryabinov deposit and one sample of the Ulymakh massif containing 0.13-0.24% and 1.5-1.85% of copper, respectively, and up to 0,32 g/t gold and up to 1.4 g/t silver for the Ryabinov deposit. Platinum metals in the original ore samples were not detected, their content was calculated from the results of analysis of the products of flotation separation of samples. It was established that during the processing of copper-porphyry ores, it is preferable to pre-isolate the collective copper-pyrite concentrate with the subsequent extraction of PGM from flotation tailings.

Keywords: copper-porphyric ores, precious metals, collective copper-pyrite concentrate, flotation tailings, sulfuric leaching.

Введение

На территории России известно только четыре месторождения медно-порфирового геолого-промышленного типа, в которых сконцентрировано 10% сырьевой базы меди странных [1]. По примерным оценкам ресурсы меди в разведанных отечественных медно-порфировых месторождениях оцениваются в более 10 млн. т. Запасы самого крупного из них, месторождения Песчанка (Чукотский автономный округ), на сегодняшний день подсчитаны в количестве 3,73 млн т, однако Баимская металлогеническая зона, в пределах которой расположено месторождение, обладает высокими перспективами наращивания запасов меди – ресурсы категории Р₁ на ее территории составляют 5,95 млн т, или почти половину российских. Качество руд месторождения Песчанка, так же как и среднемасштабных медно-порфировых Михеевского (запасы категорий А+В+С₁+С₂  оцениваются в 1,55 млн. т) и Томинского (1,53 млн. т) месторождений на Южном Урале сопоставимо с качеством руд аналогичных зарубежных объектов, среднее содержание меди варьирует от 0,44 до 0,83%. Проявления медно-порфирового оруденения известны в различных регионах страны: Кирганикское в Камчатском крае, ресурсы категории Р¹ которого оценены в 0,48 млн т,  Тарутинское и Западное в Челябинской области (суммарно 0,59 млн т); в рудопроявлениях Танюрер-Канчаланской металлогенической зоны (Чукотский АО) локализовано еще  0,5 млн. т ресурсов меди той же категории [2], [4].

В настоящее время в России разрабатывается одно месторождении медно-порфировых руд -Михеевское (Челябинская обл.). ЗАО «Томинский ГОК», подразделение ЗАО «Русская медная компания», осваивает Томинское медно-порфировое месторождение в Челябинской области. Компания планирует отрабатывать объект открытым способом с проектной годовой производительностью 28 млн. т руды в течение 27 лет.

Медно-порфировым месторождениям свойственен ряд особенностей: связь оруденения с порфировыми интрузиями гранитоидного состава; прожилково-вкрапленный штокверковый характер минерализации, развитой в эндо- и экзоконтактовых зонах порфировых штоков; устойчивый минеральный состав руд (главные минералы – пирит, халькопирит, магнетит, молибденит); относительно низкие содержания меди в первичных рудах (0,3-1,2 %); выдержанная зональность оруденения и гидротермально измененных пород; крупные масштабы; комплексный полиметаллический состав руд [5], [6].

Среди месторождений медно-порфирового семейства выделяютсобственно медно-порфировый (Au-0,3-0,4 г/т) и медно-золото-порфировый (Au-0,5-3 г/т) типы, отличающиеся различными содержаниями Cu, Au и МПГ [8]. Платиноносность, впервые, порфировых медных руд была установлена для месторождения Бощекуль (Казахстан). Затем для Песчано-Находкинского (Западная Чукотка) и Рябиновского (Алданский щит) месторождений [8], [9].

Эталонным объектом проявления золотопорфирового типа оруденения в калиевых щелочных вулкано-плутонических комплексах является Рябиновское рудное поле в Центрально-Алданском районе Южной Якутии, включающее Рябиновое и Новое месторождения. К этому геолого-промышленному типу также относятся рудопроявления Ыллымахского массива.Медно-порфированые руды содержат: 0,5-1,7% Cu, 0,09-0,56 г/т Au; 0,6-4 г/т Ag; 0,002-0,04% Ni; 002-0,005% Co; 0,3-1,1 г/т Re; 0,02-0,32 г/т Pt; 0,08-0,2 г/т Pd; 0,02-0,05 г/т Rh; 0,002-0,003 г/т Ir; 0,003-0,10 г/т Os; 0,01-0,015 г/т Ru. Основными рудными минералами являются пирит, халькопирит; борнит, сфалерит, галенит, молибденит, арсенопирит, гематит имеют подчиненное значение. Золото представлено самородными формами и химически связанными. Концентратором примесного золота является пирит, в котором может быть до 200-500 г/т золота; в борните - до 80 г/т; в халькопирите не выше 10 г/т. Самородному золоту сопутствует самородное серебро, для которого наблюдается обратная зависимость от золота и прямая от свинца. В галените может быть до 1000 г/т серебра [10].

Ввиду низкого содержания в отечественных медно-порфировых рудах полезных компонентов, как правило, вкрапленных в сульфиды, такие руды перед металлургической переработкой должны подвергаться предварительному флотационному обогащению.

Методика работы

Для исследований обогатимости медно-порфировых руд Алдана использовались две пробы руды Рябинового месторождения (проба Р 1- 200 кг, проба Р 2 – 40 кг) и одна проба руды Ыллымахского массива (проба И 1 - 60 кг).

Пробы руды Рябинового месторождения представляли собой ортоклаз с низким уровнем вкрапленности сульфидов (Cu 0,13-0,24%; Fe 4,3-21; S 0,53-4,8%; Au  до 0,32 г/т Ag до 1,4 г/т). Согласно данным химического анализа проба руды Ыллымахского массива содержала, %: 1,5-1,85Cu; 1,75-2,0Fe; 0,38 Ni; 0,3 Co. Платиновые металлы в исходных рудных пробах не были обнаруженыи их содержание МПГ рассчитывалось по результатам анализов продуктов разделения проб (чувствительность метода, г/т: платина, иридий, рутений – 0,1; палладий – 0,55; родий – 0,03).

Пробы руды Рябинового месторождения были измельчены (проба Р 1 до – 200 мкм, проба Р 2 до -74 мкм) и подвергнуты коллективной флотации (рис.1). Проба Р 1 перерабатывалась по трем схемам: 1) выделение коллективного концентрата; 2) выделение коллективного концентрата с последующим его разделением на медный и пиритный концентраты; 3) выделение концентрата в условиях, используемых для селективной флотации молибденита, флотация хвостов с получением медного и пиритного концентратов.Флотация пробы Р 2, в отличие от пробы Р 1, производилась при более высоком расходе собирателя, что должно было обеспечить высокое извлечение в пенный продукт всех достаточно хорошо вскрытых сульфидов. Однако при трехкратной перечистке концентрата избыток реагента определил засоренность коллективного концентрата породообразующими минералами (содержание серы в концентрате 8,1% соответствует содержанию сульфидов 20-30%).

Рис. 1 – Принципиальная схема флотации проб руды Рябинового месторождения

 

Таблица 1 – Расход реагентов, подаваемых на флотацию, г/т

	Проба Р 1	Проба Р 2
керосин	30	50
ксантогенат	10-30	150
вспениватель	30-50	70
Na2CO3	-	500

  Флотация пробы руды Иллымахского массива, измельчённая до -74 мкм, осуществлялась по схеме, представленной на рис. 2.  

Рис. 2 – Схема проведения открытого опыта флотации пробы И 1

 

Экспериментальные результаты и их обсуждение

При переработке пробы Р 1 был получен коллективный сульфидный концентрат, содержащий, %: 1,7 Cu; 10,6 Fe и 5,4 S. Извлечение меди в концентрат составило 85% (см. табл. 2, оп.1).

 

Таблица 2 – Сводные показатели флотации проб сульфидных руд Рябинового месторождения

 

Таблица 3 – Поведение платиновых металлов при флотации проб сульфидных руд Рябинового месторождения

Проведение дополнительной очистки коллективного концентрата путем перечисток и выделения пиритного и молибденового концентрата (флотация с керосином) позволили поднять содержание меди до 6,3-8,2%. Однако соотношение Fe:Cu оставалось высоким (Fe:Cu=3-6), вероятно, по причине тесного срастания пирита и пирротина с сульфидами меди.Золото и серебро при флотации пробы Р 1 переходили в сульфидные концентраты на 55-65 и 46-69% соответственно. Сульфидные концентраты на один-два порядка обогащались, по сравнению с хвостами, платиной и палладием, тогда как содержание спутников платины в хвостах и концентратах были весьма близки-извлечение спутников платины примерно пропорционально выходам концентратов.Благодаря малому выходу сульфидных концентратов содержание в них золота повысилось до 5,7-21,7 г/т, серебра – до 28-208 г/т, а суммы МПГ – до 2 г/т. Соответственно, флотационный концентрат можно рассматривать как комплексное сырье, обогащенное медью, золотом, серебром, платиной и палладием.

Проведенные опыты по флотации второй пробы Рябинового месторождения (табл. 3, 4) показали, что проба Р 2 обогащалась значительно хуже, чем проба Р 1. Несмотря на то, что были получены близкие значения по выходу сульфидного концентрата (1,4%) и содержанию в нем меди (7%), извлечение меди составило лишь ~31%, тогда как для первой пробы ~86%. Содержание золота и серебра в коллективном концентрате составило 4,2 и 92 г/т соответственно. Содержание суммы платиновых металлов в пробе Р 2 составило ~4,6 г/т, что на 1-2 порядка выше, чем в пробе Р 1. Сульфидный концентрат обогащался по МПГ незначительно (в 2-3 раза), и, соответственно, извлечение в хвосты не только родия (как в пробе Р 1), но и платины и палладия составило ~97%.

Полученные данные об обогатимости двух проб Рябинового месторождения свидетельствуют о том, что при переработке медно-порфировых руд предпочтительнопредварительное выделение коллективного медно-пиритного концентрата с последующим извлечением МПГ из хвостов флотации. Выделение медного концентрата позволит значительно повысить извлечение золота и серебра, которые,находясь в связи с сульфидными минералами, не вскрываются прямыми гидрометаллургическими методами. Медно-пиритный концентрат, содержащий золото, серебро и МПГ, целесообразно перерабатывать по схеме: плавка на металлизированный штейн, гидрометаллургическая сернокислотная переработка штейна с количественным концентрированием цветных, благородных и редких металлов в богатом продукте, содержащем более 60% меди [11], который далее может быть переработан по стандартной схеме или гидрометаллургическим путем. Учитывая высокие показатели по извлечению цветных, благородных и редких металлов из коллективного концентрата по указанным выше методам и тот факт, что выход пиритного концентрата соизмерим с выходом медного концентрата, получение селективных концентратов (меди и пиритного) не дает преимуществ по сравнению с прямой переработкой коллективного концентрата.В этой связи испытания обогатимости пробы медно-порфировой руды Ыллымахского массива проводились по схеме с получением только коллективного концентрата (рис.2).

Флотациейпробы И 1были выделены медные концентраты с выходом 3-5%, содержащие 21,3 % меди (содержание меди в I фракции -17,5%, содержание меди во II фракции -3,8%) при ее суммарном извлечении 45% и концентрирующие благородные металлы в количестве: содержание платины -10,3 г/т, палладия – 0,8 г/т, золота – 1 г/т, серебра – 1000 г/т.Для проверки возможности снижения потерь меди с хвостами сульфидной флотации они были подвергнуты горячему выщелачиванию 5% серной кислотой при температуре 60ºС в течение 1 часа.В твердом остатке после выщелачивания содержание меди снизилось до 0,02%. Это свидетельствует о возможности переработки медной руды по комбинированной флотационно-гидрометаллургической схеме.

Для уточнения возможности регулировки флотационного процесса с изменением переменных факторов была поставлена серия опытов с применением симплекс-метода, которая показалаблизкие результатыпо обогащениюпробы руды Ыллымахского массива: извлечение меди 42,8-48,7%, содержание меди 16,3-20,6%.

В связи с очень близкими показателями обогащения при различных режимах дальнейшая оптимизация реагентного режима была признана нецелесообразной и был поставлен замкнутый опыт по принципу непрерывного процесса с повышенной дозировкой Na₂S в основную флотацию и выщелачиванием хвостов последней навески (рис.3, табл. 4, 5).

По результатов опытов видно, что в замкнутом цикле с повышением расхода сернистого натрия в основную флотацию был получен медный концентрат, содержащий свыше 28% меди, при  ее извлечении около 60%. После выщелачивания хвостов 5% раствором H₂SO₄ при  температуре 60ºС в течение 1 часа содержание меди в твердой фазе снизилось до 0,09%. В жидкой фазе было установлено наличие меди в количестве 2,0 г/л, что соответствует извлечению от руды 27-29%. Никель полностью оставался в хвостах, не извлекаясь ни при флотации, ни при выщелачивании.

 

Рис. 3 – Схема опытов по принципу непрерывного процесса

 

Таблица 4 – Результаты опыта по принципу непрерывного процесса (проба И 1)

Наименование продуктов	Выход, %	Содержание, %		Извлечение, %
		меди	железа	меди	железа
конц. I навеска конц. II навеска конц. III навеска конц. IV навеска	0,688 0,759 0,824 0,872	29,6 28,2 28,2 27,7	14,74 9,38 10,45 8,84	13,56 14,55 15,80 16,42	5,09 3,57 4,32 3,87
Итого: концентраты	3,143	28,21	10,72	60,33	15,85
Хвосты  I навеска Хвосты  II навеска Хвосты  III навеска Хвосты  VI навеска	23,617 23,617 23,643 23,743	0,48 0,47 0,46 0,49	1,74 1,34 1,74 1,61	7,71 7,55 7,41 7,91	20,62 16,00 20,73 19,18
Итого хвосты	94,720	0,475	1,62	30,59	76,53
ПромпродуктыIVнав.	2,137	6,25	6,16	9,08	6,62
Всего: исходная руда	100,0	1,47	2,00	100,0	100,0

 

Таблица 5 – Результаты циклического опыта по последней навеске (проба И 1)

Наименование продуктов	Выход, %	Содержание, %			Извлечение, %
		медь	железо	сера	медь	железо	сера
Концентрат 2 перечистки	3,542	27,7	8,84	7,29	67,5	16,7	65,7
Хвосты сульфидной флотации	96,458	0,49	1,61	0,14	32,5	83,3	64,3
Исходная руда	100,0	1,45	1,87	0,40	100,0	100,0	100,0

 

Заключение

Проведенные исследования позволяют охарактеризовать медно-порфировые руды Рябинового месторождения и Иллымахского массивакак перспективные медные руды, хорошо обогащаемые флотационным методом. Полученные флотационные концентраты можно рассматривать как комплексное сырье, обогащенное медью, золотом, серебром и МПГ.Сернокислотное выщелачивание хвостов флотации позволит повысить извлечение меди в технологии. Ввиду значительного содержания платиновых металлов в хвостах необходимо проведение дополнительных исследований по их извлечению.

Список литературы / References

1. Иванов А.И. Состояние и перспективы развития МСБ меди, цинка и свинца России / А.И. Иванов, С.С. Вартанян, А.И. Черных, А.Г. Волчков и др. // Разведка и охрана недр – 2016 - №9. - С. 100-106.
2. Nakhael F. Investigation of effective parameters for molybdenite recovery from porphyry copper ores in industrial flotation circuit / F. Nakhael, M.  Irannajad // Physicochemical Problems of Mineral Processing. -2014. Vol. 50(2). - pp. 477-491.
3. Baatarkhuu Zh. Technology of concentration of copper-porphyric ores on the basis of investigation of their genetic-morphological peculiarities. Erdenet : MAMBKh — MMRA, - 2006
4. Ametov I. Copper and molybdenite recovery in plant and batch laboratory cells in porphyry copper rougher flotation / I. Ametov, S.R. Grano, M. Zanin, S. Gredelj and other // Proceedings of XXIV IMPC Beijing, 24–28 September - 2008. - Р. 1129-1137.
5. Рокосова Е.Ю. Состав и особенности кристаллизации расплавов при формировании калиевых базитовых пород центрального Алдана (на примере Ыллымахского, Рябинового и Инаглинского массивов): дис. канд. Геолого-минералогических наук: 25.00.04 /Рокосова Елена Юрьевна. - Новосибирск, 2014. - 380 c.
6. Sadikova Lola R. On porphyry-cooper deposits models and application of metal resource distribution rule for mineral deposits / Lola R. Sadikova, Kamila K. Khoshjanova, Aziz N. Abduazimkhodjaev // Online International Journal Available [http://www.cibtech.org/jgee.htm]. - 2015. Vol. 5 (2). May-August, - pp. 171-177.
7. ПересторонинА.Е. Месторождения золото-медно-молибден-порфировой формации Приамурской золотоносной провинции / А.Е. Пересторонин, Д.Л. Вьюнов, В.А. Степанов // Региональная геология и металлогения. - 2017 - №70. –С. 78-85.
8. РазинЛ.В. Минерально-сырьевые ресурсы платиновых металлов; платина в золотодобывающей промышленности / Сборник трудов «Экономические и социальные проблемы развития производительных сил Дальнего Востока на период до 1990 года» (глава I в разделах II и III) / ред. ак. Н.А. Шило. Владивосток: ДВНЦ АН СССР -1978. - С. 27-53.
9. Izbekov E.D. The problem of discovering the Witwatersrand - tipe gold deposits in the Eastern Siberean platform / E.D. Izbekov, B.P. Podiachev, L.V. Razin // Izvestiya Earth sciences Section Russian Academy of Natural Sciences (Special issue). Presented to the 32-nd session of the International geological congress. Florence, - Italy - 2004. - P. 47-55.
10. ДворникГ.П. Метасоматизм и золотопорфировое оруденение   калиевых щелочных массивов: автореф. дис. на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук: 25.00.11/ Дворник, Геннадий Петрович -Томск,  2016. - 44 с.
11. КовалевВ.Н. Сульфатизационное рафинирование сульфидных продуктов переработки техногенных платинометальных отходов / В.Н. Ковалев, Г.В. Петров, А.А. Чернышев // Сборник докладов первого международного конгресса «Цветные металлы Сибири – 2009». –Красноярск, 2009. - С. 585-586.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ivanov A.I. Sostoyaniye i perspektivy razvitiya MSB medi, tsinka i svintsa Rossii [State and Prospects of Development of MRB of Copper, Zinc and Lead of Russia] / А.I. Ivanov, S.S. Vartanyan, A.I. Chernykh, A.G. Volchkov, etc. // Exploration and protection of mineral resources – 2016 – No.9. – P. 100-106. [in Russian]
2. Nakhael F. Investigation of the effective parameters for molybdenite recovery from porphyry copper ores in industrial flotation circuit. F. Nakhael, M. Irannajad, Physicochemical Problems of Mineral Processing. -2014. Vol. 50 (2). - pp. 477-491.
3. Baatarkhuu Zh. Technology of concentration of copper-porphyric ores on the basis of the investigation of their genetic-morphological peculiarities. Erdenet: MAMBKh – MMRA - 2006
4. Ametov I. Copper and molybdenite recovery in plant and batch laboratory cells in porphyry copper rougher flotation / I. Ametov, S.R. Grano, M. Zanin, S. Gredelj and other // Proceedings of XXIV IMPC Beijing, 24-28 September - 2008. - P. 1129-1137.
5. Rokosova E.Yu. Sostav i osobennosti kristallizatsii rasplavov pri formirovanii kaliyevykh bazitovykh porod tsentral'nogo Aldana (na primere Yllymakhskogo, Ryabinovogo i Inaglinskogo massivov) [Composition and Features of Crystallization of Melts During Formation of Potassium Basite Rocks of Central Aldan (on the example of Ylymakh, Ryabinov and Inaglinsky massifs)]: thesis of Phd in Geology and Mineralogy: 25.00.04 / Rokosova Elena. – Novosibirsk, 2014. – 380 p. [in Russian]
6. Sadikova Lola, R. On porphyry-cooper deposits, Lola R. Sadikova, Kamila K. Khoshjanova, Aziz N. Abduazimkhodjaev // Online International Journal Available [http: // www. cibtech.org/jgee.htm]. - 2015. – Vol. 5 (2). May-August, - pp. 171-177.
7. Perestoronin A.E. Mestorozhdeniya zoloto-medno-molibden-porfirovoy formatsii Priamurskoy zolotonosnoy provintsii [Deposits of Gold-Copper-Molybdenum-Porphyry Formation of Amur Gold-bearing Province] / A.E. Perestoronin, D.L. Vjunov, V.A. Stepanov // Regional geology and metallogeny. – 2017 – №70. – P. 78-85. [in Russian]
8. Razin L.V. Mineral'no-syr'yevyye resursy platinovykh metallov; platina v zolotodobyvayushchey promyshlennosti [Mineral Resources of Platinum Metals; Platinum in Gold Mining Industry] / Collection of Works on Economic and Social Problems of Development of Productive Forces of the Far East for the Period Until 1990 (Chapter I in Sections II and III) / Ed. by N.A. Shilo. Vladivostok: FEC of the Academy of Sciences of the USSR – 1978. – P. 27-53. [in Russian]
9. Izbekov E.D. The problem of discovering the Witwatersrand - tipe gold deposits in the Eastern Siberean platform / E.D. Izbekov, B.P. Podiachev, L.V. Razin // Izvestiya Earth Sciences Section of the Russian Academy of Natural Sciences (Special issue). Presented to the 32nd session of the International Geological Congress. Florence, - Italy - - P. 47-55.
10. Dvornik G.P. Metasomatizm i zolotoporfirovoye orudeneniye kaliyevykh shchelochnykh massivov [Metasomatism and Gold-Porphyry Mineralization of Potassium Alkaline Massifs]: author's abstract on PhD thesis of geological and mineralogical sciences: 25.00.11 / Dvornik, Gennady Petrovich - Tomsk, 2016. – 44 p. [in Russian]
11. Kovalev V.N. Sul'fatizatsionnoye rafinirovaniye sul'fidnykh produktov pererabotki tekhnogennykh platinometal'nykh otkhodov [Sulfatization Refining of Sulphide Products of Processing of Technogenic Platinum-Metal Wastes]. V.N. Kovalev, G.V. Petrov, A.A. Chernyshev // Collected papers of the first international congress "Non-Ferrous Metals of Siberia-2009". – Krasnoyarsk, 2009. – P. 585-586. [in Russian]