Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ

Научная статья
Наумов В.А.
Фиоруччи А.
Голдырев В.В.
Брюхов В.Н.
Фетисов В.В.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.75.9.016
Выпуск: № 9 (75), 2018
Опубликована:
2018/09/17
PDF

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.75.9.016

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ

Научная статья

Наумов В.А.1, Фиоруччи А. 2, Голдырев В.В.3, Брюхов В.Н.4, *, Фетисов В.В.5

1, 3, 4, 5 Пермский Государственный Национальный Исследовательский Университет,Пермь, Россия;

2 Туринский Политехнический университет, Турин, Италия;

* Корреспондирующий автор (vittter[at]inbox.ru)

Аннотация

В статье рассматриваются процессы формирования техногенно-минеральных образований (ТМО) - техногенез и последующего преобразования состава и строения ТМО - техногеогенез. Техногеогенез изучен авторами  на примере золотоносных техногенных россыпей. Процессы преобразования ТМО приводят к  высвобождению, переносу и аккумуляции золотоносных фаз внутри техногенных отвалов. Управление процессами техногеогенеза ведет к созданию природоподобных технологий добычи.  Выделены  направления по управлению формированием концентраций золота в ТМО. Проведены эксперименты по аккумуляции золота на  геохимических барьерах.

Ключевые слова: техногенез, техногеогенез, золото, аккумуляция, природоподобные технологии.

 

SCIENTIFIC BASIS OF GEOLOGICAL PROCESS CONTROL IN TECHNOGENIC MINERAL FORMATIONS

Research article

Naumov V.A.1, Fioruchchi A.2, Goldyrev V.V.3, Bryukhov V.N.4, *, Fetisov V.V.5

1, 3, 4, 5 Perm State National Research University, Perm, Russia;

2 Turin Polytechnic University, Turin, Italy

* Corresponding author (vittter[at]inbox.ru)

Abstract

The article presents the forming processes of technogenic and mineral formations (TMFs) – technogenesis and subsequent transformation of the composition and structure of TMF – technogenesis. The authors studied technogenesis on the example of gold-bearing technogenic placers. The processes of TMF conversion lead to the release, transfer, and accumulation of gold-bearing phases inside man-made dumps. Management of the processes of technogenesis leads to the creation of nature-like production technologies. Directions on the management of the formation of gold concentrations in TMFs were allocated. Experiments on the accumulation of gold on geochemical barriers were carried out.

Keywords: technogenesis, gold, accumulation, nature-like technologies.

 

Геология техногенно-минеральных образований (ТМО) направлена на изучение условий формирования, преобразования и осознанного управления составом вещества ТМО и выработанного пространства. В этих условиях ее основной задачей следует считать возможность перевода «неполезных» ископаемых в полезные. ТМО представляют собой результат геологической и горнотехнической деятельности человечества.

ТМО традиционно рассматривают как техногенные отвалы, техногенные и технологические отходы, техногенное минеральное сырье и техногенный минеральный ресурс. Техногенно-минеральные образования являются потенциальным источником для увеличения минерально-сырьевой базы регионов и мира в целом. На данный момент времени многими предприятиями–недропользователями ведется использование  техногенных объектов  в связи с истощением природных месторождений полезных ископаемых.

Современный подход геологов к комплексному освоению вещества месторождений и снижению экологических нагрузок реализуется идеей повторной разработки ТМО. Решение данной задачи возможно с учетом современных представлений о ТМО как продуктах геологической деятельности человека. При таком подходе к ТМО мы не имеем право отождествлять их с отходами производства. Их следует рассматривать как промежуточный продукт, технологический резерв месторождения, пригодный для последующего использования.

Среди геологических процессов связанных с ТМО различают: 1) процессы формирования ТМО, или собственно техногенез; 2) геологические процессы преобразования состава и строения, протекающие в ТМО – техногеогенез. Учитывая, что процессы техногенеза и техногеогенеза  являются управляемыми (зависят от деятельности человека), можно выделить и 3) процессы техногенного рудогенеза – осознанного формирования заданных характеристик строения и направлений изменения состава ТМО [5], [7]. Техногенный рудогенез имеет прикладное значение и базируется на знаниях процессов техногенеза и техногеогенеза.

Техногенез или формирование ТМО происходит в результате процессов механической дифференциации и интеграции. Законы распределения вещества и полезных компонентов в отвалах не зависят от состава природного материала (рыхлые отложения россыпей или продукт дробления коренных руд). При этом формируются техногенные фации трех типов: намывная, отвальная (насыпная) и отвально-намывная [4]. Под техногенной фацией мы понимаем − продукт аккумуляции ТМО, сформированный при технической деятельности человека в процессе разработки месторождений.

Строение и состав осадков в техногенных фациях имеет закономерный характер распределения вещества в соответствии с системой их формирования. Распределение полезных компонентов (на примере золота), не извлеченных по разным причинам в процессе обогащения, изучены на техногенных объектах с широкой географией (Урал, Сибирь, Якутия, Дальний Восток, Канада (Yukon Territory, Klondike).

Следует отметить, что потери полезных компонентов (свободного золота) и формирование их концентраций в ТМО идет дискретно. Различают потери, обусловленные геологическими (высокая глинистость, песчанистость материала и др.) и технологическими причинами. Последние могут образовываться в период обогащения материала с наиболее высокими концентрациями золота при нарушении технологических схем обогащения или неправильной работы обогатительного оборудования.

Техногеогенез выражается в процессах новообразования минералов, преобразовании вещества и полезных компонентов под действием внутренних и внешних факторов геологической среды. Как геологический экзогенный процесс - техногеогенез отличает наличие в ТМО разрушения пород и минеральных фаз; транспортировка материала и перенос химических элементов в растворенной форме; аккумуляция и образование новых минеральных и петрографических разностей.

Проявление техногеогенеза в отвалах обусловлено механической, физико-химической и биохимической дифференциацией и интеграцией вещества, включая полезные компоненты. Велика здесь роль поверхностных, отвальных, рудных, подрудных, техногенных вод, развитых в пределах ТМО. При насыщение их полезными компонентами в процессе техногеогенеза они могут рассматриваться как гидроминеральное сырье, имеющее практическую значимость. Такие воды формируются в ТМО образованные при отработке сульфидных месторождений, содержащих медь, железо, мышьяк, ртуть, золото, серебро и др.

Понятие  «техногенный рудогенез» представляет геологический процесс создания природой или человеком новых рудных объектов из техногенных осадков, в результате процессов техногенеза и последующего техногеогенеза [6]. Техногенный рудогенез изучен авторами на примере техногенных россыпей Юкона, где происходит формирование железистых конгломератов с новообразованным самородным золотом.

Золотоносные техногенные россыпи – частный случай более общего понятия «техногенно-минеральные образования (ТМО)»

К 2016г в мире добыто около 180 тыс. тонн золота [Thomson Reuters GFMS]. При этом сформировано до 600 млрд. тонн ТМО, в которых сохраняется по разным оценкам от 10до 40 % не извлеченного золота со средним содержанием 0,2–0,5 г/т.Для примера, среднее содержание золота в золото-порфировых месторождениях-гигантах, таких как Pebble Copper (Alaska), Bingham (Utah), Oyu Tolgoi (Mongolia) составляет 0,35–0,5 г/т.

Золото в ТМО встречается в разных агрегатных состояниях и разных формах нахождения. Наиболее хорошо изучена твердая фаза: свободное, связанное в минералах, в сростках, "пленочное" и сорбированное на минералах. Менее изучено золото в растворах: отвальных, рудничных и подрудничных водах, рассолах, нефтях.

Техногеогенез золота в техногенных образованиях (растворение (разрушение), перенос, аккумуляция) приводит к перераспределению металла и в ряде случаев приводит к образованию зон концентрации. Управление процессами техногеогенеза преследует следующие основные задачи:

- аккумуляция полезных компонентов с целью последующего их извлечения (природоподобные технологии добычи);

- создание природоподобных систем защиты окружающей среды.

Выделены следующие направления по управлению формированием концентраций золота в ТМО:

1) Механическая дифференциация, создание механических барьеров - концентрация металла в локальной зоне отвалов путем формирования механических барьеров-ловушек;

2) Биохимическая дифференциация, образование пленок на поверхности золота и других металлов;

3) Физико-химическая дифференциация, создание геохимических барьеров в зонах разгрузки золотосодержащих техногенных вод (гидроминеральное сырье).

На данный момент времени авторами изучается прикладной аспект физико-химической дифференциации золота в рамках выполнения работ в составе международной исследовательской группы с итальянскими коллегами.

Разработаны теоретические основы механизмов растворения и переотложения золота. Растворение золота происходит цианидами Na или K, кислыми растворами тиомочевины и хлорной воды, гуминовыми и фульвокислотами, водными растворами FeCl2, Fe(SO4)3, CuCl, CuSO4, NaCl, HCl, H2SO4. Перенос золота происходит рудными, отвальными и подотвальными водами. Осаждение золота происходит на геохимических барьерах

Проведены эксперименты по аккумуляции золота на следующих геохимических барьерах:

1) Карбонатный - для кислых вод. Зафиксировано восстановление растворенного золота до самородного на карбонатном барьере в бетонном отстойнике (Урал, Исовский прииск).

2) Углистый [10]. Получены результаты экспериментов позволяющие подтвердить направленность процесса сорбции золота, механизмы его накопления и распределения частиц нанозолота на угольной поверхности.

3) Электрохимическом на металлической сетке. Зафиксировано осаждение золота из техногенных вод на медной проволоке за счет природного электролиза (Урал, Исовский прииск).

На территории Северной Италии и Урала выбраны эталонные техногенные объекты на которых изучается состав и зональность техногенных и рудничных вод. Одним из объектов является законсервированное скарновое железорудное месторождение с наличием зон арсенопиритовой минерализации, расположенное в Южных Альпах. Другой объект – отвалы полиметаллического объекта Восточного Урала. На объектах отобраны пробы отвальных, подотвальных и рудничных вод для определения величины золотой минерализации. На объектах планируются эксперименты по формированию искусственных углистых барьеров в виде капсульных модулей.

Процессы техногенеза в золотосодержащих техногенно-минеральных образованиях ведут к образованию «обогатительных фабрик в недрах», где внутри техногенных объектов протекают природные процессы перераспределения вещества. В результате этих процессов происходит высвобождение, растворение, миграция, регенерация и восстановление (рост) золотоносных фаз, в том числе и в форме гравитационно извлекаемого золота.

Пути управления процессами техногеогенеза авторы видят следующие:

1) Усиление процессов техногеогенеза (обеспечение циркуляции техногенных вод; активизация разложения сульфидов и т.д.);

2) Формирование механических и химических барьеров внутри техногенных образований для аккумуляции полезных компонентов.

3) Проектирование строительства площадок для размещения техногенных образований с учетом систем управления.

В целом, изучение процессов формирования техногенно-минеральных образований имеет важное теоретическое и практическое значение. Правильный подход к использованию ТМО позволяет разработать целый ряд природоподобных технологий, которые будут более эффективные и экологичные, чем экстенсивный путь освоения новых месторождений.

Финансирование Статья подготовлена по результатам работы, выполненной в рамках научного проекта международной исследовательской группой на базе Пермского государственного национального исследовательского университета «Разработка природоподобной технологии формирования концентраций полезных компонентов внутри техногенных отвалов путем управления процессами техногеогенеза». Funding The article presents the results of the work carried out within the framework of the scientific project by the international research team on the basis of the Perm State National Research University "Development of a nature-like technology for the formation of concentrations of useful components within man-made dumps by controlling the processes of technogenesis".
Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / Referenses

  1. КовлековИ.И. Техногенное золото Якутии. М: Горная книга, 2002. 303 с.
  2. МакаровВ.А.Геолого-технологические основы ревизии техногенного минерального сырья на золото. Красноярск: ООО «Поликом», 2001. 132 с.
  3. МирзехановаЗ.Г. Техногенные образования россыпных месторождений золота: ресурсно-экологические аспекты отработки / Мирзеханова З.Г., Мирзеханов Г.С., Дебелая И.Д. // Хабаровск, ДВО РАН, 2014. 297 с.
  4. НаумовВ.А. Особенности формирования и распределения благородных металлов в техногенных россыпях и отвалах Урала // Горный журнал. Известия высших учебных заведений. 1994. № 8. С. 39−50.
  5. НаумовВ.А. Концепция управления формированием месторождений на примере техногенных россыпей золота // Естественные и технические науки. № 2. С. 262−265.
  6. НаумовВ.А.Минерагения, техногенез и перспективы комплексного освоения золотоносного аллювия. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук / Пермский государственный университет. Пермь, 2010. 42 с.
  7. НаумовВ.А. О направленном формировании россыпных месторождений золота (постановка проблемы) / Наумов В.А., Наумова О.Б. // Важнейшие промышленные типы россыпей и месторождений кор выветривания, технология оценки и освоения: матер. XI Межд. совещ. Москва-Дубна, 1997. С. 150.
  8. ПерепелицынВ.А. Техногенное минеральное сырье Урала / Перепелицын В.А., Рытвин В.М., Коротеев В.А. // Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2013. 332 с.
  9. Naumov V. A new insight into origin of the Yukon placer gold / Naumov V., LeBarge W., Kovin O. // The 45th International October Conference on Mining and Metallurgy. BorLakeBor (Serbia), 2013. 4 p.
  10. Наумов В.А. О механизме сорбции наночастиц золота углистым материалом / Наумов В.А., Осовецкий Б.М. // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Пермь, 2013. С. 43–48.

Список литературы на английском / ReferensesinEnglish

  1. Kovlekov I.I. Tekhnogennoye zoloto Yakutii [Technogenic Gold of Yakutia]. M: Gornaya kniga, 2002. 303 p. [in Russian]
  2. Makarov V.A. Geologo-tekhnologicheskiye osnovy revizii tekhnogennogo mineral'nogo syr'ya na zoloto [Geological and Technological Bases of Revision of Technogenic Mineral Raw Materials for Gold]. Krasnoyarsk: Polikom Ltd., 2001. 132 p. [in Russian]
  3. Mirzekhanova Z.G. Tekhnogennyye obrazovaniya rossypnykh mestorozhdeniy zolota: resursno-ekologicheskiye aspekty otrabotki [Technogenic Formations of Alluvial Gold Deposits: Resource-Ecological Aspects of Mining.] / Mirzekhanova Z.G., Mirzekhanov G.S., Debelaya I.D. // Khabarovsk, FEB RAS, 2014. 297 p. [in Russian]
  4. Naumov V.A. Osobennosti formirovaniya i raspredeleniya blagorodnykh metallov v tekhnogennykh rossypyakh i otvalakh Urala [Features of Formation and Distribution of Precious Metals in Technogenic Placers and Dumps of Urals] // Gornyy zhurnal. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy [Mining Journal. News of higher educational institutions]. 1994. No. 8. P. 39-50. [in Russian]
  5. Naumov V.A. Kontseptsiya upravleniya formirovaniyem mestorozhdeniy na primere tekhnogennykh rossypey zolota [Concept of Managing Formation of Deposits on Example of Technogenic Gold Placers] // Yestestvennyye i tekhnicheskiye nauki [Natural and technical sciences]. 2010. – No. 2. – P. 262-265. [in Russian]
  6. Naumov V.A. Minerageniya, tekhnogenez i perspektivy kompleksnogo osvoyeniya zolotonosnogo allyuviya. Avtoreferat dissertatsii na soiskaniye uchenoy stepeni doktora geologo-mineralogicheskikh nauk [Minerageny, Technogenesis and Prospects of Complex Development of Gold-bearing Alluvium]. abstract of Dis. … of PhD in Geology and Mineralogy / Perm State University. Perm, 2010. 42 p. [in Russian]
  7. Naumov V.A. O napravlennom formirovanii rossypnykh mestorozhdeniy zolota (postanovka problemy) [On Directed Formation of Alluvial Gold Deposits (Statement of Problem)] / Naumov V.A., Naumova О.B. // Vazhneyshiye promyshlennyye tipy rossypey i mestorozhdeniy kor vyvetrivaniya, tekhnologiya otsenki i osvoyeniya: mater. XI Mezhd. soveshch [The most important industrial types of placers and weathering crust deposits, technology for assessment and development: Materials of the XI Int. meeting]. Moscow-Dubna, 1997. P. 150. [in Russian]
  8. Perepelitsyn V.A. Tekhnogennoye mineral'noye syr'ye Urala [Technogenic Mineral Raw Materials of URALS] / Perepelitsyn V.A., Rytvin V.M., Koroteev V.A. // Ekaterinburg: RIO UB RAS, 2013. 332 p. [in Russian]
  9. Naumov V. A new insight into origin of the Yukon placer gold [New Insight into Origin of Yukon Placer Gold] / Naumov V., LeBarge W., Kovin O. // The 45th International October Conference on Mining and Metallurgy [The 45th International October Conference on Mining and Metallurgy]. BorLakeBor (Serbia), 2013. 4 p. [in Russian]
  10. Naumov V.A. O mekhanizme sorbtsii nanochastits zolota uglistym materialom [About Mechanism of Sorption of Gold Nanoparticles by Carbonaceous Material] / V.A. Naumov, B.M. Osovetskiy // Geologiya i poleznyye iskopayemyye Zapadnogo Urala [Geology and minerals of the Western Urals]. Perm, 2013. P. 43-48. [in Russian]