Исаев М. С., АО «Навоийский ГМК», email:M.Isaev@ngmk.uz;
Сайитов С. С., Институт минеральных ресурсов, Ташкент, Узбекистан, email: sardorsayitov@gmail.com
Добыча полезных ископаемых во всем мире сопровождается большим объемом отходов, представленных различными видами материалов. Ежегодно в мире образуется около 5–7 млрд т отходов горнодобывающей промышленности. Хвосты горнодобывающей отрасли содержат большое количество рудных минералов, ценных компонентов и еще токсичных веществ после переработки руд. Поэтому они являются источниками загрязнения окружающей среды.
Хвостохранилище № 1 ГМЗ-2 расположено в Тамдынском районе Навоийской области, в Мурунтауском рудном поле.
Были проведены минералогические исследования хвостов переработки золотосодержащих руд, определены формы нахождения ценных компонентов с целью дальнейшей разработки технологических схем их обогащения и максимального извлечения ценных компонентов.
Кварц, плагиоклаз, серицит, хлорит, карбонатные минералы являются основными нерудными минералами. В подчиненном количестве отмечаются биотит, хлорит, доломит, кальцит, сидерит, амфибол в составе хвостов.
Главными рудными минералами хвостов являются пирит и арсенопирит. В подчиненном количестве, иногда в незначительных количествах установлены гидроксиды железа. Часто отмечается шеелит в изученных пробах. Рудные минералы в основном отмечаются в свободном виде. Редко отмечаются в сростках друг с другом.
Золото является основным ценным компонентом в составе хвостов. Золото и серебро представлены собственными минералами — самородным золотом, редко электрумом, мальдонитом, серебром самородным, акантитом, пираргиритом, пруститом. В составе самородного серебра установлено золото до 5,38 % (кюстелит).
Золото установлено в виде свободных зерен, но большая часть золотин находится в сульфидах в виде тонких включений. Часто ассоциирует с минералами висмута и теллура. Присутствие тонких включений самородного золота в сульфидах может усложнять процесс обогащения и извлечения золота из изучаемых хвостов.
Введение
Добыча полезных ископаемых во всем мире сопровождается большим объемом отходов, представленных различными видами материалов [11]. Выход хвостов после переработки металлических полезных ископаемых, особенно золотосодержащих, имеет большие объемы по сравнению с остальными полезными ископаемыми, так как они содержат меньшее количество полезных компонентов в руде. На гидрометаллургических заводах по переработке руд золота соотношение хвостов и концентрата может достигать 200:1 [9].
Ежегодно в мире образуется около 5–7 млрд т отходов горнодобывающей промышленности [6]. По данным А. И. Ежова, только в России ежегодно производится около 5 млрд т горно-металлургических отходов [15]. Хвосты горнодобывающей отрасли имеют высокое содержание рудных минералов, ценных компонентов и еще токсичных веществ после переработки руд. Поэтому они являются источниками загрязнения окружающей среды.
В составе хвостов переработки руд остается значительное количество ценных компонентов. Например, в хвостах переработки руд горно-металлургических предприятий Красноярского края среднее содержание золота составляет 0,29 г/т [1]. Установлено, что в представительной пробе хвостов флотации золотоизвлекательной фабрики ТОО «Алтынтау Кокшетау» содержится 0,47 г/т Au и 0,62 г/т Ag [7]. При транспортировке хвостовой пульпы по мере заполнения хвостохранилища осуществляется естественное обогащение и скопление ценных компонентов в определенных участках хвостохранилища. Пробы, отобранные в верхней части хвостов, представленных смешанными и первичными рудами, имеют содержание золота в среднем в два раза выше, чем по окисленным рудам нижних горизонтов [1]. Даже в некоторых местах хвостохранилища Кокоруто (Cocoruto, Minas Gerais, Brazil) содержание золота достигает до 1,7 г/т [8].
В настоящее время в мире проводятся многочисленные исследования по извлечению полезных компонентов из забалансовых руд золота и меди, а также техногенных отходов, в том числе: биотехнологический способ переработки отвалов сульфидных руд; переработка лежалых хвостов гидрометаллургических заводов; переработка шлаков пирометаллургических заводов [17]. Потому что вовлечение в переработку хвостов снижает их негативное влияние на окружающую среду и увеличивает минерально-сырьевую базу комбинатов. Кроме того, эти хвосты не требуют больших расходов на добычу, транспортировку и измельчение, так как они в измельченном виде расположены вблизи горно-металлургических заводов.
Золото является одним из стратегических полезных ископаемых в Узбекистане. Страна является одним из основных производителей золота и по разведанным запасам металла входит в первую десятку стран мира, имеется около сотни золоторудных месторождений, от мелких до уникальных мирового уровня — Мурунтау.
Золоторудные месторождения Узбекистана приурочены к единому Кызылкумо-Кураминскому металлогеническому поясу, включающему Южно-Тяньшанский орогенический пояс и Бельтау-Кураминскую вулкано-плутоническую дугу, образованные в результате субдукции коры Туркестанского палеоокеана под Казахстано-Киргизский континент, коллизии его с Каракумо-Таримским континентом и последующими геологическими процессами [3, 13, 14].
Запланировано масштабное увеличение добычи золота в ближайшие годы с привлечением новых собственно золоторудных объектов в отработку в известных горнорудных районах, а также увеличением объемов перерабатываемых золотосодержащих медно-порфировых руд. Так как в горнодобывающих и металлургических процессах образуется большое количество хвостов, увеличение объемов перерабатываемых руд, соответственно, приводит к увеличению хвостов.
Высокие содержания ценных компонентов в составе хвостов обусловлены сложностью минерального состава руд. По минералогическим характеристикам и требуемым методам переработки полезных ископаемых золотые руды можно разделить на 11 типов: россыпи, кварцево-жильные, окисленные, богатые серебром, медные сульфидные, железные сульфидные, мышьяково-сульфидные, сурьмяно-сульфидные, висмут-сульфидные, золото-теллуридные, углеродисто-сульфидные [5]. С технологической точки зрения золотосодержащие руды можно разделить на легкообрабатываемые (свободные) и упорные. Их переработка в значительной степени определяется минералогическими факторами, такими как: размер частиц золота, ассоциация с другими минералами, покрытия и каймы, присутствие золота в структуре сульфидных минералов и т. д. [5].
Установлено, что для золота свободная форма нахождения не характерна. Металл находится в виде тонких включений размером менее 0,1 мм в арсенопирите в хвостах горно-металлургических предприятий Красноярского края [1].
В хвостах хвостохранилища Кокоруто также основная часть золота связана с сульфидами, такими как пирит, арсенопирит и пирротин [8].
В качестве основных способов обогащения были приняты флотационный, магнитный, а также цианирование исходных хвостов и продуктов их обогащения из хвостов Чадакской золотоизвлекательной фабрики. Таким образом, исследования различных способов переработки лежалых хвостов золотоизвлекательной фабрики показали возможность извлечения 67–69 % золота методами прямого и сорбционного цианирования, а также химического и бактериального окисления с последующим цианированием остатка, использование которых позволяет увеличить извлечение золота соответственно до 74,4–74,6 % [12].
Таким образом, изучение минерального состава хвостов переработки золотосодержащих руд, формы нахождения ценных компонентов с целью дальнейшей разработки технологических схем их обогащения и максимального извлечения ценных компонентов является весьма актуальным. Вовлечение в переработку хвостов снижает их негативное влияние на окружающую среду и увеличивает минерально-сырьевую базу АО «НГМК». Кроме того, эти хвосты не требуют больших расходов на добычу, транспортировку и измельчение, так как они в измельченном виде расположены вблизи горно-металлургических заводов.
Объект исследований
Гидрометаллургический завод № 2 (ГМЗ-2) является самым крупным и ведущим предприятием АО «Навоийский ГМК». На заводе осуществляется законченный цикл переработки руды от дробления до аффинажа с получением слитков золота чистотой 99,99 %, соответствующих стандарту London good delivery [18].
В связи с выработкой за 45-летний период работы гидрометаллургического завода № 2 (ГМЗ-2) основных запасов руды месторождения Мурунтау приобрела актуальность проблема вовлечения в переработку техногенных отходов [19]. Хвостохранилище № 1 ГМЗ-2 расположено в Тамдынском районе Навоийской области, в Мурунтауском рудном поле (рис. 1).
Материалы и методы
Для изучения минерального состава хвостов по всей территории изучаемых карт хвостохранилища № 1 ГМЗ-2 были отобраны более 100 проб весом 10 кг. Отобранные пробы представлены порошкообразным истертым материалом серого, светло-серого, реже бурого цвета.
Отобранные пробы промывались на концентрационном столе для получения тяжелых фракций и дальнейшего минералогического анализа их состава.
Минеральный состав полученных тяжелых фракций был изучен под бинокуляром. Установлены основные минеральные составляющие этих тяжелых фракций.
Были изготовлены прозрачные шлифы из искусственных брикетов, изготовленных из исходных проб хвостов. Прозрачные шлифы были изучены под микроскопом в проходящем свете с целью выявления основных нерудных минералов изучаемых проб.
Полированные аншлифы, изготовленные из тяжелых фракций, исследовались под рудным микроскопом для изучения рудных минералов (Nikon Eclipse LV100N POL).
Также был проведен рентгенофазовый анализ для определения количественного минерального состава исходных проб хвостов.
Форма нахождения золота и сопутствующих компонентов определялась методами растровой электронной микроскопии (Carl Zeiss) и электронно-зондовым микроанализом (Superprobe JXA-8800R, Jeol).
Результаты и обсуждения
Хвосты представлены в основном отдельными зернами кварца, реже плагиоклаза, калиевого полевого шпата, мусковита, кальцита и рудных минералов. Часто минералы образуют комковатые скопления. Также отмечаются обломки тонкозернистых пород.
Кварц, плагиоклаз, серицит, хлорит, карбонатные минералы являются основными нерудными минералами. В подчиненном количестве отмечаются биотит, хлорит, доломит, кальцит, сидерит, амфибол, пироксен в составе хвостов. Из акцессорных минералов установлены титанит (сфен), циркон, торит, апатит, ксенотим, монацит, анальцим, пироп.
По данным рентген-дифрактометрического анализа, в составе исходных проб хвостов кварц является основным минералом. Содержание минерала в пробах составляет от 49,6 % до 72,9 %. В подчиненном количестве отмечаются полевые шпаты, слюдистые минералы. Содержание альбита колеблется от 8,37 % до 16,8 %, в среднем составляет 12,3 %. Содержание КПШ невысокое, в среднем составляет 3,2 %.
Слюдистые минералы представлены мусковитом (серицитом), биотитом, хлоритом. Суммарное содержание слюдистых минералов колеблется от 10,0 % до 23,2 %, в среднем составляет 16,44 %. Мусковит составляет 2,2–13,6 %, в среднем 7,45 %. По данным описания прозрачных шлифов установлено, что мусковит представлен в основном серицитом и развивается по полевым шпатам. Содержание биотита достигает до 7,9 %, в среднем составляет 5,3 %. Среднее содержание хлорита в составе хвостов — 3,7 %.
Содержание кальцита в изученных пробах колеблется от 0,0 % до 4,0 %, в среднем составляет 1,1 %. Также, по данным рентген-дифрактометрического анализа, доломит составляет 0,64 %, гипс — 0,8 %, ангидрит — до 0,9 %. Также в единичных пробах из нерудных минералов отмечаются сидерит, амфибол, клинопироксен, анальцим, апатит, пироп, пирофиллит.
Для изученных проб очень характерны повышенные содержания шеелита. Содержание шеелита колеблется от 0,0 % до 2,4 % и в среднем составляет 0,7 %, по данным рентгенофазового анализа.
Пирит, арсенопирит, марказит, халькопирит, магнетит, гематит, гетит, рутил, анатаз, ильменит являются широко распространенными рудными минералами в составе хвостов. Количество пирита составляет до 0,9 %, арсенопирита — до 0,8 %, гетита — до 0,1 %, по данным рентгенофазового анализа. В единичных пробах установлены молибдит, сфалерит, галенит, тенорит, гидроцинкит, кубанит, вюртцит, пиролюзит, касситерит, леллингит, ярозит, прустит, борнит, пираргирит и др.
Крупных зерен самородного золота при минералогическом анализе тяжелых фракций не установлено. Для выявления минералов золота были изготовлены искусственные полированные брикеты и описаны под микроскопом.
Пирит и арсенопирит являются основными рудными минералами в изученных пробах. Соотношение пирита к арсенопириту колеблется от 1:1 до 10:1, преобладают пробы с соотношением пирита к арсенопириту 2:1, 3:2. В подчиненном количестве, иногда в незначительных количествах установлены гидроксиды железа. Часто количество гидроксидов железа составляет 1–5 % от общего количества рудных минералов. Гидроксиды железа представлены гетитом, лимонитом и скородитом.
Кроме того, в составе изученных проб в результате описания полированных брикетов установлены следующие рудные минералы: золото самородное, халькопирит, пирротин, рутил, магнетит, гематит, скородит, галенит, церуссит, англезит, сфалерит, ковеллин, блеклая руда, шеелит, медь самородная, куприт, псиломелан, халькозин, касситерит, титаномагнетит, борнит, ильменит, антимонит и др.
Рудные минералы в основном отмечаются в свободном виде. Редко отмечаются в сростках друг с другом. В основном установлены сростки пирита с арсенопиритом, реже с халькопиритом или сростки минералов полиметаллической стадии минералообразования — галенита, сфалерита, блеклой руды и халькопирита (рис. 2). Иногда более поздние минералы отмечаются в трещинах более ранних минералов. Рудные минералы цементируют обломки пород. Также редко отмечаются сростки рудных минералов с нерудными минералами. Установлены тонкие включения одного рудного минерала в других.
Иногда первичные рудные минералы замещаются вторичными минералами. Установлены замещение арсенопирита скородитом, пирита гетитом, лимонитом, галенита церусситом, англезитом, халькопирита ковеллином, халькозином, купритом и др. В основном замещение первичных минералов вторичными происходит по краям, образуя каемки (рис. 2). Иногда остаются лишь тонкие реликты первичных минералов среди вторичных рудных минералов.
Золото самородное является основным ценным минералом в изученных пробах. Установлено в виде свободных зерен, в сростках с сульфидами, развивается по трещинам арсенопирита. Чаще всего установлено в виде тонких включений в арсенопирите, реже в пирите и кварце (рис. 3). Форма зерен — каплевидная, изометричная, ксеноморфная, фрагменты куба, проволоковидная. Золото самородное тонкое. Размер зерен колеблется от микронного, наноразмерного (результаты сканирующей микроскопии — СЭМ) до 0,08 мм (80 микрон). Преобладают золотины размером в доли микрона (рис. 4).
Пробность золота достаточно высокая. По данным СЭМ, в проанализированных зернах самородного золота преобладают золотины с содержанием золота от 84,38 до 94,73 %. Некоторые зерна золота по составу соответствуют электруму. Часто ассоциирует с минералами висмута и теллура (рис. 5–6).
Химический состав золота, по данным электронно-зондового микроанализа, следующий: Au — 70,8–93,8 %; Ag — 5,35–28,6 %. Из элементов-примесей отмечаются железо, мышьяк, сера за счет вмещающей среды (пирита, арсенопирита).
Среднее содержание золота в хвостах ГМЗ-2 составляет 0,3 г/т, серебра — 1,04 г/т.
В результате сканирующей электронной микроскопии и микрозондовых исследований из минералов благородных металлов установлены золото самородное, электрум, мальдонит, акантит, прустит, пираргирит. В составе самородного серебра установлено золото до 5,38 % (кюстелит).
Из самородных минералов наряду с самородным золотом и серебром также установлены медь самородная и висмут самородный. В составе самородного висмута отмечается теллур до 9,56 %.
В целом в результате комплексного минералогического изучения в составе изученных хвостов ГМЗ-2 установлены около 90 минералов. Минералы подразделены на группы: широко распространенные, минералы средней распространенности и мало распространенные.
Кварц, плагиоклаз, серицит, хлорит, карбонатные минералы являются основными нерудными минералами. В подчиненном количестве отмечаются биотит, хлорит, доломит, кальцит, сидерит, амфибол, пироксен в составе хвостов. Из акцессорных минералов установлены титанит (сфен), циркон, торит, апатит, ксенотим, монацит, анальцим, пироп.
В группу главных рудных минералов входят пирит, арсенопирит. В некоторых пробах частично окисленные гетит, лимонит, скородит. Золото самородное, электрум, серебро самородное, мальдонит, акантит, пираргирит, прустит также были отнесены к главным минералам, так как они являются минералами ценных компонентов (табл. 1).
В группу минералов среднераспространенных попадают шеелит, тетрадимит, теллуровисмутит, халькопирит, пирротин, галенит, сфалерит, леллингит, тетраэдрит, теннантит, пиролюзит, рутил, ильменит, магнетит, хедлейит, пильзенит, марказит, антимонит, куприт, халькозин, ковеллин, псиломелан, гематит, ярозит, ангидрит, барит, самородное железо, самородная медь и др. В единичных зернах установлены торианит, касситерит, молибдит, макиновит, уранинит, бреггерит, анатаз, ферберит, титаномагнетит, галеновисмутин, вюртцит, троилит, герсдорфит, борнит, буланжерит, кубанит и др.
Заключение
Кварц, плагиоклаз, серицит, хлорит, карбонатные минералы являются основными нерудными минералами. В подчиненном количестве отмечаются биотит, хлорит, доломит, кальцит, сидерит, амфибол и др. в составе хвостов. Нерудные минералы установлены в виде отдельных зерен или в виде обломков вмещающих пород.
Главными рудными минералами хвостов являются пирит и арсенопирит. В подчиненном количестве, иногда в незначительных количествах установлены гидроксиды железа. Кроме того, в составе хвостов установлены следующие рудные минералы: золото самородное, халькопирит, пирротин, рутил, магнетит, гематит, скородит, галенит, церуссит, англезит, сфалерит, ковеллин, блеклая руда, шеелит, медь самородная, куприт, псиломелан, халькозин, касситерит, титаномагнетит, борнит, ильменит, антимонит и др.
Рудные минералы в основном отмечаются в свободном виде. Редко отмечаются в сростках друг с другом. Иногда более поздние минералы отмечаются в трещинах более ранних минералов. Рудные минералы цементируют обломки пород. Также редко отмечаются сростки рудных минералов с нерудными минералами. Установлены тонкие включения одного рудного минерала в других. Иногда первичные рудные минералы замещаются вторичными минералами в виде каемок.
Золото является основным ценным компонентом в составе хвостов. Золото и серебро представлены собственными минералами — самородным золотом, редко электрумом, мальдонитом, серебром самородным, акантитом, пираргиритом, пруститом. В составе самородного серебра установлено золото до 5,38 % (кюстелит).
Золото установлено в виде свободных зерен, но большая часть золотин находится в сульфидах в виде тонких включений. Часто ассоциирует с минералами висмута и теллура. Присутствие тонких включений самородного золота в сульфидах может усложнять процесс обогащения и извлечения золота из изучаемых хвостов.
Список литературы
1. Bragin V. I., Makarov V. A et all. Mineralogical Examination of Gold Processing Plant Tailings // Journal of mining science Vol. 55 No. 1 2019, p. 149–156.
2. Fedotov P. K., Senchenko A. E., Fedotov K. V., Burdonov A. E. Hydrometallurgical processing of gold-containing ore and its washed products // Metalurgija 60 (2021) 1–2, 85–88.
3. Goldfarb R. J., Ryan D., Gregory S. et. al. Phanerozoic continental growth and gold metallogeny of Asia // Elsilver, 2013. PP. 1–55.
4. Huang Zhongsheng, Yang Tianzu. Gold Recovery from Cyanidation Tailings Using Flotation Process // Arch. Metall. Mater. 67 (2022), 1, 37–43 DOI: https://doi.org/10.24425/amm.2022.137469.
5. Joe Zhou, Bruce Jago and Chris Martinю Establishing the Process Mineralogy of Gold Ores // SGS Minerals technical bulletin 2004-03, р. 2–16.
6. Juan Lorenzo-Tallafigo et all. The reprocessing of hydrometallurgical sulphidic tailings by bioleaching: The extraction of metals and the use of biogenic liquors // Minerals Engineering Volume 176, 2022, https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107343.
7. Koizhanova A. K., Toktar G., Craig E. Banks, Magomedov D. R., Kubaizhanov A. A. Research of hydrometallurgical method of leaching gold from flotation tails with using bio-oxidation // Комплексное использование минерального сырья. № 3 (314), 2020, с. 28–39.
8. Lemos, M., Valente, T., Reis, P. M., Fonseca, R., Delbem, I., Ventura, J., Magalhães, M. Mineralogical and Geochemical Characterization of Gold Mining Tailings and Their Potential to Generate Acid Mine Drainage (Minas Gerais, Brazil). Minerals 2021, 11, 39. https://doi.org/10.3390/min11010039.
9. Lottermoser, B. Mine Wastes: Characterization, Treatment and Environmental Impacts; Springer: New York, NY, USA, 2012; pp. 1–400. ISBN 978-3-662-05133-7.
10. Minerals Commodity Summaries, U.S. Geological Survey, Reston, Virginia, 2022, p. 202. https://doi.org/10.3133/mcs2022.
11. Mohapatra, D.; Kirpalani, D. Process effluents and mine tailings: Sources, effects and management and role of nanotechnology. Nanotechnol. Environ. Eng. 2017, 2, 1–12.
12. Samadov A.U. Nosirov N.I. Overview of the concepts of gold recovery from stale tailings of a gold recovery plant // Journal of Advanced Research and Stability, Volume: 02, Issue: 01, 2022, p. 3–8.
13. Yakubchuk A.S., Shatov V.V., Kirwin D. et all. Gold and Base Metal Metallogeny of the Central Asian Orogenic Supercollage: Society of Economic Geology, — Inc. Economic Geology, 100th, Anniversary Volume, — 2005. — pp. 1035–1068.
14. Далимов Т. Н., Конеев Р. И., Ганиев И. Н., Ишбаев Х. Д. Геодинамика северной окраины Туркестанского палеоокеанического бассейна и некоторые особенности формирования золоторудных месторождений Узбекистана // Тез. докл. межд. совещ. — Москва, 2002. — С. 142–144.
15. Ежов А. И. Оценка техногенного сырья в Российской федерации (Твердые полезные ископаемые) // Горные науки и технологии. 2016, № 4. С. 62–75.
16. Рузиев Н. Р., Эргашов Р. Б., Никитин В. С., Киличов Б. Я. Освоение месторождений Балпантау, Тамдыбулак и Турбай для увеличения производства драгоценных металлов // Горный вестник Узбекистана. № 4 (87) 2021, с. 4–10. doi: 10.54073/GV.2021.4.87.001.
17. Самадов А. У., Шоназарова Ш. И. Промышленное внедрение разработанного способа извлечения золота из хвостов золотоизвлекательных фабрик // Вестник науки и образования, № 11 (89), часть 1.2020, с. 16–20.
18. Санакулов К. С., Адизов Л. А., Ткаченко Е. С. Усовершенствование технологических процессов переработки золотосодержащих руд на гидрометаллургическом заводе № 2 // Горный вестник Узбекистана. № 4 (87) 2021, с. 51–55. doi: 10.54073/GV.2021.4.87.011.
19. Санакулов К. С., Исмагилов М. М., Дементьев В. Е., Муллов В. М. Освоение технологии переработки хвостов кучного выщелачивания Навоийского ГМК // Горный журнал. № 9 2018, с. 64–68.
20. Хужакулов Н. Б., Рузиев У. М., Бозоров М. Ф., Гойибназаров Р. Г. Извлечение железного концентрата из золотосодержащих хвостовых пульп гидрометаллургического производства // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. № 3 (84). https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11444.
