Отвалы Аллареченского месторождения сульфидных медно-никелевых руд - специфика и проблемы освоения

Селезнев, Сергей Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Отвалы Аллареченского месторождения сульфидных медно-никелевых руд - специфика и проблемы освоения
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Отвалы Аллареченского месторождения сульфидных медно-никелевых руд - специфика и проблемы освоения"

На правах рукописи

Селезнев Сергей Геннадьевич

ОТВАЛЫ АЛЛАРЕЧЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД -СПЕЦИФИКА И ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ

Специальность 25.00.11 - «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 9 ДЕК 2013

005544071

Екатеринбург -2013

005544071

Работа выполнена на кафедре геологии и защиты в чрезвычайных ситуация ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель - Болтыров Владимир Босхаевич,

доктор геолого-минералогических наук, профессор, профессор кафедры геологии и защиты в чрезвычайных ситуациях ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Официальные оппоненты: Панкратьев Петр Владимирович,

доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой геологии ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»

Малюгин Александр Александрович,

кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геологии поисков и разведки месторождений полезных ископаемых ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Ведущая организация - ФГБУН Геологический институт Кольского

научного центра Российской академии наук

Защита состоится 27 декабря 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационног совета Д 212.280.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственны горный университет», по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (3-учебный корпус, конференц-зал, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВП «Уральский государственный горный университет».

Автореферат диссертации разослан 26 ноября 2013г.

/ /

АБ- Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Последнее столетие характеризуется бурным развитием промышленности и интенсивным потреблением природных ресурсов, что привело к резкому сокращению доли запасов богатых руд эксплуатируемых месторождений практически всех полезных ископаемых. В разработку вовлекаются месторождения со все более сложными горно-геологическими и горно-техническими условиями разработки, с более низкими кондициями содержаний полезных ископаемых. Одновременно с истощением природных ресурсов наблюдается гигантское накопление отходов горнодобывающего комплекса и связанных с ним перерабатывающих производств. Суммарные содержания полезных компонентов, накопленных в отходах, уже сейчас сопоставимы с запасами крупнейших месторождений, а средние содержания иногда превышают бортовые содержания многих вновь вовлекаемых в эксплуатацию месторождений.

Период долговременного хранения ГПО характеризуется интенсивностью гипергенных процессов, которые в виде системы многочисленных окислительно-восстановительных реакций приводят к заметному ухудшению качества первоначальных руд, их разрушению, а также переходу полезных компонентов в растворимые формы, которые элиминируют в окружающие территории, превращаясь в поллютанты. В результате, занимая большие площади, объекты размещения ГПО представляют существенную угрозу экологическому благополучию окружающим территориям. В этом аспекте актуальность переработки накопленных горнопромышленных отходов многократно возрастает.

В последние годы проблемам исследования, переработки и вовлечения в хозяйственный оборот техногенно-минерального сырья уделяется большое внимание. Различным аспектам этой проблемы посвящено значительное количество работ (П.В. Березовский, А.Б. Макаров, В. Н. Макаров, Д.В. Макаров, С.И. Мормиль, К.Н. Трубецкой, А.Г. Талалай, В.Н. Уманец, В.А. Чантурия, Л.К. Яхонтова и др.). Тем не менее до сих пор не сложилось однозначного мнения о механизмах оценки и стимулирования использования ГПО в качестве дополнительного источника минеральных ресурсов.

Объектом исследований являлись отвалы Аллареченского месторождения

сульфидных медно-никелевых руд.

Цель и задачи проведенных исследований. Целью исследования являлось изучение возможности рационального использования техногенных минеральных объектов на примере техногенного месторождения «Отвалы Аллареченского месторождения». В число главных задач входили:

1. Анализ роли и значения техногенных объектов типа «Отвалы Аллареченского

месторождения» как резерва минерально-сырьевых ресурсов.

2. Изучение условий формирования, строения, вещественного и химического состава пород и руд отвалов Аллареченского техногенного месторождения, изучение технологических свойств руд.

3. Изучение возможности применения нетрадиционных способов извлечения (обогащения) сульфидных медно-никелевых руд из породной массы отвалов Алларе-ченского месторождения.

4. Изучение глубины и объемов процессов естественного физического, химического и биологического разрушения руд техногенного объекта «Отвалы Алларечен-ского месторождения».

5. Изучение проблем экономического и нормативно-законодательного характера, сдерживающих массовую переработку ГПО.

Научная новизна выполненных исследований состоит в следующем:

1. Выделен новый геолого-промышленный тип техногенных месторождений, сформированных отходами, образующимися при добыче сульфидных медно-никелевых руд;

2. Выявлена магнитная контрастность сульфидных медно-никелевых руд на фоне вмещающих пород, обусловленная присутствием в рудах моноклинного пирротина и магнетита.

3. Обосновано и апробировано применение способа крупнокусковой магнитной сепарации для извлечения руды из горной массы отвалов, как принципиально новой технологии обогащения сульфидных медно-никелевых руд.

4. Выявлена скоротечность процессов разрушения руд и потери их технологических качеств в период долговременного хранения отходов добычи, масштабы которых должны учитываться при оценке запасов техногенных объектов.

5. Предложена методология оценки кадастровой потенциальной ценности техногенных минеральных объектов (ТМО).

Практическая ценность. На примере ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» показаны перспективы и возможности вовлечения в народнохозяйственный оборот подобных объектов как резерва пополнения минерально-сырьевой базы по меди и никелю. Результаты работы могут быть использованы:

- при геологической оценке техногенных объектов, сложенных отходами добычи;

- при выборе способов и методов обогащения как техногенных, так и коренных месторождений сульфидных медно-никелевых руд;

- при обосновании экономической эффективности освоения ТМО.

Результаты анализа существующего законодательства могут быть использованы

при подготовке проектов внесения изменений в Закон РФ «О недрах», ФЗ «Об отходах производства и потребления», ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности», ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», «Налоговый кодекс РФ», другие законы и законодательные акты РФ, касающиеся недропользования .

валы Аллареченского месторождения»; изучению технологических свойств руд; проектированию и подготовке к эксплуатации предприятия по переработке ТМ; геолого-экологическому мониторингу участка размещения ТМ, проведенных в течение трех лет совместно с ОАО «Кольский геологический информационно-лабораторный центр» и Институтом проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН.

Для решения поставленных задач использованы современные стандартные методы и методики лабораторного определения свойств и состава горных пород и руд; химический спектральный и рештеноструктурный анализы; аналитические экспериментальные работы в полевых и лабораторных условиях. Все аналитические исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам.

Основные защищаемые положения

1.ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» является новым геолого-промышленным типом. Примененная для его отработки технология добычи и обогащения является новаторской.

2. Масштабы и глубина гипергенных процессов, протекающих в объектах хранения ГПО, требуют пересмотра представлений в методологии их экономической оценки.

3. Существующий регламент и процедура подготовки техногенных объектов к освоению являются существенными сдерживающими факторами инвестиционной привлекательности вовлечения их в народнохозяйственный оборот.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на XIV Международной конференции «Экология и развитие общества» (г.Санкт-Петер-бург, 2012 г.), Уральской горно-промышленной декаде (г. Екатеринбург, 2011-2012 гг.), I Научно-практической конференции с международным участием «Технологически платформа «твердые полезные ископаемые»: технологические и экологические проблемы отработки природных и техногенных месторождений» (г. Екатеринбург, 2013 г) VI Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, 2012 г.), Всероссийской конференции «Проблемы рационального использования отходов горнодобывающего производства» (Москва, 25-26 апреля 2013г).

Достоверность полученных результатов обеспечивается материалами геологоразведочных работ по оценке и разведке отвалов Аллареченского месторождения с защитой и постановкой запасов на государственный баланс; материалами технологических испытаний руд; материалами геолого-экологических исследований; материалами по проектированию и вводу в эксплуатацию ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»; применением апробированных методов анализа и статистическои обработки фактического материала, использованием общепринятых критериев оценки полученных результатов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы из 120 наименований. В работе приведены 29 таблиц и 34 рисунка.

Благодарности. Автор благодарит научного руководителя д.г.-м.н., проф. В.Б. Болтырова, д.г-м.н.,проф. А.Б.Макарову и сотрудникам кафедры ГлЗЧС за постоянную помощь в работе. Также автор признателен за помощь в проведении исследований, консультации по разным вопросам и ценные замечания: зав. отделом сепараторов ОАО «НПК «Механобр-техника» (СПб), д.т.н. Азбелю Ю. И.; директору ООО «НВП Центр-ЭСТАгео» (М) Башлыковой Т.В.; главному геологу КГИ ЛЦ (Апатиты), к.г-м.н Борисову А.Е.; начальнику лаборатории ММО НПО «Эрга» (Калуга), к.т.н. Голодяеву С.Б.; главному геологу ООО «Печенгагеология», к.г-м.н. Давыдову П.С.; начальнику отдела инноваций ГИ КНЦ РАН (Апатиты), к.г-м.н. Жирову Д.В.; доценту кафедры организации и управления Горного университета (СПб), к.э.н. Невской М.А.; зав. лаборатории экологии промышленного пр-ва института проблем промышленной экологии Севера (Апатиты), д.т.н. Макарову Д.В.; директору института проблем промышленной экологии Севера, д.т.н. Маслобоеву В.А.; зав. лабораторией ру-доподготовки и обогащения руд цветных металлов ГИ КНЦ РАН (Апатиты), д.т.н. Ракаеву А.И., д.г-м.н. Рудашевскому J1.C.; д.г-м.н. Рудашевскому Н.С. и к.г-м.н. Ру-дашевскому В.Н. (ООО «РС+» СПб); зав. сектором экономического механизма природопользования ГИ КНЦ РАН (Апатиты), к.э.н. Харитоновой Г. Н.

ВВЕДЕНИЕ

Во введении приводятся: актуальность темы исследования; степень ее разработанности; цели и задачи проведенных исследований; научная новизна; теоретическая и практическая значимость работы; методология и методы исследования; положения, выносимые на защиту; степень достоверности и апробация результатов.

ГЛАВА 1. Горнопромышленные отходы в народном хозяйстве

Зависимость российской экономики от экспорта сырьевых ресурсов породила и поддерживает миф о нескончаемом богатстве российских недр. Своим рождением этот миф обязан достижениям отечественной геологии и металлургии в период 19501980-х годов, в течение которого была создана мощная минерально-сырьевая база (МСБ) и ряд производств, которые до сих пор под держивают экономику России.

За последние 20 лет в стране практически не проводились геологоразведочные работы. Налицо нежелание крупных горнорудных компаний инвестировать денежные средства в модернизацию существующих производств и внедрение новейших технологий по обогащению и переработке минерального сырья из бедных руд. Все это привело к резкому сокращению рентабельной части МСБ твердых полезных ископаемых.

Медь. Основным производителем меди в РФ (около 61 % общероссийской добычи) является Заполярный филиал ОАО «ГМК «Норильский никель» (далее - Заполярный филиал). Деятельность предприятия ориентирована преимущественно на добычу сплошных и медистых руд Норильского, Октябрьского и Талнахского месторождений, запасов которых при существующих темпах хватит чуть более чем на 15 лет. При переходе на извлечение запасов вкрапленных руд для поддержания нынешнего уровня филиалу придется увеличить мощности добывающих и перерабатывающих предприятий в 5-6 раз, что, безусловно, поставит под сомнение экономическую обоснованность этих запасов.

Никель. Основными производителями никеля в РФ являются производственные подразделения ОАО «ГМК «Норильский никель» - ОАО «Кольская горно-металлургическая компания» (далее - Кольская ГМК) и Заполярного филиала, на долю которых в совокупности приходится около 96 % общероссийской добычи. Однако Кольская ГМК, обеспечивающая 42 % никеля, 6 % меди и 50 % кобальта в общероссийском отраслевом производстве, уже испытывает некоторый дефицит сырья, а в ближайшие 10 лет ее сырьевые запасы, по официальным оценкам, будут исчерпаны. Учитывая состояние запасов Заполярного филиала, следует ожидать, что в недалеком будущем Россия потеряет статус мирового лидера по производству и экспорту никеля, а в условиях роста промышленного производства может превратиться в его импортера.

Динамика добычи меди и никеля и прирост их разведанных запасов за период 2002-2011 гг по данным информационно-аналитического центра «Минерал» приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Динамика добычи меди и никеля и прирост их разведанных запасов в результате ГРР в 2002-2011 гг., тыс. т: а - медь; б - никель

Как видно из рисунка, прирост запасов осуществлялся за счет месторождений, известных с 60-80 годов прошлого века.

Основной прирост запасов меди (4 % Государственного баланса запасов) дало месторождение Песчанка, расположенное в Чукотском АО. Средние содержания элементов в его рудных телах составляют: медь - 0.76 %, что в два раза ниже Удокан-ского месторождения; молибден - 0.02 %; золото - 0.44 г/т; серебро - 4 г/т. Средние содержания элементов Михеевского месторождения (1.7 % Государственного баланса запасов) составляют - меди на уровне 0,37 % и золота — 0,10 г/т.

Основной прирост запасов никеля (и частично меди) осуществлен за счет Кин-гашской группы месторождений (известны с 1967г), и месторождений Норильского рудного узла — Черногорского и Масловского.

Не в лучшем состоянии находится рентабельная часть МСБ других полезных ископаемых: свинца, молибдена, марганца, уранового сырья и др.

В то же время страна обладает значительным резервом увеличения МСБ за счет вторичных ресурсов, накопленных в отходах горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Существенные масштабы добычи полезных ископаемых в России и одновременно невысокий уровень их комплексной переработки способствуют постоянному воспроизводству ГПО, в которых суммарные содержания накопленных полезных компонентов равноценны открытию многих новых месторождений. По ориентировочной оценке в ГТТО содержится более 8 млн. т Си; 9 млн. т Zn; 1 млн. т РЬ; 2,5 млн. т Ni; 33,5 млн. т А1203; 600 тыс. т Sn; 200 тыс. т Mo; 1 тыс. т Аи; 12 тыс. т Ag. При этом российские балансовые запасы меди составляют 92,7 млн. т, прогнозные ресурсы никеля оцениваются в 22,3 млн. т., балансовые запасы никеля с-2002г являются государственной тайной.

К настоящему времени в России накоплено более 80 млрд. т ГПО. Однако в настоящее время в масштабах страны используется лишь мизерная часть ГПО, причем использование их ограничено преимущественно производством щебня из вскрышных пород железорудных месторождений.

ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» представляет собой новый геолого-промышленный тип, со специфичным характером рудоносности в виде разно-зернистой смеси рыхлых четвертичных и скальных пород с многовариантным соотношением типов сульфидных и окисленных сульфидных медно-никелевых руд, обладающих широким диапазоном содержаний полезных компонентов, требующим принципиально новых технологий горно-обогатительного производства.

ГЛАВА 2. Условия формирования, строение и запасы техногенного месторождения «Отвалы Аллареченского месторождения»

Аллареченское месторождение сульфидных медно-никелевых руд было открыто в 1957 г. в ходе геологической съемки масштаба 1:50000 геологом К.Д. Беляевым. Разведка его проводилась в период с 1958 по 1960 гг. В конце 1960 г. начато освоение месторождения. Отработка осуществлялась открытым способом и была завершена в 1971г.

В связи с удаленностью Аллареченского месторождения от обогатительных площадок комбината «Печенганикель», подсчет запасов основывался на следующих кондициях: минимальное бортовое содержание никеля 0,5 %, минимальная мощность рудного тела 1 м, для остальных рудных тел минимальный метропроцент более 0,5, включение в подсчетный контур прослоев пустых пород и некондиционных руд мощностью до 2м. К забалансовым рудам были отнесены руды с содержанием никеля 0,2-0,5 %.

Таким образом, эксплуатация месторождения строилась из приоритета добычи богатых разновидностей руд со средним содержанием никеля более 4 %, пригодных для пирометаллургической переработки в цехах комбината «Печенганикель» без дополнительного обогащения. Некондиционные руды и руды некондиционных прослоев, а также руды неучтенные разведкой, но вскрытые при отработке многочисленных оперяющих ответвлений, обособленных жил и прожилков, удалялись в отвал, где складировались совместно со вскрышными и вмещающими породами. Общий объем руды, вывезенной в отвалы, в настоящее время оценить проблематично из-за отсутствия первичной информации о режимах эксплуатации месторождения. Тем не менее по результатам обобщения и анализа всех материалов и данных можно предполагать, что в отвалах было складировано не менее 5-6 тыс. тонн никеля и не менее 2,3-2,8 тыс. т меди.

Общая площадь подошвы отвала 33,29 га, объем его пород - около 6700 тыс.м3. Условно отвал можно разбить на 2 яруса - нижний, относительно безрудный и верхний, включающий систему всех вышележащих ярусов. Упрощенная структура отвала приведена в рисунке 2.

Рисунок 2 - Схематичный разрез ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»:

I. Коренные скальные породы; 2. Рыхлые песчано-глыбовые четвертичные отложения; 3. Заболоченная почва; 4. Вскрышные, преимущественно безрудные породы (гнейсы, гранито-гнейсы, амфиболиты); 5. Вскрышные породы и в разной степени оруденелые вмещающие породы (перидотиты, оливиниты, контактовые амфиболиты и др.). Концентрируют в себе наибольшую часть забалансовых руд и балансовых руд - из числа потерь и некондиционных прослоев.

Распределение медно-никелевых руд в отвале крайне неравномерное и в целом подчиняется общим закономерностям его строения. Различные типы руд залегают на разных гипсометрических уровнях в разрезе отвала в виде отдельных обломков, изоморфных скоплений и гнезд, ленто- и линзовидных сигмоидальных тел, объединенных в слабовыраженные маломощные наклонные потоки поэтапного формирования откосов отвала, прослеживающиеся в плане от нескольких метров до десятков, реже сотен метров. На характере распределения руд в отвале сказалась многоэтапность технологических процессов. Отладка, погрузка, транспортировка и бульдозерное разравнивание способствовали разубоживанию и перемешиванию безрудных и рудо-содержащих обломков по петрографическому, минеральному и гранулометрическим составам. Таким образом, локализовать и геометризовать большинство рудных тел и зон в объеме техногенной массы практически невозможно. Распределение обломков руд и рудосодержащих пород в отвале хаотичное, и определяется статистически по среднему (средневзвешенному) содержанию полезных компонентов.

Согласно с требованиями лицензионного соглашения, геологическое изучение объекта проводилось в два этапа и выполнялось в соответствии с требованиями Методического руководства по изучению и эколого-экономической оценке техногенных месторождений. Финансирование работ осуществлялось за счет собственных средств ООО «Горнорудная компания «МОНОЛИТ», являющегося владельцем лицензии на разведку и разработку отвалов.

На стадии ревизионно-оценочных работ отвалы изучались проведением геологических маршрутов с отбором горстьевых проб, горными выработками (шурфы, канавы), геофизическими (магниторазведка) методами, технологическими исследованиями. В результате выполненных работ были подсчитаны прогнозные запасы и ресурсы отвалов в объеме 298 тыс. труды со средним содержанием № - 1.57 %, Си -1.34 %, Со - 0,029 %. При этом запасы полезных компонентов составили: № - 4695т, Си — 3997т, Со — 88т, что корреспондируется с расчетными данными.

На следующем этапе была проведена разведка отвалов, которая осуществлялась горными выработками по сети 25*50м для категории запасов С-2 и 25><25м - для категории запасов С-1 на глубину 4 м с отбором валовых бороздовых проб на всю глубину выработок. Было завершено начатое на раннем этапе комплексное исследование руд, выбрана и обоснована технология извлечения руд из горной массы отвалов, которая легла в оснрву технико-экономических обоснований (ТЭО) разведочных кондиций. Отчет о разведочных работах прошел Государственную экспертизу, подсчитанные запасы приняты на государственный баланс. Участку «Отвалы Алла-реченрхого месторождения» присвоено название техногенное месторождение (ТМ) «Отвалы Аллареченского месторождения». Объект разрабатывается с конца 2012г.

В заключении Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых (ФГУ ГКЗ) отмечено, что ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» является новым геолого-промышленным типом, который до настоящего времени не апробиро-

ван ни в одном регионе РФ. Проектируемая для его отработки технология добычи и обогащения является новаторской. Утвержденные комиссией кондиции подсчета запасов: глубина подсчета 4 м; бортовое содержание никеля при оконтуривании под-счетных блоков 0,20 %; без подсчета запасов забалансовых руд.

Средние содержания полезных компонентов по подсчетным блокам составляют: N1 - 0.60 %, Си - 0.33 %, Со - 0.013 %. Балансовые запасы не приводятся, так как, в соответствие с российским законодательством составляют государственную тайну.

ГЛАВА 3. Вещественный состав и технологические свойства пород и руд ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»

Вмещающие породы отвалов образуют четыре основные группы: гранито-гнейсы, гнейсы, амфиболиты и метасоматиты, ультраосновные породы. Во всех разновидностях вмещающих пород отмечается наложенное эпимагматическое орудене-ние. В этом случае содержание никеля и меди даже в гранитах может подниматься до десятых долей процента.

По текстурно-структурным особенностям различают вкрапленные, густов-крапленные, сплошные и реже брекчиевые руды. Все типы руд характеризуются приблизительно одинаковым составом рудных минералов. Основными рудообразу-ющими минералами являются: пирротин, пентландит, халькопирит и магнетит.

Доминирующим концентратором никеля в руде является пентландит. Его средний химический состав, определенный по данным микрозондовых анализов, в массивных рудах соответствует формуле (№4.б5ре4.2бСоо.о8)8.99$8.оо; во вкрапленных рудах

- С^14.5оРе4.44С00 08)8.02$8 98-

Средний химический состав пирротина, по данным микрозондовых анализов, в массивных рудах соответствует формуле (Ре6.98№0.оз)7.о 187.99; во вкрапленных -(Ре7.об№о.о4)7.ю87.9о- Что отвечает составу пирротина моноклинной модификации.

Медь сконцентрирована преимущественно в составе тетрагонального халькопирита. Химический состав этого минерала практически одинаков во всех рудах и отвечает стехиометрии (Си, Ре)32.

Единственным концентратором кобальта в рудах является пентландит, а в окисленных рудах добавочно - виоларит.

Акцессорная рудная минерализация всех типов руд развита слабо. Из акцессорных минералов наиболее распространен гессит (Ag2Te).

Преобладающая часть всей рудной массы отвала сгруппирована во фракционном интервале -150+10мм хотя размеры обломков вкрапленных руд могут достигать метра и более, а обломки массивных руд до 200-400мм, и очень редко до метра.

Относительно низкий объем запасов и ресурсов ТМ Отвалы Аллареченского месторождения не позволяет организовать на его сырьевой базе обогатительное производство по традиционным технологиям. В результате возникает необходимость предварительной концентрации полезных компонентов до параметров товарной ру-

ды, пригодной для дальнейшей пирометаллургической переработки или флотации. Для предварительной концентрации наиболее перспективным представляется использование методов крупнокускового обогащения, основанных на гравитационной и магнитной контрастности руд.

Несмотря на несколько лучшие результаты, гравитационные методы имеют ряд существенных технико-экономических недостатков, поэтому для извлечения руд из породной массы отвалов был применен способ магнитной сепарации.

Магнитная контрастность руд на фоне вмещающих пород базируется на тесной парагенетической связи основных рудообразующих минералов пентландита и халькопирита с природными ферромагнетиками, которыми являются магнетит и моноклинный пирротин.

Проведенные лабораторные исследования позволили выявить режимы и параметры магнитной сепарации, влияющие на качество и эффективность обогащения.

Значение магнитной индукции на качество сепарации иллюстрирует рисунок 3.

О =

2Р 2

е- 5

60 50 40 10 20

1 \

} л

б) =

50 60 70 80 90 100 Извлечение N1, %

30 40 50 60 70 Извлечение Си,'

Рисунок 3 - извлечение полезных компонентов в разных классах крупности, при магнитной индукции на поверхности рабочего барабана 0,ЗТл и 0,45Тл:

а) извлечение никеля в разных классах крупности; б) извлечение меди в разных классах крупности. Цифрой 1 обозначен график зависимости, при магнитной индукции на поверхности рабочего барабана 0,ЗТл; цифрой 2 - 0,45Тл

Как видно из приведенных графиков, при магнитной индукции на поверхности рабочего барабана равной 0,45Тесла уверенно обогащаются классы крупности менее 60мм. При более слабом магнитном поле максимальный выход полезных компонентов наступает в классе крупности менее 20мм. Увеличение магнитной индукции на поверхности рабочего барабана более 0,45Тесла не целесообразно, так как ведет к ра-зубоживанию концентрата и увеличивает стоимость оборудования.

Оптимальную размерность сепарируемого материала иллюстрирует рисунок 4, из которого видно, что эффективное извлечение достигается в классах крупнее 5 мм. Низкие показатели извлечения в мелких классах объясняются разрушением параге-нетических связей пентландита с природными ферромагнетиками. Показатели обогащения меди несколько хуже показателей обогащения никеля, что объясняется потерями преимущественно массивных халькопиритовых руд, в которых содержание природных ферромагнетиков обычно незначительно.

2 * 80

Г!

ё Ё 60 о и

| § 40

II 20

ш ~ 0

0 3 5 10 20 60

Крупность обогащаемого материала, мм

Рисунок 4 - зависимость выхода никеля и меди от крупности обогащаемого материала при магнитной сепарации.

Тестирование способа обогащения методом магнитной сепарации, проведенное на двух полупромышленных пробах показало его эффективность (таблица 1)

------- -1 . .. !

/ ч Си

! -1

Таблица 1 - результаты полупромышленных испытании магнитнои сепарации

Номер пробы Вес пробы (т) Продукт Выход от операции, % Содержание, % Выход, %

№ Си № Си

№ 1 789,8 Магнитный 14,81 3.55 2.00 88.40 75.97

Немагнитный 85,19 0.081 0.11 11.60 24.03

Исходный 100,00 0.59 0.39 100.00 100.00

№2 786,3 Магнитный 3,78 1,18 0,74 49,52 33,68

Немагнитный 96,22 0,047 0,057 50,48 66,32

Исходный 100,00 0,090 0,083 100,00 100,00

Как видно из таблицы, магнитная сепарация даже при низких содержаниях никеля в исходном продукте позволяет получать концентрат, пригодный для пироме-таллургической переработки. Для сравнения, техническими условиями ОАО «Кольская ГМК» регламентировано поступление руд с содержанием никеля > 1,1 % в плавильный цех, руд с содержанием никеля > 0,45 % - в цех флотации, а руд с содержанием никеля < 0,45 % - в отвалы.

ГЛАВА 4. Последствия долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения

С позиций синергетики все объекты размещения горнопромышленных отходов (НПО) являются ярко выраженными прогрессивно самоорганизующимися диссипа-тивными структурами. Период долговременного хранения ГПО характеризуется интенсивностью гипергенных процессов, которые в виде системы многочисленных окислительно-восстановительных реакций приводят к заметному ухудшению каче-

ства первоначальных руд, их разрушению, а также переходу полезных компонентов в растворимые формы, которые элиминируют в окружающие территории, превращаясь в поллютанты. При этом сам объект размещения ГПО со временем обесценивается.

Особенно стремительно и интенсивно процессы гипергенеза протекают в ГПО, образованных в процессе эксплуатации месторождений сульфидных руд цветных металлов.

Основную долю сульфидной минерализации отвалов составляют моноклинный пирротин и пентландит, оба по отдельности неустойчивые в гипергенных процессах, а в срастаниях образующие гальваническую пару, в которой пентландит, у которого электродный потенциал выше, - исполняет роль анода. В результате, в первую очередь происходит окисление пирротина, сопровождаемое образованием свободной серной кислоты и сульфата закиси железа, которые являясь сильными окислителями, воздействует как на сам пирротин, так и на ассоциирующие с ним минералы, в частности, пентландит. Электрохимические реакции многократно ускоряются и усиливаются присутствием в рудах бактерий 77г. ЕеггоохгсЬт, для которых основой обеспечения жизнедеятельности является их способность к окислению (переводу) закисного железа (Ре2+) в окисное (Ре3+).

Следует отметить, что процесс выщелачивания сульфидной массы отвалов не прекращается даже в зимний период, о чем свидетельствуют образующиеся проталины в снегу, из которых происходит выделение пара.

В результате окисления значительная часть руды отвалов потеряла свои первоначальные качества. Особенно пострадали массивные руды пирротин-пентландито-вого ряда. Менее затронуты процессами разрушения вкрапленные руды, но и в них при исследованиях отчетливо отмечается выделение микро-капель серной кислоты, которая резервируется в породообразующих силикатах вокруг сульфидных зерен.

В результате химических и биохимических изменений в рудах, появляются характерные гипергенные сульфидные минералы такие, как виоларит и бравоит значительно ухудшающие первоначальные качества руды, ковеллин (СиБ), а так же самородная медь.

На породах и рудах почти постоянно наблюдаются сине-зеленых натеки. Данные рентгенофазовых анализов (РФА) позволили диагностировать в них гипс, сульфаты никеля, основным из которых является ретгерсит (а-МЦЗО^хбНгО), в меньших количествах сульфаты меди, основной из которых - лангит Си4804(0Н)62Н20, сульфаты кобальта мурхаусит Со804 6Н20 и биверит Со8047Н20 и сульфаты магния -гексагидрит М§804 6Н20.

Таким образом распад пентландита, основного ценного минерала отвалов, можно представить следующей схемой:

Пентландит [(Ре,№)988] —» виоларит [(Ре,Ы1)384] —► ретгерсит [а-№[804]х6Н20]

Объем образования сульфатов никеля иллюстрирует таблица 2, из которой видно, что сульфаты никеля в классе крупности -3+0мм. аккумулируют в себе 14.5% от общего никеля. Учитывая, что этот класс по объему составляет около 20% всего от-

вала, а также повсеместное распространение ретгерсита в крупнозернистой фракции, следует ожидать, что около 3-4%, или 200-250тонн общего никеля ТМ «Отвалы Ал-лареченского месторождения» представлено его сульфатами. Отсутствие водорастворимых (сульфатных) форм меди однозначно указывает на более интенсивную способность к окислению и растворению никеля в сравнении с медью.

Таблица 2 - результаты тестирования наличия водорастворимых минералов,

содержащихся в мелкозернистой (-3+0мм) фракции

Выход нерастворимого остатка (%) Eh, mB рн Конечный раствор Извлечение в раствор (%)

Плотность (г/см3) Концентрация (г/л)

Ni Cu Fe Ni Cu

98,5 373 3,11 1,003 0,127 - 1 0,05 14,5 -

Несложно оценить суммарные потери никеля (металла) успевшего элиминировать на нижние горизонты и за пределы отвалов в период их хранения.

Все типы сульфидных руд коренного Аллареченского месторождения характеризовались одинаковым составом рудных минералов и отличались лишь их количественным соотношением. Соотношения содержаний никеля и меди при этом варьировали, но с сохранением определяющей роли никеля в удельной массе. Корреляционные связи между никелем и медью в сплошных рудах выражались отношением 3.3:1, в богатых вкрапленных - 2.7:1, в бедных вкрапленных - 2.3:1 и в оруденелых вмещающих породах - 0.9:1. Удельный вес сплошных руд в общих запасах месторождения составлял 20 %, богатых вкрапленных - 47 % и бедных - 33 %. Таким образом средневзвешенное отношение Ni/Cu по месторождению находилось в пределах 2-2.3.

Однако в отвалах Аллареченского месторождения отношение Ni/Cu нарушено, что было определено при исследовании узких классов отвальной массы во фракции -150+0 мм (рисунок 5).

Как видно из рисунка, в классах крупностью более 40мм отношение Ni/Cu соответствует рудам коренного месторождения, и меняется в зависимости от преобладания одного или другого Tima руд. Однако начиная с класса менее 40мм отношение Ni/Cu стабильно уменьшается, достигая минимального значения 0.3, и в среднем равняясь 0.6 в классе менее 10мм. При этом содержания меди во всех исследованных классах остаются стабильными, незначительно варьируя от 0.4 до 0.6 %.

Класс менее 10мм составляет 20-30 % от общего объема отвальной массы, и аккумулирует в себе около 30-35% всех запасов меди. Следовательно, если принять минимально оцененные суммарные запасы меди в отвалах в количестве 2,5 тыс. т (хотя по данным ревизионно-оценочных работ запасы оцениваются в 4000т), не трудно подсчитать, что этот класс содержит не менее 800 т меди, и значит, учитывая природное соотношение Ni/Cu, должен содержать не менее 1700 т никеля. Однако в реалиях содержание никеля в нем составляет 800x0,6=480 т.

Рисунок 5 - отношение никеля к меди в узких классах крупности объединенной пробы:

а - отношение никеля к меди в отвалах Аллареченского месторождения; б - отношение никеля к меди, характерное для руд коренного месторождения

Таким образом, за 40-летний период хранения отвалов за его пределы и в нижние горизонты было элиминировано по самым скромным подсчетам не менее 1.2 тонны никеля, или 5-я часть его запасов, первоначально аккумулированных в отвалах.

Инфляция запасов отвалов Аллареченского месторождения сопровождается масштабным загрязнением территорий его размещения.

Поверхностные воды концентрируют в себе до 94.72 мг/л никеля (превышение ПДК в 4736 раз) и до 5.47 мг/л кобальта (превышение ПДК в 547 раз). Максимальные выявленные концентрации тяжелых элементов в почвах превышают условно-фоновые показатели: Ni в 877 раз, Си в 227 раз, Со в 233 раза.

В результате техногенной нагрузки на прилегающих к отвалу территориях наблюдается прогрессирующая деградация экосистем. Некоторые участки превратились в техногенную пустошь. При этом площадь пострадавших территорий значительно превышает площадь подошвы самого отвала.

Таким образом, в результате долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения народному хозяйству был причинен ущерб.

Ущерб от инфляции запасов ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» за сорокалетний период его хранения оценивается исходя из средней цены никеля на Лондонской бирже цветных металлов LME сложившейся в 2013г, равной 15880 долларов за тонну, и составляет более 19 млн. долларов, или около 600 млн. рублей.

Экологический ущерб оценивается в соответствие с Методикой определения предотвращенного экологического ущерба (Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды // М., 30 ноября 1999г) исходя из показателя удельного ущерба окружающей природной среде, от размещения 1 т отходов производства и потребления II-III класса опасности, для Мурманской области в ценах

1999г. Размер ущерба составляет 3.5 млрд. нешщексированных рублей.

ГЛАВА 5. Хозяйственно-правовые аспекты хранения и использования горнопромышленных отходов

Ценность ГПО как источника минерального сырья, десятилетиями формировало и поддерживало императивное мнение, что объекты их размещения являются техногенными месторождениями. В результате, на сегодняшний день данная предпосылка закреплена в федеральном законе (ФЗ) «О недрах», принятые положения которого подразумевают принадлежность ТМО к недрам.

Тем не менее, правомерность повального отнесения ТМО к недрам и уравнивания их с месторождениями коренных недр вызывает большие сомнения, так как при этом не учитывается основной фактор, касающиеся свойств ТМО - инфляция запасов.

Как было показано в главе 4, сорокалетний период хранения отвалов Апларечен-ского месторождения привел к потере около 20% его запасов никеля и значительно повлиял на качество накопленных в нем руд. Такие же изменения в более или менее выраженной форме происходят в любом, даже совершенно "нейтральном" объекте размещения ГПО.

Например, марка по дробнмости щебня из пород вскрыши отвалов Олене-горского железорудного месторождения (амфибол-биотитовые гнейсы, биотит-ам-фиболовые гнейсы, биотаговые гнейсы) при сроке хранения до 15-20 лет практически не меняется, оставаясь в пределах от 600-800 до 800, но при сроке хранения 20-25 лет резко ухудшается до марок 200-400 и 400-600. Также отмечается ухудшение флотационных качеств и потеря ценных элементов в апатит-содержащих отходах Ко-вдорского ГОКа и апатит-нефелиновых хвостах обогатительных фабрик ОАО «Апатит», которые происходят в результате естественного биогенного выщелачивания.

Но особенно стремительно и интенсивно процессы гипергенеза протекают в ГПО образованных в процессе эксплуатации месторождений сульфидных руд цветных металлов, в которых аккумулируется около 30% полезных минералов от запасов эксплуатируемых месторождений в виде потерь при добыче и обогащении.

Современной российской геоэкономической школой принят постулат о неизменности запасов ТМО, по аналогии с месторождениями коренных недр.

Однако приведенные примеры потерь запасов и качества руд ТМО, требуют изменений обоснования научных принципов их экономической оценки.

Потенциальная кадастровая ценность объекта размещения ГПО, как источника минеральных ресурсов, на Г-м году хранения должна определяться формулой:

где и, - содержание ¿-го полезного компонента на момент формирования объекта размещения ГПО, в процентах; Ц, - рыночная цена единицы /-го полезного компо-

нента на момент формирования объекта; £,"'"" - ежегодный средневзвешенный процент потерь (коэффициент потерь) г'-го полезного компонента в математическом эквиваленте (0,01хп%); Г - время хранения объекта; Киш - нормативный коэффициент извлечения /-го компонента в товарную продукцию; Q - объем горной массы объекта, который возможно рентабельно перерабатывать при существующем уровне принятой технологии.

В настоящее время большое количество публикаций посвящено проблемам определения природной ренты вообще и горной ренты в частности.

При исчислении ренты объектов размещения ГПО следует понимать, что она является величиной переменной, и всегда стремится к минимальному, или отрицательному значению, в отличие от месторождений коренных недр:

Р = Цнт X (1 - Е"°т У - (НЗ + ЯЯ) ->• min (2)

где Р - рента, которую в общем случае можно трактовать как незаработанный доход; Цнач - потенциальная ценность полезных компонентов в объекте в начальный период хранения; Етт - ежегодный средневзвешенный процент потерь полезного компонента в математическом эквиваленте; Т- продолжительность хранения ГПО, в годах; НЗ - нормированные затраты вытекающие из прогрессивной технологии эксплуатации объекта; ЯЯ - нормальная (или нормативная) прибыль (ЯЯ= 15-20%).

Резюмируя вышесказанное необходимо отметить, что при оценке чистого дисконтированного дохода предприятия по переработке горнопромышленных отходов, ориентированного на долгосрочный период, необходимо учитывать фактор инфляции запасов объекта. Без учета данного показателя экономические расчеты будут не полные.

Принимая во внимание объективность существования фактора инфляции запасов объектов размещения ГПО, невозможно не коснуться сложившегося законодательства в области их использования. Процесс подготовки отвалов Аллареченского месторождения к освоению, в соответствие с требованиями существующего нормативно-правового регламента, продолжался около 6 лет. За это время инфляция запасов объекта, учитывая сложившуюся динамику разрушения руд за 40-летний период, составила не менее: 1200:40x6=180 тонн никеля, или исходя из средней цены никеля на Лондонской бирже цветных металлов LME - 85 млн. рублей. Совершенно очевидно, что данный убыток вызван несовершенством существующего российского законодательства.

На сегодняшний день регламентирующими правовые основы обращения с ГПО являются закон РФ (ЗРФ) «О недрах» и федеральный закон (ФЗ) «Об отходах производства и потребления», декларирующие совершенно разные подходы к процедуре вовлечения отходов в переработку.

Принятые положения ЗРФ «О недрах» практически уравнивают процесс вовлечения ГПО в переработку с крупнейшими месторождениями коренных недр. Кроме того, объекты размещения ГПО, содержащие стратегические полезные ископаемые,

после принятых в 2008 г. поправок в ЗРФ «О недрах» автоматически приобрели статус участков недр федерального значения. Данной участи не избежало и ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения».

ФЗ «Об отходах производства и потребления» является более либеральным. В соответствии с этим законом I НО совершенно справедливо определены как просто отходы производства и потребления, которые по степени вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека, а также по содержанию ценных компонентов ничуть не лучше, например, городской свалки, при утилизации которой не требуется предварительного подсчета и постановки на Государственный баланс ее запасов. По ФЗ «Об отходах производства и потребления», для вовлечения ГПО в переработку достаточно иметь отходы в собственности. □ При этом регулирование прав собственности на отходы осуществляется в соответствии с гражданским законодательством РФ.

Не смотря на легитимность ФЗ «Об отходах производства и потребления» ЗРФ «О недрах» на сегодняшний день является доминирующим. В результате процедура вовлечения объектов размещения ГПО в переработку затягиваются, усложняются, и требуют дополнительных, не всегда обоснованных вложений на начальном этапе. При этом инвестиционная привлекательность переработки объектов значительно снижается из-за низкой рентабельности и длительного срока окупаемости инвестиций.

Существующий нормативно-правовой регламент обязывает потенциального переработчика ГПО к выполнению следующих требований.

1. Приобретение на аукционной основе лицензии на право проведения работ по геологическому изучению объекта размещения ГПО и извлечению накопленных в нем полезных ископаемых.

2. Поэтапное геологическое изучение объекта размещения ГПО с обязательным подсчетом запасов, Государственной экспертизой подсчитанных запасов и постановкой их на Государственный баланс.

3. Разработку проекта по извлечению минерального сырья из объекта размещения ГПО. Государственную экспертизу проектной документации. Согласование проекта в Центральной комиссии по разработке месторождений твердых полезных ископаемых Федерального агентства по недропользованию (ЦКР-ТПИ Роснедр).

4. Получение разрешительной документации на переработку объекта размещения ГПО в объеме, удовлетворяющем требования законодательства в области промышленной безопасности на уровне крупнейших горно-обогатительных производств.

5. Геолого-маркшейдерское сопровождение работ по извлечению полезных компонентов из объекта размещения ГПО.

Выполнение всех пунктов сопровождаются внушительными непроизводственными затратами, ощутимо влияющими на итоговые показатели экономической эффективности освоения ГПО, а выполнение первых четырех пунктов увеличивает срок тодготовки объекта к использованию на 5-6 лет.

В результате схема формирования коммерческой эффективности предприятия по переработке ГПО за весь период отработки объекта имеет вид:

П = У- (Л + 3ГР+3ПР)-(30П0+3СР)Т ~(НДП11 + 1ГП+НПР)Т- (З^э+Зл) (3)

Затраты связанные с выполнением Затраты связанные

требований ЗРФ "Онедрах" с налогообложением ные затраты

Где Я - прибыль предприятия за весь период отработки объекта, V- выручка от реализации продукции за весь период переработки объекта. Л - стоимость лицензии на разведку и добычу полезных ископаемых; Зрр - затраты на геологоразведочные работы; 3Пр - затраты, связанные с проектированием и государственной экспертизой проекта. 30по ~ затраты, связанные с выполнением требований законодательства в области промышленной безопасности; 3Ср - затраты на геолого-маркшейдерское сопровождение работ. Ндпи - налог на добычу полезных ископаемых, Нп - налог на прибыль, НПр - прочие налога и сборы. Т- время эксплуатации объекта. капи-

тальные и эксплуатационные производственные затраты за весь период эксплуатации объекта; Зл - затраты на ликвидацию деятельности предприятия.

Таким образом, выведение регулирования отношений, возникающих в связи с использованием ГПО из-под юрисдикции ЗРФ «О недрах» приведет к следующим положительным моментам:

1. Сокращению размеров инфляции запасов ТМО и снижению экологической нагрузки на окружающие территории за счет снижения сроков подготовки объекта к эксплуатации.

2. Сокращению непроизводственных издержек перерабатывающего предприятия и, следовательно, увеличению инвестиционной привлекательности переработки ГПО.

3. Сокращению сроков окупаемости инвестиций в объект по переработке ГПО.

4. Упрощению процедуры вовлечения ГПО в народно-хозяйственный оборот.

Кроме того стимулирующим фактором повышения интереса инвесторов к переработке ГПО могут стать налоговые преференции, а именно - освобождение от уплаты налога на добычу полезных ископаемых и налога на прибыль. Что совершенно согласуется с интересами общества, учитывая экологический эффект, возникающий при утилизации ГПО.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой показана возможность решения важной народно-хозяйственной задачи использования ГПО в качестве дополнительного источника минерального сырья.

Основные результаты выполненной работы состоят в следующем:

1. Показаны роль и значение техногенных объектов типа «Отвалы Алларечен-ского месторождения» как резерва минерально-сырьевых ресурсов.

2. Проведено изучение ТО «Отвалы Аллареченского месторождения» как нового геолого-промышленного типа техногенных образований.

3. Изучены новые нетрадиционные методы обогащения сульфидных медно-никелевых руд ТО «Отвалы Аллареченского месторождения».

4. Показаны глубина, интенсивность и скоротечность гипергенных процессов, в результате которых объекты размещения ГПО обесцениваются.

5. Предложена методология оценки потенциальной ценности ТМО с учетом фактора инфляции их запасов.

6. Дана оценка экологической опасности для окружающей среды, возникающая при длительном хранении техногенных объектов типа «Отвалы Аллареченского месторождения».

7. Предложены рекомендации по изменению российского законодательства для повышения инвестиционной привлекательности использования ГПО.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК Минобрнауки России:

1. Селезнев, С. Г. Отвалы Аллареченского сульфидного медно-никелевого месторождения как новый геолого-промышленный тип техногенных месторождений / С. Г. Селезнев, Н. А. Степанов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал,- 2011,-№5.-С. 32-40.

2. Селезнев, С. Г. Нетрадиционные эффективные способы обогащения сульфидных медно-никелевых руд на примере Аллареченского техногенного месторождения / С. Г. Селезнев // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. -2011.-№ 8.-С. 118-125.

3. Селезнев, С. Г. О проблеме использования горно-промышленных отходов / С. Г. Селезнев // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2013. - № 4. - С 40-44.

4. Селезнев, С. Г. Экология техногенного объекта «Отвалы Аллареченского месторождения» (Печенгский район Мурманской области) / С. Г. Селезнев, В. Б. Бол-тыров // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 2013. - № 7. - С 5764.

В других сборниках, журналах и материалах конференций:

1. Селезнев, С. Г. О нетрадиционных способах обогащения сульфидных медно-никелевых руд при разработке мелких месторождений / С. Г. Селезнев // Рациональное освоение недр. - 2011. - № 2. - С. 29-33.

2. Селезнев, С. Г. Рациональные способы извлечения крупнокускового концентрата, применимые при разработке техногенных объектов / С. Г. Селезнев // Проблемы недропользования: материалы VI Всероссийской молодежной научно-практической конференции, Екатеринбург, 8-10 февраля 2012 г. - Екатеринбург : ИГД УрО РАН, 2012.-С. 189-200.

3. Селезнев, С. Г. Горнопромышленные отходы: экономико-экологические и правовые аспекты / С. Г. Селезнев // Экология и развитие общества : материалы XIV Международной конференции, Санкт-Петербург, 8-13 июля 2012 г. - СПб. : МА-НЭБ, 2012. - С. 188-197.

4. Селезнев, С. Г. Минерально-сырьевое богатство на поверхности. Особенности техногенных объектов и проблемы их освоения / С. Г. Селезнев, Н. А. Степанов // Рациональное освоение недр. - 2012. — № 6. — С. 14-22.

5. Селезнев, С. Г. Хозяйственно-правовые аспекты российского законодательства в области использования горнопромышленных отходов / С. Г. Селезнев // Проблемы рационального использования отходов горнодобывающего производства : материалы всероссийской конференции, Москва, 25-26 апреля 2013 г.

6. Маслобоев, В. А. Эколого-экономические аспекты переработки сульфидсо-держащих горнопромышленных отходов / В. А. Маслобоев, С. Г. Селезнев, Д. В. Макаров, А. В. Светлов // Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки минерального сырья (Плаксинские чтения 2013) : материалы Международного совещания, Томск, 16-19 сентября 2013 г.-Томск : Изд-воТПУ, 2013.-С. 438 -441.

7. Селезнев, С. Г. Гипергенез минералов отвалов Аллареченского месторождения медно-никелевых руд и оценка экологической опасности техногенного объекта / С. Г. Селезнев, А. В. Светлов, Ю. П. Меньшиков [и др.] // Минералогия техногенеза -2013. -Миасс : ИМин УрО РАН, 2013. -С.177-190.

Подписано в печать 21 ноября 2013г. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 60■

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Селезнев, Сергей Геннадьевич, Екатеринбург

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Селезнев Сергей Геннадьевич

ОТВАЛЫ АЛЛАРЕЧЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД - СПЕЦИФИКА И ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ

Специальность 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, профессор Болтыров Владимир Босхаевич

Екатеринбург - 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. Горнопромышленные отходы в народном хозяйстве......................................8

1.1. Горнопромышленные отходы в структуре минерально-сырьевой базы.............8

1.2. Горнопромышленные отходы в структуре горнопромышленного комплекса. 12

1.3. Техногенное месторождение «Отвалы Аллареченского месторождения» как новый геолого-промышленный тип источника минерального сырья...............................16

Выводы....................................................................................................................................19

ГЛАВА 2. Условия формирования, строение и запасы техногенного месторождения «Отвалы Аллареченского месторождения»..................................................................................20

2.1. Предпосылки образования техногенного месторождения «Отвалы Аллареченского месторождения». Формирование и история объекта...............................20

2.2. Краткая геологическая характеристика Аллареченского месторождения.......25

2.3. Запасы, кондиции и условия отработки Аллареченского месторождения........30

2.4. Геологическое строение ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения».........33

2.5. Методика геологоразведочных работ, запасы и кондиции ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»...............................................................................................36

Выводы...................................................................................................................................43

ГЛАВА 3. Вещественный состав и технологические свойства пород и руд ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения».................................................................................45

3.1. Характеристика вмещающих пород..........................................................................45

3.2. Характеристика и вещественный состав руд..........................................................46

3.3. Характер распределения руд в породной массе отвала.........................................58

3.4. Технологические свойства руд. Возможные способы обогащения......................60

3.4.1. Традиционные способы обогащения сульфидных медно-никелевых руд .. 60

3.4.2. Гравитационные свойства руд.............................................................................62

3.4.3. Магнитные свойства руды и возможность их использования для крупнокусковой предварительной концентрации..............................................................68

3.4.4. Тестовые опыты гидрометаллургического способа обогащения мелкозернистой фракции отвалов..........................................................................................79

3.4.5. Перспективные способы обогащения отвальной массы техногенных месторождений типа «Отвалы Аллареченского месторождения»...................................80

Выводы...................................................................................................................................88

ГЛАВА 4. Последствия долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения....................................................................................................................................90

4.1. Характеристика изменений химического и вещественного состава руд отвала

............................................................................................................................................................90

4.2. Экологические последствия долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения.................................................................................................94

4.2.1. Оценка уровня загрязненности Печенгского района. Источники загрязнения..................................................................................................................................95

4.2.2. Оценка уровня загрязненности участка ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»..........................................................................................................................98

4.3. Оценка ущерба последствий долговременного хранения отвалов Аллареченского месторождения...............................................................................................109

Выводы.................................................................................................................................113

ГЛАВА 5. Хозяйственно-правовые аспекты хранения и использования горнопромышленных отходов.......................................................................................................115

5.1. Экономические аспекты хранения и использования горнопромышленных отходов............................................................................................................................................115

5.2. Краткий анализ российского законодательства в сфере использования и переработки горнопромышленных отходов...........................................................................120

5.3. Нормативно-правовой регламент подготовки техногенных минеральных объектов к эксплуатации, диктуемый положениями ЗРФ «О недрах».............................121

5.4. Перспективные направления изменения законодательства РФ в стимулировании предпринимательского интереса к переработке ГПО..........................128

Выводы.................................................................................................................................131

Заключение..............................................................................................................................133

Список литературы

135

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Последнее столетие характеризуется бурным развитием промышленности и интенсивным потреблением природных ресурсов, что привело к резкому сокращению доли запасов богатых руд эксплуатируемых месторождений практически всех полезных ископаемых. В разработку вовлекаются месторождения со все более сложными горно-геологическими и горнотехническими условиями разработки, и более низкими кондициями содержаний полезных ископаемых. Одновременно с истощением природных ресурсов наблюдается гигантское накопление отходов горнодобывающего комплекса и связанных с ним перерабатывающих производств. Суммарные содержания полезных компонентов, накопленных в отходах, уже сейчас сопоставимы с запасами крупнейших месторождений, а средние содержания иногда превышают бортовые содержания многих вновь вовлекаемых в эксплуатацию месторождений.

Таким образом, ориентируясь на инновационное развитие отечественного минерально-сырьевого комплекса, необходимо учитывать потенциал горнопромышленных отходов (ГПО) как источника традиционных и новых видов минерального сырья и площадки для создания и внедрения прогрессивных технологий их переработки и извлечения полезных компонентов.

С другой стороны, период долговременного хранения ГПО характеризуется интенсивностью гипергенных процессов, которые в виде системы многочисленных окислительно-восстановительных реакций приводят к заметному ухудшению качества первоначальных руд, их разрушению, а также переходу полезных компонентов в растворимые формы, которые элиминируют в окружающие территории, превращаясь в поллютанты. В результате, занимая большие площади, объекты размещения ГПО представляют существенную угрозу экологическому благополучию окружающим территориям.

В этом аспекте актуальность переработки накопленных горнопромышленных отходов многократно возрастает.

В последние годы проблемам исследования, переработки и вовлечения в хозяйственный оборот техногенно-минерального сырья уделяется большое внимание. Различным аспектам этой проблемы посвящено значительное количество работ (П.В. Березовский, А.Б. Макаров, В. Н. Макаров, Д.В. Макаров, С.И. Мормиль, К.Н. Трубецкой, А.Г. Талалай, В.Н. Уманец, В.А. Чантурия, Л.К. Яхонтова и др.). Тем не менее, до сих пор не сложилось однозначного мнения о механизмах оценки и стимулирования использования ГПО в качестве дополнительного источника минеральных ресурсов.

Объектом исследований являлись отвалы Аллареченского месторождения сульфидных медно-никелевых руд.

1. Анализ роли и значения техногенных объектов типа «Отвалы Аллареченского месторождения» как резерва минерально-сырьевых ресурсов.

3. Изучение возможности применения нетрадиционных способов извлечения (обогащения) сульфидных медно-никелевых руд из породной массы отвалов Аллареченского месторождения.

4. Изучение глубины и объемов процессов естественного физического, химического и биологического разрушения руд техногенного объекта «Отвалы Аллареченского месторождения ».

Научная новизна выполненных исследований состоит в следующем:

5. Предложена методология оценки кадастровой потенциальной ценности техногенных минеральных объектов (ТМО).

- при геологической оценке техногенных объектов, сложенных отходами добычи;

- при обосновании экономической эффективности освоения ТМО.

Результаты анализа существующего законодательства могут быть использованы при подготовке проектов внесения изменений в Закон РФ «О недрах», ФЗ «Об отходах производства и потребления», ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности», ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», «Налоговый кодекс РФ», другие законы и законодательные акты РФ, касающиеся недропользования.

Исходные материалы и методы решения задач. Исходными материалами при решении задач явились результаты и сведения, полученные автором в процессе геологоразведочных работ по подсчету запасов техногенного месторождения (ТМ) «Отвалы Аллареченского месторождения»; изучению технологических свойств руд; проектированию и подготовке к эксплуатации предприятия по переработке ТМ; геолого-экологическому мониторингу участка размещения ТМ, проведенных в течение трех лет совместно с ОАО «Кольский геологический информационно-лабораторный центр» и Институтом проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН.

Для решения поставленных задач использованы современные стандартные методы и методики лабораторного определения свойств и состава горных пород и руд; химический спектральный и рентгеноструктурный анализы; аналитические экспериментальные работы в полевых и лабораторных условиях. Все аналитические исследования выполнялись в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам.

Основные защищаемые положения

1. ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения» является новым геолого-промышленным типом. Примененная для его отработки технология добычи и обогащения является новаторской.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на XIV Международной конференции «Экология и развитие общества» (г.Санкт-Петербург, 2012 г.), Уральской горно-промышленной декаде (г. Екатеринбург, 2011-2012 гг.), I Научно-практической конференции с международным участием «Технологическая платформа «твердые полезные ископаемые»: технологические и экологические проблемы отработки природных и

техногенных месторождений» (г. Екатеринбург, 2013 г.), VI Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, 2012 г.), Всероссийской конференции «Проблемы рационального использования отходов горнодобывающего производства» (Москва, 25-26 апреля 2013г).

Достоверность полученных результатов обеспечивается материалами геологоразведочных работ по оценке и разведке отвалов Аллареченского месторождения с защитой и постановкой запасов на государственный баланс; материалами технологических испытаний руд; материалами геолого-экологических исследований; материалами по проектированию и вводу в эксплуатацию ТМ «Отвалы Аллареченского месторождения»; применением апробированных методов анализа и статистической обработки фактического материала, использованием общепринятых критериев оценки полученных результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 статей, из них 4 в рецензируемых журналах из перечня, рекомендованного ВАК.

ГЛАВА 1. Горнопромышленные отходы в народном хозяйстве 1.1. Горнопромышленные отходы в структуре минерально-сырьевой базы

Зависимость Российской экономики от экспорта сырьевых ресурсов породило и поддерживает миф о нескончаемом богатстве российских недр. Своим рождением этот миф обязан достижениям отечественной геологии и металлургии в период 1950-1980-х гг., за который была создана мощная минерально-сырьевая база (МСБ) и ряд производств, которые до сих пор поддерживают экономику России.

За последние 20 лет в стране практически не проводились геологоразведочные работы. На лицо нежелание крупных горнорудных компаний инвестировать денежные средства в модернизацию существующих производств и внедрение новейших технологий по обогащению и переработке минерального сырья из бедных руд. Все это привело к резкому сокращению рентабельной части МСБ твердых полезных ископаемых (ТПИ).

Правда, в последнее время ситуация несколько улучшается, однако расширенное годовое воспроизводство погашенных при добыче запасов было достигнуто лишь по ограниченному кругу ТПИ, таких как золото, металлы платиновой группы, уголь, титан, ванадий, цирконий, стекольное и цементное сырье [50].

Показателен анализ состояния МСБ "большой тройки" цветных металлов, таких как алюминий, медь и никель, использование которых в народном хозяйстве является индикатором технологического и экономического уровня развития общества. В настоящее время потребность внутреннего Российского рынка в этих металлах полностью удовлетворяется их производством, однако в случае роста промышленного производства до уровня развитых стран неизбежно встанет вопрос о возможности отечественной минерально-сырьевой базы обеспечить этот рост (рисунок 1.1).

Алюминий. Как видно из рисунка 1.1, существующий объем производства алюминия в России вполне мог бы удовлетворить потребности внутреннего рынка при условии роста душевого потребления до уровня развитых стран. Однако Россия, занимая второе место в мире по производству первичного алюминия, испытывает дефицит минерального сырья для его производства в объеме 55%, который удовлетворяется за счет импорта [77].

Динамика добычи бокситов и прироста их запасов за период 2002-2011гг по данным Государственного доклада «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации за 2011», подготовленного информационно-аналитическим центром «Минерал» [101] по заказу Министерства природных ресурсов и экологи Российской Федерации приведена в рисунке 1.2.

ROCIO

7000

5000

4000

3000

2000

1000

•Необходимый объем производства металла в России прнусловин его душевого потребления на уровле США

Необходимый объем протводетва металла в России прнусловин его душевого потребления на уровне Гермгнии

■ Необходимый объем производства металла я России приусломга его душевого потребления на уровне Японии

■Объем производства металла в Роесии

■ Объем потребления металла в Роеснн