Геофизика

текст Владимир Наумов доктор геолого-минералогических наук, директор Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета

Вся мировая история горного производства связана с добычей и переработкой полезных ископаемых. До 90% и более затрат приходится на извлечение, дробление и переработку "неполезных ископаемых" и выделение из них полезных. Как ни парадоксально это звучит, производятся главным образом техногенные отвалы, техногенные и технологические отходы.

Неполезные ископаемые превращаются в техногенные минеральные образования (ТМО). По сути, это техногенное минеральное сырье и техногенный минеральный ресурс. Этот результат геологической и горнотехнической деятельности человечества представляет собой неоцененный пока, но существенный резерв пополнения минерально-сырьевого потенциала предприятий и страны. Некоторые предприятия уже начали его осваивать исключительно в связи с истощением минерально-сырьевой базы.

Русское золото

История добычи ценных ископаемых тесно связана с ТМО. Первый алмаз в России добыт при перемыве золотоносных отвалов. Первое значимое месторождение платины также было техногенным. Ее добывали на месте, где ранее "топили серебришко", мешавшее получению чистого золота.

Изучение ТМО позволило найти первое рудное золото в России. В середине XVIII века Ерофей Марков разбирал хрусталленосные жилы и отметил там крупинки "желтого металла".

В начале XIX века горный мастер Лев Иванович Брусницын промывал "хвосты" рудотолчейной фабрики и обнаружил "иное" золото. Брусницын показал миру новый тип месторождений золота — россыпи, разработал технологии их промышленного освоения, в четыре раза дешевле, чем рудного золота. Благодаря этому в середине XIX века Россия вышла на первое место в мире по добыче золота. Открытия и добыча золота в ходе "золотых лихорадок" в Калифорнии, Австралии, на Клондайке были лишь продолжением российских технологий и опыта, их применением на других территориях.

Русские подходы к техногенным россыпям золота

Формирование ТМО, как и природных россыпей, обусловлено процессами физического, химического и биохимического выветривания и преобразования, где роль геологического агента выветривания выполняет человек, вооруженный техникой.

В результате механической дифференциации и интеграции осадков, вне зависимости от исходного состава природных образований (россыпи или дробленый материал коренных руд), образуется три основных типа техногенных фаций (ТМО): намывной, отвальный (насыпной) и отвально-намывной.

Закономерности формирования и распределения свободного золота в ТМО с разной степенью детальности изучены на примере россыпных и рудных объектов Урала, Сибири, Канады (Klondike gold-field, Yukon), Якутии, Дальнего Востока.

Преобразование или техногеогенез минеральных фаз золота

Процессы техногеогенеза выражаются в техногенном породо- и минералообразовании: разложение пирита угольных месторождений, самоизливы кислых шахтных вод и формирование техногеогенных залежей железных руд; восстановление золота до металлического (1) на карбонатном барьере в бетонном бункере (Урал, Исовский прииск), (2) при разложении отвалов колчеданно-барит-полиметаллического золоторудного месторождения (Салаир, Ново-Урское), первичные сульфиды железа и меди преобразовались до самородной серы, азурита и малахита.

В России практикуется повторная отработка техногенных россыпей золота, алмазов. При этом в отвалах отмечают значительную долю относительно крупного золота, которое теоретически должны были бы извлечь при существующих технологиях отработки. Недоизвлечение золота объясняют исключительно устаревшими предшествующими технологиями и некачественной работой обогатительного оборудования.

Мы считаем, что в техногенных осадках (в процессе техногеогенеза) происходит активизация процессов высвобождения, растворения и переноса золота, приводящие к его мобилизации и укрупнению. Нами установлены причины и механизмы "роста" золота в техногенных осадках.

При анализе рядов взаимодействия минеральных фаз: Au — Hg — Cu; Au — Hg — Cu; Au — Pt (Fe), Au — Pb детально рассмотрены механизмы диспергации и укрупнения золота. Выделены процессы новообразования, агломерации, слипания частиц золота в общий агрегат при взаимодействии разных частиц золота, проявляющиеся в разных условиях техногенной среды под воздействием процессов механической, физико-химической и биохимической дифференциации и интеграции. Золото растает на золоте, металлических подложках, других минералах, начиная с пленок на минералах до межзерновых агрегатов. В зависимости от состава первичных пород, внешних условий среды изменяются и темпы роста золота.

Одновременно с укрупнением золота протекает и противоположный процесс — диспергация и распад золоносных фаз на мельчайшие частицы, о чем свидетельствуют весовые накопления золотой пыли (частиц менее 5 мкм), крупные агрегаты "золотой пыли". Нами изучены основные подходы к управлению этими разнонаправленными процессами.

Обогатительные фабрики в недрах

Сама природа подсказывает пути преобразования золотоносных фаз в техногенных условиях. Породы и минералы, извлеченные из недр, меняют свой состав, приспосабливаясь к новым для них условиям среды. В результате этого "приспособления" происходит высвобождение, растворение, перенос, регенерация и восстановление (укрупнение) золотоносных фаз.

В результате протекания этих процессов происходит "восстановление золотоносности" отработанных ранее россыпей. Укрупненные частицы золота могут быть извлечены при гравитационной отработке. А отработанные полигоны представляют практический интерес для последующей двух и трехкратной переработки техногенных отвалов.

Однако не всякие техногенные отвалы имеют равный минерагенический потенциал для повторной отработки. Необходимо соблюдение ряда условий, связанных с первичным составом природных объектов (россыпей и золотоносных руд), глубиной и качеством их первичной отработки.

Науке и производству надо научиться понимать, изучить и начать управлять процессами преобразования золота в рамках "техногенного рудогенеза" по принципу "Смотри, что делает природа. Попробуй, повтори!". Фактически речь идет об управлении уже запущенных в недрах обогатительных фабриках, где в техногенных образованиях протекают природные процессы перераспределения вещества

Примеры работы обогатительных фабрик в недрах

Уже установлены примеры созданных природой золотых техногенных руд в природно-техногенных условиях. Это литифицированные в результате техногеогенеза агрегаты (конгломераты) с цементом гидрооксидов железа из головной части намывной техногенной фации участка "Болдер Майнер" (р. Индиан, Юкон, Канада) с видимым золотом.

На основе изученных закономерностей нами разработаны рекомендации и реализованы на практике вопросы управления формированием повышенных концентраций золота в ТМО (технорудогенеза) на основе законов механической (создание механических барьеров, технологических ловушек и др.), физико-химической (создание геохимических барьеров, размещение металлических "подложек"), биохимической (формирование пленок на поверхности золота и других металлов) дифференциации. Доказано, что фактическое извлечение золота при существующих условиях увеличивается на 5-20%.

Удачным примером изучения и последующего управления формированием концентраций золота в промышленных условиях была разработка и применение модульных технологий на одной из россыпей Урала. В результате реализации проекта ФЦП МОН РФ на россыпи дополнительно получено 6% или 9,24?кг химически чистого золота. Анализ форм нахождения золота в шламохранилище золоторудного объекта Урала после чанового выщелачивания и насыпных осадках кучного выщелачивания месторождения Мурунтау (Узбекистан) позволил подготовить рекомендации для повышения степени извлечения золота в промышленных масштабах.

Такие обогатительные фабрики (заводы) в недрах уже запущены в действие в России и других странах мира в результате отработки первичных россыпей золота. Они занимают гигантские пространства на Урале, Сибири, Якутии, на Колыме, в Магаданской области, Хабаровском крае, в Приморье — на всех территориях, где была добыча россыпного золота. Такие же фабрики уже "работают" на отвалах, образованных в результате разработки золоторудных месторождений. Дробление рудоносных пород является позитивным фактором для последующего перераспределения и изменения состава техногенных осадков: разложения, переноса и локализации золотоносных фаз. Кроме твердой части осадков, здесь важно контролировать состав вод, дренирующих ТМО (рудных вод).

Поскольку такие "заводы в недрах" уже работают многие десятилетия и в них "растет новый урожай золота", следует их выявлять и активизировать процессы воспроизводства золота. Это задача нашего поколения.

Использование золота без извлечения его из недр

Другим революционным направлением использования закономерностей поведения золота в техногенных условиях является работа с золотом без извлечения золота из недр.

Для производства химической продукции на основе соединений золота можно использовать золотоносные техногенные отвалы. При этом совсем не обязательно идти традиционным в химии путем, растворять металлическое золото или использовать дорогие химические соединения золота.

При определенных условиях можно создавать "химические заводы" в недрах. Так, обоснована возможность использования золотоносных отвалов или промежуточных продуктов обогащения (золотосодержащих растворов, возникающих в процессе промышленного выщелачивания) для решения задач химического производства.

Новое русское золото

На протяжении столетий россыпная золотодобыча является стабильным источником формирования государственной казны многих стран мира. Благодаря разработке россыпей Советский Союз мог расплачиваться с Америкой по ленд-лизу во время Второй мировой войны. Современная разработка россыпей золота на Юконе, в Австралии, Новой Зеландии и других странах позволяет поддерживать стабильный и постоянный поток для формирования золотого запаса этих стран.

Кажущаяся простота организации поисков, опробованные десятилетиями технологии разработки россыпей золота, платины и алмазов привели к тому, что отношение к проблемам геологии россыпей максимально упростилось. В России дело дошло до того, что в 90-е, 2000-е годы россыпи были исключены из предмета государственного интереса при формировании ресурсной базы золота, платины и алмазов. Под влиянием "западного тренда" все усилия государственного обеспечения воспроизводства минерально-сырьевой базы были направлены на выявление масштабных рудных месторождений.

Существовавший многие годы баланс добычи золота из россыпей и рудных месторождений (пятьдесят на пятьдесят процентов) сместился в сторону предпочтения рудных. Посчитали, что те затраты на выемку, транспортировку, дробление, истирание, промывку и обогащение, которые сделаны природой при формировании россыпей, эффективнее понести самим при разработке рудных месторождений. Этот путь дает сиюминутную выгоду, но в перспективе ведет в тупик, как любой экстенсивный путь развития.

Все эти вопросы были озвучены на XV Международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (РКВ-2015), прошедшем в конце августа этого года в Перми. Современные знания о россыпях и месторождениях кор выветривания позволяют по-новому использовать накопившиеся в течение последних десятилетий техногенно-минеральные образования — путем создания новых технологических производств и заводов (фабрик) в недрах. Это новый путь развития геологии россыпей и их генетически родственной производной техногенно-минеральных образований.