Аннотация
В статье приведено исследование серебросодержащей руды месторождения Обоха для технической оценки обогатимости методом рентгеноабсорбционной сепарации на минеральном сепараторе РГС-6A, производства ИЦ «Буревестник». Установлено, что выборка, отобранная для изучения обогатимости серебросодержащих руд месторождения Обоха, является особоконтрастной по содержанию Ag. Разработан признак разделения рентгеноабсорбционным методом, который основан на ослаблении потока рентгеновского излучения аргентотетраэдритом, галенитом, церусситом, с которыми связано серебро.
Ключевые слова
Рентгеноабсорбционный метод, обогащение, сепарация, минеральное сырье, серебряные руды, рентгенорадиометрический метод, рентгенодифракционный анализ, рентгенофлуоресцентный анализ, рентгенофазовый анализ
1. Введение
Российская Федерация по запасам серебра занимает второе место в мире, а по рудничному производству – четвёртое, и входит в пятерку крупнейших продуцентов серебра, обеспечивая около 6% его мирового производства. Основу сырьевой базы серебра составляют как руды собственных серебряных месторождений, так и в составе комплексных серебросодержащих руд, главными полезными ископаемыми которых являются золото или цветные металлы (медь, свинец, цинк, никель и др.) [1].
По данным Роснедра [2] на осень 2023 года имеется 9329 лицензии на геологическое изучение недр, включающее разведку и добычу, поиск и оценку месторождений благородных металлов в Российской Федерации (рис. 1а), в т.ч. 49 целевых лицензий по разведке и добыче золота и серебра (рис. 1б). Наращивание минерально-сырьевой базы и интенсификация геологоразведки, в том числе в Якутии, позволило в 2022 году открыть еще 130 месторождений твердых полезных ископаемых, в том числе золотосеребряных месторождений [3].
Несмотря на то, что по данным Росстата [4] в 2023 году отмечается общий спад объема горнодобывающей промышленности (в августе 2023 на 1,2%), наблюдается тенденция существенного увеличения объемов переработки различных видов руд за счет введения технологического оборудования для рентгеноабсорбционной сепарации, которое позволяет уменьшить объемы добычи руды и существенно увеличить извлечение полезного продукта при переработке даже при невысоком содержании драгоценных металлов в исходной руде. Примером может служить деятельность компании Silver Bear Resources, которая нарастила добычу серебра в 2021 году на 22% в Якутии за счет увеличения объемов переработки руды на 9% при полном вводе технологического оборудования для рентгеноабсорбционной сепарации [5]. Silver Bear Resources Plc через свою дочернюю компанию АО «Прогноз» в 2021 году владел лицензиями на разработку ряда месторождений в рамках Мангазейского проекта в Кобяйском районе Якутии: Вертикальное, Нижний Эндыбал Северный и Южный Мангазейский и другие, рудопроявления которых характеризуются галенитовыми жилами и рудными зонами [6].
Таким образом, для оценки возможности извлечения полезного компонента серебросодержащей руды на этапе предварительного обогащения на месторождении, проведено исследование методом рентгеноабсорбционной сепарации, которые позволят значительно сократить логистические издержки при перевозке руды.
2. Материалы и методы
2.1. Краткая характеристика рудопроявления месторождения Обоха
Рудопроявление Обоха [7], относящееся к перспективной Томпо-Делиньинской сереброносной зоне, расположено в 18 км к северу от пос. Тополиный в Нижнеимнеканском рудном узле (бассейн руч. Обоха, левый приток р. Имнекан). В 30 км восточнее расположены богатые серебряные проявления Хачакчанское, Ночное, Холоднинское и др. В геологическом строении рудного узла принимают участие отложения, представленные чередованием аргиллитов, алевролитов и песчаников, смятых в линейную складку — Тальскую антиклиналь [8].
Основные рудолокализующие структуры имеют северо-восточную ориентировку и субвертикальное падение, представлены минерализованными зонами дробления, брекчирования и смятия. Всего известно около двадцати минерализованных зон, несколько из них вскрыты единичными канавами. Зоны мощностью 5-28 м трассируются по простиранию высыпками и развалами кварц-карбонатного материала на 1,5–2 км. Протяженность наиболее детально изученной зоны «Ирника» составляет 1,5 км. Минерализованные зоны сложены кварц-карбонатными прожилками с серебросульфосольной, реже галенитовой минерализацией с гнездами блёклой руды и пираргирита. Из вторичных минералов отмечаются малахит, азурит, церуссит и др. Общее содержание рудных минералов в прожилках до 60%. Сереброносность блёклой руды меняется от 5,31% до 11,54% в существенно галенитовых рудах и от 21,14 до 23,92% — в пираргиритовых [9]. Обобщенные данные основного минерального состава месторождения Обоха представлены в таблице 1.
2.2. Краткая характеристика исследуемой серебросодержащей руды
Предметом исследования являлась выборка серебросодержащей руды в количестве 100 образцов класса крупности -50+20 мм, полученного после дробления и грохочения исходного материала технологической пробы Тех.2021-9, состоящей из двух частей:
1. Первая часть отобрана из рудной зоны Ирника, участок Восток. Материал отобран из канавы К-219, интервал 11,0-15,5 м. Средневзвешенное содержание серебра по бороздовым пробам в этом интервале составляет 21 629 г/т (по данным опробования 2020 года). Высокое содержание серебра в интервале обусловлено наличием прожилков и линз мощностью до 5 см кварц-пираргиритовых и галенит-блеклорудно-пираргиритовых агрегатов. Проба отбиралась равномерно по всему интервалу. Ожидаемое содержание серебра 2000-3000 г/т.
2. Вторая часть отобрана из рудной зоны Александровская, участок Запад. Материал отобран из траншеи ТР-1, между линиями 7-9. Средневзвешенное содержание серебра по бороздовым пробам в этом интервале составляет 275 г/т (по данным опробования 2020 года). Среднее содержание серебра ожидается на уровне 800-1000 г/т, так как при отборе в пробу попало значительное количество галенит-блеклорудного прожилка.
Материал пробы: кварцевые песчаники, массивные, мелко-среднезернистые, серые, с кварц-карбонатным прожилкованием. Жильные минералы представлены в основном мусковитом и кварцем. Рудные минералы – галенит, блеклые руды (аргентотетраэдрит), пираргирит, церуссит, аргентит (акантит).
2.3. Краткая характеристика методов исследования серебросодержащей руды
На первом этапе исследования серебросодержащей руды месторождения Обоха для каждого куска руды выполнен макроскопический анализ образцов для оценки минерального состава породы. Проведена оценка физических свойств – вес, плотность, цветовых характеристик. Далее выполнен ренгеноабсобционный анализ на аппаратном комплексе Полюс-В (рис. 2), производства ИЦ «Буревестник», включающий двухэнергетическую систему регистрации, для оценки размеров рентгеноплотных включений, их распределения и интенсивности поглощения рентгеновского излучения на рентгеновских изображениях с помощью программных пакетов X-View2, ImageJ_64. Также проведен сопоставительный анализ полученных результатов с теоретическими расчетами, полученными в программе XOP 2.3. Далее проведен анализ с помощью разработанного алгоритма MD на программном обеспечении ИЦ «Буревестник» для обработки данных цифрового изображения образца руды.
Метод рентгеновской абсорбции, в англоязычной литературе известный как метод рентгеновской трансмиссии X-Ray Transmission (XRT- метод) не требует особой подготовки сырья в виде операций промывки и очистки поверхности кусков от грязи, пыли, шламовых плёнок. Рентгеноабсорбионный метод является проникающим, и позволяет распознавать в куске скрытую минерализацию (рис. 2).
В общем виде, принцип работы рентгеноабсорбционного метода можно представить следующим образом: чем выше атомный номер элементов, входящих в состав минералов и горных пород, тем меньшее количество рентгеновских лучей пройдет сквозь данный материал. Величина ослабления интенсивности рентгеновского излучения материалом зависит от атомного номера вещества объекта, толщины куска и энергии квантов рентгеновского излучения.
Принцип регистрации и оценки при ренгеноабсобционном анализе состоит в том, что регистрируется прошедшее рентгеновское излучение через куски минералов и горных пород на сцинтилляционном детекторе. Детектор преобразует энергию рентгеновского излучения, прошедшие сквозь куски руды в импульсы тока, которые усиливаются и записываются регистрационной системой. Полученные результаты оцифровываются, переводятся в графический вид в виде растровых графических изображений (TIFF) в 256 градациях серого (RGB) с глубиной цвета 16 бит и обрабатываются программным обеспечением автоматизированной системой управления по специальному алгоритму, разработанному в ИЦ «Буревестник». Далее онисравниваются со значениями заданного порога разделения, после чего проводился анализ и расчет отношения площади полезного компонента к общей площади куска руды на рентгеновском изображении. В настоящем исследовании искомыми компонентами приняты аргентит (акантит), пираргирит, миаргирит, стефанит, прустит, полибазит и блеклые руды, а также галенит и церуссит, т.к. минералы свинца содержат изоморфные примеси серебра.
На втором этапе исследования, с целью выяснения особенностей изоморфных замещений в минералах и полуколичественного определения минерального состава, проведен анализ проб методом рентгенодифракционного анализа на дифрактометре ДРОН-8, производства ИЦ «Буревестник». Результаты рентгенофазового анализа получены в виде соответствующих дифрактограмм, анализ которых выполнялся на программном обеспечении Crystallography and diffraction analysis, разработанном ИЦ «Буревестник». Далее проведен рентгенофлуоресцентный анализ образцов серебросодержащей руды с пробоподготовкой на аппаратном комплексе энергодисперсионного спектрометра анализатора БРА-135 зав.№1, производства ИЦ Буревестник, на трех режимах работы для определения легких, средних и тяжелых химических элементов для уточнения химического состава.
На третьем этапе исследования проведен химический анализ для количественного определения основных химических элементов в пробах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной после мультикислотного разложения, а также для определения количественного содержания серебра в пробах, в которых по итогам АЭС выявлено аномальное содержание серебра, проведен пробирный анализ с гравиметрическим окончанием.
3. Результаты и обсуждения
На первом этапе проведен теоретический расчет интенсивности поглощения рентгеновского излучения для каждого минерала из таблицы 2 при двухэнергетическом детектировании, а также для получения сравнительной характеристики контрастности [11] полезных компонентов по отношению к вмещающим породам (рис. 3), которое рассчитывается как отношение интенсивностей поглощения рентгеновского излучения полезного продукта к вмещающей породе.
Результаты расчета показали разделение минералов серебросодержащих руд на две группы:
- Первая группа, включающая основные полезные компоненты: аргентит (акантит), полибазит, пираргирит, а также галенит, церуссит и блеклые руды.
- Вторая группа, включающая вмещающие породы: кварц, мусковит, марматит, сфалерит, сидерит, лимонит, азурит, малахит.
Таким образом, получена теоретическая оценка признака разделения по степени различия минералов основного компонента – первой группы – по отношению к минералам вмещающей породы – второй группы – при двухэнергетической системе регистрации прошедшего рентгеновского излучения через куски серебросодержащей руды. Результаты, представленные в таблице 2, которые показали, что при двухэнергетической системе регистрации минимальным значением контрастности на низкой и высокой энергии, 24% и 15% соответственно, выявлено у полибазита и пираргирита по отношению к марматиту и сфалериту.
С целью разработки признака разделения на первом этапе работы, а именно качественного и количественного разделения серебросодержащей руды по соотношению площадей полезного продукта и вмещающей породы, были отобраны представительные куски руды, на поверхности которых присутствуют различные минеральные разности, которые анализировались аппаратурой признака разделения. Отобраны образцы с наибольшей (образцы №9 и №23 с сульфидными минералами на поверхности куска) и наименьшей поглощательной способностью (образцы №1 и №2, представленные с типичной вмещающей породой). С применением этих образцов по методике и алгоритму, разработанному в ИЦ «Буревестник», разрабатывались признаки разделения для алгоритма MD, который позволяет идентифицировать включения сложных сульфидов (сульфосоли) минералов во вмещающей породе. Далее получены рентгенографические изображения представительных образцов серебросодержащей руды с различным содержанием рентгеноплотных частиц (табл. 3): № 1– 1,22%, № 2– 0,82%, № 3– 40,90%, № 23– 44,22%.
Для оценки полуколичественного определения минерального состава образцов проведен анализ методом рентгенодифракционного анализа. Результаты измерений представлены в таблице 4.
Полученные результаты полуколичественного рентгенодифракционного анализа подтверждают, что в образцах № 9 и №23 присутствуют свыше 5 масс.% включений рудной минерализации, включающей в себя минералы, отнесенные к первой группе (галенит, церуссит, блеклые руды), имеющих высокую рентгеноплотность, а в образцах № 1 и № 2 – менее 1 масс.%. При этом минеральные включения второй группы (кварц, мусковит, лимонит, карботаты), с низкой рентгеноплотностью, преобладают в бо́льшем количестве в образцах № 1 и №2, что естественно, так как вмещающие породы в основном представлены именно ими. Таким образом подтверждён признак – рудная минерализация свыше 5 масс.% –, который является благоприятным фактором для надежного их выделения АСУ сепаратора.
С целью качественного определения в серебросодержащей руде тяжелых химических элементов с атомной массой свыше 50, которые оказывают значительное влияние при рентгеноабсорбционной сепарации, проведен рентгенофлуоресцентный анализ, результаты которого представлены на рисунке 4.
По результатам рентгенофлуоресцентного анализа выделены такие химические элементы как алюминий, кремний, сера, калий, кальций, железо, медь, цинк, свинец, серебро, олово, сурьма, при этом в образцах №1 и №9 выявлена большая доля тяжелых химических элементов.
Таким образом, в образце №1 по результатам рентгенофлуоресцентного анализа выявлены высокие значения серебра, который по данным рентгенодифракционного анализа входит в состав блеклой руды (аргентотетраэдрит) с масс.% до 0,2, при этом по результатам рентгеноабсорбционного анализа общая совокупность рентгеноплотных минеральных включений составила до 1,2 % от общей площади в проекции, включающих тетраэдрит и гетит.
Образец № 2 является типичным представителем вмещающей породы с общей долей рентгеноплотных включений до 0,85% от общего объема, которые представлены тетраэдритом и пиритом.
В образце № 9 по результатам рентгенофлуоресцентного анализа выявлено наибольше количество тяжелых химических элементов – свинцом, сурьмой, медью и серебром, которые по результатам рентгенодифракционного анализа представлены церусситом, блеклой рудой, галенитом и гетитом с общим масс.% до 23,5, по результатам рентгеноабсорбционного анализа площадь проекции рентгеноплотных минеральных включений составила до 40,9 %.
По результатам рентгенофлуоресцентного анализа образец №23 содержит такие тяжелые химические элементы как железо, сурьма, свинец, серебро, входящих в состав рентгеноплотных минералов (тетраэдрит, гетит и галенит) с общей площадью проекции до 44,22% по данным рентгеноабсорбционного анализа.
Для количественного анализа основных химических элементов проведены измерения 94 образцов серебросодержащей руды методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, по результатам которой выявилось 24,4 % образцов с высоким содержанием серебра (более 100 ppm). Результаты представлены на рис. 5.
Далее проведен анализ корреляционных связей серебра с прочими компонентами остальных кусков выборки, что также свидетельствует о связи серебра со свинцом, который представлен галенитом (R=0,72), и сурьмой, представленной тетраэдритом (R=0,65).
Для образцов, у которых по результатам АЭС выявлено наименьшее и наибольшее содержание серебра, проведен анализ показателя контрастности (K’п/л) как отношение интенсивностей поглощения рентгеновского излучения полезным продуктом к интенсивности поглощения вмещающей породы. Результаты расчета в программном обеспечении ImageJ представлены на рисунке 7.
Проведено изучение обогатимости серебросодержащих руд методом рентгеноабсорбционной сепарации и эффективности разработанного признака разделения, которое определяется как максимум средневзвешенного отклонения содержания серебра во фракциях [10], полученных путем последовательной группировки кусков, расположенных в порядке возрастания признака разделения, от среднего содержания ценного компонента в руде, а эффективность признака разделения рассчитывается как отношение показателя признака разделения к показателю контрастности.
Фракционирование выборки образцов по параметру признака разделения MD показало потенциальную возможность получения 52,1 % отвальных хвостов, содержащих 66,3 г/т серебра при потерях с ними 9,1 % Ag. При этом концентрат содержит 721 г/т серебра. Значение параметра признака разделения, при котором происходит разделение на концентрат и хвосты составило 1,91. Значение показателя признака разделения составило 1,44, значение эффективности признака разделения, рассчитанное как отношение показателя признака разделения к показателю контрастности, составило 0,88. Отмечается, что некоторая часть серебра теряется во фракциях с низким граничным значением MD, что связано, по видимому, с попаданием в них кусков с тонкими включениями галенита и тетраэдрита, неидентифицируемыми системой детектирования сепаратора. Содержание серы и железа также растут с возрастанием MD, что объясняется присутствием серы в минералах-индикаторах серебра.
Для оценки эффективности признака MD было принято решение рассчитать выход и количество кусков, ошибочно попавших в концентрат и хвосты. В качестве порогового значения содержания серебра было выбрано пороговое значение содержания, рассчитанное как 3.2 – 525 г/т Ag.
Анализ эффективности разделения выборки показал, что при разделении с использованием признака MD доля ложных кусков в хвостах составила 5,77%, при этом количественно выход истинных хвостов при использовании признака MD составляет 59,04%. Это также свидетельствует о высокой эффективности признака разделения MD.
4. Заключение
Объектом исследования являлась выборка в количестве 100 образцов, отобранных от технологической пробы Тех.2021-9. Выборка отбиралась от класса крупности -50+20 мм, полученного после дробления и грохочения исходного материала пробы Тех.2021-9.
Фракционирование выборки по содержанию серебра показало потенциальную возможность получения 91 % отвальных хвостов, содержащих 40,7 г/т Ag при потерях с ними 9,7 % Ag. При этом концентрат содержит 3791,53 г/т Ag, он обогащен в 10 раз по сравнению с исходной выборкой. Выборка особоконтрастна по содержанию Ag, значение показателя контрастности составило 1,64.
С целью разработки признака разделения были отобраны образцы с наибольшей и наименьшей ренгенабсорбционной способностью. С применением этих образцов по методике и алгоритму, разработанному в ИЦ «Буревестник», разрабатывался признак разделения для идентификации включений минералов сложных сульфидов (сульфосоли) и вмещающих пород. Дополнительно проведёнными РФА и РД измерениями установлено, что образцы с наибольшей поглощательной способностью имеют в своем составе железо, медь, сурьму и свинец, входящих в состав галенита и тетраэдрита, которые являются минералами-индикаторами серебра. Это подтверждается анализом корреляционных связей серебра со свинцом, который представлен галенитом (R=0,72), и сурьмой, представленной аргентотетраэдритом (R=0,65).
Фракционирование выборки образцов показало потенциальную возможность получения 52,1 % отвальных хвостов, содержащих 66,3 г/т серебра при потерях с ними 9,1 % Ag. При этом концентрат содержит 721 г/т серебра. Значение параметра признака разделения, при котором происходит разделение на концентрат и хвосты составило 1,91. Значение показателя признака разделения составило 1,44, значение эффективности признака разделения, рассчитанное как отношение показателя признака разделения к показателю контрастности, составило 0,88.
Количественный анализ эффективности разделения выборки показал, что при разделении доля концентратных кусков в хвостах составила 5,77 %, что также свидетельствует о высокой эффективности признака разделения, которым является ренгеноабсорбционный метод.
Таким образом, с учетом полученных результатов исследования серебросодержащей руды месторождения Обоха, рентгеноабсорбционной метод сепарации, реализованный на минеральном сепараторе РГС-6A производительностью до 160 т/ч с возможностью загрузки кусков руды от 10 до 100 мм, производства ИЦ «Буревестник», позволяет существенно увеличить показатели извлечения полезного компонента на этапе предварительного обогащения исходной руды за счет включения его в цепочку технологического процесса.
5. Список литературы
1. Росснедра, Минприроды России Серебро [В Интернете] // Государсвенный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2021 году. - 2022 г. - 01 06 2023 г. - https://gd2021.data-geo.ru/pmd/ag/.
2. Роснедра Государственный реестр участков недр, предоставленных в пользование, и лицензий на пользование недрами [В Интернете] // Государственный реестр участков недр, предоставленных в пользование, и лицензий на пользование недрами . - 02 10 2023 г. - 02 10 2023 г. - https://rfgf.ru/ReestrLic/.
3. Минприроды России Разведка и добыча: Александр Козлов обсудил с Айсеном Николаевым развитие отрасли недропользования в Якутии [В Интернете]. - 19 04 2023 г. - 01 06 2023 г. - https://mnr.gov.ru/press/news/razvedka_i_dobycha_aleksandr_kozlov_obsudil_s_aysenom_nikolaevym_razvitie_otrasli_nedropolzovaniya_v/?sphrase_id=641490.
4. Take-profit.org РОСТ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РОССИИ [В Интернете] // Биржевой портал № 1. - 2023 г. - 21 09 2023 г. - https://take-profit.org/statistics/mining-production/russia/.
5. Silver Bear Resources Финансовые отчеты [В Интернете] // Silver Bear Resources. - 2023 г. - 21 09 2023 г. - https://silverbearresources.com/investors/financial-reports/.
6. ГУП Сахагеоинформ Silver Bear Resources нарастил добычу серебра на 22% в Якутии [В Интернете] // Геологический информационный фонд Якутии. - ГУП Сахагеоинформ, 12 04 2021 г. - 21 09 2023 г. - http://ginfors.ru/geonews/russianews/505-silver-bear-resources-narastil-dobychu-serebra-na-22-v-yakutii.html .
7. Роснедра Карточка объекта № 98-20-2282. Проект работ по геологическому изучению недр [В Интернете] // Государственный реестр работ по геологическому изучению недр. - 2023 г. - 15 05 2023 г. - https://rfgf.ru/ReestrLicPage/348624.
8. Костин А. В. и Денисов Г. В. Крупные благороднометалльные рудно-магматические системы Западного Верхоянья [Журнал]. - [б.м.] : Отечественная геология, 2007 г. - 5. - стр. 17-25.
9. Костин А. В. [и др.] Проявление Обоха – новый сереброрудный объект мирового класса Восточной Якутии [Журнал]. - [б.м.] : Отечественная геология, 2012 г. - 5. - стр. 21-27.
10. ФГУ ГКЗ Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений [Книга]. - Москва : [б.н.], 2007.
11. Изучение гранулометрического состава и контрастности полезных ископаемых для оценки возможности их обогащения с помощью радиометрических методов. Методические рекомендации. М., НСОМТИ Мингео СССР, 1978
Над статьей работали:
Верховская Яна Ивановна, к.т.н., VerhovskayaYI@alrosa.ru, научный руководитель - главный специалист
Саенко Павел Игоревич, SaenkoPI@alrosa.ru, заведующий комплексным отделом сепараторов
Маслов Виктор Николаевич, к.ф-м.н., MaslovVN@alrosa.ru, Научный руководитель - главный специалист
Каштанов Илья Егорович, KashtanovIE@alrosa.ru, Инженер
АО «ИННОВАЦИОННЫЙ ЦЕНТР «БУРЕВЕСТНИК»
