Изучение вещественного состава и теоретическое обоснование обогатимости платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов

Характерной (типоморфной) особенностью платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов является крайне неравномерное (бессистемное) распределение полезного компонента. Выявление причин выраженной неоднородности платинометальных руд и возможность её учета при прогнозной оценке технологических характеристик и качества исходной рудной массы для обогатительного передела являлось одной из важнейших задач исследований.

Содержания платины в минералого-технологических пробах руд определялись тремя способами: ICP-MS, пробирный анализ и расчеты по балансу, как средневзвешенное определение пробирного анализа продуктов гравитационного фракционирования. Наиболее близким расчетным по балансу оказались содержания платины, полученные в результате усреднения пробирного анализа трех параллельных навесок. Однако даже между ними установлен значительный разброс определений, при этом наибольшей неравномерностью (К_V=100%) характеризуются пробы с высокими содержаниями платины (14,7-50,2 г/т). Раздельный пробирный анализом крупной и мелкой фракции аналитических навесок показал, что в богатых пробах в надрешетный продукт рассева (+0,1 мм), выход которого не превышает 1,5 % от массы навески, распределяется до 70 масс.% платины. Результаты аналитических исследований позволили сделать предварительный вывод о том, что высокие содержания платины в руде определяет наличие относительно крупных выделений платиноидов, и руды с различным уровнем содержания платины могут иметь значительные различия в составе, строении и технологических свойствах. Достоверная оценка качества исходной рудной массы в данном случае может быть проведена только на основе определения показателей для множества однородных составляющих, в соответствии с долей их участия в объеме и продуктивности руд. Согласно статистической обработке результатов опробования рудных зон, подавляющая часть руды (82%) представлена дунитами с фоновыми концентрациями МПГ, определяющими только 6,0% продуктивности платинометального оруденения. Основная же продуктивность руд (76,4%) определяется интервалами с высоким содержанием платины, объем которых в исходной рудной массе составляет всего 3,6% (рис.1).



Рис.1. Распределение руд с различным содержанием платины по объему и продуктивности.

Для проведения минералого-технологических исследований были сформированы четыре представительные выборки проб по типам руд с различным уровнем содержания платины (г/т): 1) богатые (>2,5); 2) рядовые (0,5-2,5); 3) бедные (0,1-0,5) и 4) c фоновыми концентрациями (<0,1). Установленная обратная зависимость между распределением руд с различным содержанием по объему и продуктивности определила принципиальные различия в расчетах прогнозных показателей качества исходной рудной массы (А_ср) и характеристик продуктивного платинометального оруденения (В_ср), которые в соответствии со средневзвешенными показателями для выделенных относительно однородных выборок рассчитывались по разным формулам:

Петрографические исследования минералого-технологических проб показали, что продуктивное платинометальное оруденение локализуется преимущественно в дунитах с порфирокластическим и аллотриаморфнозернистым типом микроструктуры, для которых характерны признаки перекристаллизации и значительных структурных деформаций. По химическому составу, руды характеризуются выдержанным содержанием SiO₂ (в среднем 41,8 масс.%), что отвечает составу дунита, при достаточно значительных колебаниях концентраций Cr₂O₃, Fe₃O₄, Al₂O₃ и MgO. Максимальные содержания Cr₂O₃ (до 7,88 мас.%), Fe₃O₄ (до 15,63 мас.%) и Al₂O₃ (до 1,68 мас.%), которые отражают наличие в дунитах хромитового оруденения, установлены исключительно в пробах с высоким содержанием платины, а для основной массы руды с низкими и фоновыми концентрациями платины характерны повышенные содержания MgO (до 45,12 масс.%). Расчетное содержание Cr₂O₃ в руде находится на уровне 0,62 масс.%.

Прогнозное содержание платины в исходной руде по результатам минералого-технологического опробования, при разбросе от 0,03-50,2 г/т, оценивается на уровне 1,21 г/т. Даже при высоких содержаниях платины руды отличаются низкими концентрациями остальных благородных металлов (до 0,5 г/т Pd; до 0,85 г/т Rh; до 0,4 г/т Ir и не более 0,1 г/т Os, Ru и Au). Основную характерную особенность распределения элементов-примесей в платиносодержащих дунитах представляет геохимический ряд взаимно коррелированных признаков между концентрациями групп Сr, Al, Fe, Ti, Mn, Co, Zn, Ga, с одной стороны, и Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, Sb, As и S, с другой, что отражает тесную связь формирования и локализации платинометального и хромитового оруденения. Однако следует констатировать, что корреляционная зависимость между содержаниями Cr₂O₃ (Cr) и платины (Pt) в платиносодержащих дунитовых рудах является очевидной, но не определяющей (рис.2).



Рис.2. Корреляционая зависимость содержания платины и Cr₂O₃ в платинометальных рудах

Главным породообразующим минералом платинометальных руд является оливин, который составляет до 95 % их объема и представлен зернами двух генераций: крупными порфирокластами (до 10 мм) и мелкими необластами (0,1 – 0,5 мм). По составу, характерными для руд, являются высокомагнезиальные разности оливинов с содержанием форстеритового минала (Fo= 100*Mg/(Mg+Fe²⁺ )) на уровне 92,4 – 90,0.

Главный рудный минерал – хромшпинелид, представлен двумя основными группами: акцессорной вкрапленностью и рудными хромититами. Акцессорные хромшпинелиды относительно равномерно распределены в рудовмещающих дунитов и составляют не более 1% их объема. Рудные хромититы характеризуются исключительным многообразием морфологических и текстурных разновидностей (шлиры, прожилки, вкрапления), которые крайне неравномерно распределены во вмещающих дунитах и наиболее широко представлены в разновидностях несущих признаки перекристаллизации и структурных деформаций. По составу среди вкрапленных хромититов преобладает феррихромит (Mg < Fe), а в жильных и шлировых обособлениях имеет место развитие магнезиальная разность - магнезиохромит (Mg > Fe) с выделением отдельных кристаллов, оторочек, прожилков и просечек вторичного магнетита.

Вторичные изменения рудовмещающих дунитов представлены серпентином, образующим тонкие секущие прожилки, которые при более значительных изменениях сменяются широким развитием петельчатых текстур. Состав минерала отвечает лизардиту, а более поздние генерации представлены боулингитом и иддингситом. Смешанослойные минеральные фазы в рудах представлены отдельными прожилками хлорита и его чешуйчатыми выделениями в прожилках серпентина. Значительная часть установленных минеральных фаз относится по составу к глинизированным разностям типа корренсита, сапонита, вермикулита и гидробиотита. На контактах хромшпинелидов с минералами МПГ часто встречаются выделения и каймы вторичного магнетита, которые имеют в большинстве случаев рыхлую структуру. При вариации содержания FeO от 52 до 93 мас.%, в нем отмечается незначительная примесь Cr₂O₃ и Pt (до 4 масс.%).

Минераграфическими исследованиями платинометальных руд установлено, что подавляющее количество крупных выделений платиноидов концентрируется в рудных хромититах. Гнезда и вкрапленники платиносодержащих минералов, размер которых достигает 1,5 см, как правило, располагаются в краевых частях хромитовых обособлений, но часто выходят за их пределы и размещаются непосредственно в оливиновой матрице вмещающих дунитов. Ксеноморфизм выделений платиноидов по отношению к вмещающим хромшпинелидам и оливину определяется размещением их в трещинах и пустотах, при этом межзерновое пространство в большинстве случаев выполнено серпентином и хлоритом. Локализация крупных скоплений платиносодержащих минералов в различных морфологических разновидностях хромититов позволила выделить рудную платино-хромитовую минеральную ассоциацию, в качестве основной для руд с высоким содержанием платины.

В минералого-технологических пробах руд с низкими концентрациями платины, платиноиды встречаются исключительно в виде тонких зерен имеющих выраженную кристаллографическую форму. Их повсеместное присутствие в руде независимо от присутствия рудных хромититов свидетельствует о наличии первичной равномерной вкрапленности платиносодержащих минералов в оливиновой матрице, что позволило отдельно выделить рудную минеральную ассоциацию платиноносных дунитов. Предварительная количественная оценка установленных выделений платиноидов методами оптической микроскопии в аншлифах и рудных протолочках показала, что развитие платино-хромитовой минеральной ассоциации определяет не менее 85% продуктивного платинометального оруденения.

Доминирующей группой платиносодержащих минералов в руде является система сплавов Pt (Ir,Rh) – Fe – Cu, Ni (Co), а наибольшим распространением пользуются платино-железистые сплавы (изоферроплатина (Pt₃Fe), тетраферроплатина (PtFe), туламинит (Pt₂FeCu), никельферроплатина (Pt₂FeNi) и платино-медные сплавы (Pt,Cu)), где установлен практически полный ряд от самородного железа до самородной платины (рис.3)



Рис.3. Состав самородных минералов и сплавов МПГ в платинометальных рудах

Среди минералов МПГ, образующих самостоятельные выделения, следует отметить сперрилит (PtAs₂). Прочие платиносодержащие минералы пользуются в рудах незначительным распространение и встречаются исключительно в виде включений и тонких сростков с основными платиносодержащими минералами. Выделены следующие минеральные ряды: самородные металлы и интерметаллиды (Os, Ir, Pt); сульфоарсениды – платарсит-ирарсит-холлингвортит (PtAsS-IrAsS-RhAsS); сульфиды – куперит-лаурит (PtS-RuS₂); теллуриды – мончеит-котульскит-меренскиит (PtTe₂-PdTe-PdTe₂ ) и антимониды – геверсит-толовкит (PtSb₂ – PtSbS). В единичных находках отмечены минералы палладия - таймырит (Pd,Cu)₃Sn, кабриит Pd₂SnCu, меньшиковит Pd₃Ni₂As₃ , звягинцевит Pd₃Pb и фрудит PdBi₂. Изменения качественного состава минералов МПГ в руде, в целом подчиняется правилу, чем выше содержание платины, тем более разнообразен их состав.

Результаты минералогических исследований позволили, используя установленные закономерности (2), определить прогнозный качественный и количественный состав продуктивной платиносодержащей минерализации в рудной массе. За счет значительного участия в составе продуктивного оруденения (52,8%) и исключительно высокого содержания платины (86,5 масс.%), основной выход (60 масс.%) будет определяться изоферроплатиной. Извлечение платиносодержащих минералов, таких как тетраферроплатина, туламинит, сперрилит и платино-медные сплавы, определит выход платины в соответствующих им долях 14,0; 11,0; 10,0 и 4,0 масс.%% .

Основной закономерностью изменения состава платиносодержащей минерализации в рудах является значительное уменьшение составляющих изоферроплатины и тетраферроплатины (на 12 масс.%) в богатых рудах, при увеличении содержания в них туламинита, платино-медных сплавов и сперрилита. Вместе с установленным характером замещений и морфологии выделений минералов МПГ, это позволяет определить общее направление изменения состава платиносодержащей минерализации в процессе рудообразования: Pt₃Fe ® PtFe ® Pt₂FeCu® (Pt,Cu) ® PtAs₂ ® PtSb₂, с закономерным уменьшением содержания платины в минеральных формах. Наличие платины исключительно в собственных свободных минеральных формах является важнейшей особенностью платинометального оруденения зональных базит-ультрабазитовых комплексов, что позволяет рассматривать возможность её извлечения из дунитов, как извлечение установленной платиносодержащей минерализации. Незначительные концентрации платины в отдельных зернах породообразующих и рудных минералов, объясняются наличием тонких включений платиносодержащих минералов в микропорах минеральной матрицы, имеют незначительное распространение и представляет на данной стадии исследований исключительно минералогический интерес.

Наличие в качестве основной по продуктивности платино-хромитовой минеральной ассоциации предполагает, что большая часть платиносодержащих минералов может быть выделена в хромитовые концентраты. Однако результаты минералого-технологических исследований свидетельствуют, что предварительное разделение руды различными физическими методами с выделением хромитового концентрата не обеспечит извлечение всей платиносодержащей минерализации. В качестве основных причин выделены: 1) крайне незначительная концентрация хромититов в исходной рудной массе (не более 1,5%); 2) сложная морфология выделений рудных хромититов, которые представлены преимущественно разрозненной вкрапленностью и прожилками, не позволяющими получить крупные куски для разделения; 3) низкая корреляционная зависимость между содержаниями платины и Cr₂O₃ в руде (рис.2); 4) наличие сопутствующей минеральной ассоциации платиноносных дунитов, определяющей безусловные потери платины при селективном обогащении руды.

Часть платиносодержащей минерализации, которая представлена тетраферроплатиной и туламинитом, а также другими неупорядоченными сплавами МПГ с железом, имеет выраженные магнитные свойства. Значительное количество сростков кристаллохимически упорядоченной изоферроплатины, платино-медные сплавов и сперрилита, которые являются парамагнетиками с низкой магнитной восприимчивостью, с магнитными минералами МПГ и вторичным магнетитом, в принципе позволяет рассчитывать на возможность их выделения в магнитных полях. Результаты магнитного фракционирования гравитационного концентрата минералого-технологических проб, показали, что прогнозный выход платиноидов в магнитную и парамагнитную фракции по рудной массе составляет около 84 масс.%. Однако анализ остаточной магнитной восприимчивости выделенных зерен платиносодержащих минералов показал, что она перекрывается полем магнитных свойств вмещающих хромшпинелидов и оливина, что определило теоретический вывод о невозможности применения магнитной сепарации для прямого выделения продуктивного платинометального оруденения.

Контрастные технологические свойства установленных в дунитах платиносодержащих минералов в первую очередь определяются их высокой плотностью, вариации которой от 10,5 – 19,5 г/см³ обусловлены содержанием платины в минеральных формах. Гранулометрический состав платиносодержащей минерализации в рудах с низкими и фоновыми концентрациями платины определяется равномерным тонко-вкрапленным характером её распределения. Количество зерен в классах крупности -40 мкм составляет в среднем 85,9 %, что крайне неблагоприятно для гравитационного обогащения. При максимальном размере до 200 мкм, среднеарифметический размер зерен минералов МПГ в бедных рудах составляет 20,5 мкм, средневзвешенный – 52,0 мкм. Гистограмма массового распределения платиноидов имеет модальный характер с максимумом в классе 40-80мкм (рис.4 ).



Рис.4. Количественное и массовое распределения платиноидов по классам крупности в рудах с низким (<0,1г/т) и высоким (>2,5г/т) содержанием платины

Исследования гранулометрического состава платиносодержащей минерализации в пробах богатых руд показали, что основная масса платиноидов (68,1 масс.%) представлена зернами средних и крупных классов крупности (+80 мкм), благоприятных для выделения гравитационными методами. Характерным для руд с высокими содержаниями платины является наличие крупных (+400 мкм) зерен минералов МПГ, массовая доля которых в отдельных пробах составляет до 21,1 масс.%. При установленной максимальной крупности зерен 1,0 мм, среднеарифметический размер зерен составляет 52,7 мкм, а средневзвешенный – 191,7 мкм. Диаграмма массового распределения платиноидов имеет одномодальный характер с максимумом в гранулометрическом классе 200-400мкм (рис.4).

В соответствии с проведенными расчетами (2), несмотря на значительный объем руд с тонкой вкрапленностью, основная часть платиноидов в исходной рудной массе (60,7 масс.%) будет представлена классами, весьма благоприятными для извлечения методами гравитации (+80 мкм) (рис.5).



Рис.5. Прогноз количественного и массового распределения платины по классам крупности в платинометальных рудах

Расчетный размер зерен платиноидов в руде составит 46,8 мкм, а средневзвешенный -161,2 мкм. Прогнозный выход платиноидов в классах крупности -20 мкм, определяющих теоретические потери при применении гравитационных методов обогащения, составит 13,6 масс.%. Диаграмма массового распределения платиноидов имеет два максимума в гранулометрических классах 80-120 мкм и 200-400мкм. Зависимости между содержанием платины в руде и основными гранулометрическими характеристиками продуктивной платиносодержащей минерализации аппроксимируются степенными функциями с высокими коэффициентами детерминации (рис.6).

Минералого-технологическими исследованиями установлены благоприятные условия для раскрытия основной продуктивной фазы платинометального оруденения при дезинтеграции, что вероятно и определяет его россыпеобразующий характер. В качестве основных признаков выделены: 1) локализация относительно крупных зерен платиноидов в пустотах, трещинах и межзерновых интерстициях вмещающих хромититов и дунитов; 2) отсутствие тесных срастаний платиносодержащих минералов с хромшпинелидами и оливином; 3) наличие у большинства выделений платиноидов «рубашки» из серпентина и хлорита, которая разрушается при минимальном механическом воздействии. Особенности измельчения платинометальных руд и необходимость сохранения средних и крупных фракций платиноидов в процессе дезинтеграции определяются низкой микротвердостью платиносодержащих минералов (изоферроплатины - 440 кг/мм²), на фоне относительно высоких показателей у вмещающих оливина (925 кг/мм²) и хромшпинелидов (1375 кг/мм²).



Рис. 6. - Зависимость между содержанием платины (Pt) в руде и гранулометрическими характеристиками платиносодержащей минерализации: СА – среднеарифметический размер, СВ – средневзвешенный размер

Самые высокие показатели прямого гравитационного извлечения платины (до 95,3масс.%) установлены для минералого-технологических проб из богатых руд с содержанием платины 14,7-50,2г/т, из которых получены и самые богатые гравитационные концентраты (до 3,2 кг/т Pt) (рис.7).

Для рядовых руд (0,46-1,65г/т Pt) уровень извлечения платины в бедные гравитационные концентраты (11,6-39,8г/т Pt) составляет не более 83,1 масс.%, а из дунитов с низкими (0,11-0,22 г/т) и фоновыми концентрациями (0,03-0,04г/т) в гравитационные концентраты извлечено не более половины содержащейся в них платины.

Обобщение результатов тестирования минералого-технологических проб в отдельных выборках по классам содержания платины, позволило, используя установленные закономерности (2), определить прогнозную обогатимость платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов методом прямой гравитации. При среднем содержании платины в руде 1,21 г/т, гравитационными методами из нее теоретически может быть извлечено не менее 86 масс.% платины. При организации двухстадиального измельчения руды и межциклового извлечения платиноидов для сохранения относительно крупных фракций, значительная часть платиносодержащей минерализации (не менее 85%) будет выделена в богатые гравитационные концентраты с содержанием платины более 1кг/т.

Экспериментальное изучение обогатимости платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов и разработка технологической схемы их обогащения

Для подтверждения теоретических выводов и определения параметров технологической схемы обогащения платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов проведен комплекс лабораторных исследований и полупромышленные испытания на технологической пробе руды массой 9750 кг.

Результаты лабораторных экспериментов по крупнокусковому тяжелосредному разделению и рентгенорадиометрической сепарации руды показали, что потери платины с легкими и малохромитовыми фракциями при предварительном выделении хромитового концентрата составляют до 42%, что подтверждает теоретические выводы, полученные в результате проведения минералого-технологических исследований, и не позволяет рекомендовать применение данных методов в технологической схеме. При разделении руды в магнитных полях выход платины в немагнитный продукт составил 38,9%, что также подтверждает теоретический прогноз и свидетельствует о нецелесообразности применения метода при обогащении платинометальных руд.

Эффективность прямого разделения руды на винтовом сепараторе типа MD Mineral technologies диаметром 350 мм оказалась низкой, так как, несмотря на большой выход концентрата (22,7%), в него было извлечено только 39,1% платины. Лабораторные эксперименты по извлечению крупных фракций платиноидов отсадкой с естественной и искусственной постелью показали, что для руд с высокими содержаниями платины, в крупнокусковой надрешетный и крупнозернистый подрешетный концентрат извлекается до 97% платины. Однако для руд с рядовыми содержаниями выделение крупнозернистых легких фракций с отвальным содержанием платины невозможно. В связи с необходимостью доизмельчения надрешетных легких фракций крупнозернистой отсадки и надрешетного крупнозернистого концентрата для дальнейшего обогащения в технологической схеме рекомендовано отдать предпочтение отсадке с искусственной постелью для возможности извлечения крупной платины при периодической сортировке материала постели. Лучшие результаты извлечения платины в гравитационные концентраты при перечистке надрешетного продукта основной отсадки достигнуты на концентраторе ИТОМАК-0,1 и винтовом шлюзе ВШ-350 (более 60%). Содержания платины в доизмельченных хвостах контрольной перечистки оказались близкими (0,14 г/т), что позволило рекомендовать использование одного из них в технологической схеме.

Оценка раскрытия включений тонкой платины проведена экспериментами по стадиальному доизмельчению хвостов концентрации с последующим их разделением на концентрационном столе СКЛ-2М. Установлено, что потери платины снижались по мере измельчения до содержания класса -0,074 мм на уровне 31,4%. Дальнейшее измельчение ухудшило разделение, что связано с переизмельчением платиносодержащих минералов и увеличением содержания шламов в пульпе.

Результаты лабораторных исследований подтвердили основные теоретические выводы, сделанные при проведении минералого-технологических исследований платинометальных руд, и позволили предложить технологическую схему проведения полупромышленных испытаний, которая включила в себя: 1) стадиальное дробление исходной руды крупностью -50 мм на щековой дробилке СМД-116 и комбинированной дробилке СМД-115 (малая щековая + валковая) до крупности -10 мм; 2) измельчение дробленой руды в стержневой мельнице; 3) первичная отсадка на отсадочной машине 2ОВД-1; 4) грохочение надрешетных продуктов отсадки и циркуляционных потоков второй стадии измельчения на вибрационном наклонном грохоте ГЖ-1 с плетеной сеткой квадратного сечения 0,48х0,48 мм; 5) двойную классификацию подрешетного продукта грохота на гидроциклонах диаметром 50 мм, обеспечивающих сброс тонких шламов; 6) доизмельчение класса +0,48 мм в шаровой мельнице МШР900х900 мм; 7) обогащение грубозернистых песков первой стадии классификации на винтовом шлюзе ВШ-500 и тонкозернистых песков второй стадии гидроциклонирования на винтовом сепараторе; 8) доводку концентратов винтовых аппаратов, а также подрешетных продуктов отсадки на концентрационных столах СКО-2 и СКО-0,5.

Главным достоинством испытанной технологической схемы стало получение весьма бедных отвальных хвостов и выделение значительной доли платины в богатые шлиховые концентраты, которые могут быть доведены до более высоких содержаний. Почти треть от исходного количества платины в пробе (27,3%) извлечено в продукты (2,9 кг), накопленные в постели отсадочной машины и выделенные из разгрузочного зумпфа стержневой мельницы и содержащие соответственно 864,27г/т и 2539,63г/т Pt. Значительное количество платины (19,7%) выделено при зачистке стержневой мельницы, в которой после испытаний осталось 46,87 кг промпродукта с содержанием 58,3г/т Pt. Более половины выделенной платины (55,7масс.%) оказалось в крупных фракциях +0,5мм, а массовая доля платины в классах крупности -0,1 мм, несмотря на значительное количество мелких и тонких зерен минералов МПГ (49,6%), составила только 3,4 масс.% (рис.8).



Рис.8. Распределение платины по классам крупности в гравитационном концентрате руд при измельчении в одну (0,5 мм) и две стадии (2,0 мм и 0,5 мм)

В целом технологическая схема прямого гравитационного обогащения платиносодержащих дунитов без предварительного выделения хромитового концентрата, с двухстадиальным измельчением и межцикловым выделением крупной фракции платиноидов, позволила из руды со средним содержанием 1,69 г/т Pt извлечь в богатый (1,8% Pt) гравитационный концентрат 87,9% платины. Дополнительно к этому 6,1% платины выделено в бедные гравитационные концентраты (14,1г/т Pt), а общие потери платины при выходе хвостов 99,26% от исходного объема руды составили только 6%.

Разработанная и апробированная в полупромышленных условиях технологическая схема обогащения платинометальных руд Гальмоэнанского массива предложена к внедрению при строительстве обогатительной фабрики, условная производительность которой определена владельцем лицензии на разработку (ЗАО «Корякгеолдобыча») в 5 млн. тонн руды в год (рис.9).



Рис.9. Рекомендуемая качественно-количественная и шламовая схема обогащения платинометальных руд зональных базит-ультрабазитовых комплексов

Расчет основных технико-экономических и финансовых показателей освоения платинометальных руд Гальмоэнанского зонального массива показал, что без затрат на решение проблем, связанных с особыми экологическими условиями Камчатки, полная себестоимость добычи и переработки 1 тонны платинометальной руды составит 694,1 рубля. Полная себестоимость производства 1 грамма платины оценивается в 475,4рубля. Чистая прибыль проекта за 10 лет эксплуатации месторождения составит 29 млрд.рублей.