Российская золотодобыча. Особо опасные разработки

Золотодобывающая отрасль Республики Саха (Якутии) – одна из основных для социально-экономического развития региона. В 2019 году ей исполнилось 95 лет.

Недра Якутии уникальны по разнообразию, количеству и качеству полезных ископаемых. По данным «Якутнедра», здесь выявлено 1823 месторождений 58 видов минерального сырья [1]. Наиболее важные – месторождения алмазов (82% запасов России), сурьмы (82%), урана (61%). Также на долю республики приходится 47% разведанных запасов угля, 35% природного газа и нефти Восточной Сибири и Дальнего Востока. При этом более 16 тысяч потенциальных месторождений остаются слабоизученными.

История добычи золота в Якутии берет свое начало в 1924 году, когда золотые крупинки были обнаружены в песке небольшого ручья Незаметный – притока р. Алдан. Затем добыча золота производилась многочисленными предприятиями и артелями государственного треста «Якутзолото». Через несколько лет на ручье возник город Алдан, ставший центром золотой промышленности Якутии.

В недрах Якутии золото залегает в россыпных и рудных месторождениях. Кроме того, оно является попутным компонентом урановых месторождений. За последнее время произошел резкий, на 35% (примерно на 19–25 т.), рост объемов добычи драгоценного металла. На сегодняшний день Якутия занимает в РФ 2–3 места по запасам золота, при этом ее прогнозный потенциал по рудному золоту в осваиваемых геолого-промышленных типах месторождений вдвое превышает разведанные запасы и может быть существенно расширен за счет новых типов месторождений [1].

Одному из таких объектов – золоторудному месторождению «Таборное» и посвящена настоящая публикация.

Ведущий геолого-промышленный тип месторождений золота в Якутии – по-прежнему разнообразные россыпи аллювиального типа, отрабатываемые преимущественно открытым, подземным и дражным, реже гидравлическим способами.

В последние годы в связи с резким ростом мировых цен на золото, рентабельность его добычи из россыпей также значительно выросла, что позволило многочисленным старательским артелям эффективно использовать значительный объем разведанных запасов. В качестве резерва для развития добычи золота в Республика Саха (Якутии) рассматриваются рудные место­рождения, составляющие около 70% от общего объема разведанных запасов, но обеспечивающие в настоящее время меньше половины ежегодной добычи.

К числу территорий-лидеров в РС(Я) с 2010 года относится Олекминский район, который увеличил добычу золота за пять лет более чем на 40% [1]. Крупнейшим недропользователем в районе является ООО «Нерюнгри-Металлик» (входит в «Nordgold»), которое осуществляет добычу золота на месторождении Таборное.

Nordgold – международная золотодобывающая компания, основанная в 2007 году, а в 2017 году добывшая 968 тыс. унций золота. Компания владеет десятью действующими рудниками (пятью в России, тремя в Буркина-Фасо, по одному в Гвинее и Казахстане). Nordgold также располагает несколькими перспективными проектами на стадии технико-экономического обоснования и с локализованными ресурсами, а также широким портфелем геологоразведочных проектов и лицензий в Буркина-Фасо, России, Французской Гвиане и Канаде. Численность персонала Nordgold составляет более 8 000 человек.

История и технология разработки месторождения

Месторождение Таборное было открыто в 1976 г., затем оно разведывалось, причем наиболее активно с 1995 г. ГГП «Южякутгеология», а в дальнейшем АК «Золото Нерюнгри» [1]. В 90-е годы была проведена предварительная оценка объекта, после чего он был переведен в разряд месторождений с общими запасами в 27 тонн золота. В 2006 г. лицензию на разработку месторождения получило ООО «Нерюнгри-Металлик» и в том же году приступило к его промышленному освоению.  Месторождение в то время отрабатывалось открытым способом без проведения буровзрывных работ, переработка руд осуществлялась методом кучного выщелачивания. Запасы месторождения Таборное по категориям С1+С2 при бортовом содержании 0,7 г/т составляют 27 т золота. Среднее содержание в руде колеблется от 1,0 до 1,3 г/т, а извлечение золота – от 63% до 73%. Оставшиеся запасы и прогнозные ресурсы – около 10 т.

С 2002 года начата опытно-промышленная отработка, которая в то время осуществлялась в маленьком карьере, механическим способом «на рыхление» горной массы, еще без применения буровзрывных работ. В настоящее время масштабы отработки гораздо значительнее – на руднике добывается и перерабатывается до 3,5 млн тонн золотосодержащей руды (рис.1) и выпускается до 2–2,5 тонн аффинированного золота в год. А всего за период с 2002 по 2019 год здесь уже произвели более 30 тонн золота.

При освоении месторождения созданы и запущены опытно-промышленные установки по кучному выщелачиванию (КВ) (рис.2–4). Ранее проведёнными разведочными работами определена рентабельность разработки месторождения «Таборное» и оно рекомендовано для проведения дальнейших разведочных работ. В процессе их проведения отрабатываются основные параметры технологии этого способа добычи.

Ранее проведенными работами выявлено два рудных тела [17]:

• Первое имеет в плане линзовидно-пластообразную форму, субширотное простирание, меняющееся к востоку на северо-восточное, протяжённость его свыше 1200 м, а максимальная видимая мощность – 100–110 м;
• Второе расположено в юго-восточной части месторождения и представляет собой линзу северо-восточного простирания, лежащую с уклоном на юго-восток под углом 35–40°.

Выбор способа переработки руды обусловлен разработанным институтом «Иргиредмет» в 1998 году технологическим регламентом переработки руды месторождения «Таборное» методом КВ. Площадка КВ расположена в долине руч. Темный, ее абсолютные отметки составляют 1075–1090 м (рис.3).

Подготовка руд и пород к выемке производится с помощью буровзрывных работ. Бурение взрывных скважин производится станками AtlasCopco DM-45HP. В карьере на выкучивании горной массы работают бульдозеры марки Komatsu D-375А, Komatsu D-475А, Cat D-10. Погрузка горной массы осуществляется погрузчиком Komatsu WA-600 и экскаваторами Komatsu PC-3000, PC-1250, PC-750. Автосамосвалами БелАЗ-7540, БелАЗ-7555, Komatsu HD-785 руда вывозится на дробильно-сортировочный комплекс, вскрыша – на внешние отвалы и отсыпку дорог [17].

Добытую руду в карьере помещают на дробильно-сортировочный комплекс, где она измельчается и отправляется для укладки в штабель. Для получения золота необходимо пройти через процесс кучного выщелачивания, когда руда измельчается до технологически оптимальной фракции, выкладывается в виде кучи на геомембрану, которая служит как дренажная система от потери раствора и для защиты окружающей среды.

Технологический процесс переработки руды включает в себя дробление, укладку в рудный штабель, орошение выщелачивающими растворами, осаждение золота и серебра на активированный уголь. Затем золото и серебро с помощью десорбирующего раствора (процесс десорбции) снимают с угля и осаждают на катоды электролизера. В плавильном отделении из золотосодержащего катодного осадка и получают финальный продукт – слитки золота лигатурного – «сплав Дорэ» [17].

Для подготовки основания рудного штабеля убран растительный слой, выровнена площадка с уклоном около 3°. На нее послойно с укаткой укладывается слой глины толщиной 0,5 м. Далее на глиняный слой склеиванием или сваркой укладывается полиэтиленовая пленка толщиной 0,8 мм. Поверх нее отсыпается защитный слой из песчаного материала толщиной 30 см. На защитный слой укладываются дренажные трубы, укрывающиеся гравийным слоем толщиной 15–20 см. В случае использования гидроизоляционного основания в качестве площадки многоразового использования дренажный гравийный слой отсыпается толщиной 50 см, а поверх него укладывается руда.

Оросительная система монтируется после отсыпки рудного штабеля. По ней осуществляется распределение технологических цианистых растворов по поверхности и откосам кучи. Процесс кучного выщелачивания цианистыми растворами протекает в течение не менее 80 суток. В течение определенного по технологии времени и содержания куча орошается раствором цианида натрия с целью растворения золота в жидкую фазу. После этого раствор поступает в специальные сорбционные колонны, в которых золото осаждается, а регенерированный раствор вновь отправляется на кучу.

Сорбцию золота из продуктивных растворов КВ проводят в четырех колоннах. Хвостами кучного выщелачивания являются отработанный рудный штабель и обеззолоченные технологические растворы, содержащие токсичные вещества [17]. Обезвреживание, как рудного штабеля, так и обеззолоченных растворов, производится методом хлорирования, что позволяет полностью окислить токсичные цианиды и тиоцианаты, а также вывести из жидкой фазы металлы цианидных комплексов (медь, цинк) в виде гидрооксидных соединений.

Использование новых технологий

При отработке месторождения все шире используются новые высокоэффективные горнодобывающие технологии [5,8,11,12,15].

Основоположником цианистого процесса извлечения благородных металлов считают русского химика П.Р. Багратиона, который впервые его изучил и опубликовал в 1843 г. [15]. Последующее осаждение золота и серебра из растворов восстановлением цианистых комплексов цинком было запатентовано в 1888 г. Мак-Артуром и братьями Форрест (США). Гидрометаллургическое производство, основанное на этих переделах, возникло на рубеже XIX и XX столетий, а теперь оно дает преобладающую долю всего золота. Это обусловлено истощением россыпных месторождений крупного золота, преимущественным получением его из руд и недостатками амальгамации.

Первое коммерческое применение этого процесса было осуществлено в конце 60-х годов компанией «Карлин Голд Майнинг» в северной Неваде. В настоящее время примерно половина мировой добычи золота приходится именно на технологию кучного выщелачивания. Как высокорентабельный и экологически безопасный процесс, оно прочно вошло в практику золотодобычи США, Канады, Австралии, ЮАР, КНР, Мексики, Чили, Португалии и многих других стран. Внедрение этой технологии идет очень быстро и весьма эффективно.

География использования кучного выщелачивания благородных металлов из различного минерального сырья (от сравнительно богатых руд с содержанием золота свыше 3 г/т до лежалых хвостов обогащения и отходов химических производств) простирается от Канады с относительно суровой зимой до Центральной Америки с очень жарким климатом и высоким уровнем выпадения атмосферных осадков. Сроки окупаемости инвестиций в создание промышленных мощностей по добыче золота методом кучного выщелачивания чрезвычайно коротки, для многих горнорудных компаний, использующих кучное выщелачивание, срок окупаемости не превышает одного года. В настоящее время для крупнотоннажных бедных месторождений содержание извлекаемого кучным выщелачиванием золота в рудах может быть 0,65–0,82 г/т, а при больших объемах производства (в несколько млн тонн) – 0,35–0,65 г/т [15].

Процесс переработки руды КВ включает следующие технологические операции: рудоподготовку, которая в зависимости от содержания золота, фильтрационных свойств, гранулометрического и минералогического состава сырья может включать дробление, грохочение, шихтовку глинистых руд со скальными, окомкование мелких и тонкодисперсных фракций; выбор и подготовку площадки под кучное выщелачивание (снятие плодородного слоя и планировка площадки); подготовку гидроизоляционного основания (отсыпка глины, ее уплотнение, укладка полиэтиленовой пленки, отсыпка дренажного слоя, укладка коллекторов сбора продуктивных растворов); укладку руды в штабель (кучу); орошение рудного штабеля цианидными растворами; собственно выщелачивание золота; дренаж растворов через кучу; накопление золотосодержащих растворов в емкости и их отстаивание; извлечение золота из растворов; плавку осадков (цинковых, катодных); обезвреживание отработанных рудных штабелей (хвостов выщелачивания); рекультивацию отвалов и нарушенных земель.

Многолетняя практика зарубежных предприятий KB подтверждает их высокую технико-экономическую эффективность. По сравнению с традиционными фабричными технологиями KB характеризуется низкими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами, меньшим энерго- и водопотреблением, высокой производительностью труда.

Наиболее простым и менее затратным с экономической точки зрения является метод формирования отвала с использованием автосамосвалов и фронтальных погрузчиков, когда нижний слой отсыпается с помощью автосамосвалов с последующим наращиванием штабеля погрузчиком [4].

Минимальное уплотнение руды, обусловленное лишь собственным весом, обеспечивают методы с использованием отвалообразователей или экскаваторов-драглайнов. Эти методы применимы для всех категорий минерального сырья. Бульдозерный способ формирования отвала, когда руда завозится на площадку автосамосвалами, а штабель формируется бульдозером, применим для прочной руды. Для окомкованной руды применим метод с использованием конвейеров и стакеров.

Описанный выше метод КВ относится к категории добывающих, однако при освоении «Таборного» новые технологии используются на гораздо более ранних стадиях разведки. Так, исследования ученых Томского государственного университета (ТГУ) с применением новых методов позволили определить границы крупного проявления золота, обнаруженного в 2017 году на границе месторождений «Таборное» и «Гросс» в Якутии, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза [16]. Кстати, золотодобывающие компании в Якутии по итогам 2018 года увеличили объем добычи на 1,2 тонны по сравнению с показателями 2017 года именно благодаря введению в эксплуатацию золотодобычи на упомянутых месторождениях. В 2017 году, по данным ТГУ, на фланге этих объектов обнаружили новое крупное проявление золота, но его границы еще не ясны, а запасы – не посчитаны.

Работает данный метод разведки достаточно просто. Объектом изучения геологов ТГУ являются зоны «несогласия» – места, где резко меняется состав горных пород. Здесь многие миллионы лет назад при формировании крупных изверженных провинций (КИП) с толщами пород, образовавшимися благодаря извержениям вулканов и других магматических процессов, происходил интенсивный нагрев земной коры и циркуляция химических растворов, содержащих золото. Они поднимались к поверхности Земли и накапливались на границах гранитов и песчаников, где формировались мощные залежи золота.

Также ученые установили связь между возрастом КИП и формированием месторождения. Так, залежи алмазов появились там, где КИП насчитывает около 300 млн лет. Подобную закономерность применительно к месторождениям золота изучают ученые ТГУ, а Алданский щит для них является экспериментальной площадкой. По мнению декана геолого-географического факультета ТГУ Платона Тишина, здесь собирается информация, позволяющая в дальнейшем значительно сократить сроки и территорию поиска новых золотоносных месторождений.

По итогам исследований ученые ТГУ смогут точно определить границы и возможные запасы золота на западе Алданского щита, а в дальнейшем уточнять потенциал сибирских месторождений и находить новые районы, перспективные для добычи ценных минералов, цветных и благородных металлов.

Еще одним примером использования современных технологий на объекте является запуск автоматической системы диспетчеризации «Wencо» [11], представляющий собой комплексную систему мониторинга, состоящую из специального оборудования, в т.ч. компьютеров, на мониторах которых будет виден весь план участка, карьера. Каждый экскаватор, автосамосвал, буровой станок, погрузчик будет оснащен бортовыми комплексами получения, сбора и передачи информации. Именно автоматизированная система диспетчеризации «Wenco» станет ключевым поставщиком оперативной и статистической информации о ведении горных работ и позволит контролировать производственные процессы.

Согласно расчетам, внедрение системы «Wenco» позволит увеличить время использования оборудования на 5%, сократить расход топлива на 1%.

Криоэкологические проблемы последствий воздействия на природные среды при отработке месторождения

В настоящее время исследования по уменьшению негативного воздействия промышленного производства на окружающую среду приобретают всё большее значение [ 1,3,12]. В большинстве случаев загрязнение био- и геосфер происходят за счет химических веществ, содержащихся в отходах предприятий различных отраслей промышленности. В горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслях промышленности, в частности, при обогащении минерального сырья, охрана окружающей среды представляет собой комплексную систему мероприятий для предотвращения или уменьшения прямого и косвенного воздействия производства на природную среду.

Причем техногенное воздействие кучного выщелачивания на объекты окружающей среды проявляется не только в период строительства и эксплуатации предприятий. Учитывая специфику данного метода, при игнорировании реабилитации нарушенной и загрязненной территории негативные факторы техногенного воздействия могут на длительное время после завершения процесса извлечения золота ухудшить состояние окружающей среды в районе предприятия.

Опыт эксплуатации предприятий КВ свидетельствует, что их экологическая безопасность достигается лишь при реализации природоохранных и компенсирующих мероприятий, базирующихся на исследованиях о поведении различных форм цианидов в объектах окружающей среды и разложении этих токсикантов различными средствами [4]. Целесообразность подобных мероприятий для конкретной установки КВ определяется условиями оптимизации параметров техногенных ландшафтных комплексов и их гармоничного сочетания с природными геосистемами. Из значительного числа критериев, регулирующих нормальные экологические взаимоотношения промышленного объекта и природной среды, основным является разработка и внедрение новых схем и способов реабилитации территорий.

Итак, потенциально, технология KB является экологически опасной, так как она основана на растворении содержащегося в руде золота раствором цианида натрия – высокотоксичного вещества [5]. Процесс растворения идет непосредственно в штабелях руды, отсыпанных на дневной поверхности и орошаемых цианистым раствором. В среднем одно предприятие KB расходует в год более 100 тонн твердого цианида натрия. Полностью исключить его попадание в окружающую среду не представляется возможным. Причем при достаточно широком применении технологии KB во всем мире, технология универсальной эффективной защиты окружающей среды для всех природно-климатических условий пока не разработана. Особенно характерна эта ситуация в районах с влажным климатом.

Основной опыт реализации технологии KB в мире накоплен для районов с жарким, часто аридным климатом (Мексика, Бразилия, Аризона, Австралия, Гана), хотя имеются и отдельные примеры успешного с технологической точки зрения применения KB в районах с умеренным и даже холодным климатом. Именно к таким территориям и относится район месторождения «Таборное».

К числу особенностей природоохранной стратегии следует отнести следующие основные [11]:

1. Особенности технологии KB золота не позволяют сократить количество формирующихся токсичных отходов по отношению к количеству перерабатываемой руды;

2. Отчуждение земель при использовании KB золота уменьшается на 30–40% по сравнению с традиционной схемой «добыча – обогащение руды на фабрике;

3. Воздействие технологии KB золота на окружающую среду выражается в загрязнении атмосферного воздуха цианистым водородом и определяется такими технологическими параметрами, как рН и температура выщелачивающих растворов, высота и площадь выщелачиваемого рудного штабеля.

При любых природных условиях, экологически безопасное применение технологии KB золота возможно при следующих обязательных условиях [9]:

1. Проведение постоянного контроля и определение составляющих материального баланса цианидов для выявления основных источников загрязнения окружающей среды: а) потеря цианидов за счет выделения HCN в атмосферный воздух; б) потеря цианидов за счет инфильтрации через основание;

2. При накоплении дополнительного объема влаги в системе KB вследствие превышения количества осадков над испарением, применение технология KB золота должно осуществляться при условии увеличения объема растворосборников не менее чем на 20% по отношению к объему цианистых растворов, единовременно находящихся в системе KB, либо сброса части обеззолоченных растворов в гидросферу;

3. В связи с преобладанием летних температур выше 5 °С для предотвращения образования и накопления отходов первого класса токсичности и неконтролируемого поступления цианидов в окружающую среду, детоксификацию отработанных рудных штабелей следует осуществлять немедленно после завершения процесса выщелачивания;

4. Детоксификация отработанных растворов должна предусматривать их очистку как от цианидов, так и от ионов тяжелых металлов;

5. Анализ влияния предприятия KB золота на окружающую среду, выполненный по комплексному показателю экологической безопасности, позволяет выявить наиболее незащищенные объекты окружающей среды и определить значения технологических параметров процесса выщелачивания, при которых степень воздействия на окружающую среду минимальна;

6. Анализ фактически осуществляемой природоохранной деятельности предприятием должен включать оценку степени выполнения и эффективности природоохранных мероприятий по охране атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, в сфере обращения с отходами.

Сопоставление результатов работ действующих предприятий на месторождениях «Майское» и «Чазы-Голд» (Хакассия), взятых в качестве аналогов, с «Таборным» позволяет сделать вывод о том, что степень воздействия на последнем в настоящее время может быть оценена как умеренная с последующим ростом [17]. В частности, воздействие на атмосферный воздух ограничено расстоянием 500 метров от границ промышленных площадок. Это положение обусловлено следующими причинами [9]:

• все источники выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации производства являются низкими (приземными);
• все площадки между собой разделены лесным массивом, а по данным Новосибирского института охраны атмосферного воздуха, лесозащитная полоса шириной 100 метров снижает концентрации в приземном слое до 70% пыли и до 50% вредных газообразных веществ.

Используемая технология ограничивает возможность аварийных выбросов в атмосферу. Залповыми выбросами являются в основном взрывные работы.

Отработка месторождения связана с комплексным воздействием на все природные среды. В первую очередь страдают поверхностные геосистемы и особенно наглядно это происходит при создании и эксплуатации карьера (рис.5,6). Основные выбросы в атмосферу связаны со следующим горнотранспортным, технологическим оборудованием и установками: карьер; склад исходной руды; площадка дробильно-сортировочного комплекса; площадка кучного выщелачивания; ремонтно-профилактическая площадка; вахтовый поселок при печном отоплении.

Дополнительно в районе в атмосферу при эксплуатации участка раздельной россыпной золотодобычи выбрасываются вредные вещества. Состав ингредиентов выбросов такой же, как при эксплуатации карьера.

В то же время, необходимо учитывать возможность аварийных ситуаций, при которых степень негативных последствий наверняка возрастет и может достигнуть высокого уровня, нарушающего устойчивость геосистем района [17].

В целом, категория «Таборного» по степени последствий разработки – умеренно опасный, при возникновении аварийных ситуаций – опасный, а при сочетании неблагоприятных условий – особо опасный.