Формы нахождения и перспективы освоения золота в природных и техногенно-минеральных образованиях Западного Урала

Актуальность темы                         При оценке россыпей золота и платины,

Открытие и добыча россыпного золота в России относятся к началу XIX в. (Копылов и др., 2015). Через 30 лет после этого Россия стала лидером мировой золотодобычи. Экономическая эффективность россыпной золотодобычи в то время была в четыре раза выше, чем добыча рудного золота.

В настоящее время Россия является единственной страной в мире, где в последние годы до 50% золота добывалось из россыпей (в мире – 7%). Каждая из 80% разведанных и разрабатываемых россыпей имеет запасы менее 500 кг. Но именно они обеспечивали «золотой запас» и являлись основным источником золота в России (Беневольский, Иванов, 1999). На 2016 г. государственным балансом учтено около 5,5 тыс. россыпных месторождений. Прирост запасов золота в результате геологоразведочных работ начиная с 1994 г. не компенсирует их погашения при добыче. С сокращением запасов происходит исчерпание ресурсного потенциала, поискового задела. Этот процесс продолжается. В Пермском крае начиная с 2009 г. до 2015 г. при учтенных запасах более 15 т не отрабатывались месторождения золота и платины. Государственным балансом не учтено ни одно месторождение рудного золота.

проводившейся в 40-80-е гг. прошлого столетия (период основной подготовки ресурсного потенциала россыпного золота и платины), технологии изучения не позволяли достоверно оценить минерагенический потенциал всего золота, особенно его мелких и тонких классов. В материалах по минерально-сырьевой базе россыпей золота и платины в Советском Союзе (впоследствии России) не содержится информации о мелком и тонком золоте. По данным последних исследований (Лунев, Наумов, 2000; Неронский, Сафронов, 1988; Савко, Шевырев, 2001 и др.) установлено, что основная доля золота на планете представлена именно мелким и тонким золотом, зернами менее 100-200 мкм.

В России и за рубежом геологические закономерности формирования благородноме-талльной минерализации, в особенности мелкого (0,25-0,1 мм), тонкого (0,1-0,05 мм) и ультратонкого (менее 50 мкм) золота и платины изучены слабо, так как извлекать такие мелкие частицы из природных и техногенных россыпей при проведении геологических работ чрезвычайно сложно (Кузнецова, 2011; Наумов, 2010; Наумов, 2011).

Золотоносные техногенно-минеральные образования (ТМО) сосредоточены на огромных по площади и запасам полигонах

отработки россыпей, добычи и обогащения руд коренных золотых, а также комплексных золотосодержащих месторождений. Это огромный по значимости и слабо изученный минерально-сырьевой ресурс для производства золота в России и мире, который обладает рядом технологических преимуществ, в том числе и как частично возобновляемый ресурс (Беневольский, Иванов, 1999; Ковле-ков, 2002; Макаров, 2010; Техногенное…, 2013).

Актуальность изучения ТМО определяется, по крайней мере, тремя причинами:

• 1.    Непрерывно накапливающиеся продукты отработки в горном производстве являются естественным источником химически активных соединений. Первичные минеральные соединения разрушаются и в виде различных химических соединений поступают в гидро-, лито-, био- и атмосферу. Масштаб и механизмы кругооборота минеральных и химических соединений, формы их минеральных накоплений мало известны.

• 2.    Техногенные среды, в которых протекают разнообразные минералогогеохимические превращения, являются природными лабораториями или обогатительными «фабриками» в недрах (т.н. первый тип). Они представляют промышленный интерес для непосредственного изучения многих процессов экзогенного и гипергенного минерало-, породо- и рудообразования.

• 3.    Преобразование и перегруппировка вещества ТМО нередко приводят к образованию так называемых геотехногенных месторождений. Поскольку процесс этот зависит от человека, то фабрики в недрах могут служить новым источником известных типов руд.

Поведение золота в техногенных условиях изучают ученые России и других стран мира (Ковлеков, 2002; Макаров, 2001; Наумов, 1994; 2011; Мирзеханова и др., 2014; Наумов, Генералов, 1998; Петровская, 1973; Bowell et al., 1993; Freise, 1931). Наиболее интересными из них являются процессы вещественного изменения состава: нарастание (Miller et аl., 1998; Наумов, 2011), в том числе в присутствии ртути (Наумов, Наумова, 2014; Naumov, Osovetsky, 2013), биогенное преобразование поверхности частиц (Куимова, 2004; Яхонтова, Зверева, 2000; Mossman et аl., 1999; Nakajima, 2003; Southam, Beveridge, 1994); механическое разрушение хрупких частиц золота в условиях техногеогенеза (Наумов, 2010; Наумов, Генералов, 1998).

Результаты исследований

Техногенные месторождения золота в последние годы признаны огромным и слабо изученным минерально-сырьевым ресурсом для производства золота в России и мире. Они сосредоточены на огромных по площади и запасам полигонах отработки россыпей, добычи и обогащения руд коренных золотых, а также комплексных золотосодержащих месторождений. Не всегда ясны процессы преобразования вещества в пределах отработанных площадей. Поэтому изучение золотоносных комплексов техногенных объектов необходимо для наращивания минерально-сырьевой базы золота. По мнению аналитиков МПР России, увеличению добычи золота из техногенных образований мешают, прежде всего, отсутствие учета (кадастра) техногенных месторождений и неэффективность применяемых технологий изучения и разработки месторождений.

Помимо мелкого и тонкого золота в отвалах россыпей установлены значительная часть крупного золота в сростках, минеральные пленки на золоте и пленки золота на разных минеральных частицах, образующиеся в техногенных условиях. Кроме того, в отвалах протекают процессы укрупнения и диспергации золота, изменяющие его технологические характеристики. Неоднократно отмечено влияние железоокисляющих бактерий на процессы разложения, переноса и аккумуляции осадков и золота на сульфидсодержащих объектах Урала (Наумов и др., 2013). Ряд закономерностей изменения состава отложений и золотоносных фаз установлен на золоторудных объектах Урала, Узбекистана, Канады (Наумов и др., 2011; Наумов, Наумова, 2013; Lalomov et al., 2017; Nakajima, 2003; Naumov, Osovetsky, 2013; Naumova et al., 2013). Доказано, что они имеют черты сходства с изменениями золота в техногенных россыпях. Поведение золота в техногенных условиях изучают ученые России и других стран мира. На Верхнем Приамурье описаны процессы физикохимического укрупнения (агрегирования)

золота в лежалых эфелях драг. Укрупнение золота до 3,0-0,5 мм доказано путем «слипания» мельчайших частиц золота, чешуек, иголок под влиянием ртути (Банщикова, Литвинцев, 2010). Биологическое воздействие на геологические процессы преобразования золотоносных фаз отражено в работе Н.А. Куимовой (2004). Разными авторами показаны находки самородного золота (в том числе в аллювии) с фоссилиями микроорганизмами (Амосов, Васин, 1995; Наумов и др., 2003). Биохимическая дифференциация и интеграция золота свойственны металлу при взаимодействии с бактериями, грибами и другими микроорганизмами. Роль микробиоты в формировании золотоносности достаточно высока (Яхонтова, Зверева, 2000).

В практике повторной отработки техногенных россыпей отмечают значительную долю относительно крупного золота, которое теоретически должны были бы извлечь при существующих технологиях отработки. Недоизвлечение золота объясняют исключительно устаревшими технологиями и некачественной работой обогатительного оборудования. При этом следует учитывать, что в техногенных условиях происходит активизация процесса мобилизации и укрупнения золота (техногеогенез). Именно его роль в условиях развития определенных минераге-нических условий (криогенез, наличие связанного золота в сульфидах, высвобождающегося при их разложении) является определяющей, по нашему мнению, для восстановления золота до гравитационно извлекаемых размеров. Этот процесс также связан с другим, противоположным процессом – диспер-гацией и распадом золотоносных фаз на мельчайшие частицы. Об этом свидетельствуют весовые накопления «золотой пыли» (частиц менее 5 мкм). На выяснение особенностей протекания этих процессов направлены настоящие исследования. Судя по фактам и масштабам отработки техногенных россыпей в Якутии и Магаданской области этот эффект (укрупнения золота в техногенных условиях) недооценен и не учитывается.

Процесс техногенеза или формирование техногенно-минеральных образований (ТМО) при отработке россыпей и рудных месторождений представляет собой запуск фабрик в недрах (первый тип), где в техногенных образованиях протекают природные процессы перераспределения вещества. Породы и минералы, извлеченные из недр, меняют свой состав, приспосабливаясь к новым для них условиям среды. В результате такого «приспособления» происходит высвобождение, растворение, перенос, регенерация и восстановление (укрупнение) золотоносных фаз.

Так природа «подсказывает» пути изменения и преобразования золотоносных фаз в техногенных условиях. Необходимо изучить, разобраться и начать управлять процессами преобразования золота в рамках предлагаемых Природой условий, перейти от неосознанных действий к осознанному управлению геологическими процессами в техногенных условиях, реализовать принцип «смотри, что делает природа, попробуй, повтори» .

Для теоретического обоснования и практической реализации этих принципов введено понятие « техногенный рудогенез », объем которого составляет геологический процесс создания природой или человеком новых рудных объектов из техногенных осадков в результате процессов техногенеза и техногеогенеза (Наумов, 2010). В природнотехногенных условиях установлены примеры созданных природой золотых техногенных руд. 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 (Naumov et al., 2013).

На отдельных приисках Урала, Канады, Сибири, Узбекистана оценены некоторые параметры распределения и формы нахождения золота и платиноидов, в том числе мелких и тонких фракций, в техногенных россыпях. На объектах Урала установлено, что в техногенных россыпях происходит укрупнение (агрегация) или уменьшение крупности (диспергация) частиц золота. Определены золотосодержащие интерме-таллиды со следами воздействия ртутистых фаз, а также замещение металлов и укрупнение зерен. Предварительно оценены различные типы техногенных отвалов, отличающиеся условиями формирования и распределения полезных компонентов в теле отвалов, обоснована необходимость их изучения с целью повторного извлечения зерен полезных компонентов. Апробированы технологические приемы доизвлечения мелкого золота при разработке россыпного месторождения золота в Нижне-Туринском районе Свердловской области (Наумов, Наумова, 2013; 2014).

На Исовском золотоплатиновом прииске (Средний Урал) изучены образцы из многолетних отвалов (Хазов и др., 2015; Naumova et al., 2013). За время своего существования сыпучие и рыхлые отходы Исовских россыпей подверглись существенной перегруппировке и вторичной литификации со значительным модифицированием первичных и образованием множества новых рудных минералов. Согласно полученным новым данным, участки вторичной литификации представляют собой своеобразные конглобрек-чии, в которых зерна обломочных минералов и их сростков в разной степени измененных, а также частицы новообразованных минералов цементируются вторичным микрокристаллическим оксигидроксидно-железистым материалом.

В результате проведенных рентгеноструктурных, электронно-микроскопических и рентгеноспектральных микрозондовых исследований в составе исовских геотехноген-ных конглобрекчий выявлена широкая ассоциация самороднометалльных, интерметал-лидных, халькогенных и оксидных минералов, многие из которых являются результатом вторичного аутигенного минералообразования, непрерывно осуществлявшегося в течение десятков лет в ходе экзогенногипергенной перегруппировки отвального вещества. Обнаруженные минералы такого рода представлены отдельными зернами, микрокорками нарастания и обрастания, вторичной каймой на зернах и их агрегатах. Среди самороднометаллических фаз установлены растворы никеля и хрома в железе, иридий-осмиевые смеси с примесью платины и железа; железоплатиновые растворы с содержанием тугоплавких платиноидов до 10 ат. % и незначительной примесью палладия. В целом выявленная ассоциация плати-ноидных минералов мало похожа на таковую в уральских платиноносных габбро-ультрабазитовых массивах, послужившую первоисточником для платиноносных россыпей. Кроме платиноидов в исследуемых конглобрекчиях присутствуют частицы хорошо окристаллизованных золотосеребряных смесей (до электрума) с примесью ртути от 5 (ртутьсодержащее золото) до 20 (амальгамы состава Au5Hg) ат.%; ртутьсодержащее медистое золото, близкое по составу к тетра-аурикуприду (до амальгам AuCu), золотосвинцовых фаз, включая анюйит и хун-чунит.

Помимо перечисленных выше фаз в исследованных отвалах выявлены гидроксил-серно-хлоридные соединения, сульфаты и оксиды. Все эти минералы развиваются на зернах первично-россыпных и, вероятно, некоторых вторичных минералов в виде микрокорок нарастания, реакционной каймы и внутренних выделений, что указывает на протекание окислительных реакций. Подобные фазы ранее выявлены нами также в качестве аутигенных в некоторых захороненных под почвенным покровом аллювиальных золотоплатиновых россыпях. Выявленные нами модифицированные и аутигенные фазы (Хазов и др., 2015) были сгруппированы в несколько минеральных систем (рисунок).

Результаты исследований приводят к следующему заключению. В среде многолетних отвальных песков практически непрерывно происходят существенные минералогогеохимические преобразования, важнейшими следствиями которых являются гравитационная и физико-химическая перегруппировки вещества с укрупнением частиц и вторичной цементацией. При этом значительно возрастает химическая активность геотехно-генных материалов из-за образования в них аутигенных фаз ажурно-губчатого строения и зачастую смешанного, неравновесного состава. Важную роль в формировании новых свойств ТМО играют тонкодисперсные фракции необычных минералов с размером индивидов 20-50 мкм, образовавшихся, в частности, в ходе разложения амальгам. В итоге всех преобразований в отвальной толще возникает потенциально перспективная вторичная минерализация, которую можно рассматривать как признак формирующегося геотехногенного рудного месторождения.

Классификация минеральных систем: А – Fe-Cr-Ni; Б – Ir-Os-(Pt+Fe), пунктирная линия разделяет области составов исследованных фаз и платиноcодержащих иридий-осмиевых минералов; В – Pt-Fe-(Ir+Os), пунктирной линией отмечен предел обогащения тугоплавкими платиноидами железоплатиновых минералов; Г – оксидные включения в изоферроплатине; Д – Au-Ag-Hg; Е – Au-Cu-Hg. Черные точки – состав исследованных фаз, белые точки – состав минералов и стехиометричных соединений, жирные стрелки - векторы эпигенетической амальгамации

Потенциальные возможности использования результатов исследования

На основе изученных закономерностей разработаны рекомендации, реализованные на практике, касающиеся 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. Фактическое извлечение золота при существующих условиях увеличивается на 5-20%.

Удачным результатом изучения форм нахождения и преобразования золота в техногенно-промышленных условиях была разработка модульных технологий, примененных 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 и куче выщелачивания месторождения Мурунтау (Узбекистан) позволил подготовить рекомендации для повышения степени извлечения золота в масштабах предприятий (Наумов и др., 2011).

Использование закономерностей поведения золота в связи с техногенными процессами позволяет проводить работы с золотом без его извлечения из недр. Перспективно использование золотоносных техногенных образований для создания химических заводов в недрах (второй тип). Обоснована возможность использования промежуточных продуктов обогащения (золотосодержащих растворов, возникающих в процессе промышленного выщелачивания) для решения задач химического производства.

Исследование условий и механизмов формирования ТМО, процессов изменения внутреннего строения и поверхностных свойств частиц золота, объяснение природы биогеохимических изменений структуры и состава благородных металлов обеспечат прорывы в области геологии природных и техногенных россыпей. Для этого нужны детальные комплексные геолого-химические и наноминералогические исследования.

Практическим итогом научных исследований будут разработки для создания новых геотехнологических методов формирования и последующего освоения ТМО, в том числе золотоносных растворов и сорбированного на глинистых частицах благородного металла.

Теоретические и практические работы по изучению форм нахождения золота в природных и техногенных образованиях способствуют вовлечению золотоносного потенциала Пермского края в промышленную отработку. Это важный шаг в развитии региона, обеспечивающий создание новых производств и рабочих мест.