Революция в геологии золота

Михаил Михайлович Константинов

При слове «революция» мы поеживаемся — уж слишком неоднозначными бывают иногда результаты. Между тем революции происходят непрерывно: и в науке, и в технологиях, и в духовном мире.

С легкой руки академика А. Е. Ферсмана средние содержания элементов в горных породах названы «кларками» по имени американского геолога, который впервые их подсчитал1. Так вот, кларк золота равен примерно 5·10^–7%. Это очень малая величина. Промышленные геологи определяют содержание золота в руде в граммах на тонну, что соответствует 10^–4% (т.е. в 1000 раз больше кларка), или, реже, в унциях (одна унция — 28.35 г). В обозримом историческом периоде, составляющем около шести тысячелетий, добыча золота велась из рудных жил (коренных месторождений) или из продуктов их выветривания и эрозии, при которых происходило накопление золота в речном аллювии (россыпей). Золотые лихорадки конца XIX — начала XX в., хорошо известные по книгам Джека Лондона, смели основные мировые источники россыпного золота. Дальше речь пойдет только о коренных месторождениях. Золото в них присутствует в виде мелких зерен, размером от тысячных до десятых долей миллиметра. Достаточно редко встречаются крупные красивые кристаллы, впоследствии украшающие многие музеи мира. Содержания металла в рудах составляют десятки, сотни грамм и даже (в рудных столбах и гнездах) килограммы на тонну, что соответственно в десятки и сотни тысяч раз превышает его обычные содержания в породах. Такие жилы можно очень эффективно отрабатывать, отсюда и пошло хорошо известное выражение: «Найти золотую жилу».

Чтобы объяснить, как могло так много золота появиться в одном месте, геологи создали столь же красивую, сколь трудно доказуемую гипотезу, по которой на больших глубинах (в десятки километров) образуются горячие, насыщенные газами водные растворы, обладающие способностью растворять большое количество золота. Выжимаясь под большим литостатическим давлением в трещины, такие растворы охлаждаются и на глубинах от сотен метров до нескольких километров кристаллизуются, выделяя полезный компонент.

Дальше пришло то, что называется естественно–историческим подходом: образование месторождений золота было связано с общим развитием и цикличностью геологических процессов, и в этом первейшая заслуга нашего замечательного русского геолога Юрия Александровича Билибина. Для советских геологов–рудников построения Билибина были равнозначны теории эволюции Дарвина. Оказалось, что между исходными концентрациями металла в горных породах и тысячекратно превышающими их содержаниями в рудах месторождений существует целый ряд переходных ступеней, связанных с эволюцией конкретного участка земной коры.

Отдельные интрузии, представляющие раскристаллизованную магму, вулканические покровы или небольшие вулканические тела, образовавшиеся вблизи поверхности, горизонты осадочных пород могут содержать золото в концентрациях в 10 раз выше фоновых (т. е. 10^–6%). Наиболее любознательные исследователи, заинтересовавшись, чем же обусловлен этот результат, установили, что ряд минералов, главным образом обогащенных железом — биотит, амфибол, магнетит, сульфиды, — содержат золота еще на порядок выше (10^–5%), что и определяет общий повышенный фон. Отдельные участки горных пород — приконтактовые части интрузий, вулканические жерла, обогащенные органическим веществом, а иногда кремнеземом или туфовым материалом, слои осадочных пород — также концентрируют золото на два порядка выше кларка.

В то время, пока происходили эти важные геологические исследования, золотодобывающая промышленность и экономика делали свое «черное дело» — многие месторождения золота, особенно в США, Канаде и Австралии, уже в довоенное время были полностью отработаны, шахтные стволы таких крупных рудников, как Колар в Индии, Витватерсранд в Южной Африке, Хоумстейк в Северной Америке, опустились под землю на 2.5 — 3 км. Южно–Африканские геологи подсчитали, что четырехкилометровая глубина, даже при самой совершенной горнодобывающей технике, — предельно рентабельна, глубже — пойдут одни убытки. Новые богатые месторождения открывались все реже.

В начале 80–х годов разразился валютный кризис: цена на золото, ранее составляющая около 30 — 40 долл. за унцию, подскочила сразу в 20 (!) раз — до 800 долл. Эта максимальная цена, зафиксированная в 1980 г., потом также быстро стала падать и за два–три года опустилась до 350 — 450 долл. На этом уровне, многократно превышавшем предыдущий, она стабилизировалась.

Вот этот чисто экономический факт — десятикратный рост цены на золото — мы и называем «революцией», поскольку он имел колоссальные последствия для геологии.

Прежде всего он изменил технологическое мышление. Если раньше инженеры стремились к максимальному извлечению металла из руд, доводя его до 93 — 96%, то при отработке больших объемов рудной массы с низкими содержаниями стало более выгодно терять часть металла, извлекая всего 65 — 70%, но зато значительно удешевляя весь технологический цикл.

Так появилась технология «кучного выщелачивания», рассчитанная на переработку больших объемов руд (крупнообъемных месторождений). Сущность ее очень проста. Не нужно строить обогатительной фабрики. Ровная площадка покрывается сначала утрамбованной глиной, затем плотной полиэтиленовой пленкой. Далее с помощью карьерной разработки экскаваторами и самосвалами она наполняется ровным, примерно трехметровым, слоем рудной массы, на котором размещаются трубопроводы, подводящие цианидный раствор.

Особое внимание уделяется экологической защите. На золоторудных месторождениях в Неваде при использовании кучного выщелачивания швы, образованные при сварке листов полиэтиленовой пленки, сопровождаются датчиками. В случае разрыва пленки данный участок фиксируется на пульте. Порода с этого места убирается, и повреждение ликвидируется. После полного цикла переработки, который состоит из трех последовательно загружающихся и цианируемых трехметровых порций руды, вся куча длительно промывается водой. Далее проводится контрольная проверка. Если все в порядке, отработанная площадь покрывается слоем дерновой земли и иногда, скорее для рекламных целей, засевается злаковыми культурами. Вообще отношение к экологии в США серьезное. В некоторых «цитрусовых» областях, например в штате Калифорния, вообще запрещено применение такой технологии на определенных золоторудных месторождениях только потому, что они расположены на возвышенных областях и существует хотя бы теоретическая возможность попадания цианидов в грунтовые и речные воды. В общем все, как говорят американцы, о'кей. И все же… как сообщают независимые экологи, стаи перелетных птиц, которые останавливались на ночлег в местах открытых разработок, оставляли утром сотни трупиков. Через какое–то время птицы сменили маршруты перелетов. Цианид — это всегда опасность для жизни. Поэтому некоторые компании, в частности в Южно–Африканской Республике, перешли на переработку руд с тонкодисперсным золотом при помощи бактериальных технологий. Смысл их состоит в том, что некоторые виды бактерий, например Thiobacillus ferrooxidans, окисляют золотоносные сульфиды — пирит и арсенопирит — и высвобождают заключенное в них золото. Мышьяк (элемент, входящий в состав арсенопирита) - также вредный экологически компонент — кальцинированием переводится в нерастворимый осадок. Однако и здесь не удается обойтись без цианидов на заключительной стадии экстракции золота из растворов и реликтов золотосодержащих сульфидов, которые сохранились от бактериального окисления.

По описываемой нами схеме кучного выщелачивания около двух–трех месяцев раствор цианида пропитывает породы, растворяет заключенное в них золото и по пленке стекает в отстойник, где осаждается на уголь (для получения которого американцы используют кожуру кокосового ореха). Оказалось, что при такой технологии и массовой открытой (карьерной) отработке даже извлечение 1 г золота из тонны породы дает пять долларов чистой прибыли! Но это — при огромных объемах добычи! Переработка 1 млн т руды в год — много даже для очень крупного месторождения. На современных же карьерах, таких как Голд Кворри или Раунд Маунтин в штате Невада, ежегодно добывается около 12 млн т руды!

В результате применения новой технологии и огромных объемов добычи рентабельными стали руды с содержаниями металла 0.5 — 2 г/т. Это как раз тот «рубеж» 10 ^{— 5}%, которого не доставало в общей цепи перехода от обычной породы до богатой рудной жилы. Таким образом, распределение золота в земной коре приняло вид законченного эволюционного ряда (в %): 10^–7–10 ^{— 6} (отдельные, обычно поздние фации плутонических и вулканических комплексов, метаморфические и осадочные образования), 10^–5 (площадные поля гидротермально–метасоматических и гидротермально–метаморфических образований, минералы–концентраторы золота в горных породах, «микрорудные фации» — пласты и горизонты, обогащенные золотом): 10^–4 (крупнообъемные рудные месторождения): 10^–3 (богатые рудные месторождения): 10^–2 (богатые рудные столбы и гнезда в пределах месторождений). Переход на открытую отработку крупнообъемных месторождений позволил США, а затем Австралии, Бразилии и Канаде стремительно увеличить добычу металла.

Перед геологами встала совершенно новая задача: найти крупные объемы горных пород со сравнительно низкими концентрациями металла, пригодные для открытой отработки. Оказалось, что такие залежи в ряде мест в прямом смысле слова лежат под ногами. Это, например, латеритные коры выветривания по вулканическим породам, широко распространенные в Бразилии, Австралии, Индии. Сложный геохимический процесс, детально изученный геологами этих стран, не только приводит к высвобождению золота на верхнем уровне выветривания, но и к просачиванию поверхностных вод на глубину, растворению заключенного в них золота и возвратному движению обогащенных золотом растворов по капиллярной системе к поверхности. Таким образом происходит обогащение верхнего уровня, образуется плащеобразное месторождение, которое просто «сгребается» бульдозерами.

Второй значительный источник большеобъемных руд — продукты вулканической возгонки, которые слагают обширные поля в центре кальдер и интенсивно выщелачивают вмещающие породы, образуя сульфаты, самородную серу, сульфиды, с которыми связано золото. Объемы таких руд, как и вскрывающие их карьеры, достигают огромных размеров.

Третий тип крупнообъемных месторождений — обогащенные органическим веществом и кремнеземом карбонатно–глинистые породы — доломиты, мергели, известковистые песчаники. Формируясь на окраине древнего континента (пассивной континентальной окраине), они насыщались кремнистыми золотоносными растворами, которые коагулировались в щелочной среде. Такие месторождения содержат тонкодисперсное (размером в первые микроны) золото, заключенное в мелких выделениях сульфидов и кремнистых стяжениях.

Все эти породы с рассеянно–концентрированным золотом формировались в самые различные геологические эпохи и могли затем под влиянием погружения и литостатических нагрузок до неузнаваемости измениться на протяжении многих миллионов лет геологической истории.

Перспективы выявления подобных месторождений на территории России, имеющей разнообразное геологическое строение, весьма значительны.

Другой, не оцененный как следует источник крупнообъемных золотых руд — крупные бассейны накопления железа, углей, фосфоритов и бокситов. На фациальной схеме, составленной академиком Н. М. Страховым, с учетом данных по сорбции золота глинистыми частицами и возможности его переноса в виде органических соединений, можно ожидать отложения большой массы золота в периферических частях угленосных, бокситовых, железорудных, фосфоритоносных и марганцевых бассейнов.

Именно эти районы, вероятно, и заслуживают ревизии.

Завершая наше изложение, отметим, что мы сознательно не акцентировали внимание на некоторых уродливых аспектах современной экономики России, с чем органически связана вся золотодобыча. Рано или поздно общие тенденции мирового развития проявятся и у нас, и мы — российские геологи–рудники — должны быть готовы к использованию новых современных технологий.