Исследования ТМ и вовлечение их в эксплуатацию представляет собой комплексную проблему, которая может быть решена только совместными усилиями геологов, геофизиков, горняков, обогатителей и экологов. Методика исследований ТМ включает ряд этапов:

1. Рекогносцировочное геолого-геофизическое обследование ТМ. Оно выполняется путём изучения горно-геологической документации отработки коренных месторождений, осмотра техногенных образований на местах и составления схемы их залегания. На основании выполнения этих работ оценивается:

· минералогический и петрофизический состав залежей ТМ и их физические свойства (плотность, электропроводность и т.д.);

· ожидаемое содержание полезных и попутных компонент;

· гранулометрический состав;

· площадь и мощность залежей ТМ, их состояние, сроки складирования и т.д.

Первый этап работ заканчивается заключением о целесообразности дальнейшего изучения ТМ с целью вовлечения его в переработку, если существует потребность в том или ином продукте, полученном из техногенного сырья.

При этом оценка ТМ должна быть технолого-эколого-экономической, так как экологический аспект их разработки, наряду с сырьевым, является важнейшим.

Совокупность таких заключений может служить основой для составления централизованной картотеки, кадастра или банка данных по ТМ России.

2. Геолого-геофизическая съёмка поверхности отложений ТМ. Информация о ТМ, полученная на первом этапе исследований, требует уточнения. Многие ТМ существуют от нескольких десятков до 100 и более лет. В течение этого времени интенсивно шли процессы выветривания, окисления и выщелачивания, в результате которых произошло перераспределение элементов, изменение минералогического и вещественного состава техногенных отложений, вынос элементов и образование ореолов рассеяния. Эти изменения наиболее существенны для отходов добычи и обогащения сульфидных руд, которые при окислении и выщелачивании быстро разрушаются и переходят в окисленные минералогические формы, требующие при утилизации создания особых технологий извлечения полезных компонент.

Основным средством исследования ТМ на втором этапе являются ядерногеофизические методы, такие как рентгенофлуоресцентный (РФМ), нейтронноактивационный (НАМ), гамма-гамма (ГГМ) и др., обеспечивающие геолого-технологическое картирование и выявление наиболее перспективных для разработки участков.

Второй этап исследований ТМ начинается рентгенорадиометрической съёмкой, когда это возможно, или отбором проб с поверхности отложений по разведочным линиям с максимальным расстоянием между ними для однородных отвалов 100 м, а между пунктами опробования по линии – 10-20 м. Отбор проб по поверхности рыхлых отложений проводится горстьевым способом или способом вычерпывания. Крупные глыбы шлаков, горных пород, некондиционных руд и других образований опробуются штуфным способом. Проба представляет собой образец (штуф) или сколки, отобранные равномерно с опробуемой поверхности. В случае неоднородности строения объекта исследований проводится опробование каждой разновидности.

Отобранные пробы подвергаются сначала полуколичественному спектральному анализу с целью выявления широкого круга элементов в исследуемом материале. Количественный анализ осуществляется рентгенорадиометрическим или нейтронно-активационным методом в зависимости от минимальных содержаний (C_min) и типа (порядкового атомного номера Z) определяемых элементов, представляющих практический интерес. Для РФМ - С_min³(10^-3-10^-2)%, Z>20; а для НАМ - С_min³5·10^-5%; Z – практически любой.

При исследовании многих типов ТМ возможна рентгенофлуоресцентная съёмка (РФС) по поверхности отложений без отбора проб. Например, РФС с успехом применяется для картирования поверхности хвостохранилищ оловорудных, полиметаллических и некоторых других типов месторождений.

В процессе съёмки определяется содержания основных полезных компонент – Cu, Zn, Pb, Sn и др., сопутствующих– Fe, As и др., редких и рассеянных элементов – Ag, Cd, Re, Ga и др., которые имеют промышленное значение и могут быть извлечены при переработке техногенных руд, а также Sr, Ba, Sb, Zr, Rb, Ca, S, P, которые определяют технологический тип руды и влияют на извлечение полезных компонент. Такая многоэлементная съёмка может быть выполнена в настоящее время ретгенофлуоресцентным методом с портативной или переносной аппаратурой на пропорциональных, полупроводниковых или кристалл-дифракционных детекторах (АР-104, Дукат, Спетроскан и др.). По результатам съёмки выделяются перспективные для отработки участки ТМ.

Второй этап исследований включает также изучение физических свойств и минералогическое и петрофизическое изучение материалов проб и образцов. Результаты определения вещественного состава, минералого-петрографической и петрофизической характеристик техногенных отложений оформляются в виде геолого-технологической карты или плана.

3. Разбуривание перспективных участков. Основная его задача – заверка результатов поверхностной съёмки и получение данных о пространственном распределении оруденения в техногенных отложениях. На основе этих сведений осуществляется прогнозный подсчёт запасов полезных компонент, разработка плана отработки ТМ с учётом технологических типов оруденения и составление геологической карты и разрезов.

Разбуривание перспективных участков осуществляется по густой, разведочной сети – 10´10 м, а для неперспективных участков по более редкой, поисковой, сети – 50´50 м с экспресс-анализом шламовых проб рентгенофлуоресцентным методом, на тот же круг элементов, что и при съёмке.

Результаты исследований по этапам 1-3 уже достаточны для того чтобы начать разработку ТМ. Однако, для более эффективного использования техногенного сырья целесообразно проведение дополнительных исследований для уточнения технологии его переработки. С этой целью осуществляются исследования 4-го этапа.

4. Изучение малой технологической пробы. Оно направлено на решение технологических вопросов и составление технико-экономического обоснования (ТЭО) промышленного освоения ТМ с разработкой кондиций.

Малая технологическая проба массой от 50 до 100 т отбирается с перспективных участков. Изучение такой пробы позволяет:

§оценить обогатимость руд, используя полученные данные по её гранулометрическому составу, распределению полезных компонент по классам крупности, контрастности оруденения, определённой химическим или радиометрическим методом, по вещественному и минералогическому составу, по степени окисленности рудных минералов и опытной флотации или гравитации;

§оценить возможность и перспективы радиометрической порционной сортировки транспортных емкостей (вагонеток, самосвалов, транспортёров и т.д.) и покусковой сепарации при отработке техногенных отложений;

§разработать рациональную технологическую схему извлечения полезных компонент для данного ТМ с экономическим обоснованием и проектом технологической линии для отработки ТМ.

Общая структурная схема переработки руд с применением радиометрической сортировки и сепарации руд показана на рис.3, но для каждого конкретного месторождения она должна быть уточнена и конкретизирована.

Рис.3. Общая принципиальная схема технологии переработки коренных и техногенных руд с применением предварительной концентрации на основе радиометрической сортировки и сепарации.