CC BY
51
УДК 622.234/42
Гаврилов Александр Александрович Alexander Gavrilov
ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА ИЗ МАЛОМОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ СТРЕЛЬЦОВСКОГО РУДНОГО ПОЛЯ
EFFECTIVE TECHNOLOGY OF URANIUM UNDERGROUND LEACHING IN LOW-POWER STEEP VEINS OF STRELTSOVSK ORE FIELD
Предложена технология отработки бедных урановых руд из маломощных крутопадающих жил методом подземного выщелачивания, которая позволит сократить затраты на добычу, вовлечь в отработку бедные руды и расширить минерально-сырьевую базу предприятия
Ключевые слова: подземное выщелачивание
(ПВ), маломощные крутопадающие жилы, глубина отбойных скважин, выемочная мощность, средневзвешенный размер куска, концентрация серной кислоты, Стрельцовское рудное поле
The article deals with the technology of uranium ore mining from thin steeply dipping veins by underground leaching which will allow reducing production costs, engaging low grade ore in processing and expanding the mineral resource base of the enterprise
Key words: underground leaching (UL), thin steeply dipping veins, depth demolition of wells, excavation thickness, average size piece, concentration of sulfuric acid, Streltsovsk orefield
В настоящее время Россия в состоянии обеспечить из текущей добычи лишь 20 % своих суммарных потребностей в уране [1]. Для стабильного обеспечения сырьем атомных электростанций России и зарубежных потребителей его производство необходимо увеличить в 3...4 раза [7].
При этом разработка сложноструктурных месторождений основного уранодобывающего предприятия России ОАО «Приаргунское производственное горнохимическое объединение» (ОАО«ППГХО») характеризуется повышенными эксплуатационными и капитальными затратами, что предъявляет высокие требования к содержанию металла и мощности рудных тел. С выемкой богатых и рядовых руд значительная часть бедных и забалансовых, сосредо-
точенных в маломощных (до 2...3 м) жилах, остается нетронутой вследствие низкой рентабельности. Их доля уже сейчас составляет 20 % от общих запасов, а количество металла в них сопоставимо с крупным месторождением, для разведки и вскрытия которого потребовались бы значительные материальные и трудовые средства.
Для рационального использования недр был проведен комплекс опытно-промышленных работ по шахтному подземному выщелачиванию (ПВ), который показал перспективность применения данного метода для отработки обедненных скальных руд Стрельцовской группы месторождений за счет исключения материалоемких и дорогостоящих операций по закладке, транс-портировкеит.д. (табл. 1).
Таблица 1
Усредненные результаты опытно-промышленных работ по подземному выщелачиванию на месторождениях Стрельцовского рудного поля [3, 9]
Наименование Ед. Месторождение
показателей изм. Юбилейное Весеннее Новогоднее Лучистое Стрельцовское
Геологическая характеристика
Рудовмещающие породы Фельзиты Конгламераты, туфопесчаники Фельзиты Фельзиты, туфы фельзитов Трахитациты, базальты, андезито-базальты
Характеристика рудных тел
Форма рудных тел Жило-, линзо- и гнездообразные Пластообразные Жило-, линзо- и гнездообразные Жилообразные и штокверкоподобные Жилообразная, осложненная апофизами
Мощность рудных тел Мощные Маломощные От маломощных до мощных Мощные и средней мощности Маломощные и средней мощности
Угол падения Крутопадающие Пологие Крутопадающие
Характеристика урановых минералов
Состав Настуран, коффинит Настуран, уранофан Настуран, коффинит, браннерит Настурановые, коффинит и браннерит
Текстура руд Прожилковая, трещиноватая, крупновкрапленная Прожилковые, а также гнездово-вкрапленные Мелковкрапленная
Технологическая характеристика процесса ПВ
Количество руды т 850000 33049 1026422 186883 136600
Содержание % 0,023 0,149 0,046 0,129 0,056
Соотношение Ж:Т 2,7 18,87 1,31 5,2 4,69
Расход НД)Л кг/кг 1) 35,0 40,5 37,5 70 63,2
Период эксплуатации мес 67 20 22 19 17
Извлечение урана % 88,6 55,1 34,6 55,51 41,9
Вестник ЧитГУ № 9 (66) 2010
Однако широкомасштабного применения метода ПВ на ОАО «ППГХО» не последовало из-за низкого коэффициента извлечения металла (» 50 %), обусловленного различными техническими, горно-геологическими и технологическими причинами, основными из которых являются снижение содержания металла (потери и разубожи-вание руды) и переуплотнение замагази-нированной горной массы в результате неудовлетворительной подготовки блока, неравномерное орошение и образование проточных каналов, кольматация, плохая аэрация выщелачиваемой горной массы, выход оборудования из строя и др.
В этой связи подготовка маломощных жил, на долю которой приходится до 60... 70 % затрат при ПВ, является актуальной задачей. Ее решение позволит сократить расходы на извлечение полезного компонента, вовлечь в отработку бедные руды с их забалансовым ореолом и расширить минерально-сырьевую базу предприятия.
Анализ отечественного и мирового опыта показал, что для подготовки руды к ПВ наиболее перспективными являются две технологические схемы (рис. 1), одна из которых базируется на системе разработки подэтажных штреков с использованием высокопроизводительного самоходного бурового, погрузочно-доставочного оборудования и отбойки руды скважинами малого диаметра (вариант I). Другая (вариант II)
— с применением очистного механизированного комплекса КОВ-25 (разработчики ИПКОН АН СССР, ВНИПИгорцветмет, НИПИгормаш) [2, 4].
На основании обзора существующих типов и параметров горных машин, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью, обоснованы комплексы механизмов, обеспечивающие минимальное разубоживание. Восстающие прямоугольного сечения 6...8 м2 проводят проходческими комплексами КПВ-4 и секционным взрыванием скважин. Проходка горизонтальных выработок площадью поперечного сечения 5...7 м2 и магазинирова-ние руд производится малогабаритным самоходным оборудованием типа Бумер 104,
Минибур 1Ф, Бумер 282, Симба Н-157, Соло 1Л (вариант I) и комплексом машин с монорельсовым перемещением, включающим проходческий полок КПВ-6, очистной полок КОВ-25 и вспомогательный подъемник ПВ-1000 (вариант II). Отгрузка горной массы осуществляется погрузочно-транспортными машинами типа Микроскоп 100, ТОРО 151, 8Т-2Б, ПД-2Э.
Равномерное разрыхление руды в «магазине» достигается частичным ее выпуском в количестве 20...35 % через выпускные выработки днища блока. Остальная масса подвергается ПВ сернокислотными растворами в инфильтрационном режиме с интенсивностью подачи реагента до 100 м3/ч в период «закисления» и 45...50 л/(ч м2) при активной стадии выщелачивания. Орошение производят в закрытых камерах, что исключает опасные условия труда вследствие естественного оседания рудной массы в блоке, подвижек от сотрясений при взрывных работах в соседних камерах и паров серной кислоты [5].
В предложенных технологиях при эксплуатации в различных горно-геологических и горнотехнических условиях важнейшими параметрами являются глубина скважин, выемочная мощность и размер выщелачиваемого куска.
В результате графоаналитических исследований определены закономерности (1, 2) рациональной глубины скважин (1) и выемочной мощности (М) с достоверным интервалом аппроксимации В2=0,85 и В2=0,88 соответственно. Они обеспечивают максимальную полноту вовлечения запасов изменчивого участка маломощных жил с минимальным прихватом вмещающих пород и зависят от угла падения (а), мощности (т) и коэффициента сложности (А) рудного тела, определяемых как отношение длины контура рудного тела к его площади.
=
5,54 • т -А
-0,12-т
м ■
М =
бій а
/ліс 2 0,4-А
0,15 • т • е
+ т
м.
(1)
(2)
ъта
Рис. 1. ТехнологияПВуранаизмаломощныхкрутопадающихжил инфильтрационным потоком реагента и отбойкой руды:
а) вертикальными скважинами из подэтажей (вариант 1);б) очистным механизированным ком-плексомтипа КОВ-25 на монорельсовом ходу (вариант II): 1 — откаточный (раствороприемный) штрек; 2 — вентиляционный (растворопадающий) штрек; 3 — блоковый восстающий; 4 — отрезной восстающий; 5 — подсечная выработка; 6 — дучки; 7 — подэтажные штреки; 8 — буровой восстающий; 9 — взрывные скважины; 10 — оросительные скважины; 11 — дренажные скважины
Подготовка сильно изменчивых участков жил ( А =2 м1) без потерь возможна только при незначительной глубине бурения (5.. .12 м), что согласуется с исследова-ниямиГ.В. Сабянина [8].
При этом эффективность подготовленной горной массы определяется размером средневзвешенного куска. От него зависит продолжительность извлечения полезного компонента, определяемая скоростью про-
никновения рабочего реагента в кусок руды. Она, по данным ОАО «ППГХО», составляет 5...6 мм/год для «упорных» (гранитов) и 10...15 мм/год для легко выщелачиваемых руд (фельзитов). Поэтому повышение средневзвешенного размера куска гранитов приводит к увеличению времени выщелачивания и сокращению извлечения из него урана и, наоборот, снижение размера кусков фельзитов может явиться причиной образования локальных водоупоров (коль-матации) вследствие разрушения руды иод воздействием растворов.
В результате аналитических исследований установлено рациональное соотношение между минимальными затратами на получение средневзвешенного размера куска выщелачиваемой руды и достижением проектного извлечения урана из него на уровне 65...70 %, при котором, по данным ОАО «ППГХО», рентабельно применять ПВ. В табл. 2 приведены рекомендуемые параметры буровзрывных работ, которые определяли по методике В.Н. Тюпина, обеспечивающие требуемый размер куска для различных типов пород.
Таблица 2
Основные параметры буровзрывных работ для рассматриваемыхусловий залегания маломощных крутопадающихжил
Тип породы Взрывчатое вещество Линия наименьшего сопротивления, м Расстояние между скважинами в ряду, м Удельный расход ВВ, кг/м3 Средневзвешенный размер куска руды, мм Диаметр скважин, мм
Граниты Гранулит АС-8 0,62...0,84 0,84...1,12 1,87...2,41 45...60 50...65
Фельзиты 0,84...1,26 1,12...1,68 2,41...3,20 <р> СЛ 65...80
Кроме того, повысить извлечение урана можно в том случае, если продуктивные растворы будут равномерно (по глубине) насыщать рудную массу рабочим раствором с необходимой концентрацией по кислоте. Это возможно осуществить с промежуточных горизонтов орошения (положительный опыт на месторождении «Звездное» [6]). Создание оросительных скважин в выщелачиваемой руде может быть достигнуто путем их бурения станками, например, типа ОБЕХ—76 фирмы «Атлас Копко».
Для проверки данного предположения были проведены лабораторные исследования. В проектном режиме выщелачиванию подвергали рудный материал (крупностью —70+0 мм) валовых проб алюмосиликат-ных руд, представленных как гранитами (с содержанием урана 0,089 %), так и фель-
зитами (0,046 %). В результате установлены зависимости изменения концентрации серной кислоты (п, кг/т), необходимой для извлечения урана при орошении с поверхности замагазинированого материала, при различной глубине (Ь, м) слоя выщелачиваемой руды (рис. 2):
— для легко выщелачиваемых руд:
п = 0,033• Ь2 -0,974• Ь +
+ 74,64, кг / кг и >
с достоверным интервалом аппроксимации В2=0,97;
— для «упорных» руд:
п = 0,027 • Ь2 - 0,724 • Ь +
+ 59,78, кг / кг и,(И = 0,98). (4)
Рис. 2. Изменение концентрации серной кислоты, необходимой для извлечения урана, при различной глубине выщелачиваемого слоя руды:
----Границы доверительного интервала легко выщелачиваемых руд
---- Границы доверительного интервала “упорных” руд
О - Поверхность замагазинированной руды
При этом определено, что дополнительное орошение с двух промежуточных горизонтов (разделение замагазинированной руды на три слоя по 20 м) с концентрациями серной кислоты 68 кг/т (для фельзитов) и 55 кг/т (для гранитов), установленными по зависимостям (3) и (4), позволяет повысить извлечение металла. Так, при одинаковой продолжительности процесса (123 сут — для фельзитов и 355 сут — для гранитов) для легко выщелачиваемых руд степень извлечения урана составила 77,35 %, а для «упорных» — 59,4 %, т.е. на 5...7 % выше, чем при подаче раствора на поверхность замагазинированой руды (72,55 и 51,54 % соответственно для фельзитов и гранитов).
Технико-экономическая оценка различных вариантов отработки бедных урановых руд из маломощных крутопадающих жил показала, что технология ПВ с применением малогабаритного самоходного оборудования экономически более эффективна, чем ее отработка системой горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства или ПВ с отбойкой руды
шпурами либо глубокими скважинами. Достигается это за счет скважин малого диаметра и учета геометрии рудного тела, что позволяет подготовить камеру-магазин, сравнимую со шпуровой отбойкой (средневзвешенный диаметр куска), а применение промежуточных горизонтов орошения с необходимой концентрацией серной кислоты для равномерного насыщения рудной массы повышает извлечение урана. Кроме того, использование высокопроизводительных машин снижает себестоимость работ.
Анализ горно-геологических условий залегания маломощных крутопадающих жил показал, что предлагаемая технология ПВ на основе самоходного оборудования с отбойкой руды скважинами малого диаметра позволит рационально отрабатывать бедные и забалансовые урановые руды из маломощных крутопадающих жил Стрель-
цовского рудного поля в объеме 15___17 %
(13 % урана) от общих запасов. При этом ожидаемый экономический эффект от ее применения для условий ОАО «ППГХО» составит 0,29 млрд руб.
Литература
1. Бавлов В.Н., Бойцов А.В., Головинский С.А. [и др.]. Перспективы освоения и развития сырьевой базы урана России // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2005.
— №1. — С. 16-24.
2. Гаврилов А.А. На пути повышения эффективности и безопасности отработки маломощных урановых залежей Стрельцовской группы месторождений // Молодежь Забайкалья: культура здоровья — здоровое общество: материалы десятой междунар. молодеж. научи, конф. (Чита, 13-14 аир. 2006 г.). — Чита: ЧитГУ, 2006.-С. 183-185.
3. Лизункин В.М., Морозов А.А., Гаврилов А.А. Перспективы применения подземного выщелачивания урана на Приаргунском производственном горно-химическом объединении // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск «Забайкалье»: сб. научи, тр.
- 2009. - Вып. 3. - С. 147-153.
4. Лизункин В.М., Гаврилов А.А. Технологическая схема подземного выщелачивания из крутопадающих маломощных жил // Материалы пятой Всерос. науч.-практ. конф. «Кулагинские чтения» (Чита, 28-30 нояб. 2005 г.). — Чита, 2005. —Ч. 1. — С. 39-44.
5. Лизункин В.М., Морозов А.А., Гаврилов А.А. Геотехнологические методы извлечения урана из скальных руд. — Чита: ЧитГУ, 2010. —217 с.
6. Опыт выщелачивания урана на горнодобывающих предприятиях бывшего СССР: отчет о НИР (заключ.) / ГУП НПЦ «Экогеоцентр»; науч. рук. И.Г. Абдульманов. — М., 2000. — Т. I. — Инв. № 1503. - 151 с.
7. Путивцева Н.В. Перспективы России на возрождающемся урановом рынке // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2006. —№1. — С. 50-56.
8. Сабянин Г.В. Обоснование геотехнологпческнх методов повышения экологической безопасности освоения маломасштабных месторождений: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.36, 25.00.22. — М., 2007. - 11В с.
9. Святецкий B.C., Морозов А.А., Гаврилов А.А. Опыт подземного выщелачивания скальных урановыхруд // Горн. журн. — 2008. — №8,— С. 43-46.
Коротко об авторе________________________________________________Briefly about the author
Гаврилов A.A., аспирант, Читинский государс- A. Gavrilov, post-graduate fellow, Chita State Univer-
твенныйуниверситет(ЧитГУ) sity
GavriIovalexs@rambler.ru
Научные интересы: физико-химическая геотех- Research area: physicochemical geotechnology
НОЛОГИЯ
