CC BY
19
© И И. Вашлаев, А.Г. Михайлов, 2013
УДК 622.277
И.И. Вашлаев, А.Г. Михайлов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАССОПЕРЕНОСА ПРИ КАПИЛЛЯРНОМ ВОСХОЖДЕНИИ ФЛЮИДА В МАССИВЕ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ
Определены основные параметры для определения флюида переноса при капиллярном восхождении растворов в массиве хвостов обогащения. Ключевые слова: хвостохранилище, техногенное месторождение, геофлюидный процесс.
Общеизвестно, что в результате деятельности горнодобывающих предприятий образовалось огромное количество отходов в виде отвалов горных пород и хво-стохранилищ. Например, в одном Норильском промышленном районе за полувековую деятельность объемы превышают сотни миллионов м3. Зачастую в них находится полезное ископаемое, которое по содержанию и запасам может быть отработано с достаточной экономической эффективностью. Наибольший интерес для вовлечения в повторную разработку представляют лежалые породы хво-стохранилищ. В связи с несовершенством технологии обогащения значительные потери металлов. Так, основным источником потерь благородных металлов в технологическом цикле Норильского комбината являются отвальные хвосты от обогащения вкрапленных сульфидных медно-никелевых руд. Только потери платиновых металлов в сумме достигают 21 % (по платине 25—28 %). По прогнозу, составленному иБвБ, к 2010 году до 12 % платины в Норильском промрайоне будет извлекаться из техногенных продуктов, прежде всего из лежалых хвостов.
Особый интерес представляет разработка таких техногенных месторождений на базе новых физико-химических геотехнологий. В теле отвала происходят геодинамические движения флюидов, в результате которых происходят физико-химические превращения. С точки зрения активации протекания геофлюидных процессов следует рассмотреть разработку новой технологии извлечения полезных компонентов. Поэтому вопросы изучения протекания процессов в хвостах обогащения с целью их дальнейшей переработки являются актуальными.
Наука о динамике флюидов в геологических средах является довольно непростой, Развитие методов ее изучения и использования в различных геологических построениях тесно связаны с общим ходом современного развития геологической науки. Геология сегодня переживает свой переходный возраст: традиционно преобладающие описательные подходы сменяются причинно-следственным объяснением явлений, умозрительные заключения — строгими выводами, учитывающими всю полноту знаний геологии и смежных точных наук [1]. Математическая
Распределение частиц по размерам
структура связей может широко варьировать для разных явлений. Но всегда эти величины должны отражать причинную обусловленность явления.
Если подбирать отдельные геологические характеристики и их комбинации в соответствии с физическим подтекстом, то и на языке геологических характеристик можно дать описание, весьма близкое к причинно-следственному [1—4].
Не все еще представления о роли и механике воды в геологических процессах окончательно оформились, некоторые остаются неоднозначными. В научной литературе приводится множество методик и формул на одни и те же процессы. Практика применения, которых дает иногда очень большой разброс значений. Поэтому пред нами стояла и задача выбора, на наш взгляд, наиболее достоверных методик.
Чтобы определить динамику движения подземных вод в техногенной залежи, необходимо знать емкостные параметры горных пород. К ним в частности относится эффективный диа-108
метр частиц [2], слагающих реальную пористую среду, и определяется по формуле
— = I-
d3 1 di
где gs - удельное содержание i-й фракции (в долях единицы от общего содержания); u — количество фракций; di — средний диаметр i-й фракции.
Распределение частиц по размерам для одного из отвалов лежалых пород приведено на рисунке. Способность породы пропускать флюиды характеризуется проницаемостью
k = mR г/ 8,
где m — пористость пород, m=0,259-0,476; R — гидравлический радиус пор (радиус трубок для модели идеального грунта), мкм;
R = md . 12(1 - m)
Выше уровня основного зеркала воды массиве находится водонасы-щенный капиллярный слой. Высоту подъема флюида для капилляра можно определить по следующему выражению
, 2а cos 9 h =-
РЗГ
где а — поверхностное натяжение, Дж/м2; 9 — краевой угол смачивания; р — плотность жидкости; г — радиус капилляра, м.
Выполненные расчеты фильтрационных параметров горных пород хво-стохранилища хорошо согласуются с данными, приведенными в различных
Наименование показателя Значения показателя
Средневзвешенный диаметр зерен, мм 0,238
Эффективный диаметр частиц, мм 0,060
Гидравлический радиус, мкм 3,1
Проницаемость, дарси 456
Высота поднятия столба воды, м 0,498
литературных источниках. В дальнейшее планируется физическое моделирование процессов флюидопереноса на материале из хвостохранилища.
Влагоперенос при неполном водо-насыщении можно определить по основной гидрофизической характеристике породы, используя зависимость М. Ван Генухтена
+ /ь * )п ]11 ^,
где Ь* — параметр, характеризующий высоту капиллярного подъема воды в породе; п — параметр, п = 1,1-1,9.
1. Чепмен Р. Е. Геология и вода. Введение в механику флюидов для геологов: Пер. с англ. — Л.: Недра, 1983. — 159 с.
Басниев Ё. С., Дмитриев Н. М., Розен-берг Г. Д. Нефтегазовая динамика. — М.Ижевск, 2005. — 544 с.
Шестаков В. М. Гидрогеодинамика. — М.: МГУ, 1995. — 368 с.
В заключение отметим, что выше были рассмотрены лишь простейшие структурные модели пористых сред, модели, для которых наиболее просто вычислить фильтрационно-емкостные характеристики с помощью геометрических и гидравлических соотношений, не привлекая стохастических и иных методов. В настоящее время для моделирования пористых сред используются разнообразные статистические структурные модели с хаотично уложенными сферами, со случайными решетками и со сложной геометрией капиллярных каналов [2].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Мейнцер О. Э. Учение о подземных водах. — Л.-М.: Главная редакция геологоразведочной и геодезической литературы, 1935. — 242 с.
Мироненко В. А. Динамика подземных вод: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1983. — 357 с. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Вашлаев Иван Иванович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, [email protected],
Михайлов Александр Геннадьевич — доктор технических наук, старший научный сотрудник, [email protected],
Институт химии и химической технологии СО РАН.
А
