CC BY
20
© Л.Е. Воробьев, Т.В. Чекушина, К. Г. Каргинов, 2003
УЛ К 553
Л.Е. Воробьев, Т.В. Чекушина, К.Г. Каргинов
ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ (ТЕХНОГЕННЫХ) МИНЕРАЛЬНЫХ МЛССИВОВ
Эффективное формирование техногенных месторождений в глубинах литосферы во многом определяется характеристиками природного и искусственного выщелачивания.
Управление процессами выщелачивания технологически потерянных руд осуществляется на разных стадиях разработки месторождений индивидуальным или совокупным использованием следующих элементов технологий (таблица):
• формированием массивов потерянных руд с заданными параметрами на стадии первичной разработки;
• изменением химического потенциала системы регулированием свойств природных и технологических реагентов, в том числе путем их адресной подачи на различные участки месторождений;
• извлечением целевых ингредиентов из природных растворов повышенной минерализации в подземных условиях или на поверхности, с использованием эффективных геотехнологий.
Сосредоточение отделенных от первичного горного массива и раздробленных руд в недрах и на земной поверхности сопровождается уплотнением складируемой массы в основании. Первоначальная пористость массивов, формируемых стихийно или целенаправленно, составляет около 40 %. С течением времени величина пористость уменьшается. Усадка происходит при вторичном распределении минеральных агрегатов, изменении упаковки обломков, их разрушении и удалением газов и влаги.
Чем больший объем вод проходит через обрабатываемый массив, тем значительнее образуется экран кольматированных кусков, препятствующий дальнейшему выщелачиванию.
Кроме того, в массивах также происходит фракционирование горной массы по гранулометрическому составу по вертикали с увеличением размеров фракций в направлении сверху вниз. Установленная нами закономерность заключается в механической миграции мелких рудных частиц в глубь минерального массива, а на поверхности остаются более крупные и инертные куски. Одновременно, под действием атмосферных осадков из потерянных руд и хвостов их переработки интенсивно выщелачиваются металлы. Образующиеся в условиях выщелачивания Садонских месторождений (Северная Осетия-Алания) сульфаты существенно обогащены медью и железом. Поэтому кристаллизация сульфата цинка сопровождается интенсивным захватом меди и железа, в то время как этих элементов в донных сульфатах меньше, чем в водах. В поверхностных сульфатах цинка несколько больше. Степень обогащения поверхностных сульфатов медью и железом ниже, чем донных.
При проработке нарушенных Таблица 1
Классификация управленческих решений
горных массивов атмосферными осадками происходит окисление сульфата закиси и гидролиз сульфата окиси железа с осаждением и накоплением продуктов гидролиза в приповерхностном горизонте: железо фиксируется в поверхностном горизонте, а медь и цинк мигрируют в нижележащие слои под действием сил гравитации.
В массивах отвалов металлы подвержены тем же закономерностям перераспределения, что и в период их нахождения в природном рудном массиве.
Растворение, миграция и осаждение металлов зависят от размеров их атомов, потенциала ионизации, минеральных форм, наличие активных агентов, гравитационных, электромагнитных и термобарных полей и других факторов. Наряду с тяжелыми металлами в восстановительных условиях возможна концентрация и перераспределение в массиве отвала редких и других металлов, так как образование сульфидов основных металлов сопровождается накоплением и более редких.
Формирование массивов потерянных руд с заданными параметрами на стадии первичной разработки осуществляется применением технологий, отвечающих таким требованиям как: полнота отделения руд от вмещающего массива; дробление руд на куски приемлемой для выщелачивания крупности; доступ реагентов к минеральным массивам; возможность дре-
Вид решений Варианты Условия реализации
Формирование массивов Полнота разрушения массива Технологии с открытыми пустотами, с магазинированием с креплением деревянной и анкерной крепью
Доступ реагентов к минералам
Оптимальное дробление руд
Естественное или принудительное дренирование растворов
Изменение химического потенциала Извлечение металлов из хвостов Кучное и подземное выщелачивание с утилизацией хвостов
Изменение свойств растворов Электродиализ, обратный осмос, ультрафильтрация
Интенсификация процессов Подача активированных реагентов по скважинам
Извлечение металлов из растворов Электрохимическая активация Умягчение, обессоливание и концентрирование
Сорбционная переработка Сорбционные и отмывочные колонны
нирования продуктивных растворов в нижнюю часть участка.
Этим условиям в основном отвечают технологии с открытым выработанным пространством, с магазинированием и с креплением деревянной и анкерной крепью (рисунок).
Данные технологии позволяют обеспечить повышение эффективности процесса внутримассивного обогащения некондиционных руд, возможно, прежде всего, путем селективного растворения и осаждения анионогенных и катионогенных переменной валентности элементов. Для этого барьерный (обогащаемый) слой формируют из некондиционных руд анионогенных металлов, затем барьерный слой, создающий окислительную обстановку из некондиционных руд катионогенных металлов переменной валентности с примесью анионогенных. После чего производят обработку выщелачиваемого участка металлосодержащих пород, содержащих как анионогенные, так и катионогенные металлы переменной валентности. В необходимых случаях в обогащаемые слои вносят вещества, обеспечивающие осаждение металлов.
При обработке участка металлосодержащих пород выщелачивающими растворами происходит растворение катионогенных и анионогенных металлов, их миграция вниз к барьерным слоям, где в среднем барьерном слое будет происходить осаждение катионогенных металлов с одновременным дополнительным растворением анионогенных. Обогащенные
анионогенными металлами растворы мигрируют далее в нижний барьерный слой, где осаждаются анионогенные металлы.
Необходимо отметить, что в природных условиях процессах рудообразования такого рода известны, но ранее не использовались в технике и технологиях. Так, окислительная обстановка способствует накоплению катиогенных элементов переменной валентности (Ре, Мп, Со) и увеличению растворимости аниогенных (V, Мо, Бе, Б, С, Re).
На практике первоначально выделяют обогащаемый слой из некондиционных молибденсодержащих руд (содержание молибде-
на 0,06 %), являющихся геохимическим барьером для мигрирующего молибдена, например, на основе молибденита, мощностью 3-6 м. После чего выделяют другой обогащаемый слой, из кобальтсодержащих некондиционных пород (содержание кобальта 0,06 %), на основе линнеита и минералов, содержащих молибден (содержание Мо 0,01-0,03 %), например, в виде повеллита, мощностью 3-8 м. Затем выделяют выщелачиваемый участок, из кобальт- и молибденсодержащих пород (содержание Со и Мо - 0,01-0,03%), мощностью 8-13 м.
При обработке выщелачиваемого участка 5 %-ным раствором гипохлорита натрия, происходит растворение Мо и Со, их одновременная миграция вниз, где в слое кобальтсодержащих пород происходит осаждение Со и дорастворе-ние Мо, а затем - миграция молибденсодержащих растворов в слой молибденсодержащих пород, где происходит осаждение молибдена.
Повышение эффективности процесса внутримассивного обогащения можно достичь и за счет создания щелочной геохимической обстановки и селективного осаждения металлов.
Для этого, выделяют выщелачиваемый участок на основе многокомпонентных металлосодержащих пород, обработку которого ведут щелочными или кислотными растворами, т.е. обеспечивают щелочную геохимическую обстановку. В последнем случае применяют или кислоты, образующие в процессе миграции щелочи (так, угольная, борная и фосфорная кислоты, гидролизуясь, образуют гидроксильные ионы, обуславливающие щелочные свойства растворов), либо вещества обеспечивающие образование щелочей (растворы или слои карбонатов).
При такой обработке выщелачиваемого массива растворами активных агентов происходит растворение большой группы металлов, миграция металлоносных растворов в обогащаемый барьерный слой, где обеспечивается селективное осаждение металлов в щелочной обстановке. Так, монтмориллонитом из растворов металлы извлекаются в следующей последовательности
РЬ > Си >> Са > Ва > Мд > Нд, а каолинитом - Нд > Си > РЬ. При этом глины в щелочной обстановке сорбируют металлы лучше, чем в кислой, в результате в каолините за счет сорбции из металлоносного раствора с низкой концентрацией меди, содержание металла достигает 0,8 %.
Повышение эффективности процесса внутримассивного обогащения можно достичь и путем селективной сорбции поливалентных ионов металлов.
Для осуществления такого способа, обогащаемые слои (на основе сорбционного геохимического барьера) формируют по числу видов осаждаемых металлов, а растворение металлов из выщелачиваемого участка и их миграцию производят в поливалентной ионной форме. Необходимо отметить и то, что среди поливалентных ионов металлов лучшую способность сорбироваться из растворов имеют ионы с большей валентностью.
При обработке участка металлосодержащих пород выщелачивающими растворами происходит растворение металлов в поливалентной форме, их миграция вниз к барьерным слоям, где в первом слое сорбируются ионы металлов, обладающие более высокой валентностью, а в последующих -осаждение остальных металлов, в соответствии с их валентностью. В результате происходит селективное перераспределение металлов и обогащение соответствующих слоев до промышленных значений. Повышение эффективности внутримассивного обогащения можно обеспечить и путем фракцирова-ния цветных и редких металлов при их распределении за счет образования разных комплексов и их селективной миграции.
Для чего из комплексных металлосодержащих пород выделяют выщелачиваемый участок, а обогащаемые слои создают для осаждения редких металлов мигрирующих в форме катионов и электро-нейтральных комплексов. Для этого в слой, где будут осаждаться катионы, закладывают электроды.
При обработке выщелачивающими растворами происходит растворение цветных и редких металлов из выщелачиваемого участка и
их миграция вниз в обогащаемые слои, в составе катионов и элек-тронейтральных комплексов. Последние осаждаются в обогащаемом слое, расположенном непосредственно под выщелачиваемом. А катионы, под влиянием разности электродвижущей силы (обусловленной подачей электрического напряжения на электроды), отклоняются в боковой слой (секторы), где и осаждаются.
При осуществлении этого способа необходимо учитывать, что такие редкие металлы, как литий, рубидий, цезий и стронций в раствор переходят и мигрируют в катионной форме, а ниобий, тантал, цирконий, гафний, бериллий и лантаноиды мигрируют преимущественно в виде комплексных соединений (органических, карбонатных, фтор-карбонатных или фторидных), что наблюдается в зонах окисления (выщелачивания) природных месторождений, Повышение эффективности процесса внутримассивного обогащения обеспечивают и за счет селективного осаждения металлов на пири-тах с различным знаком электродного потенциала.
Для этого выщелачиваемый участок выделяют на основе многокомпонентных металлосодержащих пород, а обогащаемый слой
формируют в зависимости от преобладания мигрирующих соединений (Аб или Со) - из электроположительного или электроотрицательных пиритов. После чего, при обработке выщелачиваемого массива растворами активных агентов, происходит растворение большой группы металлов и миграция металлоносных растворов в обогащаемый барьерный слой, где происходит селективное осаждение металлов. Причем, электроположительные пириты обогащаются мышьяком, а электроотрицательные - кобальтом. Этот факт объясняется преимущественной миграцией мышьяка в металлоносных водах в виде анионов, а кобальта -в форме положительно заряженного иона.
Пока же на практике основным методом в повышении исходного качества минерального сырья непосредственно в недрах Земли может явиться предварительная геохимическая рудоподготовка месторождения полезных ископаемых, осуществляемая путем удаления из руд технологически вредных примесей. Это достигается тем, что вскрытие месторождения и дробление полезных ископаемых и пород производят до пересечения с зоной разлома или другого тектонического наруше-
Рис. 1. Интенсификация природного выщелачивания металлов из руд, потерянных при первичной разработке в магазине, подачей реагентов по скважинам с улавливанием растворов под блоком
ния, а перераспределение металлов и элементов осуществляют путем выщелачивания и удаления из руд технологически вредных примесей предварительно аэрированными водами.
Необходимо отметить, что значительная часть месторождений цветных металлов России (из-за повышенного содержания технологически вредных примесей) относится к разряду резервных.
В период подобной геохимической рудоподготовки обеспечивается выщелачивание из резервных руд обычно легкорастворимых примесей, которые под действием сил гравитации мигрируют в зону разлома и далее.
Повышение исходного качества минерального сырья непосредственно в недрах Земли путем перераспределения химических элементов целесообразно осуществлять за счет использования внут-рипластовой энергии.
Для этого вскрытие месторождения производят до пересечения с подземным потоком вод. Перераспределение элементов осуществляют за счет использования энергии гидродинамического потока, а вскрытие месторождения обеспечивают группой скважин так, чтобы водами проработалась бтльшая часть горного массива, с последующим их самоизливом на земную поверхность.
При вскрытии гидродинамического подземного потока воды (находящиеся под значительным горным давлением) проникают в вышележащий массив месторождения и осуществляют перераспределение химических элементов. Затем они самоизливаются на земную поверхность, пройдя через весь массив месторождения.
КОРОТКО ОБ ЛВТОРЛХ -----------------------------------------------------------------------------------
Воробьев А.Е. - профессор, доктор технических наук, Российский университет дружбы народов.
Чекушина Т.В. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр РАН. Каргинов К.Г. - кандидат технических наук, ОАО «Норильский никель».
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
ВОР_ЧЕК
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB10~03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do
© А
G_Operator_1
11.08.2003 11:56:00 5
11.08.2003 12:03:00 Гитис Л.Х.
Полное время правки: 7 мин.
Дата печати: 09.11.2008 17:20:00
При последней печати страниц: 3
слов: 2 093 (прибл.)
знаков: 11 936 (прибл.)
