CC BY
54
© А. В. Рашкин, П.Б. Авдеев, И. А. Яшкин, Ю.Н. Резник, Л.В. Шумилова, 2006
УДК 622.277
А.В. Рашкин, П.Б. Авдеев, И.А. Яшкин,
Ю.Н. Резник, Л.В. Шумилова
УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМИ И ГИДРО-ДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В РУДНОМ ШТАБЕЛЕ ПРИ КУЧНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ МЕТАЛЛОВ
Семинар № 18
ш щ рименение прогрессивной технологии кучного выщелачивания (КВ) позволяет вовлекать в промышленное производство бедные руды с низким содержанием полезных компонентов, рентабельно эксплуатировать небольшие по запасам и размерам рудные месторождения, расположенные в отдаленных районах. Она отличается относительной простотой, высокой производительностью процесса, низкими капитальными и эксплуатационными затратами. Широкое распространение кучное выщелачивание получило в медной, урановой и в золотодобывающей отраслях промышленности.
Опыт эксплуатации золоторудных месторождений Забайкалья с применением прогрессивной технологии КВ указывает на недостаточную эффективность применяемых типовых проектных решений. Первая опытно-
промышленная установка КВ рудного золота в Забайкалье введена в эксплуатацию в 1996-1997 гг. на Козловском месторождении Приаргунским производственном горно-хими-ческим объединением (ОАО «ППГХО») на штабеле руды объемом 11,5 тыс.т. с содержанием золота 4,5 г/т. Зачетное извлечение золота должно было составить 85,1 %. По-
степенное снижение содержания золота в продуктивных растворах, а затем резкое падение его с 1,5-1,6 мг/л до
0,2...0,3 мг/л потребовало интенсифицировать процесс КВ взрывным способом. Рыхление руды взрывом повысило интенсивность выщелачивания, но вместе с тем общее извлечение оказалось весьма низким - 12,9 %, т.е. меньше проектного в пять раз [1].
По проекту ОАО «Сибгипрозолото» согласно технологического регламента ОАО «Иргиредмет» на месторождении Дельмачик показатели извлечения золота должны были составить 69 %, но за период 2000-2003 гг. итоговое извлечение составило 54,7 % [1, 2]. В настоящее время работы на данном месторождении приостановлены из-за финансовых трудностей.
Относительно невысокое извлечение обусловлено заиливанием шламисто-глинистыми частицами рудного штабеля вследствие кольматации порового пространства нижней части штабеля суффозией мелких частиц из верхней его части в нижнюю. В проектах на разработку месторождений с применением технологии КВ не учитываются в должной степени суровые климатические условия Восточного Забайкалья: повсеместное
распространение многолетней мерзлоты; низкие зимние температуры (абсолютный минимум температуры достигает -52 °С); незначительная высота снежного покрова - 6-15 см; глубокое зимнее промерзание - до 3-4 м. Эти условия снижают интенсивность КВ и содействуют развитию нежелательных геотехнологических процессов - моро-зобойного растрескивания, промерзания и пучения глинистого основания кучи и противофильтрационных экранов из пленки.
В настоящее время в России и странах СНГ накоплен определенный опыт по технологии КВ и предложено множество решений повышения ее эффективности и экологической безо-пасности. Обобщение и систематизация этих решений по объектам, процессам, условиям применения и техническим приемам представляется актуальным для выбора наиболее эффективных и экологически безопасных в конкретных природно-климати-ческих и горно-геологических условиях месторождения.
Основными объектами технических решений являются рудный штабель, противофильтрационное основание (ПФО), технологические растворы и ру-доподготовка. Для интенсификации КВ с целью ускорения процесса выщелачивания, увеличения продолжительности сезона извлечения металла из руды при низких температурах наружного воздуха, а также из руд с повышенным содержанием глинистых и шламистых частиц предложены способы, основанные преимущественно на управлении теплофизическими и гидродинамическими процессами в рудном штабеле:
- увлажнение штабеля песчаноглинистых пород, промерзание его с последующим удалением снежного покрова для создания морозобойных трещин в штабеле [3];
- размещение руды по периметру ПФО высотой до 2,5 м, создание промерзшей корки с последующим ее рыхлением, перемещением мерзлых кусков на ПФО, после укладки штабеля в него подают реагенты повышенной концентрации и температуры [4];
- увлажнение до полной влагоемко-сти, теплоизоляция снегом, ускорение оттаивания весной [5];
- удаление на площадке рудного штабеля талого грунта, формирование в мерзлом грунте чашеобразного углубления для откачки продуктивного раствора с последующим формированием над ним рудного штабеля [6];
- формирование штабеля из мерзлых руд, введение в поровое пространство горючей жидкости с последующим сжиганием для оттаивания [7];
- насыщение рудного штабеля растворами солей металлов с низкой температурой замерзания [8];
- покрытие оросительной системы и рудного штабеля светопрозрачной пленкой [9];
- послойное фракционирование руды, разделение наклонных слоев перфорированными синтетическими материалами [9];
- периодическое рыхление штабеля КВ взрывным способом [10];
- заложение в штабель руды самора-зогревающихся пород, аэрация штабеля техническим воздухом [11].
Для этих же целей предложены технические решения по технологическим растворам, а также по управлению физико-химическими процессами:
- подогрев технологических растворов в зумпфе специальными погружными горелками и подача их в рудный штабель (США) [11];
- подача в выделенные участки переуплотненной рудной массы газооб-
Класс Метод управления Группа Способ управления, технологические особенности Подгруппа Технологические приемы и технические средства
I Геомехани- 1 Регулирование про- 1.1 Окомкование руды цементом (включая использование ПАВ)
ческий ницаемости руды в 1.2 Применение пневмобаллонов в основании штабеля руды
(Геотехно- штабеле 1.3 Взрывное рыхление штабеля руды
логический) 1.4 Послойное фракционирование руды
1.5 Создание морозобойных трещин в штабеле
1.6 Подача в переуплотненные руды газообразного выщелачивающего
раствора и хладоносителя
1.7. Ультразвуковое воздействие
2 Снижение прони- 2.1. Грунтовые экраны (глина, суглинок)
цаемости и повыше- 2.2. Грунто-полимерные экраны
ние надежности 2.3. Геотекстильные экраны с применением автогерметиков
ПФО
II Теплофизи- 1 Теплоизоляция шта- 1.1 Теплоизоляция штабеля руды и системы орошения естественными
ческий беля руды теплоизоляторами (глина, слой руды и др.)
1.2 Теплоизоляция штабеля искусственными теплоизоляторами (по-
лиэтиленовая пленка, газонаполненные пластики и др.)
2 Повышение темпера- 2.1 Подогрев технологических растворов специальными погружными
туры штабеля руды и горелками вне штабеля
выщелачивающих 2.2 Подогрев штабеля и выщелачивающих растворов солнечной ра-
растворов диацией под светопрозрачной пленкой
2.3 Размещение штабеля руды на склонах с южной экспозицией
2.4 Сжигание в штабеле руды горючей жидкости
III Гидродина- 1 Безнапорная подача 1.1 Разбрызгивание растворов на поверхности штабеля (виглеры, во-
мический технологических блеры)
растворов 1.2 Капельное орошение поверхности штабеля (эмиттеры, перфориро-
ванные трубы)
1.3 Прудковое орошение штабеля КВ
2 Напорная подача 2.1 Выщелачивание руды с созданием гидравлического замка
технологических
растворов 3.1 Вертикальные и горизонтальные скважины в рудном штабеле с
3 Внутрискважинное обсадкой перфорированными трубами
орошение_____________|____________|______________________________________________________________
Продолжение таблицы
Класс Метод управления Группа Способ управления, технологические особенности Подгруппа Технологические приемы и технические средства
IV Физико- химический 1 2 3 4 Понижение температуры замерзания выщелачивающих растворов Повышение темпера-гуры руды в штабеле Депрессия природных сорбентов в штабеле Разработка нетоксичных растворителей золота <4 со ^ Насыщение рудного штабеля растворами солей металлов с низкой температурой замерзания Заложение в штабель руды саморазогревающихся пород (различные сульфиды) с аэрацией штабеля Применение ПАВ-депрессоров Применение иодидов, бромидов, тиомочевины и др.
V Электрофи- зический 1 2 Повышение проницаемости руды в штабеле Повышение температуры руды в штабеле 1.1. 1.2. 2.1. Наложение переменного тока разной частоты (вдоль слоистости руды в штабеле) Электрофорез, электроосмос Наложение переменного тока разной частоты (поперек слоистости руды в штабеле)
VI Геобиоло- гический 1 Бактериальное выщелачивание 1.1. Использование штаммов бактерий
VII Радиаци- онный 1 Интенсификация процесса выщелачивания 1.1. Заложение в штабель слоя радиоактивной руды
разного выщелачивающего раствора (в виде пара) и хладоносителя [11];
- насыщение технологических растворов кислородом;
- способы и устройства подачи раствора на поверхность рудного штабеля разбрызгиванием, капельным и прудковым орошением;
- разработка нетоксичных выщелачивающих растворов (на основе иодидов, бромидов, тиомочевины и др.).
Для повышения надежности ПФО применяют различные способы и устройства, в основном это экраны из глин и полимерных пленок. В экстремальных условиях эксплуатации (морозное пучение, сейсмичность, рыхление штабеля взрывными работами и др.) целесообразно применять высоконадежные конструкции ПФО из геотекстильных материалов с использованием автогерметиков [9].
Для снижения отрицательного эффекта кольматации при выщелачивании глинистых и шламистых золотосодержащих руд и повышения реакционной способности цианидов в упорных скальных рудах применяют специальные способы рудоподготовки:
1. Опыт освоения технологии кучного вы-
щелачивания руд на горных предприятиях Забайкалья / Резник Ю.Н. [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. -
2004. - № 6. - С. 284-290.
2. Опыт кучного выщелачивания золота на месторождении Дельмачик / Фазлуллин М.И. [и др.] // Цветные металлы. - 2002. - № 8. -С.41-45.
- окомкование руды цементацией;
- обработка руды до укладки в штабель высококонцентрированными растворами цианидов [12];
- добавление в выщелачивающий раствор поверхностно-активных веществ (ПАВ) для подавления сорбции при выщелачивании углесодержащих руд или руд с повышенным содержанием природных сорбентов [13].
Большое разнообразие применяемых и предложенных способов вызывает необходимость их классификации с целью сравнительного анализа и выбора наиболее эффективного и экологически безопасного технического решения.
Материалы патентно-
информационных исследований и анализ известных технических решений позволяют предложить классификацию способов управления гидродинамическими, теплофизическими и физико-химическими процессами кучного выщелачивания руд (таблица).
Для успешного решения проблемы интенсификации технологии КВ и повышения ее экологической безопасности необходимо выявить закономерности распределения градиентов температур, напоров и концентраций реагентов в рудном штабеле. Это может быть достигнуто путем совместного решения соответствующих уравнений математической физики в частных производных, натурных наблюдений и физического моделирования.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Пат. № 2188937 Российская Федерация, МПК 7Е 21В43/28. Способ кучного выщелачивания металлов из песчано-глинистых пород при отрицательной температуре окружающей среды / Якупов В. С., Якупов М. В., Якупов С. В.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера СО РАН; заявл. 26.02.01; опубл. 10.12.02, Бюл. № 25.
4. Пат. № 2186964 Российская Федерация, МПК 7Е 21В43/28. Способ кучного выщелачивания металлов из труднопроницаемых высокоглинистых пород / Якупов В. С., Якупов С.В., Якупов М.В., Васильев П.Н., заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера СО РАН; заявл. 29.06.00; опубл. 10.08.02, Бюл. № 22.
5. Пат. № 2186207 Российская Федерация, МПК 7Е 21В43/28. Способ кучного выщелачивания металлов / Якупов М. В., Якупов С. В., Васильев П. Н., заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера СО РАН; опубл. 20.06.02, Бюл. № 17.
6. Пат. № 2183743 Российская Федерация, МПК 7Е 21В43/28. Способ кучного выщелачивания металлов в условиях многолетней мерзлоты / Васильев П.Н., Якупов В.С., Зубков В.П.; заявитель и патентообладатель Институт горного дела Севера СО РАН; заявл. 29.06.00; опубл. 20.06.02, Бюл. № 17.
7. Пат. № 2233977 Российская Федерация, МПК 7Е 21В43/28. Способ кучного выщелачивания металлов вмерзлых пород в любое время года / Якупов В. С., Якупов М. В., Якупов С. В., Васильев П. Н.; заявитель и патентообладатель Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН; заявл. 25.09.02; Бюл. № 22.
8. Пат. № 2235872 Российская Федерация, МПК 7Е 21В43/28. Способ кучного выщелачивания металлов в условиях многолетней мерз-
лоты / Якупов В.С., Якупов М.В., Якупов С.В., Васильев П.Н.; заявитель и патентообладатель Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН; заявл. 05.09.02; Бюл. №25.
9. Рашкин А.В. Рациональное формирование рудного штабеля при кучном выщелачивании руд / Рашкин А.В., Авдеев П.Б., Яшкин И. А. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 11. - С. 252-254.
10. Применение технологии кучного выщелачивания на бедных золоторудных месторождениях Читинской области / Мязин В.П. [и др.] - Чита: ЧитГТУ, 1999. - 106 с.
11. Воробьев А.Е. Классификация методов выщелачивания золота при отрицательных температурах окружающей среды / Воробъев А.Е., Погодин М. Л., Чекушина Т.В. // Горный информационно-аналитический бюллетень. -1999. - № 2. - С. 76-81.
12. Казанов Е.В. Интенсификация кучного
выщелачивания золота на основе цианидной подготовки свежедробленой руды (на примере Дельмачикского месторождения): автореф.
дис.: к-та техн. наук / Е.В. Казанов; Читинский государственный университет. - Чита, 2005. -21 с.
13. Толстое Е.А. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе / Толстов Е.А.
- М.: изд-во МГГУ, 1999. - 314 с.
— Коротко об авторах -------------------------------
Рашкин А.В. - доктор технических наук, профессор, Резник Ю.Н. - доктор технических наук, профессор, Авдеев П.Б. - кандидат технических наук, доцент, Шумилова Л.В. - кандидат технических наук, докторант, Яшкин И.А. - аспирант,
Читинский государственный университет.
