CC BY
19
УДК 504.55.054:662 (470.6)
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
УРАНОВОЙ ОТРАСЛИ
В.И. Голик, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габараев, Х.Х. Кожиев
На примере Целинного горно-химического комбината урановой отрасли изложен опыт применения комбинированных геотехнологий добычи металлов в урановой горнодобывающей отрасли, включающий добычу металлов традиционными системами разработки и системами разработки с выщелачиванием в подземных блоках, штабелях и дезинтеграторах, и сведения о достижениях мирового уровня в горной отрасли атомного производства.
Ключевые слова: добыча металлов, система разработки, выщелачивание, блок, штабель, дезинтегратор.
Разработка радиоактивных месторождений в СССР осуществлялась в России, Украине, Казахстане, Киргизии, Узбекистане, Таджикистане, Эстонии и в других странах. Деятельность научно-исследовательских организаций координировалась Головным институтом ПРОМНИИПТ и освещалась в российских журналах [1 - 3].
Добычей урана занимались предприятия Министерства среднего машиностроения, а затем Министерства атомной энергии и промышленности (МАЭП), в том числе Восточный ГОК (Украина), Прикаспийский ГОК (Казахстан), Приаргунский ГХК (Россия), Целинный ГХК (Казахстан), Навоийский ГХК (Узбекистан), Ленинабадский ГХК (Узбекистан), Киргизский ГРК (Киргизия), Малышевское рудоуправление (Россия), Лермонтовское рудоуправление (Россия) и др.
На предприятиях МАЭП в Казахстане разработаны и промышленно освоены новейшие для своего уровня мировые технологии [4 - 6].
Разработана техника новых поколений, например, техника новых поколений с электрогидрофицированным приводом. Освоены технологии с выщелачиванием металлов из руд. Для ускоренного ввода в эксплуатацию новых рудных полей достигнута скорость проходки горных выработок одним забоем 805,2 м в месяц.
Предприятия Целинного горно-химического комбината (Степно-горск, Казахстан) разрабатывали месторождения руд весьма различающихся морфологических и вещественных типов в трех северных областях Казахстана (рис. 1) [7-9].
Перспективы развития ядерной энергетики предполагают увеличение темпов добычи радиоактивного сырья при ухудшении условий разработки месторождений, поэтому исследования в этом направлении пользуются актуальностью [10-13].
Рис. 1. Подразделения Целинного горно-химического комбината:
1 - 5 рудоуправления
Вкладом горняков-атомщиков в науку являются труды Г.Н. Попова, Б.И. Нифонтова, Д.П. Лобанова, Е.А. Котенко, В.А. Симакова, А.В. Куликова, В.Н. Мосинца, В.Г. Иванова, В.К. Бубнова и др.
История технологий управления состоянием массива при подземной разработке месторождений описывается работами С.В. Ветрова, К.В. Мясникова, В.В. Руденко, Ф.Ф. Рычик, Д.М. Бронникова, Н.Ф. Замесова, М.Н. Цыгалова, В.И. Хомякова и др.
В подразделениях комбината созданы и реализованы новые технологии разработки, способы подготовки и нарезки блоков и интенсификации горных работ. Получение прибыли с минимизацией ущерба окружающей среде достигалось реализацией технологических решений, в том числе:
- оптимизация процесса управления состоянием массива разделением его на геомеханически сбалансированные участки с погашением экономичными способами;
- выщелачивание металлов из забалансовых руд и отходов переделов;
- комбинирование традиционных и инновационных технологий разработки месторождений (рис. 2) [14 - 15].
Оптимальная по эколого-экономическим показателям схема комбинировала элементы добычи: богатых руд с закладкой пустот твердеющей смесью и переработкой руд на заводе, рядовых руд с выщелачиванием металлов: выщелачивание бедных балансовых и забалансовых руд в блоках и кучах на земной поверхности и из хвостов обогащения в дезин-
теграторах.
Рис. 2. Схема комбинирования технологий разработки месторождений
Вовлечение в переработку забалансовых руд дало возможность комбинату экономически эффективно отрабатывать руды с уменьшающимся содержанием металлов. В комбинате получила право на существование технология управления свойствами твердеющей смеси путем воздействия высокой энергией в дезинтеграторах, получившая дальнейшее развитие при выщелачивании металлов в активаторах на Юге России (рис. 3).
На месторождении «Восток» при отработке рудного тела в неустойчивых породах применили перекрытие из тросов и дерева, буровые каретки СВ-1 П, погрузочно-доставочные машины ЛБ-1/1000 и МПДН-1А, электрогидроперфораторы и буровой молоток Осиповского. Впервые в мировой практике осуществлено опытно-промышленное подземное выщелачивание балансовых руд с блоковым извлечением 70 % и сквозным извлечением 87 %, что превысило показатели традиционного подземного способа.
На месторождении «Маныбай» мощное штокверковое рудное тело интенсивно отрабатывали одновременно открытым и подземным способом с закладкой пустот композитными смесями. В штабеле месторождения в течение 20 лет выщелачивали забалансовые уран-молибденовые руды и хвосты обогащения. В настоящее время скважинное выщелачивание руд
месторождения «Семизбай» проходит в условиях, где любая другая технология не может быть эффективной.
1 2
Рис. 3. Функции дезинтеграторов: 1 - повышение активности
компонентов твердеющих смесей; 2 - извлечение металлов и повышение активности компонентов
Месторождение сложной структуры «Заозерное» разрабатывали с комбинированным управлением горным давлением путем разделения на геомеханически обособленные участки.
Месторождение пологого падения «Ишимское» отработано с оставлением более 1 млн м пустот без закладки при обеспечении сохранности земной поверхности. Месторождения «Шокпак» и «Камышовое» отрабатывали с закладкой пустот твердеющими смесями и вибротранспортированием твердеющей смеси на расстояние 2 км.
На месторождении «Ишимское» за месяц одним забоем пройдено 805,2 м квершлага сечением 7,4 м .
На месторождении «Косачиное» массивное рудное тело отрабатывали одновременно карьером и подземным рудником с закладкой пустот твердеющими смесями с вяжущими из активированного гранулированного шлака.
На предприятиях ЦГХК применяли колонковые станки КБУ-50 и КБУ-80 и самоходные станки ПБУ-80, ПБУ-70, СБ-70 и комплексы КПВ и 2 КВ, выпускали перфораторы, буровые станки и погрузочно-доставочные машины МПДН-1М, а затем электрогидрофицированные перфораторы 2ГП, 3 ГП и др.
На месторождении «Шокпак» впервые в технологической цепи закладочного комплекса использован феномен повышения вяжущей способности добавок к цементу активацией в дезинтеграторе. В течение 10 лет дезинтеграторная установка ДУ-65 обеспечивала выход активного класса
до 55 %, а в комбинации с вибромельницей - до 70 %, что позволяло активированному шлаку конкурировать с цементом. Эффект приращения активности достигал 40 % по сравнению с использованием для этих целей мельниц.
Дезинтеграторная технология получила развитие в рамках направления комбинированного механохимического выщелачивания металлов из некондиционного металлосодержащего сырья в ходе экспериментального извлечения на полиметаллических рудах Садона, углях Донбасса и железистых кварцитах КМА. Она обеспечила извлечение металлов до 70 % от содержания в исходных хвостах с близким к фоновому значению остаточным содержанием. Реагент подавали в рабочий орган дезинтегратора и извлекали металл в раствор в результате запрессовывания реагента в образующиеся от деформации рудных частиц трещины [16 - 17].
Горное производство характеризуется ухудшением условий разработки месторождений полезных ископаемых и усилением влияния на окружающую среду [18 - 20].
Принципам недропользования не отвечают, например, оставление в неизвлекаемых целиках более 60 % запасов или сброс в технологические пустоты хвостов обогащения без излечения из них попутных полезных компонентов, суммарная стоимость которых сопоставима с извлекаемой стоимостью основного компонента.
При неоспоримых достоинствах технология с закладкой твердеющими смесями не уменьшает объемов выдаваемого на поверхность сырья и количество опасных отходов переработки. Только технология с выщелачиванием металлов решает проблему безотходности радикально, позволяя извлечь все металлы и превратить вторичные хвосты переработки в доступное по санитарным нормам сырье.
Нарастание объемов горного производства обусловлено увеличивающимися потребностями в полезных ископаемых, добыча которых обусловливается приоритетным условием соблюдения нормативных требований к сохранности окружающей среды.
Горными работами ежегодно нарушается около 150 тыс. гектаров земель. Оценивать перспективы совместного развития горного дела и сохранности окружающей среды следует, исходя из дальнейшего ухудшения условий добычи, увеличения объемов добычи минерального сырья и ужесточения требований к сохранности окружающей среды.
Выщелачивание хвостов переработки в активаторах позволяет извлечь до 50...70 % теряемых ранее металлов с получением побочных товаров, реализация которых удешевляет основное производство.
Концепция природоохранной эксплуатации недр включает в себя направления:
- снижение разубоживания при добыче богатых руд с закладкой пустот твердеющими смесями из утилизируемых отходов переработки;
- перевод неактивных запасов в активные запасы при выщелачивании бедных руд;
- комплексирование способов переработки руд.
Переработанные хвосты обогащения используются для изготовления твердеющих смесей, а выщелоченные руды скрепляются в массив прочностью 0,5.. .1,0 МПа.
В то время как добыча сырья для приготовления смесей осложняет экологическую ситуацию в регионе, в хранилищах находятся отходы, которые не могут использоваться из-за наличия в них металлов.
Извлечение металлов из хвостов горного производства осуществляется путем комбинирования процессов механической активации и химического выщелачивания. Обработка в дезинтеграторе повышает активность веществ на величину до 40 % и показатели извлечения металлов из хвостов обогащения на 2 порядка.
Параметры транспортирования смесей улучшали путем использования закономерностей преодоления сопротивления транспортированию в трубопроводе от сил динамического трения. При сообщении трубопроводу вибраций сопротивление существенно уменьшается, что увеличивает влияние напорного потока. В процессе транспортирования твердеющих смесей по вибропроводу от закладочного комплекса месторождения «Шокпак» к удаленному на 2 км месторождению «Камышовое» их активность увеличивалась на 20 %.
Разработка и внедрение рациональных технологий добычи урана основывается на прорывном совершенствовании производственных процессов. Эффективность комбинирования инновационных технологий обеспечивается обоснованностью как физико-химических процессов, так и процессов подготовки руд к переработке.
Вовлечение в производство некондиционных запасов путем комбинирования традиционных технологий разработки с технологиями выщелачивания металлов является резервом оздоровления экономики горных предприятий, особенно при конверсии производства в условиях рыночной экономики.
Опыт горняков атомной отрасли во второй половине прошлого века и в настоящее время представляет интерес для науки и практики добычи металлов на предприятиях горнодобывающих отраслей России и других стран мира.
Список литературы
1. Белоусов А.С. Оптимизация закладочных работ на урановых рудниках ПАО «ППГХО» // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. №7. С.17-20.
2. Дмитрак Ю.В., Камнев Е.Н. АО "Ведущий проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт промышленной технологии" - путь длиной в 65 лет // Горный журнал. 2016. № 3. С. 6-12.
3. Исследование твердой фазы отходов обогащения урановых руд /
B. П. Карамушка [и др.]// Горный журнал. 2012. №8. С.133-136.
4. Принципы и экономическая эффективность комбинирования технологий добычи руд / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, С.Г. Страданченко, З.М. Хашева // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 7. С. 6-14.
5. Подземные геотехнологии подземной разработки рудных месторождений / В.М. Лизункин [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. №1. С.123-128.
6. Технико-экономическая оценка эффективности блочного подземного выщелачивания урана из бедных руд Стрельцовского рудного поля / А. А. Морозов [и др.] // Горный журнал. 2013. № 8-2. С. 29-33.
7. Святецкий В. С., Литвиненко В. Г., Морозов А. А. О возможности и условиях применения блочного подземного выщелачивания урановых руд Стрельцовского месторождения // Горный журнал. 2012. №10.
C.78-81.
8. Дмитрак Ю.В., Вержанский А.П. Тенденции применения оборудования для тонкого измельчения горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2000. № 6. С. 184-188.
9. Святецкий В.С. Исследования возможности пастовой закладки камер на основе хвостов переработки урановых руд ПАО «ППГХО» // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. №10. С.37-40.
10. Повышение эффективности взрывной отбойки на основе новых способов инициирования скважинных зарядов на карьерах / В.И. Кома-щенко, В.И. Голик, В.А. Белин, А.Л. Гапоненко // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. № 9. С. 293-304.
11. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development / V.I. Golik, O.Z. Gabaraev, S.A. Maslennikov, Z.M. Khasheva, L.P. Shulgaty // The Social Sciences (Pakistan). 2016. Т. 11. № 18. С. 4348-4351.
12. Голик В.И. Извлечение металлов из хвостов обогащения комбинированными методами активации // Обогащение руд. 2010. № 5. С. 38-40.
13. Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и др. металлов / под ред. М. И. Фазлуллина. М.: ИД «Руда и Металлы», 2005. Т. 1. С.89-96.
14. Sinclair L., Thompson J. In situ leaching of copper: Challenges and future prospects // Hydrometallurgy. 2015.Т.157. Р. 306-324.
15. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries / V. Golik, V. Komash-chenko, V. Morkun, G. Irina // Metallurgical and Mining Industry. 2015. Т. 7. № 7. Р. 383-387.
16. Повышение полноты использования недр путем глубокой утилизации отходов обогащения угля / В.И. Голик, В.И. Комащенко, С.Г. Страданченко, С.А. Масленников // Горный журнал. 2012. № 9. С. 91-95.
17. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development / V.I. Golik, O.Z. Gabaraev, S.A. Maslennikov, Z.M. Khasheva, L.P. Shulgaty // The Social Sciences (Pakistan). 2016. Т. 11. № 18. Р . 4348-4351.
18. Комащенко В.И., Васильев П.В., Масленников С.А. Технологиям подземной разработки месторождений КМА - надежную сырьевую основу // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 101-114.
19. Дмитрак Ю.В., Логачева В.М., Подколзин А.А. Геофизическое прогнозирование нарушенности и обводненности массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 11. С. 35-36.
20. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Каргинов К.Г. Основа устойчивого развития РСО - Алания - горнодобывающая отрасль // Устойчивое развитие горных территорий. 2017. Т. 9. № 2 (32). С. 163-171.
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., galina_stas@,mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт,
Дмитрак Юрий Витальевич, д-р техн. наук, проф., ректор galina_stas@,mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет,
Габараев Олег Знаурович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, galina_stas@, mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт,
Кожиев Хамби Хадзимурзович, д-р техн. наук, проф., galina_stas@,mail.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт
INNOVATIVE TECHNOLOGIES AT THE URANIUM INDUSTRY ENTERPRISES V.I. Golik, Yu.V. Dmitrak, O.Z. Gabaraev, H.H. Kozhiev
The experience of using combined geotechnologies for metal extraction in the uranium mining industry is described, including the extraction of metals by traditional development systems and development systems with leaching in underground blocks, piles and disin-
tegrators and information on the use of world-class achievements in the mining industry of nuclear production.
Key words: metal mining, development system, leaching, block, stack, disintegrator.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, galina stasamail. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute,
Dmitrak Yuri Vitalievich, doctor of technical sciences, professor, rector, galinastas amail.ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasian State Technological University,
Gabaraev Oleg Znaurovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, galina stas @ mail.ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasian Mining and Metallurgical Institute,
Kozhiev Khambi Khadzimurzovich, doctor of technical sciences, professor, galina stasamail. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute
Reference
1. Belousov A. S. Optimization of laying works at the uranium mines of PJSC "ppgho" // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2015. no. 7. P. 17-20.
2. Dmitrak Yu. V., Kamnev E. N. JSC "Leading design and survey and research Institute of industrial technology" - a path of 65 years in length // Gorny Zhurnal. 2016. no. 3. Pp. 6-12.
3. Research of the solid phase of uranium ore enrichment waste / V. P. Karamushka [et al.]// Mining journal. 2012. No. 8. P. 133-136.
4. Principles and economic efficiency of combining ore mining technologies / V. I. Golik, Yu. I. Razorenov, S. G. Stradanchenko, Z. M. Khasheva // News of Tomsk Polytechnic University. Engineering of geo-resources. 2015. Vol. 326. No. 7. Pp. 6-14.
5. Underground geotechnologies of underground mining of ore deposits / V. M. Li-zunkin [et al.] // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2014. No. 1. P. 123-128.
6. Technical and economic evaluation of the effectiveness of block underground leaching of uranium from poor ores of the Streltsovsky ore field / A. A. Morozov [et al.] // Gorny Zhurnal. 2013. no. 8-2. Pp. 29-33.
7. Svyatetsky V. S., Litvinenko V. G., Morozov A. A. on the possibility and conditions of application of block underground leaching of uranium ores of the Streltsovsky Deposit // Gorny Zhurnal. 2012. No. 10. P. 78-81.
8. Dmitrak Yu. V., Verzhansky A. P. Trends in the use of equipment for fine grinding of rocks // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2000. no. 6. Pp. 184-188.
9. Svyatetsky V. S. Research on the possibility of paste laying chambers based on the tailings of processing uranium ores of PJSC "ppgho" // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2015. no. 10. Pp. 37-40.
10. Increasing the efficiency of explosive rebounding on the basis of new methods for initiating borehole charges at quarries / V. I. Komashchenko, V. I. Golik, V. A. Belin, A. L. Gaponenko // Mining information and analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2014. no. 9. Pp. 293-304.
11.The provision of development conversion perspectives into underground one for Russian iron ore deposits development / V. I. Golik, O. Z. Gabaraev, S. A. Maslennikov, Z. M. Khasheva, L. P. Shulgaty // The Social Sci-ences (Pakistan). 2016. Vol. 11. No. 18. Pp. 4348-4351.
12. Golik V. I. Extraction of metals from enrichment tailings by combined activation methods // Ore dressing, 2010, no. 5, Pp. 38-40.
13. Underground and heap leaching of uranium, gold and other metals / ed. by M. I. Fazlullin, Moscow: ID "Ore and Metals", 2005, Vol. 1, Pp. 89-96.
14. Sinclair L., Thompson J. In situ leaching of copper: Challenges and future prospects // Hydrometallurgy. 2015. T. 157. PP. 306-324.
15. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries / V. Golik, V. Komash-chenko, V. Morkun, G. Irina // Metallurgical and Mining Industry. 2015. Vol. 7. No. 7. PP. 383-387.
16. Increasing the completeness of subsurface use by deep utilization of coal enrichment waste / V. I. Golik, V. I. Komashchenko, S. G. Stradanchenko, S. A. Maslennikov // Gorny Zhurnal. 2012. no. 9. Pp. 91-95.
17. The provision of development conversion perspectives into undeground one for Russian iron ore deposits development / V.I. Golik, O.Z. Gabaraev, S.A. Maslennikov, Z.M. Khasheva, L P. Shulgaty // The Social Sci-ences (Pakistan). 2016. Vol. 11. No. 18. PP. 43484351.
18. Komashchenko V. I., Vasiliev P. V., Maslennikov S. A. Technologies of underground development of KMA deposits - a reliable raw material basis // Izvestiya of the Tula state University. earth science. 2016. Vol. 2. Pp. 101-114.
19. Dmitrak Yu. V., Logacheva V. M., Podkolzin A. A. Geofizicheskoe prognostication of disturbance and waterlogging of rock mass // Gorny information and analytical Bulletin. 2006. no. 11. Pp. 35-36.
20. Golik V. I., Razorenov Yu. I., karginov K. G. Basis of sustainable development of RSO-Alania-mining industry // Sustainable development of mountain territories. 2017. Vol. 9. No. 2 (32). Pp. 163-171.
