CC BY
82
ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ:
; ; ; ; ^ А.Е. Воробьев, 2000
УДК 622.775
А.Е. Воробьев
КУЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МАРГАНЦА ИЗ ДРОБЛЕННЫХ РУД И ТЕХНОГЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Кучное выщелачивание (КВ) марганца предусматривает планировку земной поверхности, создание специального ан-тифильтрационного основания, формирование штабеля путем укладки (автомобильной, конвейерной, экскаваторной и т.д.) марганецсодержащей руды (с предварительным заложением дренажей и растворосборников), образование оросительных систем, подачу выщелачивающего и сбор продуктивного марганецсодержащего растворов, выделение из последних марганца и утилизацию образующихся кеков выщелачивания.
На эффективность кучного выщелачивания марганца влияют: гранулометрическое и микроагре-гатное состояние рудного материала;
• вещественный состав и форма морфолого-минералоги-ческих ассоциаций, образующих полезное составляющее;
• химические и физические свойства полезных минералов и рудовмещающих пород;
• доступность обрабатываемых минералов внутри рудовмещающих пород для контакта с применяемыми растворителями.
Технологические схемы формирования штабелей КВ марганца аналогичным рассмотренным ранее базовым схемам выщелачивания золота [1-5]. Все же, различия в химических и минералогических свойствах марганца и золота накладывают свои особенности.
На показатели технологии КВ марганца оказывает значение предварительное разрушение естественной структуры вмещающих
пород и минералов. Выщелачивание марганца из ценных минералов возможно при раскрытии их зерен в массе рудовмещающей породы, обеспечивающим доступ растворителя к этим минералам. Разрушение структуры связанных горных пород зависят от их прочности, тесктурно-структурных характеристик и гранулометрического состава.
В настоящее время широко известно несколько таких способов:
• механический - породоразрушающий механизм (дробилки, мельницы), струи воды (гидромонитор), вибрация, взрыв;
• микробиологический - разложение цементирующего вещества и уменьшение внутреннего трения;
• химический - растворение цементирующего вещества, разупрочнение связанности с помощью ПАВ.
Разрушение крепких связанных пород механическим путем идет по пути удара, резания и измельчения с образованием трещин различной крупности. При разрушении слабосвязанных и рыхлых пород нарушается связь между отдельными частицами и смачивание их водой усиливает эффект их разрушения.
Ослабление структурных связей, облегчение деформации и понижение прочности марганецсодержащей породы достигается введением поверхностно-активных веществ (ПАВ). Адсорбционные и поверхностные слои молекул или ионов жидкостей с высокой энергией смачивания, проникая в микрощели породы, препятствуют смыканию поверхностей. При этом
происходит понижение величины работы, необходимой для ее разрушения. В микрощелях создается раздвигающее тангенциальное давление, направленное вглубь микрощелей.
В ряде случаев эффективное разрушение марганецсодержащих пород можно достичь предварительной кислотной обработкой (для разрушения цементирующего карбонатного вещества).
Микроорганизмы могут также разложить цементирующее вещество слабосвязанных зернистых пород. Выделяющиеся продукты их жизнедеятельности придают горной массе повышенную подвижность. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов в виде слизи, газа и коллоидных систем играют роль смазки, уменьшая вязкость дисперсной среды. В этом случае важным условием является оптимальный подбор соответствующих среде микроорганизмов, способных разлагать цементирующее вещество.
В настоящее время в промышленной практике известно [3] два основных способа подготовки руд к выщелачиванию. По первому выщелачивают недробленную руду забойной крупности, которая образуется в результате только взрывных работ. Выщелачивание такой руды протекает в течение весьма длительного времени (например, в течение нескольких лет). По второму способу руду предварительно дробят до кондиционной крупности - 25 мм или 12 мм.
Первое, на что следует обращать внимание при осуществлении технологии КВ марганца - это фильтрующие свойства массива обрабатываемого штабеля. Эффективность выщелачивания марганца различными растворителями напрямую связана с фильтрационными свойствами обрабатываемой рудной массы и массива штабеля КВ, с его пустотностью, проницаемостью и способностью смачиваться различными жидкостями.
В технологии кучного выщелачивания марганца из специально уложенных штабелей важное значение имеет и дешламация выщелачиваемого массива. Для этого,
по обычной схеме осуществляют сооружение гидронепроницаемого основания, формирование штабеля КВ фронтальными наклонными слоями, орошение и последующий сбор продуктивных марганецсодержащих растворов. Но предварительно каждый вновь образуемый фронтальный слой промывают нисходящим потоком выщелачивающего раствора, а шламовый материал выводят на днище штабеля [7].
При чем, отсыпку руды фронтальными наклонными слоями осуществляют с заезда, сформированного до отметки проектной высоты отвала. После отсыпки одного слоя сверху нисходящим гидродинамическим потоком в напорном режиме промывают за-складированную марганецсодержащую руду. Таким образом освобождаются от шлама, который частично осаждается в нижней части штабеля, а частично выносится в специальный шламосбор-ник (где выщелачивается в гидродинамическом режиме). После чего весь штабель КВ работает в режиме капиллярного выщелачивания.
Кроме рассмотренной технологической схемы, нейтрализацию отрицательного действия шламов на процесс КВ можно обеспечить и следующим образом. Первоначально производят формирование раствороулавливающей системы, подготовку марганецсодержащей руды путем ее дробления и размещения штабелем над раствороулавливающей системой. Затем обеспечивают формирование оросительной системы, подачу выщелачивающих и очистку продуктивных марганецсодержащих растворов.
Предварительно дробленную марганецсодержащую руду разделяют грохочением на группы по классам крупности (+150 мм, -150+50 мм и -50 мм) и размещают эти группы раздельно одна от другой, а подачу выщелачивающих растворов начинают с группы с максимальной крупностью кусков и последовательно пропускают выщелачивающий раствор по другим группам в порядке уменьшения крупности руды. Кроме того, на марганецсодержащую руду с круп-
ностью кусков +50 мм после выщелачивания подают растворы или жидкие отходы для отделения твердых примесей.
Важное значение имеет изменение плотности массива КВ, что достигается следующим образом. Первоначально осуществляют формирование гидронепроницаемого основания, отсыпку на него марганецсодержащего минерального материала, орошение выщелачивающими и сбор продуктивных марганецсодержащих растворов. После чего производят бурение скважин в массиве штабеля КВ и его последующее взрывное рыхление из них. При чем, перед отсыпкой марганецсодержащего материала производят его разделение на мелкодисперсную и кус-коватую фракции. Отсыпку производят с формированием локализованных участков из мелкодисперсной и кусковатой фракций. Скважины бурят в участки с мелкодисперсной фракцией, а рыхление массива штабеля осуществляют путем гидроразмыва участков мелкодисперсной фракции с последующей ее укладкой на верхнюю поверхность штабеля КВ.
Для чего, на подготовленной площадке создают гидронепроницаемое основание, например, отсыпкой 0,5 м песка и покрытие его полиэтиленовой пленкой. Затем отсыпают штабель из марганецсодержащей руды (при чем мелкодисперсную и кусковатую фракции укладывают локализованными участками раздельно друг от друга). Укладку мелкодисперсной фракции осуществляют горизонтальными слоями мощностью 1-2 м. На сформированный штабель устанавливают систему орошения и обрабатывают руду выщелачивающим реагентом. При необходимости рыхления массива штабеля локализованные участки вскрывают, например, горизонтальными скважинами и размывают мелкодиспесрную фракцию. При этом происходит обрушение кусковатого рудного материала на освободившееся пространство.
На показатели КВ марганца из руд большое влияние оказывает порядок и показатели_орошения выщелачиваемого штабеля. В по-
добных случаях, помимо подготовки марганецсодержащей руды к выщелачиванию, подачи выщелачивающего раствора, аэрации руды и сбора продуктивного раствора, необходимо произвести в массиве штабеля КВ сооружение не менее двух оросительных устройств, расположенных одно под другим. Кроме того, аэрацию осуществляют туманно-капельной смесью выщелачивающего раствора и воздуха, которую подают в нижнее устройство одновременно с подачей выщелачивающего раствора в верхнее устройство.
Для чего, при послойной отсыпке на гидроизоляционное основание на поверхности каждого слоя марганецсодержащей руды укладывают перфорированные трубы оросительных устройств. По окончании выщелачивания марганца из верхнего слоя оросительное устройство отключают, а трубы первого нижележащего оросительного устройства подсоединяют к насосу для подачи выщелачивающего раствора и выщелачивают марганец из следующего нижележащего слоя (с подачей в нижние оросительные устройства туманно-капельной смеси). По окончанию выщелачивания марганца производят нейтрализацию образующихся кеков через имеющиеся оросительные устройства.
На плотность орошения штабеля оказывает влияние следую-щея технология КВ. Первоначально производят подготовку марганецсодержащей горной массы к выщелачиванию с формированием в ее объеме по меньшей мере одного водонепроницаемого слоя. Затем осуществляют формирование горизонта орошения, подачу выщелачивающего марганец раствора и сбор продуктивных растворов. Водонепроницаемый слой формируют с водопроводимо-стью, меньшей водопроводимости выщелачиваемой горной массы. При этом в начальной стадии выщелачивающий раствор подают с интенсивностью превышающей водопроводимость указанного слоя и не превышающей водопро-водимость горной массы, а на последующей стадии выщелачивающий раствор подают с интен-
сивностью не превышающей во-допроводимость специального слоя.
Кроме того, специальный водопроницаемый слой формируют вогнутым в направлении движения выщелачивающего раствора в горной массе. А также его формирование осуществляют с уменьшением водопроводимости от краев к центру. Между водопроницаемыми слоями размещают одинаковые объемы марганецсодержащей руды и формируют дополнительный горизонт орошения.
Начальному периоду подачи растворов реагентов соответствует активная стадия выщелачивания. При подаче раствора с определенной интенсивностью, обеспечивается быстрое достижение водопроводного слоя. При этом часть раствора просачивается через него, а часть - задерживается (поскольку интенсивность нагнетания выше водопроводимости этого слоя). В результате над во-
допроводимым слоем образуется зона полного насыщения марганецсодержащей горной массы выщелачивающим раствором (уровень которой повышается по мере подачи выщелачивающего раствора, а скорость повышения тем выше, чем значительнее интенсивность орошения). По существу данный режим подобен фильтрационному выщелачиванию. В результате осуществляется быстрый перевод в раствор легковскрывае-мого марганца.
После активного периода наступает установившаяся стадия выщелачивания, характеризующаяся сравнительно низкой и медленно снижающейся концентрацией марганца в продуктивном растворе. На этой стадии режим из фильтрационного переходит в инфильтрационный.
Важным представляется и характеристика основания штабеля КВ. Целесообразно использование основания, включающего гидро-
изоляционный слой с наклонной поверхностью, расположенный на нем дренажный слой из части горной массы однородной крупности. При чем, на поверхности гидроизоляционного слоя выполняются продольные по уклону открытые каналы треугольного или трапециевидного сечения, шириной меньше крупности однородной части штабеля КВ.
Таким образом, методы КВ марганца могут быть использованы для переработки убогого марганецсодержащего минерального сырья (например, металлосодержащей вскрыши карьеров или песков хвостохранилищ). Для этого необходимо подобрать наиболее подходящую технологическую схему, позволяющую эффективно (и с минимальными экологическими издержками) извлечь из них марганец, с последующей утилизацией образующихся кеков выщелачивания.
1. Воробьев А.Е, Чекушина Т.В. Классификация штабелей кучного выщелачивания металлов //Горный журнал N3,1997. - С. 36-42.
2. Хабиров В.В., Забельский В.К., Воробьев А.Е. Прогрессивные технологии добычи и переработки золотосодержащего сырья /Под ред. акад. Н.П. Ла-верова. - М.: Недра, 1994. - 272 с.
3. Бубнов В.К., Воробьев А.Е, Голик В.И. и др. Теория и практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов выщелачивания. - Целиноград: Жана-Арка, 1992. - 546 с.
4. Воробьев А.Е. Лобанов Д.П., Ма-лухин Н.Г., Чекушина Т.В. Электрохимическое выщелачивание металлов
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
/Часть 1: Учебное пособие. - М.: МГГА, 1997. - 149 с.
5. Воробьев А.Е. Лобанов Д.П., Ма-лухин Н.Г., Чекушина Т.В. Электрохимическое выщелачивание металлов /Часть 2: Учебное пособие. - М.: МГГА, 1997. - 77 с.
1!!|11^:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т:Т^
Воробьев Александр Егорович - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
