Методические принципы обоснования основных геотехнических параметров кучного выщелачивания золота (на примере месторождения Мурунтау Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

СЕМИНАР 20

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99_______

Г.А. Прохоренко, к.т.н., М.Н. Тедеев, д.т.н.,

Центральное РУ, предприятие «Флотэк»

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОБОСНОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КУЧНОГО

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА (на примере месторождения Мурунтау)

Характерной особенностью добычи рудного золота методом кучного выщелачивания (КВ) является реализация массообменных процессов и вынос растворенного вещества с поверхности реакции инфильт-рационным потоком раствора, т.е. в условиях, когда пространство между частицами рудного материала заполнено воздухом и выщелачивающим раствором. Причем последнему отводится роль «транспортирующего» средства и растворителя одновременно.

Чаще всего путем точечного орошения (дождевания), либо нагнетания раствора в порфорационные трубы, укладываемых в выщелачиваемой горной массы, в ней формируются инфильтрационные потоки. Анутри потока выщелачивающий раствор движется под воздействием капиллярных и гравитационных сил, которые контролируют кинетику физикохимических процессов. Степень насыщения инфильт-рационных потоков раствором реагента наибольшая вблизи мнимой оси и наименьшая на границах ин-фильтрационного потока. Следует отметить, что гравитационные силы обуславливают также скорость просачивания, которая регламентируется физическим состоянием (гранулометрическим составом, рыхлостью и неоднородностью горной массы и даже формой и шероховатостью частиц), массива и выщелачивающего раствора (плотность орошения, вязкость). По этой причине она является определяющим в формировании качества геотехнологических показателей методом кучного выщелачивания. Это говорит о том, что выбор конструктивных параметров и управления физико-химическими процессами при методе КВ должны производиться с учетом прежде всего указанных выше факторов.

Существующие теоретические модели учета физических характеристик рыхлого массива на динамику движения поровых растворов чрезвычайно сложны для использования в решении практических задач кучного выщелачивания. В то же время экспериментальное изучение кинетики массообменных процессов в инфильтрационном режиме с привлечением теории влагопереноса в ненасыщенных средах позволило получить простые алгоритмы, отражающие взаимное влияние физических свойств массива и выщелачивающего раствора.

Так, например, скорость просачивания раствора внутри инфильтрационного потока радиусом «Б», симметричного относительно мнимой оси, проходя-

щей через центр точечного источника, на любой глубине «Н» может быть рассчитана по формуле:

6 а ’ 1+>2 ^) г и

V /„, ч =--------, -а • н 1 + V1 + >2 + 1 I, м / сут

(р,) 2 я н

(1)

х2 =( Н 2

Qn

где § =____0 - расход через точечный источник,

2

3 к

м /сут; а = _ - показатель рассеивания раствора в

2Д

рыхлой среде, 1/м; К - коэффициент фильтрации рыхлой среды, м/сут; Д - коэффициент капиллярной диффузии, м2/сут.

В формуле (1) «а», характеризующий гидравлические свойства рыхлой среды, определяется экспериментально для конкретного массива и раствора.

Наличие формализованного выражения основной гидродинамической характеристики раствора в режиме неполного насыщения совместно с геотехнологиче-скими показателями КВ, такими как

- концентрация полезного компонента в растворе;

- степень извлечения п.к. в раствор;

- концентрация основного реагента и его расход;

- мощность орошаемого слоя руды;

- реагентный и солевой состав раствора, позволяет прогнозировать важнейшие параметры метода КВ в целом.

Таким образом, основными задачами экспериментальных работ, на наш взгляд должны включать:

♦ выявление закономерностей движения раствора и адаптация предложенной математической модели для их описания;

♦ определение показателей, необходимых для гидродинамических расчетов;

♦ установление характера формирования состава продуктивного раствора в зависимости от мощности орошаемого слоя руды, и продолжительности процесса расхода основного реагента от разных добавок;

♦ изучение закономерностей изменения фильтрационных свойств выщелачиваемого массива до и после прекращения орошения, времени и степени его насыщения раствором, а также продолжительности периода стабилизации инфильтрационного потока;

♦ определение полноты извлечения золота в раствор и из раствора, режима подачи в горную массу «добавок», величины Ж:Т.

Исходя из этого, проведение экспериментальных работ для обоснования геотехнологических показателей метода КВ должны предполагать несколько этапов:

♦ анализ гранулометрических характеристик и опробование испытуемой руды;

♦ гидродинамические исследования, включающие определение коэффициента фильтрации массива, объема рыхлосвязанной жидкости в поровом пространстве, рациональной плотности орошения и расстояния между точечными источниками;

♦ исследование кинетики кучного выщелачивания;

♦ обезвреживание и отмывка твердых хвостов КВ;

♦ выгрузка и опробование твердых хвостов КВ;

♦ выгрузка и опробование твердых хвостов;

♦ обработка экспериментального материала и установление качественных показателей процесса.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что в настоящее время не только отсутствует единый методический принцип определения важнейших геотехнологических показателей, но нередко вообще не уделяется внимание изучению влияния гидродинамических параметров на кинетику, полноту извлечения основного полезного компонента и формирование солевого состава продуктивных растворов кучного выщелачивания.

Последствия методических ошибок - это прежде всего неверно принятые технические решения при проектировании, низкие технико-экономические показатели на стадии промышленного освоения метода КВ.

Все это сдерживает широкое внедрение весьма прогрессивного способа для переработки огромных запасов забалансовых и бедных золотосодержащих руд и отвалов прошлых лет.

По нашему мнению, корректная постановка и решение методических задач при проведении опытноэкспериментальных работ дает возможность не только расширить область применения и сырьевую базу метода КВ, но и повысить качество принимаемых решений при разработке проектов и их реализации на практике.

Экспериментальные работы правомерно проводят в колонках разного диаметра и высоты. С точки зрения получения достоверной картины структуры ин-фильтрационного потока диаметр колонки КВ должен быть не менее 400 мм, при среднем размере максимального класса выщелачиваемого материала менее 100 мм. При большей величине - диаметр колонки КВ йк.в > 4dк. йк.в - диаметр колонки КВ; dк - средний диаметр куска максимального класса выщелачиваемой руды.

Высоту колонки КВ должна обеспечивать получение зависимости изменения скорости просачивания раствора сквозь выщелачиваемую массу. С этой точки зрения минимальная высота колонки диаметром 400 мм равна 3 м (рис. 1).

Одной из важных задач экспериментального изучения параметров метода КВ до начала работ по загрузке руды является оценка кусковатости рудного материала и определение содержания в нем золота. Необходимо отметить, что все опыты проводятся на материале только натурной крупности.

Рекомендуется оценку гранулометрического состава испытуемого крупнокускового материала производить по методике проф. Барана Л.И., или методом ситового анализа - при мелком дроблении.

В каждом случае, в процессе разделения на гранулометрические классы, отбираются навески материала массой не менее 2 кг и определяется пробирным методом содержания золота в каждом из выделенных классов.

Среднее исходное содержание рассчитывается по формуле

8 =

Р181 + Р 28 2 +...+ Р п 8 п i =1

Р1 + Р 2 +...+ Нп

i =1

(2)

где: Р1 - масса рудного материала в 1-ом классе, т;

81 - содержание золота в 1-ом классе, г/т.

После определения грансостава испытуемый материал подлежит тщательному перемешиванию, затем загружаться в колонку, разравнивается.

Обеспечение равномерной плотности загрузки повышает достоверность экспериментальных данных и отмечает их обработку.

Рассчитывается объемная масса (плотность) по формуле

у = , т/м3 (3)

1 р V

Коэффициент разрыхления равен

Кр = ^ . (4)

у р

Объемная пористость «5» составит:

5 =

'1 - К!'

Кр ,

• 100%, (5)

где: V - объем руды в колонке КВ; ур, уц - соответственно плотность материала в колонке КВ и целике, т/м3.

Экспериментальные работы на начальном этапе включают установление рациональных параметров орошения с точки зрения обеспечения минимальных размеров растворосборников, аварийных и резервных резервуаров для стабильной и безопасной работы технологического оборудования и механизмов.

Первый опыт проводится при высоте загрузки колонны КВ испытуемой рудой в 1000 мм. В процессе опыта ведутся наблюдения с целью определения начала появления раствора из днища; времени необходимого для стабилизации потока; объема рыхлосвязаной жидкости в поровом пространстве.

Измерение гидродинамических параметров производится через каждые 60 мин после появления жидкости из днища колонны.

Аналогичные наблюдения проводятся в опытах при высоте руды в колонне КВ 2 м и 3 м. В ходе опыта проводится строгий учет объема поданной жидкости в колонку и сошедшей с нее, а также момент начала стабилизации потока, установления, т.е. постоянного дебита из днища.

Удельный объем рыхлосвязанной жидкости, насыщающей поровое пространство, определяется из выражения:

q = О^-О^ - то, V,, • Ко

(6)

где Ql - объем раствора, поданного в колонну до момента стабилизации потока, м3; Q2 - объем раствора, сошедшего из колонны до начала стабилизации потока, м3; V - объем рудного материала в колонне, м3;

К0 - показатель, характеризующий долю объема руды, омываемой фильтрационным потоком.

Ко =

V,

(7)

где QE - объем инфильтрационного потока точечного источника, м3.

В практике проектирования горных предприятий резервуары для сбора притока воды рассчитывают исходя из 2^3 часовой остановки насосного оборудования. Учитывая, что в результате остановки орошения при КВ происходит неравномерный исход во времени растворов из порового пространства, в результате чего от 60 до 80% рыхлосвязанной жидкости стекает в первые 2-3 часа после остановки насосов. Поэтому без

правильного учета объемов расчет оптимальных размеров рабочих и резервных емкостей невозможен.

После выполнения всех предусмотренных программой замеров, орошение отключается, фиксируется время остановки подачи жидкости в первую царгу (Н = 1000 мм) и через каждые 30 мин замеряется дебет из колонны в течение 3-х часов. Удельный объем растворов, сошедших за это время из порового пространства, который должен учитываться при расчете емкости резервуара для сбора продуктивных растворов, равен

IО| • tз

qз =

п • V

(8)

р

где Q1 - расход в единицу времени из колонки на 1-м интервале остановки орошения, мл/мин; п - число замеров; tз -продолжительность регламентированного времени остановки насосов, мин.

Входящий в формулу (1), для определения средней скорости просачивания выщелачивающих растворов на любой глубине орошаемого массива, комплексный параметр «а» определяется равенством

1

а = — 1п

а

Ь 2(1 - Ох)

л/1 + х2 + 1

(9)

н(л/1 + х2 - 1)|П 2л/1 + х2(1 - Ох)

где Qх - объем раствора внутри инфильтрационного потока, формируемого точечным источником, определяется экспериментально.

а = 1 +

1

+ х

2

V = НЧ1 + х2 - 1

Показатель <^х» определяют после стабилизации потока раствора при высоте слоя: h = 1,0 м; h = 2,0 м; h = 3,0 ми принимается средняя величина. Расход раствора принимается из расчета 10 л/тчас.

Одной из основных задач испытаний - установление кинетических характеристик метода КВ, таких как: степень извлечения золота, среднее содержание золота в продуктивном растворе и маточниках отношение Ж:Т, концентрация раствора реагента, динамика насыщения продуктивных растворов примесями и т.д.

Испытаниям предшествует выбор и подготовка оросительной системы, приготовление и подача жидкости (раствора), обвязка и обкатка цепи аппаратов в безреагентном режиме при замкнутом цикле работ, проверка и наладка приборов и инструментов, необходимых для проведения замеров.

После подготовки установки КВ к работе (приготовления рабочего раствора и заправки им расходного бака), открывается зажим расходного патрубка и устанавливается необходимый расход, затем патрубок заглубляется

на 10-12 см в слой инертного материала, уложенного на поверхности орошаемой руды (рис. 1).

С этого момента фиксируется время подачи и появления раствора из днища колонны КВ, замеряется объем раствора, стекающего за единицу времени, отбирается для анализа на Аи, №, С^ PH, Fe, Си, 2п, Ag «П», проба продуктивного раствора. Замеряется дебет - через каждый час до полной стабилизации потока в течение не менее 3-х часов. После стабилизации

- 1 раз в сутки. Отбор проб продуктивного раствора не менее одного раза в сутки в одно и то же время суток производится отбор пробы продуктивного раствора и маточников сорбции.

Исследования предполагают непрерывный режим орошения в замкнутом цикле до концентрации золота в продуктивном растворе 0,01 мг/л. После этого прекращается подача на орошение колонки КВ.

Заключительной стадией экспериментальных работ являются отмывка твердых хвостов КВ от реагента, выгрузка их из колонки КВ и опробование. Для этого поровым раствором дают сдренироваться в течение 3-х-4-х суток, после чего колонку заполняют светлой водой и выдерживают в течение суток. Перед сливом воды отбирают жидкие пробы на анализ Аи, №СК Эта процедура повторяется для снижения концентрации NaCN до предельно допустимого уровня. Затем воде дают сдренировать в течение 2-х суток, твердые хво-

сты выгружают в контейнер и сушат до естественной влажности. Процедура опробования выщелоченной руды для определения в ней золота аналогична опробованию исходной руды, которое изложено выше.

Степень выщелачивания золота определяют по:

♦ балансу в исходной пробе и твердых хвостах КВ;

♦ как отношение количества золота, извлеченного на сорбции (с учетом количества в маточниках сорбции) к массе золота в исходной пробе. Все другие способы, по нашему мнению, не обладают достаточной надежностью, поэтому непригодны для учета полноты извлечения при КВ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.Н. и др. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. М.: Недра. 1987.

2. Ивакин В.В. О фильтрации при нагнетании в ненасыщенной водой грунт. Изв. АН СССР. ОТН. 1947. № 6.

3. Лунев Л.И., Попов Н.Г., Тедеев М.Н. Проектирование предприятий подземного выщелачивания. Учебное пособие для студентов. М.: 1989.

4. Крамаровская И.И., Новосельский С.Н. Две задачи внутрипочвенного орошения. ДАН УзССР. 1977. № 6.

5. Кулабухова И.И. Две задачи неустановившейся фильтрации при неполной насыщенности грунтов. Изв. АН СССР, ОТН. 1959, № 3.

© Г.А. Прохоренко, М.Н. Тедеев