CC BY
31
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 2 «РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ»
А.Е. Воробьев, д.т.н., с.н.с.
Московский государственный горный университет
МЕТОПЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ
При разработке рудных месторождений часть полезных компонентов поступает в отвалы пустых пород и склады бедных руд (некондиционной рудной массы). Применение геотехнологических методов, в частности, кучного выщелачивания для переработки горной массы с чрезвычайно низким содержанием полезных компонентов не всегда целесообразно. В этой связи назрела необходимость поиска новых решений проблемы комплексного освоения недр [ 1 ].
Анализ современных методов отва-лообразования показывает [ 2 ], что возможно целенаправленное улучшение свойств части хранимых горных пород при обеспечении условия для активного взаимодействия их компонентов. Это позволяет перевести техногенные минеральные объекты (ТМО) в разряд техногенных месторождений (ТМ). Нами разработана лицензионная ресурсовоспроизводящая технология, основанная на перераспределении компонентов в отвальном массиве [ 3 - 5 ]. Она включает укладку ( селективную или комбинированную) разнокачественной горной массы, содержащей полезные компоненты, и создание геохимических барьеров, обуславливающих резкую смену геохимической обстановки в отвальном массиве. В процессе специальной обработки горной массы происходит растворение, миграция и последующее осаждение соединений полезных компонентов в зоне действия барьеров, что повышает концентрацию металлов в локализованном объеме горной массы и
способствует эффективной ее переработке традиционными методами.
При реализации метода внутриот-вального обогащения ТМО и их участки формируют из горных пород с различными свойствами и содержанием полезных компонентов. С учетом того, что процесс концентрации последних в обогащаемых слоях сопровождается снижением содержания в остальной части ТМО, минимальное содержание компонента в горных породах, пригодных для внутриотвального обогащения, определяется их выражения:
где VI - общий объем горных пород формируемого ТМО, м3;
С/ - минимально допустимое содержание полезного компонента в горных породах ТМО, %;
У2 - объем горных пород, содержание полезного компонента в которых в процессе внутриотвального обогащения снизилось, м3;
Сг - содержание полезного компонента в объеме К? после внутриотвального обогащения, %;
Ст - минимальное промышленное содержание полезного компонента в конкретных условиях, %;
У,„ - минимальный объем рудной массы ( с содержанием компонента Ст), который целесообразно вовлекать в переработку, м3.
Составными частями ресурсовоспроизводящей технологии являются методы
химического, физико-механического, электрохимического, электромагнитного, радиационно-химического и бактериального внутриотвального обогащения. В качестве классификационных признаков были приняты факторы определяющие процессы растворения, миграции и переосаждения компонента в массиве ТМО. В этой связи следует различать методы электрохимического внутриотвального обогащения (обуславливающие преимущественно выщелачивание полезного компонента) от электромагнитного (обеспечивающего его миграцию). Систематизация методов внутриотвального обогащения, позволяет четко распределить методы формирования ТМО, технологические процессы и их параметры, а также дает возможность уточнить пути перевода ТМО в категорию ТМ.
Для осуществления процесса концентрации какого-либо полезного компонента на геохимическом барьере его высокое содержание в мигрирующих потоках не является обязательным. Если локализованный участок отвального массива служит барьером только для одного или нескольких элементов (соединений), а у остальных интенсивность миграции на этом участке не меняется, то даже при низком содержании рассматриваемого полезного компонента в мигрирующем потоке его концентрация на геохимическом барьере может со временем стать значительной.
Одна из наиболее характерных и относительно просто реализуемых схем формирования ТМ ( обеспечивающая химическое внутриотвальное обогащение) состоит в чередовании слоев разнокачественных пород с контрастными геохимическими свойствами.
Первоначальное количество Qвн полезного компонента, содержащегося в выщелачиваемом слое, равно:
(-Р \ '
6» = ■ у в • Ст, кг (2)
“с
где Ув - объем выщелачиваемого слоя, м3;
Рв - пористость горных пород;
Крв - коэффициент разрыхления выщелачиваемого слоя;
Тв . объемный вес выщелачиваемого слоя, кг/м3;
Свн - начальное содержание полезного компонента в слое.
Эффективное использование метода внутриотвального обогащения возможно при условии, что содержание полезных компонентов в обогащаемом слое по меньшей мере достигает промышленных значений Спр. Для этого должно произойти растворение в выщелачиваемом слое, перераспределение в отвальном массиве и осаждение в обогащаемом слое некоторого количества компонента, минимальное значение которого составит:
где Сок, Свк - содержание полезных компонентов соответственно в обогащаемом и выщелачиваемом слое по завершении процесса внутриотвального обогащения (возможными потерями полезных компонентов за счет миграции растворов за пределы ТМ в данном случае пренебрегаем).
При этом необходимо выполнение условия: Сок> Спр, следовательно,
Для характеристики процесса растворения полезных компонентов в выщелачиваемом слое могут быть использованы известные из геохимии зависимости, позволяющие при заданных характеристиках горных пород и применяемых активных агентов рассчитать изменение концентрации полезных компонентов в выщелачиваемых слое в любой момент времени.
Расчетное значение мощности выщелачиваемого слоя Мв экспериментально
Щтт = Яон(С„р - Сон), кг (4)
уточняется из условия эффективной обработки его раствором активного агента.
Продолжительность процесса внутриотвального обогащения определяется не столько скоростью химических реакций, сколько скоростью подвода растворителя и миграции растворов в ТМО. Миграция растворов соединений полезных ископаемых характеризуется скоростью их инфильтрации в пористую разрушенную среду [ 5 ].
Геохимические уравнения для определения параметров барьеров довольно сложны и нося г приближенный характер. На практике в каждом конкретном случае необходимо экспериментально уточнять объем обогащаемого слоя Уо, требуемого для осаждения мигрирующих полезных компонентов.
Следует отметить, что поскольку параметры выщелачиваемого и обогащаемого слоев тесно взаимосвязаны, их определение должно носить итеративный характер.
Продолжительность внутриотвального обогащения Т складывается из времени растворения полезных компонентов (тт = 30 сут), их миграции (часы) и переосаж-дения (часы) в обогащаемом слое. Однако в реальных условиях необходимо учитывать перемежаемость и совмещение данных процессов.
На практике для различных условий значения Т могут варьировать от нескольких недель до нескольких лет, что, учитывая, как правило, длительные сроки хранения полезных компонентов в отвалах и руд-
ных складах, в большинстве случаев является вполне приемлемым [ 6 ]. Расчетные значения высоты слоев разнокачественных пород находятся в пределах от 2-5 м до 1520 м, что также соответствует как распространенным на практике параметрам отвалов и складов, так и возможностям используемого на карьерах горного оборудования.
Дренажный слой, укладываемый в основании ТМО, должен обеспечивать эффективную фильтрацию растворов, и его мощность по опытным данным составляет 0,5 - 1,0 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трубецкой К.Н. Развитие новых направлений в комплексном освоении недр. - М.: ИПКОН АН СССР, 1990.
2. Воробьев А.Е. Техногенные объекты и их группировка // Технология добычи и усреднения руд на месторождениях Средней Азии. - Фрунзе: Илим, 1989.
3. Трубецкой К.Н., Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. и др. Способ создания техногенных месторождений. Патент РФ 2065051, 1996.
4. Трубецкой К.Н., Воробьев А.Е. Основы ресурсовоспроизводящих технологий складирования и хранения некондиционного минерального сырья // Горный журнал № 5, 1995. С. 47 - 51.
5. Трубецкой К.Н., Воробьев А.Е.,, Чекушина Т.В. и др. Способ внутриотвального обогащения редкоземельных некондиционных руд. Патент РФ № 2065052, 1996.
6. Трубецкой К.Н. и др. Обоснование объемов и сроков освоения техногенных месторождений // Горный журнал № 2, 1988.
©А.Е. Воробьев
