CC BY
28
УДК 622.755
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ РЕСУРСОВОСПРОИЗВОДЯЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
А.Е. Воробьёв
Кафедра горного и нефтяного дела Российский университет дружбы народов Ул. Миклухо-Маклая, 6, 117198 Москва, Россия
Представлена группировка факторов, определяющих эффективность ресурсовоспроизводящих технологий недропользования. В качестве основных классификационных признаков приняты среда размещения и функционирования, характеристика техногенных образований, климат и рельеф, состав пород и минералов, вид полезного компонента и его содержание, а также величина затрат и прибыли.
В конце XX в. горная наука получила принципиально новое направление развития [1], основной идеологией которого стало целенаправленное промышленное (техногенное) воспроизводство минеральных ресурсов в литосфере, обязанное перераспределению полезных компонентов, рассеянных в горном массиве, с последующим формированием техногенных промышленных месторождений.
К настоящему времени ресурсовоспроизводящие технологии получили всестороннее теоретическое обоснование [2], на них запатентовано свыше 150 изобретений (большая часть — автором статьи) и дальше они должны получить четкое научное таксонометрическое распределение (рис. 1).
Рис. 1. Группировка факторов, определяющих эффективность ресурсовоспроизводящих технологий недропользования
Прежде всего ресурсовоспроизводящие технологии подразделяются в соответствии со средой своего размещения и функционирования.
Здесь наибольшее распространение (на практике и в плане теоретического обоснования) получили технологии, которые могут быть применены при открытых разработках, т.е. на земной поверхности (рис. 2).
Что касается возможного функционирования ресурсовоспроизводящих технологий в гидросфере, то это научное направление пока еще не вышло за рамки теоретического обоснования и все еще представлено только отдельными патентными разработками по улучшению качества минерального сырья в прибойной шельфовой зоне [3]. Так, при отработке месторождений цирконсодержащих руд попутно извлекаемые некондиционные руды и цирконсодержащие породы рационально складировать в шельфовой зоне. Для этого сначала на наклонном основании мелководья 2 морского залива формируют канавы 3, глубиной 2-3 м и шириной 1,5-3,5 м, ориентированные перпендикулярно движению воды 4 (рис. 3).
После этого отсыпают некондиционную горную массу 5, содержащую цирконий преимущественно в виде циркона, который исключительно устойчив к воздействию кислот, щелочей, солей и других химических реагентов.
В период хранения циркониевых пород содержащие его минералы оседают в канавах 3, а пустая порода вымывается. Это происходит вследствие того, что породообразующие минералы имеют обычно удельную массу 0,2-2,5 г/см3, а циркон и другие циркониевые минералы — более 4,5 г/см3. Под воздействием потоков воды в зоне прибоя происходит сегрегация горной массы по ее весу.
Если же рассматривать ресурсовоспроизводящие технологии, предлагаемые к осуществлению в глубинах литосферы (недрах), то здесь (без существенного техногенного вмешательства - целенаправленной подачи энергии и реагентов) их процессы довольно трудно осуществимы. В условиях недостатка природной энергии рациональнее осуществлять не процесс перераспределения в пространстве имеющихся рассеянных полезных компонентов, а синтез нового полезного ископаемого [4], например нефтеподобных соединений (с использованием предварительно накопленной энергии органического вещества).
Кроме этого весьма важным является изучение и последующая разработка ресурсовоспроизводящих технологий, соответствующих предварительно прове-
Рис. 3. Схема формирования техногенного месторождения в прибрежной зоне:
1 — наклонное основание; 2 - мелководье; 3 - канавы; 4 - движение воды; 5 - горная масса; 6 - тяжелая масса
Рис. 2. Количество разработок ресурсовоспроизводящих технологий;
1 - на земной поверхности; 2 - в гидросфере; 3 - в литосфере
денным технологическим преобразованиям горной массы, т.е. образованным при этом побочным техногенным продуктам (минеральной массы отвалов, складов, хвосто- и шламохранилищ, шлаков, кеков и т.д.).
Это объясняется тем, что, во-первых, возникающие при предшествующей переработке полезных ископаемых различные техногенные минеральные формы обусловливают разные ресурсовоспроизводящие технологии применимые к ним, а, во-вторых (что не менее, а возможно, и более важно, но до сих пор не учитывается в современной геотехнологии), получающиеся минеральные отходы имеют различную величину уже «вложенной» в них при первоначальной переработке энергии (прежде всего это значение энергии свободной поверхности, которая определяется в основном размерами куска горной массы, а также величина энергии связи, обусловленной минеральным типом образованного продукта). Эту энергию необходимо рассматривать как полезный продукт и обязательно учитывать при разработке, обосновании и выборе ресурсовоспроизводящих технологий. Кроме этого среди факторов, определяющих эффективность функционирования ресурсовоспроизводящих технологий, необходимо выделять внешние факторы, обусловливаемые параметрами окружающей (вмещающей) среды.
Прежде всего это климат. Значение данного фактора трудно переоценить. В частности, климат определяет наличие (при положительных температурах окружающей среды) или отсутствие (при отрицательных температурах окружающей среды и замерзании растворов) самих ресурсовоспроизводящих процессов.
Однако низкие температуры окружающей среды не всегда оказывают негативное влияние на ресурсовоспроизводящие технологии. Так, посредством целенаправленного применения низких температур при осуществлении ресурсовоспроизводящих технологий можно обеспечить морозобойное растрескивание кусков горной массы, т.е. их природное вскрытие [5].
Морозобойное растрескивание рудного куска связано с объемным изменением, обусловленным ростом кристаллов льда, которые вызывают в куске аномальные давления, приводящие к его разрушению.
Это вызвано тем, что вода при замерзании в капиллярах и трещинах увеличивается в объеме примерно на 9%, и такое изменение объема оказывает значительное разрушительное воздействие на рудный кусок.
Первоначально в рудном куске образуются микротрещины, нарушающие структуру породы (рис. 4), длина которых не превышает первых сантиметров, а ширина — 0,1-0,15 мм.
Примером использования температурного барьера может служить схема формирования ТМО, приведенная на рис. 5. Замкнутые по периметру насыпи 3 состоят из горных пород, содержащих медь в легкорастворимой сульфатной
*
X.
л
>•
*
*
к-
'Ш 1
2
3
"Су:: 4
5
Я б
Рис. 4. Использование естественной трещиноватости рудного куска при морозобойном растрескивании: трещиноватость: 1 — дорудная, 2 — пострудная, 3 — рудная, 4 — открытая, 5 — залеченная,
6 — морозобойная
форме; высота насыпей составляет примерно 6-8 м. При этом внутри ограниченного насыпями 3 пространства образуется резервуар 4, предназначенный для сбора концентрированных растворов.
Горные породы обрабатывают через разбрызгивающие устройства 6 водой с растворенным в ней активным агентом — хлором, активизирующим процессы растворения и миграции полезных компонентов. Содержащие сульфаты меди минералы насыпей 3 растворяются, и полезный компонент мигрирует в водном растворе под действием гравитационных сил в виде положительных ионов (Си+), попадая в конечном счете в резервуар 4. При этом создается разность потенциалов между льдом и водой — вода заряжается положительно, а лед — отрицательно. Ионы меди, находящиеся в растворе, заимствуют электроны на контакте «раствор — лед», восстанавливаются и концентрируются на нижней поверхности ледового слоя 7. В результате происходит локализация и концентрация металла в самородном виде, максимально упрощающем его последующую переработку.
Характеристика климата не ограничивается только величиной температуры окружающей среды.
Климат также характеризуется и увлажненностью (гумидный или аридный климат), что должно найти свое отражение при разработке и применении ресурсовоспроизводящих технологий на дневной (земной) поверхности. В частности, в условиях аридного климата эффективна ресурсовоспроизводящая технология, предусматривающая использование техногенного испарительного геохимического барьера (рис. 6). Примером ее реализации может служить складирование горных пород, содержащих медь.
По данной технологии первый ярус отвала 2 отсыпают из некондиционных сульфатсодержащих руд (с содержанием меди, например, 1,5-2 уел. ед.); высота его может составлять 6-8 м. Боковые поверхности первого яруса отвала экранируют антифильтрационным слоем 3. Второй ярус формируют из сульфат- и сульфидсодержащих горных пород, относимых по содержанию полезного компонента (например, менее 1 уел. ед.) к пустым породам. Породы этого яруса отвала укладывают в виде насыпей 4 высотой 5-7 м и шириной 10-15 м при более высоком по сравнению с породами первого яруса коэффициенте разрыхления.
Под воздействием воды и растворенного в ней кислорода содержащие полезный компонент сульфаты легко растворяются, а в сульфидсодержащих породах
Рис. 5. Схема формирования ТМО с созданием температурного барьера: 1 — площадка; слои: 2 — антифильтрационный, 3 — выщелачиваемый,
5 — экранирующий; 4 — резервуар; 6 — источник; 7 — лед
насыпей второго яруса отвала 4 происходят химические реакции с превращением труднорастворимых сульфидов в легкорастворимые сульфаты. Содержащийся в них полезный компонент мигрирует в массиве овала и попадает в первый ярус отвала 2, где происходит концентрация и переосаждение меди в результате действия своеобразного испарительного техногенного геохимического барьера: вода испаряется в атмосферу через открытые площадки 5 (ее дренированию препятствуют антифильтрационные покрытия 1 и 3).
Т
Рис. 6. Схема ресурсовоспроизводящей технологии с созданием испарительного техногенного барьера: слои: 1,3 — антифильтрационные, 2 — обогащаемый,
4 — выщелачиваемый; 5 — испарительные площадки
С учетом горного рельефа местности возможны следующие варианты ресурсовоспроизводящих технологий.
По первому варианту отсыпку молибденсодержащей горной массы производят автосамосвалами на горном склоне высотой 50 м. Предварительно в основании укладывают антифильтрационный слой пород, в верхней части вдоль склона устанавливают электроды, выполненные в виде металлической сетки, а вдоль основания отвала — электроды стандартного вида. Поскольку собственный потенциал молибденита составляет + 0,20 В, на электроды подают отрицательный электрический потенциал. Сегрегация горной массы при формировании наклонных слоев приводит к преимущественной концентрации мелкофракционной горной массы, обогащенной молибденитом, в верхней части отвала. На уровне 25-30 м от подошвы отвала в соответствии с маркшейдерскими замерами откладываются фракции —100 мм с содержанием молибденита 0,05-0,09% (мощность верхней части отвала, таким образом, составляет 20-25 м). Содержание молибденита в горной массе нижней, крупнокусковой части отвала (ниже фиксируемой границы), составляет 0,03% и менее. По завершении отсыпки слоев горной массы формируют экранирующий слой из глинистых пород мощностью 0,5 м.
В нижнюю часть отвала через пробуренные из штольни скважины диаметром 100 мм подают раствор гипохлорита натрия ЫаСЮ. Происходит растворение молибденита и его миграция в ионной форме. Поскольку основные носители металла в растворе имеют при этом положительный знак, создают соответствующую разность потенциалов между электродами в верхней части (-) и у основания отвала (+). Под действием обусловленных этой разностью потенциалов электрических сил осуществляется миграция полезного компонента в направлении снизу вверх и его осаждение в верхней части отвала на не перешедших в растворенную форму выделениях молибденита.
Затем производят селективную отработку отвала: удаляя электроды, последовательно отрабатывают обогащенную полезным компонентом горную массу
верхней части отвала (выше границы), соответствующую по уровню содержания молибденита кондиционным рудам, и направляют ее на переработку. Локализованная повышенная концентрация полезных компонентов в горной массе перерабатываемой верхней части отвала в свою очередь приводит к повышению извлечения полезного компонента при снижении затрат.
Возможно целенаправленное использование эффекта сегрегации и при других вариантах внутриотвального обогащения, когда отвал отсыпают на горном склоне высотой 100 м при отрицательных температурах (от - 10 до - 20 °С).
Отсыпку горной массы, содержащей полезные компоненты невысокой концентрации, — некондиционных руд, металлосодержащих пород из приконтур-ных зон — производят циклично, с помощью автосамосвалов, или непрерывно, с помощью конвейеров и перегружателя, на горном склоне или откосе отработанного карьера. При этом предварительно экспериментально, по данным лабораторных или промышленных исследований, устанавливают содержание полезных компонентов по фракциям и определяют на этой основе граничную фракцию, которая может быть эффективно переработана без дополнительного дробления.
На бровке откоса, на месте отсыпки, монтируют передвижную установку (в виде системы труб и форсунок) для обработки горной массы жидкостью. Отсыпку горной массы ведут наклонными слоями, а непосредственно перед отсыпкой ее смачивают водой или жидкостью повышенной вязкости (раствором реагента, используемого при обогащении данных руд).
Механизм сегрегации, как известно, построен в основном на взаимодействии сил гравитации и трения: горная масса данной фракции сосредотачивается в определенном слое, фиксируясь в свободных ячейках-ловушках и занимая их.
При смачивании непосредственно перед отсыпкой кусков горной массы возникают дополнительные взаимодействия, в частности, обусловленные силами поверхностного натяжения жидкости, причем данные взаимодействия носят поверхностный характер. Поскольку отношение площади поверхности к объему куска у мелких фракций выше, чем у крупных, а соответственно выше и отношение поверхностных взаимодействий к массе кусков, возрастает эффективность действия ячеек-ловушек в начале траектории отсыпки по отношению к мелкофракционной горной массе — происходит захват ими кусков горной массы небольшого диаметра в верхней части формируемого отвала. Жидкость играет также роль смазки, причем данный эффект более четко проявляется по отношению к крупной фракции. В результате обеспечивается увеличение концентрации мелкофракционной горной массы в верхней части отвала, что при повышенном содержании в ней полезных компонентов, в свою очередь, предопределяет при раздельной отработке и последующей переработке рост извлечения полезных компонентов.
Еще более точное разделение фракций горной массы при отсыпке достигается в том случае, когда горную массу смачивают водой, имеющей температуру, близкую к 0 °С, а отсыпку и отработку отвала производят при отрицательных температурах, причем отвал отрабатывают горизонтальными слоями с локальным оттаиванием и рыхлением горной массы, исключающим перемешивание различных фракций. Горная масса, смоченная непосредственно перед отсыпкой холодной водой, в процессе отсыпки по наклонной плоскости смерзается. По
указанным выше причинам (соотношение площади поверхности и объема, поверхностных взаимодействий и массы) смерзание мелкофракционной горной массы будет более интенсивным, чем крупнофракционной, и возрастает концентрация мелких фракций в начальной части траектории — в верхней части формируемого отвала.
Согласно другим вариантам смачивание производят раствором реагента, используемого при обогащении горной массы (что также способствует ее подготовке к переработке), или жидкостью повышенной вязкости.
Влияние поверхностных взаимодействий, обусловленных покрывающей куски горной массы пленкой жидкости, вызывает более интенсивный захват ячей-ками-ловушками мелкофракционных кусков в верхней части отвала.
В условиях отрицательных температур почти мгновенно происходит замерзание покрывающей куски горной массы влаги, причем в первую очередь смерзаются мелкие куски, что также предопределяет повышенную их концентрацию в верхней части отвала. Таким образом, на уровне 55-60 м от подошвы отвала откладываются фракции 100 мм. Затем производят селективную отработку отвала с рыхлением мелкофракционной горной массы верхней его части горизонтальными слоями небольшой мощности 1-1,5 м.
Возможен также вариант ресурсовоспроизводящей технологии с созданием геохимического (гидродинамического) барьера, обусловленного изменением характера миграции растворов в массиве — с активной до барьера на пассивную после него. Этот вариант может быть реализован, например, при образовании отвала на горном склоне (рис. 7).
а> 9 Ю 6
V// * .
12 5 6 6 7
/ / // //I и
Рис. 7. Схема ресурсовоспроизводящей технологии с созданием гидродинамического барьера:
а-в — этапы процесса; 1 — горный склон;
2 — равнинный участок; слои: 3,13 — антифильт-рационные, 4 — выщелачиваемый, 5 — обогащаемый, 6 — горизонтальные, 11 —дренирующий;
7 — антифильтрационные прослойки; 8 — экранирующие перемычки; 9 — источник; 10 — открытая плоскость; 13 — обогащенная зона; 14 — выщелоченная зова; 15 — заряд взрывчатого вещества (ВВ); 16 —скважина; 17,18-экраны
Примером селективной ресурсовоспроизводящей технологии служит отвал, размещенный на горном склоне, из пород, содержащих редкоземельные элементы (РЗЭ), и некондиционных руд редкоземельного месторождения (рис. 8). На верх-
Рис. 8. Схема ресурсовоспроизводящей технологии с селективным внутриотвальным обогащением:
1 — верхняя терраса, 2 — нижняя терраса; 3,9 — экраны; 4 — РЗЭ-содержащие породы: 5,6 — некондиционные руды: 5 — включающие легкие РЗЭ, 6 — итгрийсодержащие; 7, 8 — перфорированные трубопроводы; 10,11 — перепускные щели; 12 — источник
ней террасе 1 формируют массив отвала частью из пород 4 с незначительным содержанием РЗЭ, частью из некондиционных руд 5, содержащих легкие РЗЭ, а на
нижней террасе 2 — из некондиционных иттрийсодержащих руд 6.
Высота части отвала 4 составляет при этом, например, 50-60 м, части 5 — 20-25 м, 6 — 30-40 м. На верхней террасе 1л массиве отвала устанавливают перфорированный трубопровод 7, а на нижней — трубопровод 8. В анти-
фйЛЬТраЦИОННОм СЛО€ 9 СОЗДаЮТ
перепускные щели 10 и 11. Поверхность отвала обрабатывают водой, содержащей, например, активный хлор, из источника 12. При этом РЗЭ, содержащиеся в части отвала 4, растворяются и в результате миграции под действием гравитационных сил в виде хлоридов попадают в часть отвала
5, где при взаимодействии с газообразным хлористым водородом, подаваемым в перфорированный трубопровод 7, образуются кристаллы гольмия, диспрозия и других легких РЗЭ (осаждаемые в данной части отвала), а растворы, в которых остается почти чистый хлорид иттрия, через перепускную щель 10 попадают в часть отвала 6, смешиваются с водными растворами аммиака, подаваемыми через перфорированный трубопровод 8, в результате чего возникает и осаждается гидроксид иттрия, а очищенные растворы удаляются через перепускную щель 11.
Таким образом обеспечивается селективное осаждение РЗЭ и повышенная их концентрация (по элементам) в определенных частях отвала, что обусловливает целесообразность последующей его раздельной отработки.
Другая возможная схема формирования техногенных минеральных объектов (ТМО) на горном склоне приве-
Рис. 9. Схема ресурсовоспроизводящей технологии с созданием геохимического барьера наклонными слоями на горном склоне: 1 — горный склон; 2, 8 —экраны; 3 — некондиционные руды; 4 —■ геохимический барьер; 5 — участок пород, вырабатывающих активные агенты; 6 — металлосодержащие породы; 7 — пленка; 9 — выпускная щель; 10 — источник
дена на рис. 9, ее реализация рассматривается на примере складирования содержащих РЗЭ горных пород.
Сначала создают участок 3 некондиционных редкоземельных руд. Мощность данного слоя составляет 9-12 м, высота — 10-15 м. Затем отсыпают барьерный участок 4 из горных пород, включающих, например, минералы гидраргиллит и диаспор, мощностью 1-2 м, после чего укладывают участок 6 из горных пород с незначительным содержанием РЗЭ; его высота 20-30 м.
Сформированный слой отделяют от последующего, например, полиэтиленовой пленкой 7 с обеспечением возможности в нижней части циркуляции растворов и их поступления в следующий слой. Затем приступают к образованию следующего наклонного слоя: укладывают участок 3 из некондиционных редкоземельных руд (высота его на 1-2 м ниже соответствующего участка смежного слоя), затем — участок 5 (мощностью 1-2 м), горных пород, представленных соединениями, вырабатывающими при взаимодействии с растворами активные агенты, и участок 6 из горных пород с незначительным содержанием РЗЭ.
Второй слой также отделяют от последующего пленкой 7, при этом в верхней его части оставляют свободное пространство для циркуляции растворов. Затем цикл формирования отвала повторяют. Мощность второго, третьего и последующих слоев составляет 3-4 и 6-8 м. После укладки последнего слоя, включающего барьерный участок, поверхность отвала покрывают экраном 8, внизу которого формируют выпускную щель 9.
Редкоземельные элементы, содержащиеся в горных породах участка 6, растворяются и в результате миграции под действием гравитационных сил в составе растворов попадают в зону действия геохимического и гидродинамического барьеров, где происходит их осаждение в массиве участка 3, представленного некондиционными редкоземельными рудами, и барьерного участка 4.
Полиэтиленовый экран 7 задает направленность циркуляции растворов в массиве отвала. Очищенные частично растворы проходят слой 5, содержащий вырабатывающие активные агенты породы (с включением, например, минералов халькопирита и пирита), и, насытившись ими, поступают в дальнейшие слои, и цикл повторяется.
В результате обеспечивается повышенная концентрация РЗЭ в нижней части отвала — некондиционных рудах участков 3 и породах барьерных участков 4, что обусловливает целесообразность последующей раздельной отработки отвала и извлечения РЗЭ в процессе переработки пород данных участков.
Повышение эффективности переработки многокомпонентных руд за счет селективной концентрации основного полезного компонента и отделения вредного компонента путем управляемой их миграции (рис. 10) возможно также при их складировании на наклонной поверхности.
Для этого первоначально готовят участок необходимого профиля в виде последовательных террас 1, используя уступы отработанного карьера. Затем в основание отвала укладывают слой 2 горных пород с антифильтрационными свойствами мощностью 0,5 м; наклонные участки покрывают специальной пленкой.
Складируемые некондиционные руды содержат золото, железо, медь и мышьяк. Исходя из того, что необходимо выделить основной полезный компонент — золото — и изолировать от него вредный компонент — мышьяк, — отвал формируют из четырех секций 3-6.
с селективной концентрацией полезного компонента:
1 —террасы; 2, 7-10 — антифильтрационные слои;
3-6 — секции отвала; 11-13 — перепускные щели;
14-16 — возвратные трубопроводы
Отсыпку производят с помощью автосамосвалов, погрузчиков и бульдозеров. Высота каждой секции составляет 15 м; ширина секций 4-6 — 20-30 м, а первой,
3 — несколько больше — 40-45 м; длину секции по простиранию устанавливают исходя из объемов складируемых руд. Боковые поверхности секции отвалов экранируют антифильтрационными слоями 7-10 мощностью 0,3-0,5 м с устройством в нижней части перепускных щелей 11-13. Производят монтаж системы трубопроводов, включающей возвратные трубопроводы 14-16.
Первую секцию отвала 3 обрабатывают раствором реагента — серной кислоты. При этом труднорастворимые сульфиды переходят в легкорастворимые сульфаты, поступающие в раствор. Тонкодисперсное золото в присутствии сильного окислителя — сульфата железа (Ш) — также растворяется и переходит в раствор в виде гидроксокомплексов [Аи(ОН)г]‘ и тиосульфатных комплексов. Другие компоненты мигрируют в основном в виде ионов — Бе3+, Ре2+, Си2+, Си+, Аз3+, а мышьяк также в виде недиссоциированных молекул.
После растворения всех компонентов секции 3 раствор перепускают в нижележащие секции 4—6, также обрабатывают их раствором серной кислоты и подают раствор с выхода последней секции 6 на вход второй секции 4 с помощью трубопроводов 15 и 14 (трубопровод 16 при этом отключен).
Все выделенные компоненты растворяются и мигрируют в отвальном массиве секций 4, 5, 6 в кислой среде. Наименьшими миграционными способностями обладают, как известно, ионы Ре3+, Ая3+, Ре2+. По достижении ими преимущественно последней секции 6 отвала производят ее обработку растворами нейтрализующего агента, например щелочи, в небольшом количестве, достаточном лишь для осаждения ионов железа. Водородный показатель (pH) осаждения гидроксидов Ре3+ составляет 2,0.
Осаждение в секции 6 гидроксидов железа Ре[ОН]3, в свою очередь, формирует сорбционный геохимический барьер для миграции ионов мышьяка Аз3+, который и осаждается в результате сорбции (частично данный компонент остается при этом в растворе — в молекулярной форме). Незначительное снижение кислотности геохимической обстановки не останавливает миграцию других компонентов — золота и меди. При установлении по результатам контроля в последней секции отвала 6 преимущественной концентрации железа и мышьяка перекрывают перепускную щель 13 и трубопровод 15, отключая данную сек-
цию. Растворы с выхода секции 5 с помощью трубопроводов 16 и 14 попадают в секцию 4.
Затем обрабатывают нейтрализующим раствором щелочи секцию 5 отвала, причем количество и концентрацию нейтрализующего агента выбирают из условия осаждения в данной секции основного полезного компонента — золота. Водородный показатель (pH) выделения золота составляет 4-5. Поскольку концентрация меди в растворе невысока, для осаждения требуются более высокие значения pH — 5,4-6,1.
После осаждения в секции 5 золота обрабатывают раствором щелочи секцию
4 отвала для достижения pH раствора, необходимого для осаждения меди. В результате происходит осаждение в секции 4 меди, причем образование сульфосо-лей одновалентной меди прекращает миграцию и осаждает также оставшиеся еще в растворе недиссоциированные молекулы мышьяка.
Таким образом, на указанный момент основной полезный компонент — золото — сосредоточен преимущественно в секции 5 отвала и практически очищен от других компонентов, в том числе вредного — мышьяка. Попутные компоненты — железо и медь — сконцентрированы соответственно в секциях 6 и 4 отвала; здесь же осажден и мышьяк, причем содержание золота в ранее некондиционных рудах секции 5 повышено относительно первоначального в 3-4 раза, что обусловливает переход этих руд в кондиционные. Секция 3 отвала содержит минимальное количество выделяемых компонентов.
Селективная отработка отвала с подачей на переработку обогащаемых основным полезным компонентом и очищенных от вредного компонента руд обеспечивает повышение эффективности переработки и, в частности, извлечения золота.
При осуществлении ресурсовоспроизводящих технологий для металлосодержащих пород различных фракций целесообразно применение различных устройств, позволяющих отделять обогащенные породы, например мелкую фракцию, от пустых, выщелоченных (рис. 11).
Рис. 11. Схемы ресурсовоспроизводящих технологий на горном склоне (а) и устройства для разделения пород (б):
1 — поверхность; слои: 2 — антифильтрационный, 3 — барьерный,
4 — выщелачиваемый; 5,7 — трубопроводы; 6 — растворосборник; 8 — шнек;
9 — приемник; 10 — короб; 11 — транспортер; 12 — рештаки;
13, 14 — звездочки; 15 — накопительный бункер; 16 — лоток
г
14 !5
Не менее важна и экономическая составляющая применения ресурсовоспроизводящих технологий, которая (в общем виде) определяется величиной затрат и прибыли. Их значения (при прочих равных условиях) обусловливают полученные содержания полезного компонента в техногенных рудах, а также тип техногенных минералов как наиболее влияющие на последующее извлечение полезных компонентов при переработке техногенных руд.
Так, на экономические показатели существенное влияние оказывают мощность выщелачиваемого и обогащаемого слоев, исходное и получаемое содержание полезного компонента, а также форма его нахождения (трудно- или лег-
Нами разработана ресурсовоспроизводящая технология, обеспечивающая наряду с повышением концентрации техногенное минералообразование в легкообогащаемой форме. Данное обстоятельство позволяет в дальнейшем снизить затраты по переработке такой техногенной рудной массы на стадиях обогащения.
Для этого обогащаемый слой 2 (рис. 12) мощностью 2-3 м отсыпают из некондиционных медьсодержащих руд (содержание меди 1 уел. ед.) — сульфатов меди, на поверхности которого собирают сеть перфорированного трубопровода 3. После чего формируют слой 4 мощностью 6-8 м из медьсодержащих пород (содержание меди менее 0,4 уел. ед.).
При подаче растворов минеральных кислот из источника 5 медь растворяется в слое 4 и мигрирует в составе медьсодержащих растворов в слой 2.
В слое 2 при встрече с осаждающими медь растворами (подаваемыми в трубопровод 3 или образуемыми в самом массиве слоя 2) происходит ускоренное осаждение меди в виде рыхлого техногенного осадка.
В качестве осаждающих растворов используют воды, содержащие ионы кремниевой кислоты в виде жидкого стекла, что приводит к образованию более рыхлого осадка,-Образование геля кремниевой кислоты возможно также в результате выветривания силикатных минералов, в частности хризоколлы.
Влияние жидкого стекла на процесс техногенного обогащения заключается в налипании коллоидных частиц кремниевой кислоты на поверхность медного осадка, что приводит к более неравномерному росту осадка, его разрыхлению и увеличению скорости осаждения.
Помимо этого на экономику процесса техногенного воспроизводства минеральных ресурсов оказывает значительное влияние наличие природных реагентов и расположение слоя техногенных руд (техногенного полезного ископаемого).
кообогатимая минеральная форма).
Рис. 12. Схема формирования техногенного месторождения с образованием легкообогатимых руд:
1 - дренажный слой; 2 - обогащаемый слой;
3 - перфорированный трубопровод; 4 - выщелачиваемый слой, 5 - источник
ЛИТЕРАТУРА
1. Трубецкой КН., Воробьёв А.Е. Основы ресурсовоспроизводящих технологий складирования и хранения некондиционного минерального сырья // Горный журнал. — 1995. — №5, —С. 47-51.
2. Воробьёв А.Е. Ресурсовоспроизводящие технологии горных отраслей. — М., 2001.
3. Воробьёв А.Е., Чекушина Т.В. Способ складирования металлосодержащей горной массы в воде: Патент 2002957 РФ, МПК5Е 21 С 41/26, БИ №41-42, 1993. — 2 с.
4. Воробьёв А.Е., Балыхин Г.А., Гладуш А.Д. Основы техногенного воспроизводства нефти, горючего газа и угля в литосферы / Под ред. А.Е. Воробьёва. — М.: Изд-во РУДН, 2006.
5. Воробьёв А.Е„ Чекушина Т.В., Каргинов К.Г., Погодин M.JI. Технология выщелачивания золота при отрицательной температуре окружающей среды / Под ред. А.Е. Воробьёва. — М.: Изд-во РУДН, 2003.
6. Хабиров В В., Воробьёв А.Е. Теоретические основы развития горнодобывающих и перерабатывающих производств Кыргызстана / Под ред. Н.П. Лаверова. — М.: Недра, 1993.
SCIENTIFIC BASES OF USE OF TECHNOLOGIES FOR REPRODUCTION OF GEORESOURCES IN MINING
A.E. Vorobiev
The Department of Mining and Oil Business Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklay St., 6, 117198 Moscow, Russia
The grouping of the factors defining efficiency of technologies of reproduction of georesources in mining is presented. As the basic classification attributes the environment of accommodation and functioning, the characteristic of technogenic formations, a climate and a relief, structure of breeds and minerals, a kind of a useful component and its maintenance, and also size of expenses and profits are accepted.
Воробьёв Александр Егорович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой горного и нефтяного дела Российского университета дружбы народов, полковник Госгортехнадзора, автор более 650 публикаций в области горного и нефтяного дела, геоэкологии и экономики.
