CC BY
83
ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ:
^ В.П. Дробаденко, Д.П. ЛобаноЕ ^^Н.Г. Малухин, 2000
УДК 622.775
В.П. Дробаденко, Д.П. Лобанов, Н.Г. Малухин
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СПОСОБОМ НАМЫВА
К
учное и кюветное выщелачивание на сегодняшний день получают все большее распространение при гидрометаллургическом извлечении золота из рудного и техногенного сырья. Разработка технологий, позволяющих рентабельно перерабатывать золотосодержащее сырье с низким содержанием золота, приобретает все большую актуальность. Как известно, транспорт руды к подготовленному основанию осуществляется карьерными автосамосвалами, а формирование штабеля осуществляется либо разгрузкой автосамосвалов по наклонным съездам с последующим выравниванием отсыпанных слоев бульдозерами при отсыпке кускового неслежи-ваемого материала, либо отсыпкой доставленной автотранспортом породы в штабель с помощью экскаваторов или скреперов (рис. 1а) (при наличии в горной массе глин имеется тенденция к слеживанию и переуплотнению). Далее перед началом выщелачивания на поверхности штабеля монтируется система орошения из труб различного диаметра, либо нарезаются траншеи для подачи раствора реагента с последующим орошением горной массы кучи и со сбором профильтрованных через нее продуктивных растворов.
К недостаткам такого способа подготовки сырья к выщелачиванию следует отнести сложность и многостадийность технологии формирования штабеля, использование большого количе-
ства специальных машин и механизмов на транспортных работах, а также использование погрузочных и транспортных машин для вывоза выщелоченной горной массы. Однако самым существенным недостатком такого способа является невысокая эффективность и увеличение длительности процесса извлечения металлов при фильтрации растворов под действием сил гравитации. В частности, практически при любой организации технологии подачи растворов на штабель имеет место неоднородность выщелачивания слоев по высоте кучи. В верхних слоях сырье может полностью контактировать с растворами реагентов, а далее движение растворов происходит по наиболее доступным направляющим поро-вого пространства с образованием трещин, свищей и вывалов породы, что резко снижает площадь поверхности контакта руды с реагентом, и, соответственно, эффективность способа в целом.
Кроме того, по мере прохождения растворов через штабель под действием собственного веса и избыточной влажности происходит слеживание горной массы, что постепенно снижает ее проницаемость, замедляет и ухудшает процесс выщелачивания. В случае переработки пород, содержащих глинистые минералы, слеживание приводит зачастую к кольматации и полной потере проницаемости рудного штабеля. Все это требует дополнительных затрат на прове-
дение мероприятий по разрыхлению штабеля (бурение, взрывание, перевалка и т.д.).
Предлагаемая технология основана на применении для кучного и кюветного выщелачивания золота новых гидротранспортных аппаратов, использующих эффект генерации спутно-закрученных вихревых потоков растворов определенных реагентов. Конструкции аппаратов, разработанных в МГГА и запатентованных как в России, так и за рубежом (США, Франция, Германия, Япония, Канада, Индия), обеспечивают высокие скорости массообмена и интенсифицируют различные гидрометаллургические процессы (выщелачивание, сорбцию, десорбцию).
Изучение процессов выщелачивания золота и серебра из рудного и техногенного сырья с использованием различных реагент-ных систем показало, что продолжительность процессов агитационного вихревого выщелачивания существенно сокращается, а извлечение металлов в раствор повышается по сравнению с выщелачиванием в традиционно используемых аппаратах (пачуки и реакторы с мешалками).
Интенсификация массообмена при выщелачивании в гидротранспортных аппаратах обеспечивается за счет формирования высокотурбулентных многофазных струй, образующих как крупномасштабные, так и локальные вихри. При этом устанавливается режим развитой свободной турбулентности, и перенос вещества происходит настолько эффективно, что вкладом молекулярной диффузии можно пренебречь.
Существующие механические и пневматические методы перемешивания лишь в ограниченной степени позволяют увеличить скорость выщелачивания, так как с повышением степени турбулентности пульпы твердые частицы увлекаются потоком вместе с прилегающим диффузионным слоем. И лишь аппараты, использующие энергию спутно-закрученных потоков, позволяют наиболее полно реализовать эффект свободной развитой турбулентности и интенсифицировать массообменные процессы.
Предлагаемая новая технология базируется на патенте РФ № 2095562 от 10.11.1997 г. и ранее проведенных опытно-промышленных исследованиях по гидро-отвалообразованию методом намыва.
При этом формирование штабеля или кюветы осуществляется путем намыва с использованием гидротранспортной установки (рис. 1 б, в).
Гидротранспортная установ-ка_(рис. 2), основанная на работе загрузочного аппарата с использованием закрученных струй жидкости, позволяет формировать высоконасыщенную пульпу (до 55 % по объему), т.е. сократить удельный расход воды на транспортирование более чем в 2,5 - 3 раза, тем самым значительно уменьшить удельную энергоемкость процесса. Новизна способа подтверждена патентами России, США, Японии и других стран. Кроме того, эти аппараты позволяют:
• увеличить в 2,5 - 3 раза дальность транспортирования концентрированной гидросмеси (до 5 км на агрегат), что резко снижает многоступенчатость (по сравнению с грунтонасосами) и поэтому повышает надежность работы всей гидротранспортной системы и, соответственно, снижает эксплуатационные расходы;
• исключить абразивный износ движущихся частей транспортного оборудования, так как движителем является не грунтовый, а водяной насос, что позволяет снизить металлоемкость процесса транспортирования;
• значительно уменьшить пере-измельчение транспортируемых минеральных частиц, что характерно для грунтовых центробежных насосов при прохождении твердого материала через проточные каналы;
• транспортировать куски твердого материала увеличенных размеров, которые, в отличие от грун-тонасосов, определяются не проходным сечением проточных каналов, а диаметром транспортного трубопровода;
• повысить стабильность подачи гидросмеси на обогатительные аппараты, что способствует повышению извлечения ценных ком-
понентов при переработке их на обогатительных фабриках.
Опытно-промышленные испытания установки прошли при гидротранспортировании редкометальных песков и чернового концентрата (Верхне-Днепровский ГМК и Иршинский ГОК), при подаче хвостов обогащения на прииске «Отрож-ный», при гидроподъеме твердого материала с глубины 100 м в акватории Черного моря. Успешно прошли испытания разновидности аппаратов в Шотландии и ЮАР, где ведется проектирование этих установок для гидроподъема из глубины 1,5 км золоторудной шахты.
На базе гидротранспортных аппаратов разработана и испытана экологически чистая новая технология извлечения золота и редких металлов из руд, концентратов и хвостов обогащения - вихревое выщелачивание (рис.1б,в). Технологический процесс осуществляется в обменно-циркуляционных емкостях с загрузкой горной массы в сухом виде от землеройной техники или в виде пульпы от гидроэлеватора (грунтонасоса). При необходимости возможен слив глинистой (шмамовой) части в отдельный отстойник. Основными факторами высокой интенсификации и экологичности процессов выщелачивания являются:
• интенсивное перемешивание твердого материала с раствором крупномасштабными вихрями, образованными напорными жидкостными закрученными струями либо воздушно-жидкостными безнапорными струями;
• поточность всех циклов технологического процесса, включая погрузочно-разгрузоч-ные операции, основанные на транспорте с использованием струйных аппаратов;
• циркуляция высоконасыщенной смеси (Т:Ж=1) по трубопроводу в замкнутой системе при полной экологичности и управляемости процессов.
Особенностью технологического процесса является возможность проведения всех циклов выщелачивания, сорбции, регенерации сорбента, десорбции золота, промывки, обезвреживания, утилизации за счет использования кинетической энергии высокотур-
булентных закрученных струй реагента.
Новая технология выщелачивания позволяет при небольших капитальных и эксплуатационных затратах в короткий срок (даже в зимнее время) увеличить выпуск валютного и других ценных металлов с минимальным ущербом для окружающей среды.
Использование гидротранспортных установок для проведения процессов кучного выщелачивания возможно в двух вариантах.
Первый вариант предусматривает проведение выщелачивания на стадии подачи горной массы в транспортную систему при загрузке твердого материала в загрузочно-обменные емкости гидротранспортной установки, с использованием закрученных кольцевых струй жидкости при пульпо-приготовлении (рис. 1 в).
Выщелачивающий раствор в виде закрученного потока нагнетается в загрузочно-обменную емкость гидротранспортной установки и, таким образом, подача руды к площадке осуществляется нагнетанием по трубопроводу в виде высоконасыщенной смеси реагента и горной массы (50 - 55 % по объему). В завершающую стадию процесс выщелачивания вступает при формировании
Рис. 3. Технологическая схема формирования штабеля односторонним рассредоточенным намывом
Рис. 4. Технологическая схема формирования штабеля кольцевым рассредоточенным намывом
штабеля путем одностороннего либо кольцевого рассредоточенного намыва горной массы на подготовленное основание (рис. 3, 4). Такая последователь-
ность проведения основных операций обеспечивает полный контакт выщелачиваемой руды и реагента при их постоянном перемешивании и позволяет
резко повысить степень и скорость извлечения полезного компонента при высокой производительности процесса в целом.
Путем выбора соответствующих режимов пульпоприготовле-ния и гидротранспортирования этот способ дает возможность осуществлять управляемый на-
мыв штабеля при остаточной концентрации реагента на уровне санитарных норм для промышленной зоны, что позволяет полностью устранить образование вредных аэрозолей с опасностью их ветроуноса и обеспечить безопасность ведения работ и высокую степень экологической чистоты способа.
Загрузка горной массы в гидротранспортную установку в виде сухого материала или в виде смеси реагента и твердых частиц с одновременным вытеснением и сбором находящегося в установке выщелачивающего раствора позволяет аккумулировать горную массу для транспортирования и эффективно проводить первую стадию выщелачивания в замкнутом объеме при осаждении частиц под действием собственного веса.
Ряд частных вариантов рассредоточенного намыва тела штабеля (односторонним намывом, эстакадным способом) позволяет учесть особенности транспортирования и выпуска материалов различной крупности, их фильтрационные свойства, уклоны карты намыва и оптимизировать высоту и объем формируемого штабеля. К тому же выпуск смеси выщелачиваемого материала и насыщенного раствора в дискретные точки карты намыва не только определяет равномерность укладки горной массы, но и значительно облегчает отток продуктивных растворов из-под штабеля, их отвод по дамбам попутного обвалования и обеспечивает последующий равномерный сбор продуктивных растворов по траншеям.
Второй способ формирования штабеля руды методом намыва заключается в использовании в качестве пульпообразующей и гидротранспортирующей среды воды, не содержащей выщелачивающих реагентов (рис. 1 б). Этот способ может быть также применен при использовании для выщелачивания агрессивных реагентов, при значительном разбавлении
раствора выщелачивающего реагента в процессе обесшламлива-ния перед созданием высоконасыщенной пульпы, транспортировки и формирования штабеля. При намыве штабеля водой он имеет все преимущества рыхлой структуры, но перед началом кучного выщелачивания необходимо, чтобы штабель дренировался в течение 2 - 5 суток.
Подача рабочих реагентов в процессе проведения кучного выщелачивания (или довыщелачи-вания), отмывки и обезвреживания штабеля по ранее проложенным при намыве распределительным трубопроводам и выпускным патрубкам в дискретные точки штабеля обеспечивает равномерность поступления и прохождения вышеперечисленных компонентов через породу и не требует сооружения специальной системы орошения.
Регулирование расхода в процессе подачи на штабель выщелачивающих растворов, оборотной технологической воды или обезвреживающих растворов с помощью запорной арматуры, установленной на выпускных патрубках для управления процессом намыва, обеспечит высокую эффективность проведения завершающих технологических процессов и возможность осуществления оперативного контроля и корректировки непосредственно при проведении соответствующих технологических операций.
Разборка отмытого и обезвреженного штабеля с помощью гидромониторов или экскаваторногидравлическим способом с последующим гидротранспортом
выщелоченной породы к месту постоянного складирования позволяет, прежде всего, организовать высокоэффективный поточный процесс разборки - транспорта -укладки выщелоченной породы в кратчайшие сроки при минимальных затратах энергоносителей, резком сокращении задействованной на этих процессах землеройно-транспортной техники, материальных и людских ресурсов. Транспортирование же выщелоченной породы с помощью гидротранспортной установки вихревого пульпоприготовления значительно увеличивает мощность организуемого таким образом грузопотока путем подачи на большие расстояния гидросмеси высокой
плотности. Кроме того, намыв хвостовых отвалов на местах постоянного складирования значительно ускоряется при подаче на карты намыва высоконасыщенных гидросмесей.
Гидромеханизированная технология переработки выщелоченного штабеля позволяет также повысить эффективность всего способа в целом путем совмещения процесса разборки штабеля с помощью гидромониторов с процессом отмывки при подаче на гидромониторы технологической воды, а процесс гидротранспортирования выщелоченной породы к месту постоянного складирования совместить с процессом обезвреживания путем транспортирования пустой породы в потоке нейтрализующего либо обезвреживающего реагента, что значительно ускоряет процесс переработки штабеля.
Дробаденко В.П. — доктор технических наук, Московская государственная геологоразведочная академия.
Лобанов Дмитрий Петрович — профессор, доктор технических наук,. Московская государственная геологоразведочная академия.
Малухин Никлай Гоигорьевич — доктор технических наук, Московская государ-
У
Рис. 1. Варианты формирования штабеля методом гидронамыва
Рис. 2. Принципиальная схема гидротранспортной установки
