CC BY
28
© А.Г. Михайлов, И.И. Вашлаев, М.Ю. Харитонова, 2013
УДК 622.277
А.Г. Михайлов, И.И. Вашлаев, М.Ю. Харитонова
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИИ ВОСХОДЯЩЕГО КАПИЛЛЯРНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
Приведены основы технологии разработки техногенных месторождений и ее параметры. Представлены результаты экспериментальных работ по определению гидродинамических параметров хвостов обогащения одного из месторождений. Ключевые слова: капиллярное выщелачивание, инфильтрация, техногенный объект, моделирование параметров.
бщеизвестно, что в результате деятельности горнодобывающих предприятий образовалось огромное количество отходов в виде отвалов горных пород и хвостохра-нилищ, которые принято называть техногенными объектами. В России ресурсный потенциал техногенных объектов, содержащих благородные металлы, возможных к использованию для повторной отработки, весьма значителен: на долю прогнозных техногенных россыпей золота приходится более 50% от всего добытого в России золота [1]. При переработке сульфидных медно-никелевых руд Норильского ГМК сформировано крупное по запасам (первые сотни тонн) техногенное месторождение благородных металлов в виде отвальных хвостов от обогащения вкрапленных сульфидных медно-никелевых руд. Уровень содержания суммы платиновых металлов и золота в отдельных разновидностях хвостов здесь достигает нескольких граммов (иногда десятков граммов) на тонну. Перспективными для повторной отработки являются хвосты обогащения горнорудных предприятий Северо-Ени-
сейские и Курагинского районов, шламы Ачинского глиноземного комбината и др.
Повторная отработка техногенных объектов может производиться традиционным способом обогащения и физико-химическими способами, одним из которых является кучное выщелачивание. Нами разрабатывается новое направление на базе физико-химических геотехнологий — ин-фильтрационное выщелачивание. На массив техногенного объекта оказывается природное воздействие, происходит естественное геодинамическое движение флюидов. А так как среда массива хвостохранилищ является агрессивной, то вследствие движения флюидов происходят сложные физико-химические превращения и некоторые элементы могут переходить в раствор, из которого в дальнейшем можно извлечь полезные компоненты. Проведенными нами экспериментами установлено, что при выветривании сульфидсодержащих материалов имеет место переход в жидкую фазу значимых количеств благородных металлов, что обеспечивает концентрацию их в дренирующих
ясь вверх растворяет требуемые компоненты, проходит через геохимический барьер и по капиллярам накапливается в гигроскопическом материале. Затем продукционный раствор после отжатия направляется на переработку.
Более подробно технология выглядит следующим образом. Исходный материал хвостов обогащения подвергают переукладке, причем во вновь формирующемся хвостохранили-ще в самый нижний слой укладывают крупную фракцию. Переукладку материала хвостов обогащения осуществляют в том же хвостохранилище, используя герметичную основу ложа. Переукладку материала проводят для полного контакта выщелачивающего раствора с материалом хвосто-хранилища и обеспечения высокой скорости движения раствора по массиву. Поскольку движение раствора осуществляется снизу вверх, то крупнофракционный состав в основании массива обеспечит беспрепятственный равномерный подвод выщелачивающего раствора по всей площади основания. Кроме того, в процессе переукладки материала массива приведет к разрыхлению, что повысит коэффициент пористости массива. Дневную поверхность массива формируют с уклоном к месту сбора продукционного раствора. При переукладке рельеф поверхности должен
а)
б)
1
2
Рис. 1. Технология инфильтрапионного извлечения полезных компонентов из хвостов обогащения с использованием гигроскопического слоя (а) и с применением канав (б): 1 — массив хвостов обогащения; 2 — дренажное основание; 3 — геохимический барьер; 4 — уровень заполнения; 5 — гигроскопический слой; 6 — подача растворов и поддержание уровня; 7 — каналы сбора продукционного раствора
растворах до 1 мг/л. Суть предлагаемого подхода заключается в изучении возможности перехода благородных металлов и цветных металлов в раствор и управляемого движения его.
Для извлечения полезных компонентов из техногенных залежей предлагается два варианта инфильт-рационной технологии: с использованием гигроскопического слоя [2] (рис.1 а) и канав для сбора раствора (рис. 1 б). Суть первой технологии в общем заключается в следующем: раствор по скважинам закачивается в массив хвостохранилища, поднима-
быть сформирован таким образом, что продукционный раствор, накапливаясь в слое гигроскопического материала, после отжатия должен самотеком стекать по созданным уклонам к месту сбора, в приемный зумпф, откуда будет перекачиваться на извлечение.
Гигроскопический материал на поверхности укладывают в два слоя, причем верхним слоем укладывают материал, гигроскопические свойства которого выше нижнего. Нижний слой укладывают с обеспечением тесного контакта с поверхностью массива, что может нарушать капиллярную структуру. Верхний же слой, в силу более высоких гигроскопических свойств, обеспечивает надежное впитывание раствора и освобождение от него нижнего слоя, обуславливая постоянную его готовность к приему раствора их массива. Поверхность верхнего слоя гидроизо-лируют, что исключает попадание в продукционный раствор внешних осадков.
Массив хвостов обогащения обрабатывают низкочастотными акустическими колебаниями. Озвучивание масс-сива колебаниями низкочастотного диапазона интенсифицирует массо-обменные процессы.
Продукционный раствор испаряют в слое гигроскопического материала. Удаление части воды из продукционного раствора в слое гигроскопического материала испарением позволит поддерживать гигроскопические свойства материала длительный период в работоспособном состоянии без принудительного освобождения емкости слоя. При испарении воды полезные компоненты будут кристаллизоваться, и осаждаться в твердом виде в капиллярах. По мере заполнения гигроскопического материала твердой фазой
впитывающие свойства слоя будут снижаться. В этом варианте предусматривают периодическую замену слоя гигроскопического материала. Для осуществления испарения воды может быть применена, к примеру, встроенная спираль накаливания.
По мере заполнения гигроскопического слоя продуктивный раствор удаляют либо принудительно методом отжима, испарением или волновыми колебаниями, либо самотеком по сформированным уклонам по поверхности к месту сбора. Продукционный раствор откачивают на извлечение из него полезных компонентов и восстановление выщелачивающих свойств. Восстановленный выщелачивающий раствор вновь подают в массив.
Периодическая волновая обработка слоя гигроскопического материала позволит вытеснять из капилляров продукционный раствор, например на его поверхность, откуда его можно свободно собирать и направлять на извлечение полезных компонентов. Периодическое освобождение капилляров в слое гигроскопического материала будет постоянно поддерживать свойства впитывания.
Между слоем гигроскопического материала и поверхностью массива хвостов обогащения укладывают геохимический барьер, в котором осаждают и накапливают полезные компоненты при прохождении продукционного раствора из массива в слой гигроскопического материала. Геохимический барьер предназначен для осаждения в нем соединений полезных компонентов при прохождении продукционного раствора в гигроскопический слой.
Продукционный раствор перед впитыванием слоем гигроскопического материала проходит через геохими-
ческий барьер 3 (см. рис. 1, а). В нем происходит осаждение и накапливание полезных компонентов.
При большой площади хвостохра-нилища для поддержания параметров процесса инфильтрации необходимо отрабатывать техногенный объект блоками. Исходя из выше описанного, следует выделить основные параметры технологии:
• размеры технологического блока
• уклон поверхности хвостохра-нилища в сторону зумпфа;
• расстояние между нагнетающими скважинами и их количество;
• скорость подачи нагнетающего раствора;
• толщину гигроскопического материала;
• толщина геохимического барьера;
• период времени между волновыми обработками гигроскопического материала.
Вторая технология отличается от первой тем, что отсутствует гигроскопический материал и раствор собирается по канавам в зумпф, а затем также направляется на переработку. В данной технологии требуется учет дополнительных параметров — рас-
Емкостные параметры пород хвостохранилиша
Наименование показателя Значения показателя
Средневзвешенный диаметр зерен, мм 0 238
Эффективный диаметр частиц, мм 0 060
Гидравлический радиус, мкм 31
Проницаемость, дарси 0 456
Высота поднятия столба воды, м 0 498
стояние между канавами и параметры самой канавы.
На материале лежалых хвостов Норильского комбината проведены экспериментальные работы по определению их гидродинамических параметров. Емкостные параметры пород хвостохранилища приведены в таблице.
Зависимость всасывающего давления исследуемой породы от влажности (Щ в зоне капиллярной каймы описывается уравнением
Т = -6,88 • 105 ехр (-0,3928 • Щ
и приведена на рис. 2. Динамика изменения соответствует данным, приведенным Пашковским И.С. [3].
Следует отметить, что выше были рассмотрены лишь простейшие структурные модели пористых сред, для которых наиболее просто вычислить фильтрационно-емкостные характеристики с помощью геометрических и гидравлических соотношений, не привлекая стохастических и иных методов.
Нами были проведены эксперименты по изучению влагопереноса с использованием сред с различными фильтрационными характеристиками: порода хвостохранилища и гигроскопичный материал, который располагался сверху. Первый режим соответствовал уровню грунтовых вод на границе между породой и гигроскопическим материалом. Второй — уровень грунтовых вод находится ниже границы на 5 см, третий — ниже на 13 см. Высота гигроскопического слоя составляет 25 мм.
Изучался параметр во-довместимости гироскопического материала с целью возможного использования
Всасывающее давление, мм 1 1 2 2 3 3 СЛ О СЛ О СЛ О СЛ ^О О О О О О О О
О
8 20 22 24 26 28 30 32 Влажность, %
Рис. 2. Изменение всасывающего давления от влажности нороды1
его в расчетах по геотехнологии добычи. Характер изменения удельной водовместимости от уровня грунтовых вод представлен на рис. 3. С понижением уровня грунтовых вод вы-
сота удельная водовмести-мость снижается, а по мере насыщения гироскопического материала влагой происходит снижение скорости влагонасыщения.
Предварительные расчеты показали, что в сутки с площади 1 га можно получать 102 т раствора (при уровне понижения 0 см), 51 т (при уровне понижения на 5 см), 23 т (при уровне понижения 13 см).
В данной работе представлены основы новой технологи разработки техногенных месторождений и ее параметры, а также приведены некоторые результаты экспериментальных работ по определению гидродинамических параметров хвостов
обогащения одного из месторожде-
0 50 100 150 200 250 300 350
Время, ч
Рис. 3. Изменение удельной водовместимости гигросконического материала для различного ноложения уровня грунтовыгх вод
ний. В дальнейшем требуется продолжение изучения и развития технологии инфильтрационного извлечения
полезных компонентов из техногенных месторождений с целью практического применения.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Макаров В.А. Благородные металлы техногенных минеральных объектов Сибирского региона: Ресурсы и проблемы геолого-технологической оценки // Цветные металлы Сиби-ри-2009: Сб. докл. первого международного конгресса. — Красноярск, 2009. С. 37—45.
2. Михайлов А.Г., Вашлаев И.И. Способ извлечения полезных компонентов из хво-стов обогащения // Пат. 2402620 Российская Федерация, МПК С22В 3/04, 27 октября 2010.
3. Пашковский И.С. Методы инфильтрационного питания по расчетам влагопереноса в зоне аэрации. — М.: Московский университет, 1973. — 119 с. н'.ца
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Михайлов Александр Геннадьевич — доктор технических наук, старший научный сотрудник. mag@icct.ru,
Вашлаев Иван Иванович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, vash49@gmail.com,
Харитонова Маргарита Юрьевна — научный сотрудник, кандидат технических наук, ritau@icct.ru,
Институт химии и химической технологии СО РАН.
ГОРНАЯ КНИГА -
Маркетинг в горной промышленности
В.А. Бурчаков 2013 г. 272 с.
ISBN: 978-5-98672-339-6 UDK: 622.013:65.012.2
Приведены базовые положения современного маркетинга и методы его использования на современных предприятиях горной промышленности. Рассмотрены теоретические и методологические вопросы по организации маркетинговых исследований, проведению сегментации рынка, позиционированию производимой продукции, ценообразованию и т.д. Изложен круг проблем, определяющих маркетинг горно-добывающих предприятий, методы его реализации на рынке горной промышленности, конкурентоспособность горных предприятий, дан анализ тенденций и перспектив развития мирового рынка угля и углеэкспорта.
Бурчаков В.А. — профессор кафедры «Экономика и планирование горного производства» Московского государственного горного университета.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 080100 «Экономика» (профиль «Экономика и планирование горного производства»).
