CC BY
37
© Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров, 2006
УДК 622.775
Д.М. Шестернев, В.П. Мязин, С.Б. Татауров
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА В КРИОЛИТОЗОНЕ ЗАБАЙКАЛЬЯ
Семинар № 14
~П настоящее время на территории
ТУ России при разработке коренных и россыпных месторождений золота широко внедряется метод кучного выщелачивания, ранее успешно применяемый на территориях с теплым и умеренным климатом. Попытка перенести опыт кучного выщелачивания на территории с суровыми климатическими условиями дает положительный эффект, только в случае высоких экономических затрат. Подобная ситуация наблюдается и при внедрении кучного выщелачивания на территории Забайкалья. Одним из аспектов решения проблемы кучного выщелачивания в криолитозо-не является на наш взгляд, разработка принципиально новых или совершенствования существующих технологий, учитывающих природу, динамику и закономерности протекания физических и физикохимических процессов выщелачивания при низких температурах.
Одним из направлений в совершенствовании технологии кучного выщелачивания в суровых климатических условиях является разработка инженерных мероприятий по продлению сезона добычи золота либо организации круглогодичного процесса его выщелачивания [1, 2, 3]. В этом случае, эффективность извлечения золота достигается дорогостоящими кон-структивно-мелиоратив-ными мероприятиями для поддержания положительных температур штабеля при отрицательных температурах воздуха, или путем создания
теплоизоляционных покрытий. Все это существенно усложняет технологию извлечения золота, снижая экономическую эффективность кучного выщелачивания.
В настоящее время разработаны научно-методические рекомендации по кучному выщелачиванию цветных металлов с применением криогеотехнологии, предусматривающей использовать физикохимические процессы выщелачивания при отрицательных температурах штабеля [4]. Их создание базируется на результатах лабораторных экспериментальных исследованиях и не подкреплены опытнопромышленным испытаниями. Не отрицая развития физико-химических преобразований горных пород при отрицательных температурах, необходимо отметить, что утверждение о высокой скорости их протекания, следовательно, и выщелачивания, остаются дискуссионными и требуют проведения фундаментальных и прикладных исследований.
Надо отметить, что в настоящее время в геокриологии принципиально решены проблемы управления тепловым режимом массивов горных пород с использованием конструктивных, мелиоративных и конст-руктивно-мелиора-тивных мероприятий, которые практически не используются при кучном выщелачивании. Впервые их комплексное применение в кучном выщелачивании золота в криолитозоне Забайкалья осуществляется Лабораторией общей криологии ИПРЭК СО РАН совместно с
кафедрой ОПИиВС Горного института ЧитГУ.
Природные условия Забайкалья настолько контрастны, что в каждом конкретном случае требуется исследование воздействие физико-географических параметров на формирование микроклимата и геокриологических условий территорий размещения объекта кучного выщелачивания. Причиной этому являются зональные природные факторы, которые определяют постепенное изменение климатических условий территории с юга на север. Соответственно в этом же направлении изменяются и геокриологические условия территории Забайкалья. Особенностью Забайкалья является еще и то, что даже незначительные изменения рельефа местности могут оказывать влияние на микроклимат территории [5, 6].
Знание динамики и закономерностей формирования микроклимата и геокриологических условий территории позволит разрабатывать мероприятия по управлению температурным режимом естественных и техногенных массивов используемых при кучном выщелачивании. Однако этот аспект проблемы до сих пор находится за пределами внимания при разработке технологи кучного выщелачивания в Забайкалье. В результате при строительстве и эксплуатации штабеля в криолитозоне в течение года могут образовываться и существовать в течение всего срока эксплуатации линзы и прослои мерзлых пород. Процессы криогенеза связанные с ними приводят к закрытию гравитационных каналов движения растворов и т.п., что является причиной снижения эффективности кучного выщелачивания, и что было отмечено при кучном выщелачивании на месторождении золота Дельмачик [7].
Перечисленные выше последствия являются серьезной проблемой не только в условиях круглогодичной, но и при его сезонной работе штабеля. Дополнительные мероприятия по интенсификации процессов выщелачивания золота в теплый период с целью сокращения времени не решат
всех проблем, так как даже сокращение выщелачивания до двух месяцев не способно решить вопросы, связанные с подготовительными операциями (рудоподго-товка, формирование штабеля и т.д.) в течение теплого периода. Поэтому все выше перечисленные мероприятия входящих в технологический цикл кучного выщелачивания (ТЦКВ) будут проводиться и в зимний период.
Наиболее дешевым видом энергии для обеспечения необходимого теплового обеспечения физико-химических процессов выщелачивания, является энергия Солнца (внешний фактор теплообеспече-ния кучного выщелачивания), приход которой практически равен сравним с ее приходом в южных областях России. Максимально эффективное использование внешнего фактора может быть достигнуто в комплексе с внутренними факторами (кондуктивными и конвективными особенностями распространения тепла), обеспечивающими оптимальный температурный режим во всем объеме штабеля. Для решения этих задач на базе сконструированной крупногабаритной экспериментально лабораторной установки (транс-формера, рисунок) лабораторией общей криологии ИПРЭК СО РАН разработана методика исследований.
Экспериментальный крупногабарит-
ный стенд для изучения технологически показателей работы штабеля кучного выщелачивания золота сезонного и круглогодичного действия сконструирован с использованием холодильного шкафа «Gronland» 1. В его конструкцию входит лоток-трансформер 2, позволяющий моделировать различные формы штабеля для изучения их воздействий, на динамику изменения его теплового режима в зависимости от его геометрической формы, крупности руды, вещественного состава при изменения температуры окружающей среды. Наблюдение за температурой штабеля производится при помощи терморезисторов 3 (точностью измерения ±0,1°С, за температурой воздуха - ртут-
ным термометром 4 (точность измерения ±0,2 °С). Для изучения изменения теплового состояния штабеля относительно теплоисточника над лотком расположен тепловой излучатель 6 закрепленный на металлическом контуре 5 моделирующий период вращения Солнца, а сам лоток установлен на подвижном теплоизолирующем основании 7. Равномерная циркуляция воздуха внутри камеры поддерживается при помощи вентилятора 8. Регистрация показаний производится при помощи аппаратурного комплекса 9 включающего регистрирующий прибор и компьютерную систему обработки данных.
В задачи эксперимента входило исследование влияния экстенсивных воздействий на тепловое состояние лотка-трансформера в цикле промерзания и оттаивания. Изменяющимися параметрами при эксперименте являлись: температура окружающей среды, крупность, плотность, влажность руды, геометрическая форма лотка-трансформера, интенсивность теплового воздействия излучателя, наклон лотка. Результаты эксперимента регистрировались и обрабатывались в компьютере. Построение изотерм проводилось по методу радиальных базисных функций.
Принципиальная схема экспериментального крупногабаритного стенда по изучению технологических показателей работы штабеля кучного выщелачивания золота сезонного и круглогодичного действия (пояснения в тексте)
Для изучения тепловых полей были выбраны три формы штабеля. Традиционная форма - трапециидальная, и две других - конусная и треугольная, которые используют при гидронамыве штабеля (односторонним или кольцевым рассредоточенным намывом). Кроме этого моделировались различные условия рельефа местности (изменялись наклон поверхности, форма лотка-трансформера, расположения теплового излучателя). Основание штабеля было теплоизолировано для исключения теплового потока снизу, что позволяло создать стационарные условия в основании штабеля КВ.
Как показали результаты эксперимента скорость промерзания моделей штабеля в зависимости от их формы резко отличается, по увеличению скорости промерзании при одних и тех же граничных условиях можно составить следующий ряд: трапе-циидальная ^ конусная ^ треугольная. Однако при оттаивании наблюдается обратная зависимость. Значительный интерес вызывают механизмы формирования теплового поля лотка-трансформера в условиях промерзания-оттаивания, примером этого служит одна установленная опытным путем деталь. Так при оценке динамики нулевой изотермы в массиве лотка-трансформера были получены результаты, свидетельствующие о формировании в теле лотка теплового пятна изменяющего свои размеры и положение в пространстве в зависимости от изменяющихся граничных условий. При полном промерзании лотка тепловое пятно, «отжималось» к теплоизолируемому основа-
нию, что, по всей видимости, объясняется постепенным выравниванием теплового потока относительно основания.
В результате обработки и анализа полученных экспериментальных данных выявлено четыре этапа промерзания лотка-трансформера независимо от его экстенсивных параметров состояния (массы, площади, объема, теплоемкости):
1 - этап активного тепловыделения (установление четкой границы теплового потока между температурой окружающей среды и температурой штабеля;
2 - этап снижение активности тепловыделения < 0);
3 - этап перехода части штабеля в мерзлое состояние (установление границы отрицательных и положительных температур внутри штабеля);
4 - этап полного промерзания штабеля.
Эксперимент показал, что в случае с
трапециидальной формой, по-видимо-му, следует избегать промерзания штабеля или его части, так как это может привести к образованию в теле штабеля многолетнемерзлых линз. Тогда как при двух
других вариантах не исключается пассивное сезонное промерзание штабеля в целях использования дополнительных криогенных физических, физико-химических процессов интенсифицирующих выщелачивание золота с последующим его оттаиванием в короткие сроки при использовании естественных теплоисточников (энергии Солнца) и тепло-мелиоративных мероприятий с последующим продолжением выщелачивания золота в теплый период. Возможен и третий вариант - поддержание штабеля в талом состоянии круглый год за счет изменения формы, угла наклона, ориентировки штабеля к сторонам света влияющих на поступление тепла от внешних теплоисточников.
По всей видимости, для решения этого вопроса могут быть рассмотрены два варианта:
I. Сезонный
Разработка четкой схемы инженерногеокриологических мероприятий по ка-
лендарному плану: время подготовки основания, рудоподготовки, закладки штабеля, начало и завершение выщелачивания руды в теплый период, и затем новый цикл.
II. Круглогодичный
Мероприятия подобные сезонному варианту кучного выщелачивания, с использованием необходимых инженер-но-геокриологических мероприятий по созданию условий по сохранению работоспособности штабеля для выщелачивания руды в зимний период.
При любом из вариантов обязательным условием является созданием сети геотермического наблюдения за температурным режимом штабеля. Контроль за физическими, физико-механичес-кими и теплофизическими свойствами руды поступающей с карьера на рудоподготовку с возможностью управления самой схемой рудоподготовки и ее технологическими режимами, в связи со сложным составом руд и их физико-механической разнородностью. Разработка прогноза теплового состояния штабеля при изменении его длины, ширины и высоты.
В качестве мероприятий для круглогодичной работы штабеля кучного выщелачивания могут быть использованы: 1) пространственное расположение штабеля относительно сторон света; 2) использование специальных теплоизолирующих материалов; 3) методы орошения; 4) методы рудоподготовки с возможностью более полного раскрытия металла.
Выводы
1) Разработано и создано устройство для изучения технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года;
2) Экспериментально доказано, что регулирование скоростью протекания интенсифицирующих процессов закладываемых в технологию кучного выщелачивания для повышения эффективности кучного выщелачивания золота и круглогодичной ее эксплуатации в суро-
вых климатических условиях, целесооб- ления тепловым состоянием штабеля ис-разно осуществлять при помощи управ- пользуя энергию Солнца.
1. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МГГУ. 2001. -656 с.
2. Кучное выщелачивание благородных металлов. /Под ред. М.И. Фазлуллина. -М.: Издательство Академии горных наук. 2001. - 641 с.
3. Применение технологии кучного выщелачивания на бедных золотосодержащих месторождениях Читинской области. Мязин В.П., Зайцев Р.В., Анастасов В.В., Литвиненко В.Г. и др. Чита: НИЦИТ, 1999. 106 с.
4. Птицын А.Б. Геохимические основы геотехнологии металлов в условиях мерзлоты. - Н.: Наука. -1992. -120 с.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Геокриология СССР. Горные страны юга СССР. //Под редакцией Э.Д. Ершова. - М.: Недра, 1989. - С. 139-143.
6. Шестернев Д.М., Татауров С.Б. Криогенез и ртутьсодержащие соединения в горнопромышленных отвалах. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН. 2003. - 178 с.
7. Шестернев Д.М. и др. Анализ эффективности применения метода кучного выщелачивания для переработки золотосодержащих руд в условиях криолитозоны. /Шестернев Д.М., Мязин В.П., Татауров С.Б., Черепанов А.Н., Мальцев Д.В., Подковырина С.В. //Вестник 33 -Чита: ЧГУ 2004. - С. 91-96.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Шестернев Д.М. - профессор, доктор технических наук, заместитель директора по научной работе ИПРЭК СО РАН,
Мязин В.П. - профессор, доктор технических наук, Читинский ГУ,
Татауров С.Б. - профессор, доктор технических наук, старший научный сотрудник ИПРЭК СО РАН.
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА
Алексеева Ольга Васильевна Экономическая оценка эффективности управления техногенными рисками нефтегазовых производств (на примере предприятий газовой промышленности) 08.00.05 к. э. н.
