Расширение сырьевой базы благородных металлов на основе новых гидротехнологий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.П. Дробаденко, Н.Г. Малухин, О.А. Луконина, 2002

УДК 622.342

В.П. Дробаденко, Н.Г. Малухин, О.А. Луконина

РАСШИРЕНИЕ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ НОВЫХ ГИДРОТЕХНОЛОГИЙ

Р

ост цен на энергоносители и особенно на привозное дизельное топливо, большие капитальные затраты на приобретение горно-обогатительного оборудования при непрерывно ухудшающихся горно-технических условиях разработки месторождений и технологических свойств руды (в т.ч. уменьшение содержания золота, повышение сульфидных и мышьяковистых соединений) приводят к нерентабельности традиционных технологий добычи драгоценных металлов, переводу разведанных запасов из балансовых в забалансовые и из перспективных в малоперспективные.

В настоящее время значительная часть разведанных золотоносных месторождений отнесена к забалансовым запасам. Кроме того, обеспеченность золотодобывающих предприятий, особенно в районах Северо-Востока и Якутии, балансовыми запасами ежегодно снижается и нередко по отдельным приискам составляет 2-3 года.

Анализ большого массива данных исследований (МГРИ, ЦНИГ-РИ, МГГУ, ВНИИ-1, ИР-ГИРЕДМЕТ др.) дает возможность утверждать, что использование прогрессивных достаточно высокоэко-логически безопасных технологий разработки позволит увеличить годовые объемы добычи металла при относительно небольших капитальных вложениях и оптимальных структурах механизации, а также в определенной степени понизить минимальнопромышленное содержание металла в разрабатываемых россыпях.

В свою очередь снижение минимальнопромышленного содержания обуславливает оценку досто-

верности определения основных параметров анализируемых запасов, что приобретает важное значение в современных условиях становления рыночной экономики как фактор уменьшения экономического риска.

Снижение минимальнопромышленного содержания при достаточно обоснованном определении основных параметров подсчета запасов может служить исходной базой для вовлечения в доразведку и одновременную разработку определенного количества забалансовых запасов россыпного золота, ранее оцененных по устаревшим технологиям. Укрупненные расчеты показывают, что внедрение новых структур механизации и нетрадиционных технологий разработки месторождений позволяет вовлечь в эксплуатацию не менее 20-25 % забалансовых запасов.

Лаборатория «Новые гидротехнологии» Московской государственной геологоразведочной академии (МГГА) располагает новыми высокоэффективными разработками, прошедшими испытания и апробацию на горнодобывающих предприятиях. К ним прежде всего относятся ресурсосберегающие гидротехнологии и технические средства для размыва, загрузки, подъема и транспортирования горных пород на базе оборудования нового принципа действия, основанного на использовании осевых и закрученных водных или воздушно-водных струй (эффект искусственного смерча) включая:

Гидромонитор, отличающийся введением в осевую часть ствола воздушного пузыря, что создает компактность водяной струи, что определяет ее повышенную разрушающую способность и увеличение производительности комплекса при размыве горных пород.

За счет снижения турбулентности завихрений напорной струи воды увеличивается длина начального участка компактной струи и повышается на 25-30 % эффективность гидравлического разрушения массива связанных пород.

Простота конструкции и малые затраты определяются модернизацией серийно применяемых гидромониторов в местных условиях.

Гидротранспортная установка, основанная на работе загрузочного аппарата с использованием закрученных струй жидкости, позволяет формировать высоконасыщенную пульпу (35-40 % по объему), т.е. сократить удельный расход воды на транспортирование более чем в 2,5-3 раза, тем самым значительно уменьшить удельную энергоемкость процесса. Кроме того, такие установки позволяют:

• увеличить в 2,5-3 раза дальность транспортирования концентрированной гидросмеси (5 км на 1 агрегат), что резко снизит многоступенчатость (по сравнению с грунтонасосами) и поэтому повысит надежность работы всей гидротранспортной системы и соответственно снизит эксплуатационные затраты;

• исключить абразивный износ движущихся частей транспортного оборудования, так как движителем является не грунтовой насос, а водяной, что позволяет снизить металлоемкость процесса транспортирования;

• значительно уменьшить переизмельчение транспортируемых минеральных частиц, что характерно для грунтовых центробежных насосов при прохождении твердого материала через проточные каналы;

• транспортировать увеличенные куски твердого материала, размер которых в отличие от грунтонасосов определяется не проходным сечением проточных каналов, а диаметром транспортного трубопровода;

• повысить стабильность подачи гидросмеси на обогатительные аппараты, что способствует повышению извлечения ценных компонентов при перера-

ботке их на обогатительных фабриках.

Опытно-промышленные испытания установки прошли при гидротранспортировании редкометалль-ных песков и чернового концентрата (Верхне-Днеп-овский 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 модификации аппарата в Шотландии и ЮАР, где ведется проектирование этих установок для гидроподъема с глубины 1,5 км золоторудной шахты.

Эрлифтные и эжекторные (гидроэлеваторные) установки, оснащенные разработанными нами устройствами для достижения высокой, управляемой турбулизации газожидкостного и жидкостного потока, значительно повышают интенсивность процесса всасывания, работают с улучшенными качественными параметрами, с часовой производительностью по твердому материалу в 2 раза и более выше по сравнению с существующими конструкциями. Это позволяет с высокой эффективностью применять их для выемки и подъема полезных ископаемых с морских глубин, для гидроподъема твердого материала на подземных работах, а также интенсифицировать процессы агитационного выщелачивания.

Земснаряды, оснащенные этими устройствами, успешно были внедрены для подводной выемки техногенных отложений на хвостохра-нилищах Вольногорского ГОКа.

Скважинная гидротехнология (СГТ) - эффективный безвскрыш-ной способ добычи полезных ископаемых, особенно для отдельных участков локальных залежей, которые не вводятся в эксплуатацию ввиду нерентабельности традиционных технологий, - разработан и внедрен нами на многих горных предприятиях России, СНГ, Югославии.

К числу основных преимуществ, выгодно отличающих СГТ от традиционных способов разработки, относятся:

- сокращение капитальных затрат за счет исключения гор-

ноподготовительных выработок, так как доступ к полезному ископаемому осуществляется

скважинами, пробуренными с поверхности. Это позволяет производить добычу забалансовых залежей и выборочную выемку отдельных продуктивных гнезд. Кроме того, снижаются сроки ввода месторождений в эксплуатацию и время достижения проектной мощности предприятия;

- простота и безопасность ведения работ (работа человека под землей исключена. В технологической схеме СГТ применяют серийное оборудование - насосы, трубы, запорную арматуру);

- возможность создания поточной технологии, включающей звенья непрерывного процесса -гидроотбойку, гидродоставку в очистном пространстве (самотечный транспорт), всасывание, пульпоприготовление, гидроподъемы и гидротранспорт к потребителю;

- возможность автоматизации не только отдельных процессов, но и всего комплекса добычных работ;

- возможность ведения работ при слабых, сравнительно неустойчивых вмещающих породах (отсутствие в очистном пространстве людей и технических средств - позволяет вести работы до полного обрушения кровли и снижать коэффициенты запаса прочности при расчете целиков, а в ряде случаев применять сплошную бесцеликовую выемку).

Очередная промышленная апробация СГД была осуществлена нами в 1993 г. для выемки янтаросодер-жащих глин в условиях месторождения «Пляжное» Калининградского янтарного комбината.

Вихревое выщелачивание -экологически чистая новая технология извлечения золота и редких металлов из руд, концентратов, хвостов обогащения. Разработана и испытана на базе вышеназванных гидротранспортных аппаратов.

Технологический процесс осуществляется в обменно-циркуля-ионных емкостях с загрузкой горной массы в сухом виде землеройной техникой или в виде пульпы гидроэлеватором

(грунтонасоса). При этом основнь-ми факторами высокой интенсификации и экологичности процессов выщелачивания являются:

- интенсивное перемешивание твердого материала с раствором крупномасштабными вихрями, образованными напорными жидкостными либо воздушножидкостными закрученными струями с использование эффекта искусственного смерча;

- поточность всех циклов технологического процесса, включая погрузочно-разгрузоч-ные операции, основанные на транспорте с использованием струйных аппаратов;

- циркуляции высоконасыщенной смеси (Т:Ж=1:1) по трубопроводу в замкнутой системе при полной экологичности и управляемости процессов.

Таким образом, разработанная технология позволяет рентабельно вовлекать в эксплуатацию не только коренные и россыпные месторождения с низким содержанием золота, но и нетрадиционные источники золотосодержащего сырья. В первую очередь это касается отходов сернокислотного производства -многие миллионы тонн пиритных огарков, которые являются не только источниками загрязнения окружающей среды, но и потенциальным золотосодержащим сырьем (1,8-2,3 г/т золота). Экономическая целесообразность их переработки на предприятиях, расположенных в районах с развитой инфраструктурой неоднократно отмечалась различными организациями. Это связано с тем, что капитальные и эксплуатационные затраты при переработке золотосодержащего сырья в северных и восточных районах России намного превосходят затраты в центральных районах. Однако схемы переработки пиритных огарков, предложенные как отечественными, так и зарубежными специалистами (ВНИИХТ, английской фирмой «Davy»), свидетельствуют о низкой коммерческой эффективности предложенных проектов - длительный срок возврата капитала, низкая внутренняя норма доходности.

Технология вихревого выщелачивания, предложенная МГГА, по-

казала принципиальную возможность эффективного извлечения золота из такого технологического сырья.

Новая технология кучного выщелачивания подтверждена патентом России. Она позволяет увеличить объем добычи золота и других благородных металлов и расширить сырьевую базу за счет вовлечения в переработку высокоглинистых, а также бедных и забалансовых руд и техногенных продуктов, т.е. тех источников сырья, для которых существующие методы выщелачивания на сегодняшний день нерентабельны по техническим или экономическим причинам. Технология позволяет существенно ускорить процесс выщелачивания золота путем использования новых гидротранспортных аппаратов, интенсифицирующих массообмен, значительно увеличить степень извлечения металла, а также повысить экономическую надежность процесса выщелачивания за счет значительного сокращения, а во многих случаях исключения контакта токсичного реагента с окружающей средой. Технология предусматривает:

- классификацию исходного сырья на песчаные и шламовые фракции, проводимую в колонном пуль-сационном аппарате, с одновременным предварительным выщелачиванием в растворе реагента;

- загрузочно-транспортные операции с помощью гидротранспортных устройств, основанных на использовании кинетической энергии искуственного смерча;

- агитационное выщелачивание

шламовой фракции в загрузочнообменных аппаратах с использованием закрученных жидкостных и газожидкостных струй, существенно ускоряющих массообменные процессы;

- формирование штабеля способом намыва высоконасыщенными (Ж:Т=1:1) пульпами песчаных фракций в растворе реагента гидротранспортными аппаратами вихревого пульпоприготовления.

Это позволяет, в отличие от традиционно используемого способа отсыпки куч землеройной техники избежать уплотнения исходного сырья и исключить кольматационные явления при протекании технологического процесса.

Технология реализуется с помощью гидротранспортных аппаратов, которые используются не только по прямому функциональному назначению (намыв штабеля), но и в качестве реакторов для проведения массообменных процессов (выщелачивание, сорбционное выщелачивание), так как рабочей жидкостью является не вода, а раствор соответствующего реагента.

Полифункциональный комплекс для разделения (сепара-ции) песчано-шламовых частиц, очистки воды от механических взвесей и выщелачивания основан на использовании колонных аппаратов с пульсационным перемешиванием фаз.

Пульсационные аппараты эффективны также при отработке материала с повышенным содержанием токсичных веществ, они могут использоваться на операциях про-

мывки тонкодисперсных осадков от растворимых веществ, классификации (сепарации) песков и зернистых материалов, отмывки песков от шламов и органических продуктов.

Установка включает в себя одну или две вертикальные колонны в зависимости от функционального назначения.

Характеристика при отделении тонкодисперсных частиц от песков:

- удельная производительность по твердому от 50 до 300 т/м2 сутки в зависимости от крупности песковых материалов;

- расход промывной воды -1-1,5 м3 воды на 1 т песков;

- высота аппарата - 3-8 м, диаметр аппарата - 200-1800 мм (в зависимости от производительности);

- аппарат снабжен пульсатором

для создания возвратно-

поступательных колебаний, частота колебаний - 25-30 кол/мин, амплитуда колебаний 20-30 мм.

Характеристика при осветлении сточных вод:

- удельная производительность-15 м3/м2ч;

- эффективность осветления -получение воды с содержанием взвесей менее 1 м/л;

- расход воды на регенерацию -1-5 м3/т зернистой загрузки;

- фильтрующая загрузка - известные различные фильтрующие материалы, количество оборотной воды - 1,5 % от количества осветленной воды.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------

Дробаденко В.П., Малухин Н.Г., Луконина О.А. — Московская государственная геологоразведочная академия.