CC BY
16
УДК 504.55.054:622(470.6) DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-313-322 РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ДОБЫЧЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
В.И. Голик
Рассмотрены основные направления ресурсосбережения при добыче цветных металлов, основу которых составляет извлечение полезной компоненты выщелачиванием в подземных блоках, кучах и скоростных мельницах - дезинтеграторах. Систематизированы и исследованы сегодняшние представления о проблеме. Дан прогноз использования ресурсосберегающих технологий в перспективе.
Ключевые слова: цветные металлы, рудное месторождение, обогащение, выщелачивание, дезинтегратор, куча, извлечение, реагент.
Рост потребности промышленности в металлах стимулирует оптимизацию технологий добычи и обогащения руд, в первую очередь, цветных металлов [1 - 4].
Проблема упрочнения минерально-сырьевой базы корреспондирует с проблемой сохранения окружающей среды [5 - 8].
Многие месторождения цветных металлов не эксплуатируются, особенно трудоемким подземным и комбинированным способом (табл. 1).
Таблица 1
Крупные не эксплуатируемые месторождения
Месторождения Тип оруденения Способ разработки
1 2 3
Алюминий
Висловское (Белгородская обл.) Латеритный Подземный
Медь
Подольское (Башкортостан) Медноколчеданный Подземный
Песчанка (Чукотский АО) Медно-порфировый Подземный
Ак-Сугское (Республика Тыва) Медно-порфировый Подземный
Свинец
Холоднинское (Республика Бурятия) Колчеданно-полиметаллический Подземный
Корбалихинское (Алтайский кр.) Колчеданно-полиметаллический Подземный
Цинк
Холоднинское (Республика Бурятия) Колчеданно-полиметаллический Подземный
Корбалихинское (Алтайский кр.) Колчеданно-полиметаллический Подземный
Окончание табл. 1
1 2 3
Олово
Фестивальное (Хабаровский кр.) Касситерит-сульфидный Подземный
Перевальное (Хабаровский кр.) Касситерит-многосульфитный Комбинированный
Депутатское (Республика Якутия) Касситерит-турмалиновый Подземный
Вольфрам
Тырныаузское (Республика Кабар-дино -Балкария) Шеелито -молибденовый Комбинированный
Молибден
Орекитканское (Республика Бурятия) Штокверковый молибденовый Комбинированный
Тырныаузское (Республика Кабардино-Балкария) Вольфрамово-молибденовый Комбинированный
Титан
Чинейское (Забайкальский кр.) Титаномагнетитовый Комбинированный
Медведевское (Челябинская обл.) Ильменит-титано-магнетитовый Комбинированный
Большой Сэйим (Амурская обл.) Ильменит-титано-магнетитовый Подземный
Центральное (Тамбовская обл.) Циркон-рутил-ильменитовый Комбинированный
Юго-Восточная Гремяха (Мурманская обл.) Титаномагнетит-ильменитовый Комбинированный
Извлечение основных металлов не превышает 80 %, а попутных цветных металлов - 10... 30 %, поэтому в отходы переработки попадает значительная часть ценного сырья (рис.1).
олово - 35 и 58
вольфрам -30 и50
цинк - 26 и 47
свинец - 23 и 39
молибден -19 и 53
медь - 13 и 36
никель- 10 и 25
Рис. 1. Доля неизвлеченных металлов в руде (среднее и максимальное значение)
Приоритетным направлением решения проблем горного производства является освоение новых методов извлечения металлов из металлосо-держащих отходов переработки руд [9 - 13].
Разрабатываемые выщелачиванием техногенные месторождения представлены в табл. 2.
Таблица 2
Разрабатываемые выщелачиванием техногенные месторождения
Металлы Месторождения Регионы
Медь Отвалы хвостов обогащения Свердловская область
Мурманская область
Красноярский край
Гумешевское Свердловская область
Никель и кобальт Аллареченское Мурманская область
Хвостохранилище № 1 Красноярский край
Барьерное
Цинк Отвал хвостов обогащения Свердловская область
Олово Отвал хвостов обогащения
Вольфрам Барун-Нарынское Республика Бурятия
Спокойнинское Забайкальский край
Молибден с ураном Стрельцовское Читинская область
Титан Кручининское Забайкальский край
Добыча и переработка руд с использованием технологий выщелачивания осуществляется в подземных блоках (рис. 2).
б
Рис. 2. Подземное блоковое выщелачивание металлов: а - план и разрез; б - подача раствора; 1, 6,7,10,11 - подготовительные штреки; 2 - сборник растворов; 3,4 - отрезные выработки; 5 - руда; 8 -растворопровод; 9 - скважины
Выщелачивание металлов из некондиционных запасов прошло путь от опытного выщелачивания на месторождениях Средней Азии и Казахстана до промышленного использования на месторождениях ОАО «ППГХО».
Рудное тело разделяют на секции, в которых около 40 % запасов первой очереди извлекаются одним из вариантов традиционной технологии. Остальные запасы отбивают с обеспечением достаточного для фильтрации растворов разрыхления руды.
Для выщелачивания металлов растворами реагентов оптимальны рудные куски размером 20...50 мм. Большие размеры кусков снижают извлечение металлов и увеличивают потери металлов в недрах.
Процесс выщелачивания интенсифицируют увеличением поверхности кусков руды в результате воздействия сжатым воздухом, колебаниями, подвижками, взрыванием зарядов взрывчатых веществ и др.
Для выщелачивания металлов благоприятны факторы: коэффициент рудоносности 0,5.1,0, скорость фильтрации растворов до 0,1 м/с, наличие карбонатов не более 1,0 % и глины не более 6,0 %.
Избыточное дробление руды снижает проницаемость растворов реагентов сквозь разрушенную руду, а недостаточное дробление замедляет процесс проникновение раствора в глубь куска.
В качестве реагентов применяют растворы кислот и щелочей. При прожилковой форме оруденения металл извлекается с раскрытием трещин, а при вкрапленной - при взрывном измельчении.
Переработка хвостов обогащения полиметаллов Садона и железистых кварцитов КМА в скоростной мельнице-дезинтеграторе в присутствии химических реагентов позволила перевести в раствор до 70 % металлов [14 - 16].
Пропускная способность рудного слоя определяется наличием мелочи и взвесей. Эффективность извлечения металлов из сульфидсодержаще-го сырья зависит не только от размеров рудных кусков, но и от их ассоциации с пиритом и арсенопиритом.
Эффективность выщелачивания металлов повышают путем механической активации в дезинтеграторах-мельницах и других установках, химического воздействия окислителями, поверхностно-активными веществами и бактериями, физического воздействия электромагнитными полями, давлением или вакуумом, повышением температуры, воздействием взрывом и т.п.
Схема подземного выщелачивания металлов из руд представлена на
рис. 3.
Рис. 3. Схема подземного выщелачивания металлов из руд
Количество перешедших в продуктивный раствор металлов:
О = ё + & + ёз + ••• + ёп > где g1, g2 , gз .. gn - количество металла по стадиям процесса. Время выщелачивания
г = г + и + и +... + г ,
ч 1 2 3 П
где t1 , t2 ..Лп - продолжительность стадий процесса.
Скорость перехода металла в раствор в единицу времени
ё = о ,
ёч Г, '
где Q - количество металлов.
Время выщелачивания зависит от содержания металлов в продуктивном растворе и может быть скорректировано в процессе интенсификации (рис. 4).
Количество переведенных в раствор металлов
°0 = В >
где Т0 - время контакта реагента с рудой.
Количество одновременно выщелачиваемых блоков
N = = Т0' ёв
О О
Производительность блока выщелачивания
Ом = БУ^ су,
где - орошаемая площадь блока; V - скорость фронта выщелачивания, м/с; Л1 - извлечение металла в раствор; - извлечение металла из раствора; с - содержание металла в руде, %; у - вес руды, кг/м .
С ,мг/л
еоо
10 20 ТО 40 50 60 70 Т,сут
Рис. 4. Время выщелачивания Т и извлечение металлов в раствор С: 1 - традиционная технология с выщелачиванием; 2 - технология
с интенсификацией процесса
Система оптимизации технологий выщелачивания характеризуется
табл. 3.
Таблица 3
Типизация направлений оптимизации процессов ресурсосбережения
Направление Постановка задачи Имеющаяся база
Ресурсосбережение при добыче металлов Упрочнение минерально-сырьевой базы производства металлов за счет использования некондиционного сырья Анализ запасов месторождений с учетом возможности их освоения.
Использование некондиционного сырья для выщелачивания металлов Уменьшение потерь металлов в некондиционных рудах и хвостах переработки Практика извлечения металлов выщелачиванием в подземных блоках и дезинтеграторах
Управление процессами выщелачивания металлов из некондиционного сырья Повышение эффективности производства металлов выщелачиванием Сформирован банк данных и алгоритм управления процессами выщелачивания
Вопросы ресурсосбережения при добыче металлов являются актуальной темой исследования проблем развития горного производства [17 -20].
Выщелачивание металлов из некондиционного сырья является реальным инструментом компенсации допущенных ранее потерь и позволяет при незначительных затратах улучшить экономические и экологические показатели эксплуатации месторождений.
Список литературы
1.Бурмистров К.В., Осинцев Н.А. Принципы устойчивого развития горнотехнических систем в переходные периоды // Известия Томского по-ли-технического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 4. 179-195.
2. Валиев Н.Г., Пропп В.Д., Вандышев А.М. Кафедре горного дела УГГУ - 100 лет // Сб. науч. ст. IX Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений». 2020. С. 6-18.
3. Уральский горный и московский горный: взаимодействие вузов /
A.В. Душин, Н.Г. Валиев, Ю.А. Лагунова, А.Г. Шорин // Горный журнал. 2018. № 4. С. 4-10.
4. Минерально-сырьевая база цветной металлургии россии / Ю.В. Дмитрак, Б.С. Цидаев, В.Х. Дзапаров, Г.Х. Харебов // Вектор ГеоНаук. 2019. Т. 2. № 1. С. 9-18.
5. Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation / V.B. Zaalishvili [et al.] // International Journal of GE-OMATE, 2016. 10 (1). Р. 1670-1674.
6. Лискова М.Ю. Негативное воздействие, оказываемое на окружающую среду предприятиями по добыче и обогащению калийно-магниевых солей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2017. Т. 16. № 1. С. 82-88.
7. Ляшенко В.И. Природоохранные технологии освоения сложноструктурных месторождений полезных ископаемых // Маркшейдерский вестник. 2015. № 1. C.10-15.
8. Чотчаев Х. О., Бурдзиева О. Г., Заалишвили В. Б. Влияние геодинамических процессов на геоэкологическое состояние высокогорных территорий // Геология и геофизика Юга России. 2020. 10 (4). С. 70 - 100.
9. Освоение забалансовых запасов металлических руд / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Е.И. Захаров, Н.И. Абрамкин // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 3. С. 158-170.
10. Голик В.И., Лукьянов В.Г., Хашева З.М. Обоснование возможности и целесообразности использования хвостов обогащения руд для изготовления твердеющих смесей // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 5. С. 6-14.
11. Дребенштедт К., Голик В.И., Дмитрак Ю.В. Перспективы диверсификации технологии добычи металлов в РСО-Алания // Устойчивое развитие горных территорий. 2018. Т. 10. № 1 (35). С. 125-131.
12. Исследование сухих строительных смесей на основе отходов производства для подземного строительства / В.Х. Дзапаров, Г.З. Харебов,
B.П. Стась, П.П. Стась // Сухие строительные смеси. 2020. № 1. С. 35-38.
13. К концепции шахтного подземного выщелачивания металлов / О.З. Габараев, А.О. Габараева, Н.Т. Дедегкаева, Ж. Болотбеков // Горные науки и технологии. 2020. Т. 5. № 4. С. 349-357.
14. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Расширение сырьевой базы горнорудных предприятий на основе комплексного использования минеральных ресурсов месторождений // Горный журнал. 2013. №2. С.86-90.
15. Клюев Р.В., Голик В.И., Босиков И.И. Комплексная оценка гидрогеологических условий формирования ресурсов минеральных вод Нижне-Кармадонского месторождения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 8. 206-218.
16. Комащенко В. И. Эколого-экономическая целесообразность утилизации горнопромышленных отходов с целью их переработки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. Вып. 4. С. 23-30.
17. Клюев Р.В., Босиков И.И., Гаврина О.А. Повышение эффективности релейной защиты на горно-обогатительном комбинате // Записки Горного института. Т. 248. С. 300-311.
18. Razorenova E.Yu., Babkin A.V. Proposals for expanding the mineral resource base of coal mining enterprises // Materials of a scientific conference with international participation. Institute for Industrial Management, Economics and Trade. In 3 parts. 2019. Р. 687-690.
19. Опыт подземного выщелачивания металлов из балансовых запасов руд / В.И. Голик, В.И. Комащенко, Ю.И. Разоренов, Н.Г. Валиев // Известия Уральского государственного горного университета. 2017. № 2 (46). С. 57-62.
20. Методические положения комплексной экологической оценки воздействия породных отвалов шахт на окружающую среду / В.И. Ефимов, Г.В. Стась, Т.В. Корчагина, Д.О. Прохоров // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып. 3. С. 18-28.
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., гл. науч. сотр. v. i. golik@,mail. ru, Россия, Ростовская обл., Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет
RESOURCE SA VING IN THE EXTRACTION OF NON-FERROUS METALS
V.I. Golik
The main directions of resource saving in the extraction of non-ferrous metals in Russia are considered, the basis of which is the extraction of the useful component by leaching in underground blocks, piles and high-speed disintegrator mills. The current ideas about the problem are systematized and investigated, and a forecast of the use of resource-saving technologies in the future is given.
Key words: non-ferrous metals, ore deposit, enrichment, leaching, disintegrator, heap, extraction, reagent.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, senior research af-fiur, v. i. golik@,mail. ru, Russia, Rostov Region, Novocherkassk, South Russian State Polytechnic University
Reference
1. Burmistrov K.V., Osintsev N.A. Principles of sustainable development of mining and technical systems in transition periods // Izvestiya Tomsk Poly-Technical University. Georesource engineering. 2020. Vol. 331. No. 4. 179-195.
2. Valiev N.G., Propp V.D., Vandyshev A.M. Department of Mining of UGSU - 100 years // Collection of scientific articles IX International scientific and technical conf. Innovative geotechnologies in the development of ore and non-metallic deposits. 2020. pp. 6-18.
3. Ural mining and Moscow mining: interaction of universities / A.V. Dushin, N.G. Valiev, Yu.A. Lagunova, A.G. Shorin // Mining Journal. 2018. No. 4. pp. 4-10.
4. Mineral resource base of non-ferrous metallurgy of Russia / Yu.V. Dmitrak, B.S. Tsidaev, V.H. Dzaparov, G.H. Kharebov // Vector Geosciences. 2019. Vol. 2. No. 1. pp. 9-18.
5. Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation / V.B. Zaalishvili [and others] // International Journal of GEOMATE, 2016. 10 (1). pp. 1670-1674.
6. Liskova M.Yu. The negative impact exerted on the environment by enterprises for the extraction and enrichment of potassium-magnesium salts // Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Geology. Oil and gas and mining. 2017. Vol. 16. No. 1. pp. 8288.
7. Lyashenko V.I. Environmental technologies for the development of complex-structured mineral deposits // Surveying Bulletin. 2015. № 1. C.10-15.
8. Chotchaev H. O., Burdzieva O. G., Zaalishvili V. B. Influence of geodynamic processes on the geoecological state of high-altitude territories // Geology and geophysics of the South of Russia. 2020. 10 (4): 70 - 100.
9. Development of off-balance sheet reserves of metal ores / V.I. Golik, Yu.I. Razorenov, E.I. Zakharov, N.I. Abramkin // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2018. Issue 3. pp. 158-170.
10. Golik V.I., Lukyanov V.G., Khasheva Z.M. Substantiation of the possibility and expediency of using ore dressing tailings for the manufacture of hardening mixtures // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2015. Vol. 326. No. 5. pp. 614.
11. Drebenstedt K., Golik V.I., Dmitrak Yu.V. Prospects for the verification of metal mining technology in the Russian Federation // Sustainable development of mountain territories. 2018. Vol. 10. No. 1 (35). pp. 125-131.
12. Investigation of dry building mixes based on production waste for underground construction / V.H. Dzaparov, G.Z. Kharebov, V.P. Stas, P.P. Stas // Dry building mixes. 2020. No. 1. pp. 35-38.
13. To the concept of mine underground leaching of metals / O.Z. Gabaraev, A.O. Gabaraeva, N.T. Dedegkaeva, Zh. Bolotbekov // Mining Sciences and Technologies. 2020. Vol. 5. No. 4. pp. 349-357.
14. Kaplunov D.R., Rylnikova M.V., Radchenko D.N. Expansion of the raw material base of mining enterprises based on the integrated use of mineral resources of deposits // Mining Journal. 2013. No. 2. pp.86-90.
15. Klyuev R.V., Golik V.I., Bosikov I.I. Complex assessment of hydrogeological conditions of formation of mineral water resources of the Nizhne-Karmadonskoye deposit // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2021. Vol. 332. No. 8. 206-218.
16. Komashchenko V. I. Ecological and economic feasibility of utilization of mining waste for the purpose of their processing // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2015. Issue 4. pp. 23-30.
17. Klyuev V. R., Bosikov I. I. Gavrila O. A. improving the efficiency of relay protection in mining and processing plant // proceedings of the Mining Institute. T. 248. P. 300-311.
18. Razorenova E. Yu., Babkin V. A. Proposals for expanding the mineral resource base of coal mining enterprises // Materials of a scientific conference with international participation. Institute for Industrial Management, Economics and Trade. In 3 parts. 2019. pp. 687690.
19. Experience of underground leaching of metals from balance reserves of ores / V.I. Golik, V.I. Komashchenko, Yu.I. Razorenov, N.G. Valiev // Izvestiya Ural State Mining University. 2017. No. 2 (46). pp. 57-62.
20. Methodological provisions of a comprehensive environmental assessment of the impact of rock dumps of mines on the environment / V.I. Efimov, G.V. Stas, T. V. Korchagina, D.O. Prokhorov // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 3. pp. 18-28.
УДК 504.55.054:622(470.6) DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-322-330
ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ РУД К КУЧНОМУ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ
В.И. Голик
Рассмотрены вопросы реагентного выщелачивания металлов в штабелях в историческом срезе. Показано, что более 1/3 отбитой руды по крупности не отвечает условиям извлечения из нее металлов и требует доизмельчения. Рассмотрены особенности мельниц и определены преимущества измельчения в скоростной мельнице-дезинтеграторе. Приведены сведения о новациях при оптимизации измельчительного оборудования, которые позволяют снизить себестоимость продукции на 10...15 %.
Ключевые слова: выщелачивание металлов, штабель, руда, извлечение, металлы, измельчение, мельница, дезинтегратор, окружающая среда.
Темпы добычи металлического сырья опережают возможности его переработки. Применяемые меры предотвращения негативного воздействия отходов на окружающую среду создают опасность генерации новых мобильных продуктов [1 - 4].
Актуальность проблемы увеличилась в связи с переходом горных предприятий на технологии с закладкой технологических пустот твердеющими смесями, сырьем для которых могут быть хвосты обогащения при условии, что они не содержат неизвлеченные металлы [5 - 8].
