Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Отвалы действующих и отработанных месторождений.

ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ

Подземное выщелачивание (ПВ) для добычи цветных металлов известно с XVI в. В настоящее время метод широко применяется для извлечения металлов из полиэлементных руд, руд цветных металлов и золота. С конца пятидесятых годов XX в. метод начал применяться для добычи урановых руд, а затем и золота.

Основные сведения о ПВ

Подземным выщелачиванием называют метод добычи полезного ископаемого избирательным химическим растворением его на месте залегания и последующего извлечения образованных в зоне реакции химических соединении на поверхность.

Минеральная база ПВ

Особенности месторождений, пригодных для ПВ, связаны с наличием минералов, содержащих металл и способных легко разрушаться рабочим раствором. Вмещающие породы должны быть инертны к рабочим растворам, а руды обладать естественной или искусственной проницаемостью.

Для ПВ перспективны:

1) месторождения в сильно обводненных и неустойчивых осадочных породах;

2) руды зоны окисления сульфидных месторождений, где уран и медь находятся в форме легкорастворимых минералов;

3) забалансовые участки месторождений, отработанных обычными методами;

4) крупные и глубокозалегающие месторождения с бедными рудами;

отвалы действующих и отработанных месторождений.

Выполненный Унипромедью анализ сырьевой базы для подземного выщелачивания медных руд выявил перспективность ПВ более чем для 30 месторождений.

Для подземного выщелачивания свинца и цинка могут быть использованы месторождения, а так же сульфидные руды в отработанных пространствах и оруденелых боковых породах рудников Садонского свинцово-цинкового комбината.

Может быть перспективно применение ПВ в железорудной промышленности, например для разработки месторождения бурых железняков в Северном Казахстане.

Широкое применение ПВ должно найти в золотодобывающей промышленности, на месторождениях со сложным, как правило, строением, низким содержанием золота расположенных вдали от освоенных промышленных районов и в неблагоприятных климатических условиях и поэтому большей частью отнесенных к забалансовым.

ПВ может быть перспективно и при разработке месторождений фосфатных руд, так как многие фосфатные месторождения нашей страны из-за сложности залегания и трудной обогатимости руд в ближайшей перспективе не могут быть разработаны традиционными методами.

3. В зависимости от геотехнологических свойств и горно-геологических условий отрабатываемых месторождений ПВ осуществляется через скважины, пробуренные с поверхности к рудам, обладающим естественной фильтрацией (рис. 15.1), или из выработок, созданных путем обычной шахтной подготовки месторождения с отработкой отдельных блоков руды системами с выщелачиванием (рис. 15.2). Возможны также их различные сочетания, т.е. шахтная подготовка месторождения и скважинное выщелачивание.

Рис. 15.1. Схема отработки пластового месторождения выщелачиванием через сква-

жины: 1 — узел приготовления раствора; 2 — нагнетательные скважины; 3 — дренажные скважины; 4 — компрессор; 5 — воздухопровод для эрлифта; 6 — коллектор для продуктивного раствора; 7 — отстойник; 8 — установка для переработки раствора;

9 — насос

По первой схеме (см. рис. 15.1) месторождение вскрывается системой скважин, располагаемых рядами, многоугольниками, кольцами. В скважины подают растворитель, который, фильтруясь по залежи, выщелачивает полезные компоненты и затем откачивается через другие скважины. Особенностью скважин является применение труб из полиэтилена.

4.

 

Рис. 15.2 Схема подземного выщелачивания из горных выработок: 1 — трубопровод для рабочих агентов; 2 — трубопровод для подъёма продуктивного раствора; 3 — взорванный блок руды; 4 — трубопровод для орошения рудного массива; 5 — общий раствороприемник

 

По второй схеме (см. рис. 15.2) залежь вскрывают подземными горными выработками. Отдельные блоки разбуривают скважинами и производят взрыв. Затем с верхнего горизонта ведут орошение массива рабочим агентом, который стекает вниз под действием силы тяжести, омывает куски руды и растворяет минералы полезного ископаемого. На нижнем горизонте растворы собирают и перекачивают на поверхность для переработки. Орошение ведется периодически. При снижении концентрации продуктивного раствора орошение прекращают и дают массиву выстояться. Режим чередования этих операций определяется опытным путем. Эта схема применяется главным образом на месторождениях, отрабатываемых подземным способом.

 

В качестве показателя, характеризующего эффективность отработки месторождения методом ПВ, можно использовать отношение Ж/Т — массы рабочего раствора, приходящейся на единицу массы отрабатываемого полезного ископаемого (при заданном коэффициенте извлечения). На основании величины отношения Ж/Т определяется удельный расход реагента (м3/т).

 

 

Технология ПВ

Обычно технологический процесс ПВ ведется в несколько стадий: 1 — закисление (ведется более слабыми растворами до появления промышленной концентрации металла); 2 — отработка руд рабочими растворами; 3 — вытеснение из пласта продуктивных растворов водой.

При современном развитии техники не всякое месторождение можно отрабатывать методом ПВ. Для этого оно должно удовлетворять определенным требованиям. Так, минералогический состав залежи и вмещающих пород должен обеспечивать избирательное извлечение полезного ископаемого при экономически допустимом расходе рабочих агентов.

Проницаемость залежи должна превышать проницаемость вмещающих пород. Взаимодействие рабочего раствора с породами не должно приводить к прекращению фильтрации и др.

Возможны различные технологические схемы ПВ, из которых наиболее широко применяются схемы выщелачивания из проницаемых руд в естественном залегании через скважины и с предварительным дроблением скальных руд взрывами с использованием горных выработок для подачи и отвода растворов.

6.

Предприятие по СПВ состоит из двух наиболее значимых комплексов: добычного и перерабатывающего. Добычной комплекс включает в себя сети пробуренных закачных и откачных скважин, средств раствороподъема, коммуникаций для сбора продуктивных растворов, линий транспортировки откачных и закачиваемых растворов, двух карт-отстойников для продуктивных растворов и растворов после сорбционной переработки, узла доукрепления реагентом растворов, закачиваемых в пласт. Перерабатывающий комплекс содержит оборудование для процессов сорбции-десорбции урана и получения концентрата.

 

7.

Процесс выщелачивания ведется в замкнутом цикле закачки-откачки с небольшим дебалансом в сторону откачки для создания общей депрессионной воронки в гидродинамической системе и предотвращения растекания технологических растворов за пределы контуров эксплуатационных блоков.

Распределяют выщелачивающие растворы по закачным скважинам дозированным свободным наливом или под давлением. Содержание серной кислоты в растворах — 5—25 г/л.

Откачка продуктивных растворов из откачных скважин осуществляется с помощью эрлифтов или погружных электронасосов.

Глубина залегания продуктивных горизонтов колеблется от 80—100 до 600 метров.

Закачные и откачные скважины обсаживаются полиэтиленовыми трубами ø110×18; ø141×18; ø160×18 и ø210×18 в зависимости от особенностей геологического разреза с установкой фильтра в интервале оруденения и цементацией затрубного пространства выше манжеты над фильтровой частью.

Откачные растворы направляют в карту-отстойник, осветленные растворы перекачиваются на перерабатывающий комплекс, после которого маточные растворы собирают в карте-отстойнике и после доукрепления реагентом вновь направляют в закачные скважины.

 

8.

Подземное и кучное выщелачивание меди осуществляется растворами серной кислоты, Fe2(SO4)3, углекислого аммония или NH4OH и редко цианидными растворами.

Медь на извлечение поступает в виде соответствующих соединений: CuSO4, Cu(NH3)4CO3 и редко в виде NaCu(CN)2. В растворе медь находится форме катионов Сu2+, Cu(NH3)4+ или аниона Сu(CN)2-.

В виде соответствующих катионов присутствуют в сернокислотных растворах балластные металлы (Fe, Ca, Mg, Al).

 

 

9.

Содержание меди в растворах выщелачивания не превышает 1 г⋅л-1, урана — менее 0,2 г⋅л-1, а количество золота в растворах измеряется миллиграммами.

На первой стадии осаждаются гидроксиды балластных металлов путем нейтрализации растворов дешевыми реагентами — известью, аммиачной водой до рН 2,5—3,5 по реакциям:

Fe2(SO4)3 + 3CaO + 3H2O ⇒ 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4↓

Al2(SO4)3 + 6NH4OH ⇒ 2Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4.

Затем, дальнейшим повышением рН свыше 6, осаждают гидроксид меди или диуранаты:

CuSO4 + 2NH4OH ⇒ Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4, при рН свыше 6

2H2[UO2(SO4)3] + 14NH4OH ⇒ (NH4)2U2O7↓ +

+ 6(NH4)2SO4 + 9H2O + O2, при рН 9-11.

ПВ урана

Механизм процесса извлечения урана раствором серной кислоты заключается в переводе шестивалентных форм минералов урана в растворимые комплексные формы:

UO3+H2SO4→UO2SO4+H2O (П6.1)

UO2SO4+SO42− ↔ [UO2(SO4)2]2− (П6.2)

[UO2(SO4)2]2−+SO42− ↔ [UO2(SO4)3]4−. (П6.3)

Соотношение их в растворах определяется значением рН среды, концентрациями серной кислоты и урана.

Перевод четырехваленого урана в растворимую форму требует присутствия в растворе окислителя, в качестве которого выступают растворимые соли окисного железа, присутствующие в выщелачивающем растворе наряду с солями закисного железа.

11.

В практике подземного выщелачивания в зависимости от вещественного состава руд используются водные растворы минеральных кислот или солей карбонатов щелочных металлов.

В России используют растворы серной кислоты (5—50 г/л, pH = 0,8—l,2) Основной недостаток подземного выщелачивания — неэкономичность использования растворителя при повышенной (более 2—3 %) карбонатности руд и снижение проницаемости продуктивного пласта, которое может быть связано с временной кольматацией (выпадением из растворов соединений железа и алюминия). Например, при рН, равном 1,5—4,1 и 3,3—5,2 соответственно, гидрооксиды железа и алюминия выпадают в осадок. При значении рН<2 гидроокислы растворяются и проницаемость восстанавливается. Кроме того, к недостаткам способа можно отнести следующие явления кольматации: постоянную, вызванную выпадением гипса в поровом пространстве, газовую, которая идет из-за выделения углекислоты, и механическую, связанную с зашламованием призабойной зоны.

 

Концентрация урана в растворах, отправляемых на сорбционный передел, — от сотен до десятков мг/л. Остаточная кислотность в этих растворах колеблется от 1—2 до 10 г/л. Концентрация урана в маточниках сорбции находится в пределах 0,5—3,0 мг/л.

 

По мере продвижения растворимых комплексов урана по длине пути фильтрации происходит их гидролиз, когда остаточная кислотность этих растворов оказывается ниже значения рН = 3, что связано с нейтрализацией кислоты в результате ее взаимодействия с вмещающими породами. Однако, новые порции кислоты, поступающей с раствором, вновь переводят уран в растворимую форму, и процесс многократно повторяется до тех пор, пока растворы, имеющие остаточную кислотность ниже значения рН = 3 и содержащие растворенный уран, не достигнут откачной скважины. Подобный механизм протекает по линиям тока между закачной и откачной скважинами, имеющим разную длину, и поэтому период подхода повышенных концентраций растворенного урана к откачным скважинам растянут во времени.

12.

В США при ПВ урана в основном применяют карбонатное выщелачивание, когда используется карбонат и бикарбонат натрия или аммония (концентрация рабочих растворов: 0,5—10 г/л солей металлов, 0,1—0,3 перекиси водорода, 100—300 мл/л кислорода, рН 8—11 ). Преимущество этого способа — высокая селективность, меньшая зависимость от карбонатности, отсутствие переотложения урана в твердой фазе, более простая схема переработки продуктивных растворов. К недостаткам следует отнести необходимость использования окислителей (перекиси водорода с ингибиторами, кислорода воздуха в присутствии катализаторов-ионов меди). Кроме того, карбонатному выщелачиванию мешают сульфиды, и вообще процесс идет замедленно и хуже вскрывает минералы руд.

 

Перспективы (СПВ) золота

В настоящее время в России в опытно-промышленном масштабе ведется скважинное подземное выщелачивание золота.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...