Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 14 )

9. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СОЛЕВОГО СОСТАВА РАСТВОРОВ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

В программах охраны окружающей среды на горнодобывающих предприятиях (рудниках) одной из главных задач является поддержание на

уровне ПДК солевого состава поверхностных и подземных вол. формирующихся при воздействии атмосферных осадков на горную минерализованную массу. складированную на земной поверхности.

Смешанный, большей частью минералого-химический состав таких техногенных образований, относящийся, в основном, к карбонат-сульфат-сульфидсодержащим, приводит со временем к интенсивному развитию в них бактериально-химических процессов и созданию благоприятных гидрогеохимических условий для разрушения (естественного выщелачивания минералов) твердой фазы атмосферными осадками, обогащенными кислородом воздуха

Анализ физико-химических процессов естественного выщелачивания техногенных месторождений позволяет выявить закономерности кинетики выщелачивания кальция, магния, железа, урана и сульфат-иона — основных компонентов, формирующих солевой состав дренажных вод; разработать прогноз формирования загрязняющих растворов и изыскать эффективные методы замедления или временного прекращения процессов естественного выщелачивания.

В основе таких исследований необходимо учитывать фактор продуцирования серной кислоты в процессе разрушения сульфидной минерализации химическим и бактериальным методами. Образующаяся на контакте жидкой и твердой фаз сернокислотная среда приводит к дальнейшему интенсивному процессу естественного выщелачивания минерализованных пород.

Продуцирование серной кислоты происходит в результате реакций:

SO3 + Н2О → H2SO4;

2FeS2 + 7O2 + 2Н2О → 2FeSO4 + 2H2SO4;

Бактерии 4FeS2 + 15О2 + 2Н2О → 2Fe(SO4 )3+ 2H2SO4

Переход урана в раствор при взаимодействии спродуцированнои кислоты с урановыми минералами:

UO3 + H2SO4 → UO2SO4 + Н2О;

SO4-2 UO3 + H2SO4 → UO2(SO4 )2+ H2O.

Извлечение кальция и магния в раствор при взаимодействии продуцированной кислоты с карбонатными минералами:

СаСОз + H2SO4 → CaSO4 + СО2 + Н2О;

при содержании СaSO4 ≤ 2,0 г/л;

СаСО3 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + СО2 + Н2О,

при содержании CaSO4≥ 2,0 г/л;

MgCо3 + H2SO4 → MgSO4 + CO2 + H20.

Извлечение железа в выщелачивающий раствор:

FeO + H2SO4 → FeSO4 + Н2О;

FeCO3 + H2SO4 → FeSO4 + СО2 + Н20;

FeO3 + H2SO4, → Fe(SO4 )3+ 3H2O.

Окисление в растворах сульфата двухвалентного железа в присутствии кислоты:

4FeO3 + О2 + 2Н2 SO4 → 2Fe(SO4 )3+ 2Н2О.

Частичный гидролиз сульфата трехвалентного железа при

1,5 -2,0 >рН< 3.5 -4,0:

n Fe2(SO4)3 + n 6Н2О → n 2Fe(OH)3 + n 3H2SO4,

где n - доля сульфата трехвалентного железа, переходящего в гидроокись трехвалентного железа.

Концентрацию продуцируемой в дренажных растворах H2SO4 можно рассчитать по зависимости:

1,8 - pНдр CHSO = 10 ― , г/л, X

где 1,8 - величина дренажных растворов при концентрации кислоты, равной 1 г/л; рНдр - фактическая величина рН дренажных растворов; х - эмпирический коэффициент, зависящий от солевого состава растворов, изменяется от 0,8 до 1,0.

Извлечение в дренажный раствор кальция:

ИСа = С λ ДР • t, кг/т,

где ИСа - количество кальция, перешедшего в раствор из тонны минерализованной породы, кг/т; С - показатель, характеризующий среднюю концентрацию кальция в растворах, кг/м³, λ ДР - плотность дренажа растворов, м³ /т•сут. ; t - продолжительность естественного вышелачивания пород/сут.

Переход в дренажный раствор магния:

Иn-(ΣSO4 2-) И Mg =―― ― • αMg, кг/т, Иn(ΣSO4 2-)0,5+ Иn(ΣSO4 2-)

где И(ΣSO4 2-)0,5 - суммарное расчетное извлечение сульфат-иона в раствор, кг/м3,при котором достигается извлечение магния - 50%; αMg - исходное содержание магния в горной массе, кг/т; n - эмпирический коэффициент, равный 0,7 - 1,0, зависящий от степени окисленности горной породы;

И (ΣSO4 2-) - фактическое извлечение сульфат-иона в раствор, кг/м3.

Переход в дренажный раствор суммарного количества железа:

И ΣFe=х•ИSo, кг/т,

где х - показатель, учитывающий процентное количество железа в виде Fe(OH) 3, равный 0,2 - 0,4.

Извлечение в дренажный раствор урана:

q n И U =― • αU, м3/т, q n 0,5+ q n

Где q – величина ж:т, м³/т; q0,5 - расчетная величина ж : т, при которой достигается коэффициент извлечения урана в раствор εv = 50%, м3/т; αU - исходное содержание урана в минерализованной породе, кг/т, n - показатель, учитывающий особенности фильтрационных свойств орошаемых атмосферными осадками техногенных образований и зависящий от их грансостава, равен 0,65 — 0,85.

Из приведенных химических формул и математических зависимостей следует, что одним из превалирующих факторов нахождения ионов в растворах является присутствие сульфат-иона, поэтому смена геохимической среды способствует замедлению интенсивности разрушения минеральной фазы.

Искусственная смена гидрогеохимической обстановки сернокислотной на щелочную путем орошения отвалов минерализованных пород щелочными растворами (Na2CO3, NaOH, Са(ОН)2) позволяет временно замедлить процесс разрушения сульфидных минералов в результате процессов химической кольматации и, тем самым, существенно понизить концентрацию солей в дренажных водах, сбрасываемых в гидрографическую сеть.

Заключение

Развитие минерально-сырьевой базы в настоящее время невозможно без освоения техногенных месторождений. Утилизация техногенных минеральных месторождений позволяет экономить природные топливно-энергетические, металлургические и горно-химические ресурсы. Освоение техногенных месторождений позволяет существенно увеличить производство строительных материалов.

Существенный эффект освоения техногенных месторождений заключается в снижении вредного воздействия техногенных минеральных образований на окружающую среду.

Следует учитывать, что по мере развития технологических методов переработки руд возрастает роль в минерально-сырьевой базе целенаправленно сформированных техногенных месторождений. Эти месторождения занимают особое место в системе недропользования, так как обеспечивают сохранность рудных и сопутствующих им компонентам и повышают комплексность освоения недр.

Возможность формирования техногенных месторождений на искусственных геохимических барьерах позволяет учитывать влияние способа и технологии будущей разработки. Это позволит помимо комплексного освоения техногенных месторождений снижать экономический ущерб от загрязнения окружающей среды и нарушения земель техногенными образованиями.

Список литературы.

1., Пилипенко месторождений благородных металлов. М.: изд. МГГА, 1997.

2., Бортников и разведка месторождений полезных ископаемых. М.: изд. МГГА, 1995.

3.Верчеба , минералогия и геология месторождений металлов платиновой группы. М.: изд. МГГА, 1997.

4., , Малухин . Кучное выщелачивание бедного минерального сырья. Учебное пособие. М.: изд. МГГА, 2000.

5.Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли. Под ред. акад. . М.: изд. АГИ, 1997.

6., , Туманова минеральное сырье - России и направление его использования // Инф. сб. М., 1994. Вып. 1. 42 с.

7., , и др. Горно-химическая технология добычи урана. М.: изд. «ГЕОС», 2001.

8.Маркелов СВ. Методы исследований в геотехнологии. Учебное пособие, М. Изд. МГГРУ, 2002.

9.Полезные ископаемые. Под ред. . М.: Недра, 1992.

10.Прогрессивные технологии добычи и переработки золотосодержащего сырья. М.: Недра, 1994.

11., Наседкин типы месторождений неметаллических полезных ископаемых. Месторождения драгоценных камней. М.: изд. МГГА, 1995.

12.Синяков -промышленные типы рудных месторождений. С.-Петербург: Недра, 1994.

13.Теоретические основы развития горнодобывающих и перерабатывающих производств Кыргызстана. Под ред. акад. . М.: Недра, 1993.

14. и др. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия. Горный журнал,№12,1989.

15., , // Комплекс, использ. минер, сырья, 1987, №12. С. 18-23.

16., Чманец освоение техногенных месторождений. Горный журнал,№ 1, 1992.

17., Крючкова использования техногенных ресурсов черной и цветной металлургии в России и за рубежом. М.: Недра, 1994.

18., // Проблемы геотехнологии и недроведения: (Мельниковские чтения): Докл. междунар. конф. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. Т. З.С.26..

Оглавление

Введение................................................................................................................ 3

1.Техногенные минеральные ресурсы................................................................. 4

2.Источники техногенные минеральных ресурсов.............................................. 6

3.Систематика техногенных месторождений....................................................... 10

4.Мегодика исследования и оценки техногенных месторождений.................... 17

5.Перспективы комплексной переработки техногенных минеральных образований 17

6.Технология извлечения полезных компонентов из техногенных минеральных образований.......................................................................................................... 25

7.Особенности техногенных месторождений....................................................... 43

8.Экологическая безопасность при формировании и переработке
урансодержащих техногенных месторождений.................................................. 52

9.Физико-химические закономерности формирования структуры солевого состава растворов при естественном выщелачивании техногенных месторождений..... 60

Заключение....................................................................................................................................... 64

Список литературы............................................................................................... 65

Подписано в печать /0 06.03 Объем 4,0 п. л. Тираж /100 экз. Заказ № 45.

Редакционно-издательский отдел МГГРУ. Москва,