Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 7 )

4. Экологические факторы. Экологические факторы определяют выбор природоохранных мероприятий при выщелачивании металлов. К ним относятся:

состав и строение пород основания под сооружениями установок кучного и траншейного выщелачивания. Благоприятна однородность и непроницаемость пород основания;

гидрогеология бассейна поверхностных водотоков района площадки выщелачивания. Желательно отсутствие временных водотоков.

В экологическом аспекте процесс выщелачивания является менее вредным для окружающей природы производством по сравнению с классическими способами отработки и переработки руд месторождений из-за следующих его особенностей:

процесс кучного выщелачивания замкнутый: идет постоянный учет оборотных растворов;

для выщелачивания используются забалансовые руды, т. е. происходит более полное использование минерального сырья;

после завершения процесса горная масса промывается и обезвреживается, т. е. получают чистые отвалы, не содержащие токсичные соединения, отсутствуют хвосто - и шламохранилища.

5. Технологические факторы. Экономическая эффективность процесса кучного выщелачивания обоснована на переработке низкосортных и забалансовых руд, складируемых на земной поверхности. Важное значение имеет выбор места площадок кучного выщелачивания. Они должны иметь однородное основание, сложенное прочными породами с герметичными свойствами. На территорию площадки выщелачивания не должны проникать временные водотоки, оползни.

Кучное выщелачивание является наиболее простым и дешевым способом извлечения полезных компонентов (ПК) из техногенных минеральных образований. Капитальные и эксплуатационные затраты при KB составляют не более 20 и 40% от затрат при извлечении ПК традиционными горно-металлургическими способами.

Наиболее пригоден метод KB для руд с относительно высокой проницаемостью растворов по микро - и макротрещинам, плоскостям напластования и скола, где, как правило, приурочена рудная минерализация. Наиболее сложные условия для выщелачивания возникают, когда рудная минерализация тонко вкраплена во вмещающей породе. Такие руды необходимо предварительно дробить, что удорожает процесс выщелачивания.

Большое значение для эффективности процесса KB имеют правильная предварительная подготовка и отсыпка рудной массы в штабели, оптимальный способ орошения руды раствором реагента, способы интенсификации процесса выщелачивания.

Режим движения растворов осуществляется по инфильтрационно-капиллярной схеме. Растворы просачиваются сквозь штабель руды и стекают на гидроизолированное основание, откуда по дренажным трубам самотеком поступают в отстойник прудок-накопитель. После отстаивания, осаждения механических взвесей растворы подаются на сорбционный передел, полезные компоненты осаждаются в колоннах сорбции на анионитовые смолы, а маточные растворы сорбции доукрепляются реагентом на выщелачивание.

Насыщенная ПК смола поступает на десорбцию, ПК снимается со смолы в регенерат (элюат), а смола направляется повторно в сорбционные колонны на сорбцию.

При формировании штабелей KB используют различные типы водонепроницаемых оснований:

-  из уплотненной глины толщиной 0,15- 0,45 м;

-  асфальтовые толщиной 0,1 - 0,3 м;

-  полиэтиленовая пленка толщиной 0,5 - 2,5 мм между глинистыми основаниями;

- пластиковые с крупнокусковым слоем руды для дренажа.

Площадки для KB готовят одноразового и многоразового использования. Для площадок многоразового использования применяют двухслойные асфальтовые покрытия толщиной от 50 мм до 100 - 150 мм с защитным слоем между ними (глины, полиэтилен).

Конструктивно штабель кучного выщелачивания представляет

четырехугольную усеченную пирамиду, искусственно возводимую па рельефе местности из техногенного минерального сырья, с боковыми поверхностями, сформированными под углом естественного откоса отсыпаемой рудной массы. В бордюре оставляется проход для заезда автотранспорта. Отсыпка штабеля может осуществляться как автосамосвалами, так и конвейером. Для стока растворов основание кюветы выполняется с уклоном 2 — 2,5°.

Водонепроницаемое основание под штабель KB является наиболее ответственным и материалоемким сооружением. Выбор площадок для сооружения штабелей KB производится в зависимости от инженерно-геологических условий участка и технологических решений по выщелачиванию. Инженерно-геологические изыскания - составная часть комплекса работ, выполняемых для обеспечения проектирования KB исходными данными об условиях участка строительства, а также прогнозирования изменений, которые могут произойти при сооружении и эксплуатации штабелей КВ. При этом должны быть изучены свойства грунтов, подземные воды, физико-геологические процессы и явления.

В зависимости от требований к выщелачиванию, инженерно-геологических условий и рельефа местности площадки под штабели KB могут располагаться как на поверхности с обустройством растворопроницаемых бортов по их периметру, так и с заглублением в грунт, проходкой специальной кюветы.

Как правило, площадки в плане имеют прямоугольную форму, размеры которой определяются объемами выщелачиваемого сырья. Для контроля за утечкой продуктивных растворов в случае повреждения гидронепроницаемого основания по периметру сооружаются наблюдательные скважины, из которых периодически отбираются жидкие пробы.

Процесс орошения штабеля KB рабочими растворами - одна из главных технологических операций кучного выщелачивания. На параметры орошения влияет большое количество факторов: гранулометрический состав сырья, ею активная пористость, физико-механические свойства, влагоемкость, высота штабеля, формирование солевого состава по пути движения растворов, концентрация растворителя с сырьем.

Уложенная в штабель рудная масса обладает высокой растворопроницаемостью. Это обуславливает большое влияние гравитационных сил на процесс инфильтрации и характер формирования инфильтрационного потока.

Исследования на моделях свидетельствуют, что форма поверхности фильтрационного потока имеет вид эллипсоида вращения, переходящего на некотором расстоянии от источника орошения в круговой цилиндр. Плотность выщелачиваемого потока изменяется от центра к периферии.

Процесс выщелачивания происходит в две стадии - прямое и диффузное выщелачивание. Если минерализация полезного компонента на поверхности омывается потоком раствора, происходит прямое выщелачивание. Выщелачивание ПК, заключенного внутри кусков сырья, происходит за счет молекулярной диффузии. В поры и микротрещины куска проникает раствор (поровая жидкость). При наличии разности концентраций растворенного в

поровой жидкости ПК и подводимой к куску свежей порции раствора возникает явление молекулярной диффузии. Ионы растворенного минерала движутся из поровой жидкости в выщелачивающий раствор и вызывают одновременно падение концентрации в поровой жидкости. При этом скорость диффузного выщелачивания значительно ниже скорости прямого выщелачивания. На ход процесса оказывает также влияние температура, растворонасыщенность среды и окислительно-восстановительный потенциал (Eh). Орошение выщелачиваемой массы осуществляется через систему оросительных перфорированных труб, укладываемых по поверхности штабеля и соединенных с подводящей магистралью. Расстояние между оросительными трубами и перфорациями в трубах зависит от требуемой плотности орошения, определяемой исходя из перечисленных выше факторов.

Из технологических факторов определяющее значение имеют те, которые определяют активность растворов реагентов, свойства выщелачивания горной массы и продолжительность процесса ее обработки (рис. 6).

Экономическая эффективность выщелачивания бедных и забалансовых руд различными системами обеспечивается оптимальным режимом орошения и подобранными реагентами, а также длительностью процесса.

По виду технологических реагентов выщелачивание металлов разделено на следующие способы:

кислотное выщелачивание, заключающееся в воздействии на горную массу растворов серной, соляной кислот, органокислот и различных химических соединений, обладающих кислыми свойствами. Способ широко используется при переработке руд урановых месторождений. Растворы серной кислоты извлекают Си, Sr и U из проницаемой горной массы. Соляная кислота растворяет сульфиды Мо и Zn, а растворы азотной кислоты позволяют выщелачивать полезные компоненты из аргентита, висмутита, сфалерита и других сульфидов;

щелочное выщелачивание, заключающееся в воздействии на руду растворов карбонатов и бикарбонатов или аммония. Способ универсален для многих типов природных руд, в том числе сульфидных Аи, Ag, Си, Со и оксидно-силикатных урановых. Растворами цианистого натрия выщелачивается золото из малосульфидных руд;

биогеохимическое выщелачивание, происходящее под воздействием различных групп микроорганизмов, органических веществ и бактерий;

электрохимическое выщелачивание, где в качестве активного агента используется электрический ток и продукты его воздействия на растворы.

Рис. 6 Технологические факторы выщелачивания металлов из руд.

Способы выщелачивания полезных компонентов

В данном разделе рассмотрены геотехнологические способы выщелачивания, которые имеют широкое распространение в мировой практике горнодобывающего производства.

Кислотное выщелачивание

Кислотное выщелачивание является распространенным геотехнологическим способом извлечения из руд ценных компонентов. В качестве традиционных реагентов используются растворы кислот - серной (азурит, куприт, целестин, оксиды урана), соляной (молибденит, сфалерит, уранинит) и азотной (сфалерит, висмутин, аргентит и др.). К новым растворителям металлов при кислотном выщелачивании относят растворы тиомочевины, тиокарбамидов, тиосульфатов, различные галогениды и растворы на основе различных соединений хлора.

Преимуществами кислотного выщелачивания является высокая степень извлечения металлов из руды и растворов, менее затратная схема их подготовки к выщелачиванию (дробление) и меньший период процесса.

Наиболее эффективно кислотное выщелачивание используется при переработке алюмосилитных, силикатных и сульфидных руд.

Кислотное выщелачивание нецелесообразно применять для руд с высоким (более 2%) содержанием карбонатов, так как на нейтрализацию разрушения 1 кг СаСОз расходуется около 1 кг серной кислоты.