Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий освоения месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей 9
1.1. Горно-іеолоіические, геомеханические и горнотехнические условия разработки природных месторождений и накопленных техногенных образований 9
1.2. Способы разработки месторождений Учалинского ГОКа и технолоіия переработки медно-колчеданных руд 17
1.3. Вещественный состав медно-колчеданных руд и отходов их переработки 23
1.4. Анализ перспективных направлений освоения месторождений медно-колчеданных руд и отходов их переработки 35
1.5. Цель, задачи и методы исследований 45
2. Проблема комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд и предпосылки к ее решению 49
2.1. Постановка проблемы комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд 49
2.2 Изучение закономерностей вещественного состава природного и техногенного минерального сырья Учалинского ГОКа 55
2.3. Систематизация природных и техногенных образований медно-колчеданного сырья в соответствии с особенностями вещественного состава и условиями разработки 76
2.4 Принципы комплексного освоения месторождений медно-колчеданных РУД 85
Выводы по 2 главе 93
3. Исследования процессов комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии 95
3.1 Исследования закономерностей выщелачивания некондиционных медно-колчеданных руд с комплексным извлечением ценных компонентов 95
3.2. Изучение закономерностей выщелачивания ценных компонентов из отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд 100
3.3. Обоснование технологии формирования закладочных массивов на основе отходов выщелачивания техногенного медно-колчеданного сырья 105
3.4. Разработка методики выбора технологической схемы комплексного освоения месторождений природного и техногенного медно-колчеданного сырья 120
3.5. Исследование показателей функционирования предприятия в зависимости от технологической схемы комплексного освоения месторождений в изменяющихся горно-геологических и экономических условиях 125
Выводы по 3 главе 132
4. Разработка технологических рекомендаций по освоению Ново-Учалинского месторождения и оценка их экономической эффективности 135
4.1. Технологическая схема комплексного освоения Ново-Учалинскоіо месторождения 135
4.2. Технология подземного выщелачивания некондиционных руд 141
4.3. Технология кучною выщелачивания отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд 148
4.4. Оценка экономической эффективности рекомендуемых технолої ических решений 155
Выводы по 4 главе 160
Заключение 161
Библиографический список 164
- Способы разработки месторождений Учалинского ГОКа и технолоіия переработки медно-колчеданных руд
- Изучение закономерностей вещественного состава природного и техногенного минерального сырья Учалинского ГОКа
- Изучение закономерностей выщелачивания ценных компонентов из отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд
- Технология подземного выщелачивания некондиционных руд
Введение к работе
На большинстве медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узелыинского рудных полей, осваиваемых Учалинским ГОКом, эксплуатационные запасы находятся в стадии доработки. В среднесрочной перспективе будут разрабатываться резервные месторождения - Ново-Учалинское, Озерное, Западно-Озерное, Чебачье, которые обеспечат градообразующее предприятие сырьем на ближайшие 70 лет. Эти месторождения характеризуются сложными горнотехническими условиями разработки и низким содержанием полезных компонентов. Перспектива успешной работы предприятия определяет необходимость непрерывною совершенствования технологических процессов добычи и переработки разносортных руд в части повышения уровня извлечения и расширения номенклатуры извлекаемых в концентраты цветных, блаюродных и редких металлов. При этом также актуально стоит вопрос восполнения минерально-сырьевой базы комбината за счет вовлечения в эксплуатацию техногенною сырья, что будет способствовать повышению эффективности производства и снижению экологической нагрузки в регионе. Учитывая, что резервные месторождения будут преимущественно разрабатываться подземным способом, наиболее перспективным направлением утилизации отходов является закладка ими выработанного пространства после предварительного извлечения ценных компонентов.
В этой связи, изыскание технологий, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения природных и сопутствующих им техногенных месторождений, представленных неравномерным но качеству минеральным сырьем, с обеспечением устойчивою развития предприятия в изменяющихся экономических условиях является актуальной научно-практической задачей, требующей решения.
Цель - изыскание возможности существенного повышения эффективности разработки медно-колчеданных месторождений и
обеспечения устойчивою развития предприятия при изменяющемся качестве сырья путем повышения полноты и комплексности освоения недр.
Идея работы состоит в том, что повышение полноты, комплексности и эффективности освоения месторождений медно-колчеданных руд при изменяющемся качестве сырья обеспечивается в результате рациональною сочетания физико-технических и физико-химических процессов добычи и переработки кондиционных и бедных руд, отходов их добычи и переработки с извлечением цветных, благородных и редких металлов и утилизацией отходов в закладке выработанного пространства.
Задачи исследований:
Анализ юрно-геологических и юрнотехнических особенностей разработки месторождений Учалинскою ГОКа и вещественного состава руд и техногенного минерального сырья.
Систематизация природных и техногенных образований медно-колчеданного сырья в соответствии с особенностями вещественною состава и условиями разработки.
Установление закономерностей и факторов, повышающих полноту и комплексность освоения медно-колчеданных месторождений комбинированной геотехнологией.
Обоснование технологии утилизации отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд в закладке выработанною пространства.
Разработка методики выбора технологической схемы комплексного освоения природных и техноіенньїх месторождений медно-колчеданного сырья.
Обоснование принципов комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд и разработка технолоіических рекомендаций по повышению полноты и комплексности использования природного и техногенною минеральною сырья.
Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований была выбрана комбинированная физико-техническая и физико-химическая іеотехнология комплексною освоения природных и сопутствующих техногенных месторождений Учалинскою і орно-обогатительної о комбината.
Методы исследований
В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ горно-геологических и горнотехнических условий освоения месторождений Учалинскою и Узельгинского рудных полей, опыта разработки техногенных месторождений и переработки техногенного сырья; геолою-минералогические исследования и химический анализ; физическое моделирование; компьютерное геотехнологическое (экономико-математическое) моделирование; технико-экономическую оценку.
Положения, выносимые на защиту
В ухудшающихся горно-геологических и изменяющихся экономических условиях сохранение эффективности освоения медно-колчеданных месторождений и обеспечение устойчивою развития предприятий достигается реализацией комбинированной геотехнологии в общем технологическом цикле добычи руды и переработки сопутствующих отходов при комплексном извлечении полезных компонентов и использовании отходов в закладке выработанного пространства.
Технологические решения по освоению медно-колчеданных месторождений с переработкой отходов добычи и обогащения руд, соответствующие выявленным особенностям природных и техногенных образований и базирующиеся на сочетании физико-химических и физико-технических процессов горных работ, повышают извлекаемую ценность руды на 20-40 %, расширяют номенклатуру и объем товарной продукции горного производства.
Закладочная смесь на основе хвостов переработки добываемых медно-колчеданных руд, пиритною концентрата и известкового вяжущего обладает высокими реологическими характеристиками, пластичностью, что позволяет создавать искусственный массив, обеспечивающий подземную добычу в широком диапазоне горнотехнических условий.
Научнаи новизна работы:
1. Классификация природных и техногенных георесурсов медно-
колчеданных месторождений по особенностям вещественною состава, условиям образования, залегания и хранения, позволяющая обосновать условия и параметры технологии их комплексного использования.
Методика выбора технологической схемы комплексного освоения месторождений медно-колчеданного сырья, включающая алгоритм и экономико-математическую модель и отличающаяся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований.
Установлена возможность формирования искусственною массива на основе отходов выщелачивания хвостов обогащения медно-колчеданных руд с механоактивацией части отходов выщелачивания (до 25 %), повышающей прочность массива в среднем на 30 % для очистной выемки руды камерами увеличенных размеров.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.
Практическая значимость работы состоит в: разработке принципиально новою подхода к обоснованию іеотехнологической стратегии комплексною освоения месторождений медно-колчеданных руд, заключающеюся в формировании единой технологической схемы разработки балансовых руд и некондиционных запасов с вовлечением в промышленную эксплуатации отходов горно-обогатительною производства.
Реализация работы: результаты исследований внедрены на Учалинском, Узелыинском, Молодежном, Талганском месторождениях, а также в проектные решения по разработке Ново-Учалинского месторождения.
Апробация работы:
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «О развитии горнометаллургической промышленности России» (Екатеринбург, 2002), «Новые направления и методы поисков месторождений полезных ископаемых» (Челябинск, 2004), VIII Съезде юрнопромышленников Урала (Учалы, 2004),
научно-практической конференции, посвященной 285 - летию юсударственного горного надзора (Санкт-Петербург, 2004), Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004, 2005), III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск -Учалы, 2005), Третьем съезде горнопромышленников России (Москва, 2005). Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах.
Объем и структура работы:
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименования и содержит 172 стр., 51 рис., 30 табл.
Способы разработки месторождений Учалинского ГОКа и технолоіия переработки медно-колчеданных руд
Учалинское, Узельгинское, Молодежное, Талганское, Иово-Учалинское месторождения, разрабатываемые Учалинским горно-обоїатительньїм комбинатом, заключают в себе эксплуатационные запасы медно-цинково-колчеданных руд в количестве 263,2 млн. т, в которых содержится 2,8 млн. т меди со средним содержанием меди в руде 1,1%, 6,2 млн. т цинка со средним содержанием 2,4%, а также 369,8 т золота и 7,7 тыс. т серебра со средним содержанием соответственно 1,4 г/т и 29,2 г/т.
Другие месторождения Учалинского рудного узла в настоящее время не вовлечены в эксплуатацию либо в связи с низким содержанием полезных компонентов (Западно-Озерное), либо ввиду малого объема запасов (Озерное), либо из-за значительной глубины залегания рудого тела (Ново-Учалинское). Однако названные месторождения включены в перспективный план развития предприятий Учалинского ГОКа до 2025 г.
Крутое падение мощного штокообразного рудного тела Учалинского месторождения предопределили выбор комбинированного способа разработки с последовательным развитием открытых и подземных работ и отработкой переходной зоны непосредственно из карьерного пространства [83].
Первоначально запасы верхней части месторождения были отработаны карьером проектной глубиной 324 м. В 1986 г. параллельно с доработкой карьера открытым способом началось строительство подземноіо рудника. Для сокращения сроков строительства из карьерного пространства произведено опережающее вскрытие и подготовка ирикарьерных запасов в бортах и в основании карьера. Для этого использовались выработки карьерного водоотлива и штольни, пройденные в западном борту с юр. 144 м и 300 м, сбитые между собой грузовым и людским уклонами и соединенные с нижележащими юр.340 и 380 м подземною рудника наклонным стволом, обеспечивающим движение самоходного оборудования и вывоз юрной массы в карьер. Такой вариант вскрытия и подготовки запасов обеспечил по сравнению с традиционной схемой «ствол - квершлаг - штрек» сокращение сроков ввода в эксплуатацию как минимум на три і ода и позволил существенно снизить капитальные затраты за счет отказа от строительства двух стволов.
Запасы переходной зоны в бортах и основании карьера в отметках 240 -340 м отработаны открыто-подземными технологиями (рис. 1.3): сочетанием камерных и слоевых систем разработки с твердеющей закладкой выработанною пространства и последующей доработкой отставленных целиков из карьерного пространства карьерным и шахтным буровым и добычным оборудованием. Выемка руды в отметках 340- 460 м осуществляется подземным способом этажно-камерной системой разработки со сплошным или двухста-дийным порядком выемки и заполнением выработанного пространства очистных камер твердеющей или комбинированной закладкой [19,11,12,54].
Рис. 1.3. Технология отработки запасов в бортах Учалинскот карьера (продольный разрез по северном) фланг) месторождения): 1 - контур карьера; 2 - зона обрушения; 3 - временный р)дный целик (Н = 12 м); 4 - участковый наклонный съезд; 5 -закладочный массив
Условия залегания (от 630 до 1400 м) и вещественный состав руд Ново-Учалинского месторождения предопределяют выбор подземного способа разработки с применением систем с твердеющей закладкой выработанного пространства. Близость месторождения к Учалинскому месторождения создает возможность использования выработок действующего рудника с развитой инфраструктурой для вскрытия подземных запасов, что позволит существенно сократить сроки и стоимость строительства [74].
Вскрытие Узельгинского месторождения проектировалось шестью вертикальными стволами и наклонным съездом (рис. 1.4), с первоочередной отработкой рудных тел нижнего яруса и с последующим вовлечением в отработку рудных тел верхнего яруса. В процессе строительства рудника схема вскрытия месторождения претерпела существенные изменения. Принято решение об отказе от строительства Северного вентиляционного ствола, ввиду возможности его использования для проветривания подземных горных выработок лишь при отработке 15% общих запасов руды месторождения [6].
При принятии проектных решений по разработке Узелыинского месторождения было учтено высокое содержание фосфора в рудных телах верхнего рудоносного горизонта. Данное обстоятельство предопределило выбор для первоначальной отработки залежи нижнего горизонта в отметках 420 - 640 м, характеризующиеся более высоким качеством руды. Принят подземный способ добычи этажно-камерными системами разработки при двухстадийном порядке выемки камер с последующей их закладкой твердеющей смесью на основе цемента. Аналогичный порядок выемки принят и для залежей верхнего рудоносного горизонта, выемка которых подземным способом осуществляется в условиях подработанного массива, что привело к снижению прочностных характеристик руды и вмещающих пород. Поэтому отработка залежей верхнего горизонта осуществляется камерами уменьшенной ширины (10 - 15 м) [55,4].
Производительность рудника в настоящее время составляет 2 млн.т. руды в год. Вовлечение в отработку запасов руды верхнего уровня осложнено наличием карстовых пустот, заполненных водой и повышенным содержанием в рудах вредных примесей - фосфора и мышьяка.
Территориальная близость Узельгинского и Талганского месторождений обусловили возможность вскрытия запасов последнего квершлагами, соединенных с шахтным подъемом Узельгинского подземного рудника. Система разработки - этажно-камерная с двухстадийным порядком выемки и твердеющей закладкой выработанного пространства (рис. 1.5).
Значительная глубина Озерного месторождения и относительно небольшая мощность рудных тел предопределяют перспективность подземного способа разработки с применением этажно-камерных систем с твердеющей закладкой выработанного пространства. Небольшие рудные линзы могут быть отработаны системами разработки с открытым очистным пространством и последующей самолокализацией пустот [6,23].
Гор но-геологические условия Молодежного месторождения предопределили применение для выемки основных запасов открытого способа разработки с углубочной системой. Предельная глубина карьера 254 м. Запасы за контуром карьера дорабатываются открыто-подземными технологиями с применением в бортах систем разработки с открытым очистным пространством и с обрушением руды и в основании - систем с твердеющей закладкой. Вскрытие законтурных залежей осуществлено из карьера штольнями и наклонным съездом . Подземные участки в восточном и западном бортах соединены мостовой конструкцией, установленной на дне карьера и предназначенной для укладки закладочного трубопровода, перемещения людей и вспомогательных грузов.
Изучение закономерностей вещественного состава природного и техногенного минерального сырья Учалинского ГОКа
Для обоснования и разработки технологий комплексного освоения медно-колчеданных месторождений, представленных полиэлементными некондиционными рудами и отходами их добычи и переработки сложного вещественного состава, были проведены геолого-технологические исследования с использованием методов технологической минералогии и петрографии, позволяющие определить взаимное расположение минералов в руде и отходах производства, оценить их технологические характеристики.
Изучение минерального состава руды и продуктов ее техногенных изменений проводилось на основе оптического анализа изображений в аншлифах. Исследования минерального состава и структурно-текстурных особенностей руд и отходов их переработки проводились на микроскопе МИН-9 с использованием поляризационного осветителя отражённого света ОЙ-12. При изучении полированных аншлифов с целью диагностики рудных минералов определялись оптические и физические свойства: цвет, отражательная способность (R), анизотропия, внутренние рефлексы, рельеф поверхности зерна, микротвердость, магнитные свойства и кристаллографические особенности минералов. На приборе SIAM-600 при увеличении от 200 до 500 раз были сделаны фотографии, по которым оценивались геометрические параметры зерен и их пространственное расположение, непосредственно определяющие технологические характеристики руд и отходов их переработки.
Изучение минерального состава некондиционных руд Узельгинскою и Учалинского месторождений, а также забалансовой руды Молодежного месторождения показало, что медь в них присутствует в виде различных минералов. В неизменённых медно-колчеданных рудах она присутствует в виде сульфидов: халькопирита, борнита, ковеллина. А в окисленных рудах медные минералы представлены теноритом, малахитом и азуритом. Медьсодержащие минералы находятся в тонком прорастании с силикатами вмещающих пород и другими минералами цветных металлов и железа. Содержание меди обычно не превышает 2%, а чаще определяется десятыми долями процентов.
Медные руды имеют различный вещественный состав с преобладанием того или иною рудного минерала. Поэтому в пределах одного месторождения выделяются несколько минеральных типов руд. Для условий медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узельгинскою рудных полей были исследованы основные особенности вкрапленных медных руд и их технологические характеристики, необходимые для разработки физико-химической технологии вовлечения бедных медно-колчеданных руд и отходов обогащения кондиционных руд в промышленное использование.
Медно-колчеданные руды представляют собой плотные мелкозернистые массы сульфидов, обычно содержащие незначительное количество нерудных минералов. Однако на отдельных участках рудных тел количество нерудных минералов в руде возрастает, достигая 30 - 50 % всей рудной массы, при этом наблюдается переход к вкрапленным рудам.
Главными рудообразующими минералами являются пирит, халькопирит, сфалерит и кварц. Количественное их соотношение колеблется в широких пределах. Па некоторых месторождениях встречается также пирротин. Как правило, на этих месторождениях резко подчиненное значение имеют блеклые руды, галенит, знарі ит.
Текстуры колчеданных руд представлены брекчиевидными, массивными и колломорфными разностями. Реже проявляются пятнистые, прожилково-вкрапленные, полосчатые и слоистые текстуры.
Структура руды изменяется от мелкозернистой до крупнозернистой. Широко распространено колломорфное строение сульфидов. Наблюдаются также следующие микроструктуры: катакластическая, распад твёрдых растворов, эмульсионная и структура нерекристаллизации. Структура замещения характерна для контакта зёрен пирита с халькопиритом и сфалеритом. Замещение происходит равномерно по всему зерну, что является следствием его сильной трещиноватости. Структура распада твёрдых растворов характеризуется выделением эмульсионных каплевидных зёрен сфалерита и блеклой руды в мелкозернистой массе халькопирита. Структура перекристаллизации свойственна пириту второй генерации, расположенного в иоле халькопирита и сфалерита. Метакристаллам пирита характерны идиоморфические выделения с хорошими кристаллографическими очертаниями.
Текстура окисленных руд - сланцеватая. По степени сланцеватости она делиться на сильно- и слаборассланцованную. Порода трещиноватая. Основная её масса пронизана серией трещин, которые совпадают с плоскостями сланцеватости. Широкое развитие трещин зависит от степени рассланцован-ности породы. Трещины выполнены медными минералами, гидроксидами железа и каолином. Главными рудообразующими минералами являются: малахит, тенорит, кварц, нолевой шпат, серицит и другие.
Для окисленных руд характерна ирожилково-вкрапленная минерализация медьсодержащих рудных минералов, процентное содержание которых составляет около 15 %. Отобранные для исследований в виде представительных проб некондиционные медно-колчеданные руды Молодежного месторождения представлены сплошными и вкрапленными разностями. Главными рудообразующими минералами являются пирит, халькопирит, сфалерит и кварц. Изучение ми-неральної о состава исследуемой руды показало, что медь и цинк в основном входит в состав сульфидных минералов. Структура руд зернистая. Текстура колломорфная, вкрапленная, брекчиевидная .
Изучение закономерностей выщелачивания ценных компонентов из отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд
Проведенный анализ ранее установленных закономерностей физико-химических процессов растворения сульфидов показал, что для упорных в химическом отношении минералов разработаны различные методы интенсификации. При этом, наряду с условием высокой скорости химических реакций, основной характеристикой выщелачиваемого массива является его фильтрационная способность, что особенно важно при выщелачивании тонкодисперсного материала - хвостов обогащения медно-колчеданных руд. Присутствие частиц тоньше 1 мм ухудшает перколяцию, вызывает образование каналов или закупоренных зон внутри массива, обуславливая увеличение времени выщелачивания и понижение степени извлечения или полное прекрашение фильтрации, что ограничивает практические возможности переработки накопленных в огромных количествах в хвостохранилищах отходов.
Для обеспечения возможности выщелачивания текущих хвостов обобщения Учалинской обогатительной фабрики, хвосты были подвергнуты предварительному окомкованию. Состав шихты для окомкования [49]: - текущие хвосты Учалинской обогатительной фабрики - 90 % по массе; - гранулированный шлак медеплавильного производства - 5 % по массе; - негашеная обожженная известь - 5 % по массе. Приготовленные таким образом окатыши обладают требуемыми для выщелачивания характеристиками: прочностью, пористостью, механической устойчивостью в сернокислых средах. Окатыши выдерживают наїрузку на сжатие 1,2-1,8 МПа. Такое значение при насыпной плотности 2,3 кг/дм3 соответствует высоте отсыпаемого штабеля до 40 м, а состав шихты на основе хвостов, шлака и извести может быть рекомендован к промышленному внедрению.
Окатыши, массой 15 кг, иршотовленные на основе шихты вышеописанною состава, были загружены в лабораторный перколятор для исследования возможности кучного выщелачивания из них ценных компонентов. Выщелачивание проводилось в течение ПО суток. Каждые 10-15 суток продуктивный (насыщенный) раствор выводился из процесса и отдавался на химический анализ, который проводился методом атомно-эмиссиониой спектрометрии. В течение всего срока выщелачивания в растворах фиксировалось значение окислительно-восстановительного потенциала и рН среды, которые, в случае отклонения от исходных, корректировались путем подкисления раствора. рН среды поддерживали на уровне 1,2-1,7; Eh 0,4 В.
Химический состав отходов обогащения приведен в таблице 2.2. Эксперимент показал, что из текущих хвостов Учалинской обогатительной фабрики за 110 суток медь переходит в раствор на 62 %, цинк на 42,5 % (рис. 3..3). При этом максимальное содержание меди в растворе не превысило 800 мг/дм3. Практика выщелачивания медных руд свидетельствует, что такие продуктивные растворы могут быть эффективно переработаны с извлечением меди цементацией, методом экстракция-электролиз [79,7,65,80]. Извлечение цинка осуществляется известными осадительными методами [33].
Ввиду отсутствия данных по содержанию в исходной пробе хвостов, загруженных в перколятор, редких и рассеянных элементов, оценить уровень их извлечения не представилось возможным. компонентов - кадмий, марганец, селен, никель, кобальт, европий, германий, магний, палладий, платину, теллур, скандий и другие, максимальные концентрации которых приведены в табл. 3.3 и учтены в экономических расчетах при оценке извлекаемой ценности техногенного сырья в случае реализации физико-химических технологий.
В продуктивных растворах выщелачивания хвостов содержится значительное количество двух- и трехвалентного железа. Концентрация Fe6lu в ходе эксперимента достигала 8-Ю г/дм3, однако уровень извлечения железа в раствор за 110 суток не превысил 4,5 %.
При перколяционном выщелачивании другого вида техногенных отходов - некондиционной фракции рентгенометрической сепарации было установлено, что реализация процесса кучного сернокислотного выщелачивания к такому виду сырья не применима, ввиду присутствия большого количества шламов (глинистых частиц), которые закупоривают межкусковые и межзерновые каналы и препятствуют проникновению выщелачивающего раствора в массив и, соответственно, диффузии вглубь куска.
Для оценки оптимальной крупности материала для выщелачивания был проведен эксперимент, предусматривающий последовательный отсев тонких фракций, начиная с класса -0,25 мм: -0,25; -0,5, -1, -1,5; -2; -2,5; -3; -5 мм. При отсеве на сите из представительной пробы просыпи класса -0,25 мм, надре-шетный продукт загружался в перколятор, куда подавался выщелачивающий раствор, затем замерялся коэффициент фильтрации и отслеживался характер движения раствора и равномерность его орошения. Установлено, что благоприятные фильтрационные свойства и отсутствие кольматации имеет массив, сложенный фракцией +3 мм. Таким образом, для вовлечения просыпи рентгенометрической сепарации в промышленную эксплуатацию методом кучного выщелачивания необходимо включение в цикл переработки операции грохочения по классу 3 мм.
Следует отметить, что исследованиями, приведенными в 2.2, установлено, что большая часть ценных компонентов сосредоточена именно в классе + 3 мм. Этот класс содержит: 67 % меди, 86,7 % цинка, 83,64 % селена, 68 % теллура, 67 % таллия, 71,5 % золота, 82,66 % серебра. Класс -3 мм представлен глинистой фракцией с низким содержанием этих элементов, поэтому он может рассматриваться как отвальный продукт для использования в строительстве или в качестве компонентов смеси для закладки выработанного пространства.
Технология подземного выщелачивания некондиционных руд
Пово-Учалинское и Учалипское месторождения имеют северо- и северо-западное простирание и находятся на одном стратиграфическом уровне. Ново-Учалинское и Учалипское месторождения при формировании претерпели аналогичные изменения, поэтому по данным геологической службы Учалинского ГОКа весьма вероятно наличие локализованных рудных тел в лежачем боку Ново-Учалинского месторождения в объеме 10-15% от основных запасов.
Для эффективности добычи локальных рудных тел, расположенных в лежачем боку Ново-Учалинского месторождения и характеризующихся низким содержанием полезных компонентов, либо присутствием вредных примесей, предусматривается применение физико-химических технологий на основе подземного выщелачивания. Эффективность данного способа добычи обуславливается благоприятным расположением рудных тел в зоне вскрывающих выработок. В зависимости от размеров рудных тел и их формы предлагается два варианта системы подземного выщелачивания, представленных на рисунке рис. 4.2 и 4.3.
Схема подготовки локального рудного тела к подземному выщелачиванию с использованием вертикальных выработок: 1 - буровой восстающий; 2 - буровая заходка; 3 - восстающий для оценки раскрытия трещин; 4 - отрезной орт; 5 -буровой штрек; 6 - погрузочный орт; 7 емкость для сбора продуктивного раствора; 8 - камера под лебедку.
В устойчивых рудах и достаточно крепких вмещающих породах при ограниченной горизонтальной мощности рудного тела (до 25 м ) бурение скважин для орошения массива возможно осуществлять из вертикальных буровых выработок (рис. 4.2). Процесс орошения массива для выщелачивания обеспечивается созданием компактной и легко демонтирующейся системы орошения с обоснованием рациональных режимов и параметров процессов фильтрации растворителя, циркуляции и регенерации продуктивных растворов.
Орошение подготовленного к выщелачиванию массива проводится как со свободной поверхности подсечки орошения, так и через скважины, пробуренные с поверхности, либо из подземных выработок.
Для орошения массива со свободной поверхности руды должны быть достаточно крепкими, устойчивыми и не склонными к возгоранию. Подсечка орошения обеспечивает простоту монтажа системы орошения и равномерность распределения раствора по площади массива выщелачивающими растворами. К недостаткам данного способа относится низкая проницаемость выщелачивающих растворов в массив камеры и отсутствие возможности управления этим процессом, что может привести к увеличению длительности выщелачивания.
Схема подготовки локального рудного тела средней мощности к подземному выщелачиванию: 1 - вентиляционно-ходовой восстающий; 2 - буровой штрек, 3 - штрек для подачи раствора выщелачивания; 4 — выработки для сбора и транспортировки продуктивного раствора; 5 - прудок накопитель.
Если руды неустойчивые, или залежи имеют большую мощность (25 м и более), орошение необходимо проводить через скважины, пробуренные к массиву подготовленной к выщелачиванию руды из подготовительного штрека или с поверхности (рис. 4.3). К преимуществам данного варианта относится возможность подачи выщелачивающего раствора под давлением, что повышает доступ раствора к рудным минералам, расположенным преимущественно в трещинах. Недостатком данного способа является повышенный объём подготовительно-нарезных работ, а также сложность управления движением растворов.
Учитывая, что некондиционные руды Ново-Учалинского месторождения крепкие, массивные, устойчивые и склонны к самовозгоранию, рекомендуется в камере создавать оросительную потолочину с перфорационными каналами, сформированными взрывом кумулятивных зарядов. Необходимым условием подачи кислых растворов является герметизация оросительной потолочины, поэтому устья шпуров, из которых идут перфорационные каналы, необходимо цементировать для формирования внутри них стабильного давления.
Подача выщелачивающих растворов осуществляется по смонтированному на оросительном горизонте трубопроводу из кислотостойких материалов, подведенному к устью шпуров, из которых сформированы перфорационные каналы. Трубопровод может быть представлен полиэтиленовыми трубами, хотя применение их ограничено возможностями увеличения забойною давления раствора свыше 60 м вод. ст. С учетом этого определяется диаметр оросительных каналов.
Согласно ЕПБ, перед подачей в камеру кислотных растворов необходимо оросить водой нарушенный системой трещин массив, с целью проверки ею фильтрационных характеристик и оценки возможности утечки раствора.
Необходимым условием эффективной реализации методов подземного выщелачивания является присутствие по контуру выщелачиваемого массива естественного водоуиора. Таким водоупором являются вмещающие породы Ново-Учалинскою месторождения, представленные метасоматически измененными хлорит-серицитовыми породами, которые при насыщении водой разбухают и становятся хорошим гидроизолятором.
Технологические параметры системы орошения рассчитаны но методике, предложенной проф. В.В. Ивакиным, которая заключается в определении параметров сетки скважин для орошения руд, пропускной способности фильтрующей среды, количества и диаметра скважин, производительности камер по растворам, а также в определении средней концентрации полезного компонента в продуктивных растворах.
Режимы орошения оказывают существенное влияние на продолжительность процесса выщелачивания и зависят от минерального состава руд. Как показали результаты исследований, выщелачивание сульфидных руд происходит более эффективно при чередовании орошения с естественным окислением рудного массива кислородом воздуха. Для приготовления растворов выщелачивания целесообразно использовать шахтные, подотвальные и карьерные воды. Циркуляция растворов обуславливается свойствами руд и вмещающих пород. Если руды склонны к самовозюранию, то массив целесообразно выстаивать при насыщении его раствором для обеспечения возможности естественного окисления минералов. Оптимальный срок выстаивания массива сульфидных руд составляет 1 месяц [60]. Последующее выстаивание массива может привести к насыщению раствора полезными компонентами и выпадению последних в виде нерастворимых осадков. После откачки растворов периодически следует производить продувку массива камеры воздухом иод давлением по оросительным каналам для создания необходимой для выщелачивания окислительной среды.
Если руды не склонны к самовозгоранию, то целесообразно перед подачей выщелачивающих растворов осуществлять продувку массива для обеспечения доступа кислорода к минералам с целью их окисления, что обеспечивает повышение эффективности процесса выщелачивания. Последующая продувка массива также определяется условиями насыщения продуктивных растворов полезными компонентами, регулированием рН и Eh среды выщелачивания. Учитывая, что руды Ново-Учалинского месторождения склонны к самовозгоранию, то предпочтительным является вариант циркуляции рабочих растворов с выстаиванием их в массиве. Режимы и параметры выщелачивания некондиционных руд Ново-Учалинского месторождения приведены в 3.1.
Таким образом, подземное выщелачивание некондиционных руд Ново-Учалинского месторождения целесообразно производить путем создания оросительной потолочины с наведенной системой перфорационных каналов, подачу выщелачивающих растворов предпочтительно осуществлять под давлением для обеспечения максимальною доступа растворителя к распределенным но трещинам минералам.
