Совершенствование физико – химических геотехнологий при комбинированной разработке

К мероприятиям по совершенствованию повышению эффективности ФХГТ с сочетанием ФТГТ относится насыщение бедных руд на месте залеганияценными компонентами с доведением их до требуемых кондиций для последующей отработки открытым или подземным способами. ФХГТ насыщения бедных руд на определенном участке массива ценными компонентами основана на процессах выщелачивания, миграции, дезинтеграции, сегрегации и пр.. Реализация ее приводит к повышению содержания компонентов и преобразованию исходных качеств руды непосредственно в массиве.

Исходные качества руды в зависимости от условий дальнейшей переработки можно изменять различными способами. Например, повышение содержания золота в основании золотоносных песков может быть достигнуто путем вибрационного сотрясания массива либо достигнуто обработкой ультразвуковым полем определенной частоты.

Геотехнологическое преобразование полиметаллических руд на месте их залегания основывается на вводе ионов металлов в кристаллическую решетку породообразующего минерала, в котором могут быть различные нарушения, дефекты. Другой способ – изоморфное замещение ионами металлов других ионов, при одинаковы валентности. Замещение происходит при условии, что энергия кристаллической решетки образуемого минерала выше, чем энергия кристаллической решетки минерала, подвергаемого преобразованию.

В настоящее время на большинстве медно – колчеданных месторождений наблюдается резкое сокращение балансовых запасов руды, что приводит к истощению минерально – сырьевой базы горнодобывающих предприятий. В подземном пространстве за проектным контуром в бортах и основании карьеров остаются выклинивающиеся в массиве и распределенные по периметру рудные участки. В шахтных полях не полностью отрабатываются бедные руды и маломощные залежи, отдаленные локальные рудные тела, а также запасы, расположенные в неблагоприятных горно – геологических условиях.

Например, на Узельгинском месторождении (Челябинская обл.) из 65 линзообразных рудных тел, лишь 9 относятся к балансовым. На Октябрьском месторождении (Башкортостан) из 64 только 44 – балансовые запасы, а 20 – забалансовые, связанные с глубиной залегания и отдалённостью вскрывающих выработок.

Кроме того, на горных предприятиях медь также присутствует в подотвальных и рудничных водах с содержанием 50 – 500 мг/дм^3, что влечет, на некоторых предприятиях потерю меди до 200 и более тонн в год. Например, на Башкирском медно – серном комбинате с промышленными стоками ежегодно теряется 210 т меди.

Физико – химические процессы обеспечивают возможность вовлечения забалансовых запасов месторождений и медьсодержащих промышленных стоков в эффективное промышленное использование. Такое возможно при условии растворения ценных компонентов из одних медно – колчеданных руд методом скважинного выщелачивания и осаждения меди на геохимическом барьере в локальном объеме других рудных тел. То есть физико – химическая технология предусматривает выщелачивание меди из одних рудных тел и осаждение путем метасоматического замещения на других рудных телах. Которые в последующем, отрабатываются традиционными открытыми или подземными технологиями.

Для повышения полноты извлечения запасов медно – колчеданных месторождений с вовлечением некондиционных руд в промышленную разработку залежи бедных руд делятся на донорские, предназначенные для скважинного выщелачивания меди из неблагоприятных для промышленной добычи рудных тел, и акцепторные – участки осаждения меди на колчеданных рудах, которые в последующем будут извлечены подземным или открытым способами..

К горно – геологическим факторам отнесения рудных тел к донорским относятся: присутствие вредных примесей, зональное распределение руды в контуре рудного тела по сортам, а также наличие пиритной минерализации во вмещающих породах. Горнотехническими факторами, определяющими отнесение рудных тел к донорским, являются неправильная форма рудного тела и пространственная его отдаленность от горных выработок. Рудные тела, которые характеризуются хотя бы одним из этих признаков, относятся к донорским и подлежат скважинному выщелачиванию. Растворы выщелачивания собираются и направляются для орошения выделенных акцепторных рудных тел. В них в результате осаждения на пиритах, являющихся естественным геомеханическим барьером, меди из растворов выщелачивания, растет содержание до требуемого по условиям кондиций уровня, и руды извлекаются подземным способом для последующего металлургического передела.

Пример отработки забалансовых запасов физико-химическими технологиями

С учетом горно – геологических и горнотехнических особенностей месторождения Октябрьское (Бурибаевский ГОК, Башкортостан) разработана технологическая схема физико – химической геотехнологии освоения забалансовых запасов медно – колчеданных месторождений (см. схему).

Принципиальная схема освоения забалансовых запасов медно– колчеданных месторождений:

1, 2 – вентиляционный и вспомогательный стволы; 3 – емкость с кислотой;

4 – емкость с комплексным растворителем; 5 – емкость с окислителем;

6 – емкость с маточным раствором; 7 – компрессор; 8 – насос;

9 – оросительные скважины; 10 – дренажные скважины; 11 – разрушенное акцепторное тело; 12 – нагнетательная скважина; 13 – магистральный трубопровод;

14, 15 – полевойые штреки в налегающих и подстилающих породах; 16 – общий

водосборник рудничных вод; 17 – емкость с восстановителем; 18 – откачная скважина; а, б, д - донорские тела; в – акцепторное рудное тело;

г – отрабатываемое рудное тело.

Рудные тела вскрываются полевыми горными выработками, пройденными уже из существующих на подземном руднике. Для улучшения фильтрационных свойств рудного массива его разбуривают с последующим проведением взрывных работ.

Подготовка раствора выщелачивания производится на поверхности или в подземных камерах. За основу раствора берутся шахтные воды, характеризуемые высокой кислотностью рН 2,8 – 3,5 и присутствием ионов меди с содержанием 0,1 – 0,4 г/л. Из общего водосборника шахтные воды подаются к узлу подкисления для доведения их до необходимой концентрации растворителя – 2% - ной серной кислоты и 50 кг/т сульфата железа (III). При этом режим подачи растворителя на рудный массив чередуют с продувкой по скважинам воздуха для окисления минералов и раскрытия пор.

Комплексный растворитель нагнетается в рудное тело по закачным скважинам. Сбор продуктивного раствора производится по откачным скважинам. Сетка расположения скважин 25 х 15 м. Раствор после выщелачивания должен содержать не менее 2,6 г/л меди.

Доставка продуктивных растворов к акцепторному рудному телу осуществляется по магистральным трубопроводам. Перед подачей продуктивные растворы очищаются от примесей двух – и трехвалентного железа путем нейтрализации растворов известью до рН = 2,5 ÷ 3,5.

Очищенные продуктивные растворы анализируются на соответствие параметров среды минералообразования. Метасоматическое замещение железа ионами меди рекомендуется проводить при значении рН = 2,5 и окислительно – восстановительном потенциале Еh от 0,01 до 0,15 В. Продуктивные растворы попадают на узел восстановления, где кислотность раствора повышают добавлением серной кислоты, а окислительно – восстановительный потенциал понижают вводом тиосульфата натрия при расходе 35 кг/т. Сбор маточного раствора производится в подошве дренажных выработок, размещаемых в подстилающих породах. После очистки от вредных примесей раствор доукрепляют серной кислотой и сульфатом железа (III) и направляют в оборот на выщелачивание меди из донорских рудных тел.

После осаждения ионов меди на пиритах акцепторного рудного тела и достижения требуемой по условиям кондиций содержание, рудное тело отрабатывают подземным способом камерной системой разработки с открытым очистным пространством и последующей самолокализацией пустот. Руда акцепторного рудного тела после завершения физико – химических процессов массопереноса представляет смесь металлической, окисленной и сульфидной меди с содержанием до 12 %. Она направляется непосредственно на металлургический передел, минуя стадию обогащения.

В производственном цикле выщелачивания меди из донорских рудных тел отсутствуют операции, связанные с проведением основных вскрывающих выработок, так как используются выработки действующего рудника, не требуется извлечение, транспортирование и обогащение бедных руд донорских тел. Подземным способом извлекается лишь небольшой объем руды акцепторных тел с повышенным в результате реализации физико – химических процессов содержанием меди. Данная технология обеспечивает расширение минерально – сырьевой базы горнодобывающих предприятий путем вовлечения в эффективную отработку забалансовых запасов и минерализованных шахтных вод.

Подготовка и отработка донорского рудного тела при шахтном выщелачивании

Одной из важнейших задач при подготовке рудных тел к выщелачиванию и осаждению в донорском рудном теле является проведение буровзрывных работ на раскрытие трещин, обеспечивающих фильтрацию и контакт минерализованных зон с рудными материалами в нарушенном массиве (см. схему).

Для определения оптимальной мощности орошаемого массива проводятся лабораторные исследования и опытно – промышленные испытания. Например, на Гайском руднике в Оренбургской области оптимальные размеры камеры составили 27 х 15 м. бурятся вертикальные скважины.

БВР заключается в обуривании и камуфлетном взрывании восходящих вееров скважин. Под воздействием взрыва происходит раскрытие естественных и образовании новых трещин. Оставшиеся устья скважин используются для сбора продуктивного раствора. Комплексный растворитель нагнетается по закачным скважинам, пробуренным с вышележащего дренажно – оросительного орта.

Схема отработки донорского рудного тела

Подготовка и отработка акцепторного рудного тела при шахтном выщелачивании

Подготовка акцепторного рудного тела заключается в проведении откаточных, подэтажных буровых выработок и проведении отрезного восстающего (см. схему).

После проходки отрезного восстающего, в первичных камерах, он расширялся в отрезную щель. Для образования отрезной щели на каждом подэтаже бурятся вертикальные скважины. Скважины располагают симметрично в 2 ряда и взрывают последовательно в направлении от отрезной восстающего к границам камеры. После взрывания всех скважин образовывается отрезная щель на всю высоту камеры шириной 3,5 м. Затем устанавливается арочная крепь, и днище камеры заливается раствором на основе кислотоустойчивого цемента. После этого производится отбойка запасов камеры с формированием кондиционного куска 0,25 м.

После образования отрезной щели в днище камеры с использованием арочной крепи возводится искусственная потолочина шириной 5 м. Подача раствора осуществляется с вышележащего горизонта. Для повышения устойчивости искусственная потолочина выполняется с использованием высокомарочного кислотоустойчивого цемента с полимерными добавками, обеспечивающие гидроустойчивость. Отбойка запасов производится на отрезную щель, после набора искусственной потолочины необходимой прочности.

После обогащения рудной массы до требуемых кондиций производится очистная выемка запасов камеры традиционным способом путем обуривания и взрывания скважинных зарядов на всю высоту с предварительным образованием компенсационного пространства.

Схема отработки акцепторного рудного тела