Схемы физико – химических технологий. Скважинное выщелачивание.

Существующие методы переработки минерального сырья предлагают использование руд определенных кондиций. В настоящее время физико – техническими геотехнологиями добывается 50 – 60 % рудного сырья, а большие запасы бедных и забалансовых руд, а также руд, залегающих в сложных горно – геологических условиях в не используются. Поэтому сейчас идет активный поиск путей решения этой проблемы. Решение базируется на изыскании и расширении области применения технологии подземного выщелачивания металлов и из некондиционных руд.

В зависимости от условий залегания месторождений, их генезиса, вещественного состава, физико – химических свойств руд и вмещающих пород возможно применение различных технологических схем подземного выщелачивания металлов.

Существуют две основные базовые схемы выщелачивания руд в естественном залегании: скважинное выщелачивание с поверхности и шахтное выщелачивание с использованием горных выработок для подачи и отвода раствора после предварительного дробления массива взрывами.

Скважинное выщелачивание

Схема отработки участка месторождения выщелачиванием через скважины:

1 – узел приготовления раствора; 2 – нагнетательная скважина; 3 – дренажная скважина; 4 – компрессор; 5 – воздуховод для эрлифта; 6 – коллектор для продуктивного раствора; 7 – отстойник; 8 – установка для переработки раствора;

9 – насос.

Скважинное выщелачивание характеризуется отсутствием людей в рабочем пространстве. Месторождение вскрывают системой скважин, располагаемых по различным схемам – рядами, многоугольниками, кольцами. Выщелачивание состоит из следующих технологических операций: вскрытие месторождения системой скважин (нагнетательных, барражных, наблюдательных, контрольных и других); обеспечение требуемой проницаемости рудного массива (дробление массива различными способами); подача в отрабатываемую зону растворов активных агентов; выщелачивание металла; извлечение, сбор и транспортирование продуктивных растворов на поверхность; осаждение из растворов металла в виде промпродукта; очистка и рекультивация недр.

При пластообразном залегании рудного тела наиболее эффективна линейная схема расположения скважин. Один ряд скважин для нагнетания раствора, а соседний ряд для откачки.

Кольцевую или ячеистую схему используют при залегании рудного тела обособленными участками (линзами).

Для увеличения притока раствора в откачные скважины и создания постоянного дебита последние бурят большего диаметра, чем нагнетательный. По границам участка бурят наблюдательные скважины. От проседания вмещающих пород над выщелачиваемым массивом после откачки в отработанный участок нагнетают инъекционный раствор.

При скважинном выщелачивании большое значение имеет равномерность вовлечения в отработку извлекаемого участка по площади (увеличение радиуса орошения рудного массива).

Увеличение радиуса орошения массива:

1 – затрубное пространство; 2 – дополнительная колонна; 3 – кольматирующая жидкость; 4 – бесфильтровая воронка; 5 – уровень цементации колонны; 6 – колонна; 7 – интервал перфорации колонны; 8 – породный массив.

Для этого первоначально бурят скважины с перебуром в подстилающие породы и размещают в них внешние колонны до границы c верхним водоупором, затем устанавливают в подстилающих породах раствороподъемные колонны (2) с раствороприемной частью.

Из скважин, расположенных непосредственно под верхним водоупором, формируют бесфильтровую воронку 4. Затем нагнетают выщелачиваемый раствор и откачивают продуктивный раствор под залежью через раствороприемную часть колонны 2. Растворприемную колонну цементируют в скважине до уровня 3, располагаемого между залежью и верхним водоупором, а раствороприемную часть 4 перфорируют. Подачу выщелачиваемого и откачку продуктивного раствора осуществляют поэтапно. Перед каждым этапом обеспечивают увеличение радиуса бесфильтровой воронки. После увеличения радиуса воронки ее нижнею часть заполняют кольматационным раствором 5. Следующее расширение воронки сопровождается последовательным увеличением радиуса заполнения. Каждый этап возобновляют после определенного снижения в продуктивном растворе концентрации металла.

В зависимости от гидрогеологических условий применяют две принципиальные схемы вскрытия месторождений, отличающиеся расположением нагнетательных и откачных скважин. Наиболее эффективной считается схема, когда нижний пласт вскрывают нагнетательными, а верхний откачными скважинами. При этом уровень жидкости в них расположен близко к поверхности. В этом случае затраты на извлечение растворов через откачные скважины снижаются. Для отработки месторождений с низким уровнем жидкости в скважине более приемлема схема, когда нижний пласт вскрывают откачными, а верхний – нагнетательными.

3. Шахтное выщелачивание в сочетании с физико-техническими способами. Вариант выщелачивания руды при веерном расположении взрывных скважин.

Схема отработки блока:

а) – размещение вееров скважин; б) – движение растворов в блоке.

При шахтном выщелачивании (см. схему.) извлекаемый участок вскрывают горными выработками на блоки, которые дробят взрывными способами. Затем на верхнем горизонте его орошают рабочим раствором, который стекает вниз под действием силы тяжести, омывает куски руды и растворяет минералы, содержащиеся в ней. На нижнем горизонте растворы собирают в специальные лотки и затем по трубопроводам, проложенными по горным выработкам перекачивают на гора.

Внутри трубопроводы выполняют из специальной футеровки, для защиты от агрессивных рассолов.

Продуктивные растворы на обогатительных фабриках перерабатывают методами металлургии. При снижении концентрации продуктивного раствора орошение прекращают и дают взорванному массиву выстояться. Для повышения пористости и полноты извлечения металлов выщелачиваемый массив продувают воздухом. Режим чередования определяется опытным путем. Такая схема применяется главным образом для доработки запасов, отрабатываемых изначально физико – техническими геотехнологиями.

На рудных месторождениях с низкой пористостью руд (менее 5%) и низкими фильтрационными свойствами (Кф ≤ 0,5 м/сут), не склонных к слеживанию и самовозгоранию, применяют выщелачивание отбитой БВР и замагазинированной рудной массы. В ряде случаев камеры заполняют отбитой рудой не в полном объеме. В верхней части оставляют открытое пространство для размещения оросительных устройств.

По способу отбойки руды в камерах различают системы шахтного выщелачивания с послойной отбойкой руды в камерах и этажной отбойкой. Послойная отбойка и магазинирование применяются в случае невозможности отбойки руды в камере на всю высоту этажа. Выполняемые операции аналогичны обычным в системах разработки с магазинированием руд в очистном пространстве при потолкоуступной выемке. Особенность системы с этажной отбойкой руды в камерах – создание единого компенсационного пространства на всю высоту камеры (блока). Отбойка массива руды осуществляется с использованием глубоких скважин в зажатой среде.

Существенный недостаток этих вариантов – необходимость оставления междукамерных целиков для поддержания открытого пространства верхних подсечек.