Факторы, определяющие эффективность физико – химических технологий.

К основным факторам, оказывающих значительное влияние на процессы добычи физико – химическими способами, относятся геологические; гидрогеологические, минерально – геохимические и горнотехнические особенности месторождения:

1) запасы металлов в проницаемых рудах;

2) форма и размеры рудного тела;

3) содержание металла в руде;

4) характер распределения металла по литолого – фильтрационным типам руд;

5) глубина и условия залегания руд;

6) проницаемость руд;

7) уровень подземных вод и мощность продуктивного водоносного горизонта;

8) гранулометрический, химический и минералогический составы руд и вмещающих пород.

Все месторождения, пригодные для подземного выщелачивания, разделены на две группы.

Месторождения первой группы приурочены к рыхлым песчаным отложениям и связаны обычно водоносными горизонтами. Руда, обычно, находится ниже уровня подземных вод. Высокая естественная дисперсность руды исключает необходимость ее дробления. Выщелачивание осуществляется с помощью скважин, пробуренных с земной поверхности. Движение растворов имеет характер фильтрации через пористую среду, преимущественно в горизонтальном направлении, и подчиняется законом гидродинамики.

Наиболее благоприятными для подземного выщелачивания являются месторождения, в которых водонасыщенные проницаемые руды залегают среди водоупорных вмещающих пород. В этом случае фильтрация химического растворителя происходит только по руде, и концентрация металлов в продуктивных растворах достаточно высока.

К месторождениям второй группы, благоприятным для подземного выщелачивания, относятся месторождения, приуроченные к плотным трещиноватым породам. На месторождениях этой группы требуется предварительное разрушение или рыхление массива с применением БВР и последующим магазинированием крупнокусковой руды в блоках или зонах обрушения. Для подготовки рудного массива к выщелачиванию, орошения руды и сбора продуктивных растворов используются подземные выработки. Орошение осуществляется сверху. При этом происходит гравитационное просачивание растворов (обычно в виде отдельных струй без образования единой пьезометрической поверхности) и капиллярное проникновение реагента внутрь рудных кусков.

Под гидрогеогеолгическими условиями месторождений подразумевают: гидрогеологическую структуру, число и характеристику водоносных горизонтов, их водообильность и статические уровни; направление и скорость движения подземных вод; фильтрационные свойства пород; гидравлическую связь водоносных горизонтов; распространение, надежность водоупоров; химический состав подземных вод.

Месторождения могут быль либо обводненными, либо практически сухими по природным условиям или в результате карьерного и шахтного водоотлива. Во всех случаях для движения растворов выщелачивания должны существовать условия, которые определяются коэффициентами фильтрации рудного слоя и вмещающих пород, а для плотных пород зависят от степени их раздробленности и эффективной пористость.

По величине коэффициента фильтрации горные породы подразделяются на четыре группы: первая – до 0,1 м/сут.; вторая – 0,1 – 1 м/сут.; третья – 1 – 10 м/сут.; четвертая – более 10 м/сут..

В районе месторождения может быть несколько водоносных горизонтов. В этом случае возникает необходимость изоляции их друг от друга.

Для шахтного и скважинного выщелачивания наиболее пригодны месторождения со следующими гидрогеологическими условиями:

· гидрогеологическая связь продуктивного водоносного горизонта с непродуктивным отсутствует;

· подстилающие породы водонепроницаемы (наличие верхнего водоупора хотя и не обязательно, но весьма желательно);

· проницаемость руд выше, чем пород, или фильтрационная неоднородность минимальна;

· коэффициент фильтрации руды не менее 1 м/сут.

При извлечении минералов руд цветных и редких металлов подземным выщелачиванием часто применяют растворы серной кислоты, поэтому в настоящее время они являются основными реагентами, используемыми в данном процессе, который может длиться месяцами и даже годами.

Для эффективности процесса подземного выщелачивания минералы большинства извлекаемых металлов должны быть окисленными. В первую очередь, это относится к сульфидным рудам. В зонах окисления даже первичные минералы термодинамически неустойчивы и переходят в растворимые формы.

Минеральный и химические составы руд являются определяющими факторами пригодности месторождения к подземному выщелачиванию. Наличие металлов в виде трудно выщелачиваемых минералов делает процесс нерентабельным, и наоборот, наличие легко поддающихся растворению минералов, наряду с другими благоприятными геологическими факторами, определяют перспективность организации такого процесса. При этом вмещающие породы должны быть химически устойчивыми по отношению к выбранному выщелачиваемому реагенту.

Выделяют три группы минералов по степени выщелачивания:

· хорошо выщелачиваемые (карбонаты, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, минералы шестивалентного урана, меди и др.);

· слабо выщелачиваемые (некоторые гидрослюды, полевые шпаты, сульфиды и др.);

· весьма слабо выщелачиваемые или практически нерастворимые (кварц и другие оксиды кремния – опал, халцедон, амфиболы, пироксены и др.).

Расход реагента является определяющим фактором при извлечении минералов первой группы, и в меньшей степени – второй. Минералы третьей группы практически не влияют на расход серной кислоты. Чем выше концентрация серной кислоты, тем быстрее она расходуется на реакции растворения и увеличивается бесполезный расход кислоты.

Помимо вещественного состава минералов, на интенсивность химического воздействия растворителя с ионами металлов влияют условия генезиса месторождения, эти условия определяют зональность распределения минералов и морфологию рудных тел. Форма проявления рудных минералов в недрах, проницаемость и эффективная пористость в значительной степени определяют доступность рудных минералов для взаимодействия с выщелачивающим реагентом. В отдельных случаях, частицы руды могут быть полностью экранированы оболочкой из карбонатных или других минералов, что затрудняет процессы выщелачивания металла. Если в результате химической реакции с растворителем эффективная пористость возрастает, то интенсивность перевода металлов в раствор также увеличивается. В случае, когда поровые каналы кольматируются нерастворимыми осадками. Скорость химической реакции уменьшается.

Опыт работ по выщелачиванию показывает, что данные работы можно проводить в любых климатических условиях, за исключением криолитзоны. Наличие мерзлых пород требует проведения специальных мероприятий для возможности реализации физико – химических геотехнологий. Как известно температура в недрах земли, где допустимы горные работы, колеблется от 5 до 40 градусов, за исключением районов вечной мерзлоты. Повышение температуры по мере увеличения глубины залегания рудных тел – благоприятный фактор, ускоряющий протекание химических реакций.

Тем не менее подземное выщелачивание не является универсальным способом добычи, пригодным для любых природных условий. Основной отрицательный фактор для применения подземного выщелачивания – низкая проницаемость руд. На месторождениях, в которых рудное тело приурочено преимущественно к глинистым разностям, извлечение полезного компонента протекает очень медленно, что ухудшает технико – экономические показатели процесса и делает его нерентабельным.

Сдренированные и практически сухие месторождения неблагоприятны для подземного выщелачивания рыхлых осадочных отложений, так как требуют ввода в пласт большого количества раствора, соответствующего объему порового пространства проницаемых пород. В данных условиях создание искусственного водоносного горизонта – весьма трудоемкая и затратная операция. Большая обводненность месторождений. приуроченных к плотным трещиноватым массивам, также требует проведения соответствующих дренажных работ и усложняет условия выщелачивания подземных рудных блоков. приуроченность месторождений к вечной мерзлоте исключает использование подземного выщелачивания для доработки запасов.