Подземное выщелачивание металлов

Содержание
Введение…………..……………….…………....…………………….… 3
1. Подземное выщелачивание металлов…...……………………..…... 4
2. К проблеме скважинного подземного выщелачивания золота..….. 7
3. Основные сведения о методе подземного выщелачивания...…… 11
Заключение...……………….………..................................................... 13
Список литературы………....……………………………...……...….. 14
Введение
Подземное выщелачивание - метод добычи редких, рассеянных и других элементов путем избирательного растворения их химическими реагентами на месте залегания и последующего извлечения образованных в зоне реакций химических соединений без формирования значительных пустот и без массового сдвижения вмещающих пород.
Каждая скважина оборудуется колонной труб из материала, устойчивого по отношению к применяемому растворителю, с фильтром в рудном интервале. В одни скважины подается растворитель, из других откачиваются на поверхность вначале пластовые воды? а после их полного замещения - продуктивные растворы, сформировавшиеся в процессе фильтрации растворителя по рудовмещающему пласту от закачных скважин к откачным. На поверхности земли продуктивные растворы подвергаются технологическому переделу (извлечению полезного компонента, доукреплению растворителем, другим видам необходимой обработки) и вновь направляются через закачные скважины в пласт для использования в новом цикле выщелачивания.
1. Подземное выщелачивание металлов
Подземное выщелачивание — физико-химический процесс добычи минералов (металлов и их солей) — таких как медь, уран, золото или поваренная соль — через скважины, пробуренные в залежь, с помощью различных растворителей.
Процесс начинается с бурения скважин, также могут применяться взрывчатые вещества или метод гидравлического разрыва пласта для облегчения проникновения раствора в залежь. После этого в скважину через группу закачных скважин накачивается растворитель (выщелачивающий агент), где он соединяется с рудой. Смесь, содержащая растворённую руду, затем выкачивается через откачные скважины на поверхность, где подвергается экстракции.
Подземное выщелачивание является альтернативой методам открытой и подземной разработки. По сравнению с ними, подземное выщелачивание не требует большого объема выемок или непосредственного контакта рабочих с горными породами по месту их нахождения. Эффективно даже на бедных месторождениях, а также для глубокозалегающих руд. Для урана могут использоваться слабые растворы серной кислоты или раствор гидрокарбонатов. Для золота применяют растворы, содержащие активный хлор.
Другое название метода подземного выщелачивания – гидрометаллургия выделение металлов из руд, концентратов и отходов производства с помощью водных растворов определённых веществ (химических реагентов). Самым древним известным способом гидрометаллургии является выделение меди из руд Рио-Тинто (Испания) в XVI столетии. Позднее были разработаны и воплощены гидрометаллургические способы извлечения платины (1827), никеля (1875), алюминия из бокситов (1892), золота (1889), цинка (1914) и т. д.
Рисунок 1 – Схема добычи урана способом подземного скважинного выщелочивания
Рисунок 2 – Схема отработки пластового месторождения выщелачиванием через скважины
В настоящее время этот способ используется для получения урана, алюминия, золота, цинка и др.
Сегодня около 20 % мирового производства Cu, 50-80 % Zn и Ni, 100 % оксидов Аl и U, металлических Cd, Co и других металлов базируется на гидрометаллургии. Основная операция гидрометаллургии – выщелачивание (например, кучное выщелачивание, подземное выщелачивание).
Рисунок 3 - Территория с трубами и насосами для подземного выщелачивания
Как выделяют металлы из такого раствора? Пример технологического процесса поверхностного выщелачивания золота: используется серная кислота. В реагентном отделении подготавливается известковое молоко, цианид, каустик, пиросульфит растворяют в нужной пропорции и все это циркулирует по трубам на ОРП (отделение рудоподготовки) и ГМО (гидрометаллургическое отделение). На ОРП подготавливают пульпу и сливают на флотацию, оттуда на ГМО на вытяжку золота с помощью ионообменной смолы.
2. К проблеме скважинного подземного выщелачивания золота
Метод ПВ широко применяется в мире для добычи урана. В настоящее время в России в опытно - промышленном масштабе ведется и подземное выщелачивание золота.
Подземное выщелачивание металлов обладает рядом достоинств, которые весьма привлекательны при выборе способа разработки месторождений. К ним относятся:
– сохранение природного ландшафта (отсутствие выемок в виде карьеров, эфелей промывки песков);
– отсутствие прямого контакта работающих с горной породой в процессе эксплуатационных работ, что способствует снижению травматизма в производственных условиях;
– исключение из производственного цикла ряда технологических операций (добыча руды, ее транспортировка до обогатительной фабрики, дробление, измельчение, обогащение, гидрометаллургическая переработка концентратов);
– снижение капитальных затрат при строительстве рудника в 2-4 раза;
– снижение бортового содержания металлов, что увеличивает минеральносырьевую базу предприятия;
– возможность организации попутного извлечения металлов с низкими исходными концентрациями.
Предприятие по разработке золотосодержащего объекта методом ПВ состоит из добычного комплекса, системы транспортирования растворов, установки по переработке продуктивных растворов.
Добычной комплекс предназначен для подготовки и эксплуатации объекта посредством подачи в золотосодержащие интервалы объекта выщелачивающих растворов, перевода полезных компонентов в жидкую фазу и выдачи на поверхность продуктивных растворов.
Комплекс для разработки объектов включает в себя технологические скважины, средства подачи выщелачивающих и откачки продуктивных растворов из них.
Система транспортирования растворов является связующим звеном между добычным и технологическим комплексами и служит для разводки по скважинам выщелачивающих растворов, сбора и перекачки продуктивных растворов с участков выщелачивания на технологический узел.В настоящее время основным реагентом в промышленном гидрометаллургическом процессе извлечения золота из руд является цианид натрия. Все возрастающие требования к охране окружающей среды, в особенности применительно к методу подземного выщелачивания, определяют актуальность поиска менее токсичных реагентов – растворителей золота. Такими растворителями могут быть растворы, содержащие активный хлор, как в форме свободного галогена, так и в форме гипохлоритов. Кроме того, применение цианирования эффективно исключительно для тонкодисперсного и доступного золота, что предполагает либо достаточно тонкое измельчение руды, либо цианиды используются при кучном выщелачивании дробленых коренных руд, содержащих доступное золото. Выщелачивание руд на месте залегания, то есть методом ПВ, исключает любую рудоподготовку и предъявляет высокие экологические требования, поэтому применение цианидов при подземном выщелачивании практически исключается.
В случае отработки россыпных месторождений, содержащих крупное, труднорастворимое в цианидах золото, применение цианидов неэффективно и в технологическом аспекте. В связи с этим в качестве выщелачивающих агентов могут быть использованы хлор-, йод- и бромсодержащие реагенты, более безопасные в экологическом отношении по сравнению с цианидными реагентами.
Система хлоридного выщелачивания золотосодержащих материалов обычно состоит либо из насыщенной газообразным хлором воды, либо из кислоты (соляной или серной), соли (хлорид натрия) и окислителя (гипохлорит калия или натрия, перманганат калия, диоксид марганца). Активным началом при растворении золота является образующийся в процессе реакции в указанной системе элементарный хлор. В кислом гипохлоритном растворе хлорид является комплексообразователем, хлор и HOCl – окисляющими агентами.
Преимущества хлоридной системы выщелачивания золота состоят в следующем:
– высокая окислительная активность, более глубокая переработка золотосодержащих материалов, что обеспечивает более высокое извлечение золота;
– доступность реагентов и сравнительно низкая их стоимость;
– возможность получения реагентов на месте производства работ.
Недостатки:
– необходимость использования коррозионно-стойкой системы по всей технологической схеме;
– повышенный расход реагента на вмещающие породы;
– сложность переработки и утилизации растворов.
Анализ литературных данных по промышленному применению хлора в гидрометаллургии показывает, что хлорирование эффективно, если расход хлора не превышает 1-2 кг/г извлеченного золота и если время выщелачивания не выше 1-2 часов. Эти показатели заводской переработки руд связаны с высокой долей капитальных и эксплуатационных затрат. В случае применения метода ПВ капитальные затраты, как было отмечено выше, могут быть снижены в 2-4 раза, поэтому процесс подземного выщелачивания может быть экономически эффективным и при большем расходе хлора, при длительности отработки рудных залежей в несколько месяцев, а также при отработке На степень бедных извлечения и с балансовых золота руд. из золотосодержащего материала существенно влияет пробность. Известно, что при содержании в золоте 30 % и более серебра, т.е. пробности 700 и менее, переход золота в хлорные растворы практически прекращается из-за образования вокруг золотины экрана из хлористого серебра.
Экологические аспекты применения хлора при ПВ золота имеют свои особенности. Несмотря на определенную токсичность активного хлора, высокая химическая активность предопределяет его повышенную неустойчивость и быстрое разложение до нетоксичного хлорид - иона при взаимодействии с золотосодержащим материалом и вмещающими породами.
Продуктивные горизонты объектов подземного выщелачивания золота могут содержать незначительное количество вредных примесей, выщелачивание которых хлорными растворами может привести к их накоплению в растворах в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации с точки зрения охраны окружающей среды. Такими примесями могут быть ртуть, мышьяк, кадмий и цветные металлы. В этом случае необходимы дополнительные меры по их нейтрализации. Кроме того, такие примеси могут содержаться в естественных подземных водах. Поэтому перед началом работ по ПВ золота необходимо выполнить определенный объем анализов подземных вод, а в процессе выщелачивания вести систематический мониторинг качества растворов с определенной частотой производства анализов.
В йод - йодидной системе йод необходим как окислитель, йодид – как комплексообразователь, образующий с золотом прочный комплекс. Йод– йодидная система имеет ряд преимуществ, таких как низкая токсичность, высокая стабильность растворенных комплексов и более низкий окислительно-восстановительный потенциал по сравнению с другими нецианидными системами выщелачивания золота. Ряд исследователей полагают, что процесс выщелачивания золота в йод– йодидной системе является одной из перспективных схем, альтернативных процессу цианирования.
3. Основные сведения о методе подземного выщелачивания
Подземное выщелачивание цветных металлов известно с 16 в. (Испания), в крупных промышленных масштабах метод впервые освоен на медном руднике Кананеа в Мексике (1924г) и на медноколчеданных месторождениях Урала (1939—42гг). Урановые руды разрабатываются ПВ с 1957г. ПВ применяется в ряде стран (США, СССР, Франция, Япония, ГДР и др.); в 1974г этим способом было получено 20% мировой добычи меди.
Сущность подземного выщелачивания ПИ заключается в избирательном переводе полезного компонента в жидкую фазу путем управляемого движения растворителя по руде в естественном залегании или подготовленного к растворению и подъему насыщенного металлом раствора на поверхность. С этой целью через скважины, пробуренные с поверхности в пласт полезного ископаемого нагнетается химический реагент, способный переводить минералы полезного ископаемого в растворимую форму. Раствор, пройдя часть рудного пласта, через другие скважины поднимается на поверхность и далее по трубопроводу транспортируется к установкам для переработки.
Рисунок 4 - Схема отработки пластовых месторождений выщелачиванием через скважины: 1 — узел приготовления растворов; 2 — нагнетательные скважины; 3 — дренажные скважины; 4 — компрессор; 5 — воздухопровод для эрлифта продуктивных растворов; 6 — коллектор для продуктивных растворов; 7 — отстойник; 8 — установка для переработки раствора.
Рисунок 5 - Рис. 2. Схема подземного выщелачивания скальных руд: 1 — ёмкость для растворителя; 2 — насос; 3 — трубопровод рабочих растворов; 4 — отрабатываемый блок руды; 5 — ёмкость для сбора продуктивных растворов; 6 — насос; 7 — ёмкость для продуктивных растворов на поверхности; 8 — сорбционная установка; 9 — отстойник отработанного раствора; 10 — ёмкость для доукрепления растворов; 11 — пресс-фильтр.
Важнейшими природными предпосылками применения ПВ являются способность ПИ и его соединений переходить в раствор при воздействии на рудный пласт водного раствора выщелачивающего реагента, а также возможность фильтрации выщелачивающих растворов в породах продуктивного горизонта.
Выбор растворителя для ПВ зависит от состава руд. Наиболее широкое применение находят водные растворы кислот (серной, соляной, азотной) или соды.
ПВ применяется при добыче урановых руд, цветных и редких металлов (медь, никель, свинец, цинк, золото и др.). Имеются предпосылки использования его для добычи фосфоритов, боратов и др.Важным фактором повышения эффективности добычи методом ПВ является правильный выбор схемы размещения технологических скважин и расстояний между ними. В практике эксплуатации месторождений в основном применяется линейная схема расположения скважин, представляющая собой чередование рядов нагнетательных и откачных скважин. Расстояния между рядами и скважинами в ряду колеблются в широких пределах (15 – 50 м и более). Наиболее широкое распространение получила схема 25х50 м.
ЗаключениеПодземное выщелачивание (ПВ) металлов получило наибольшее развитие в мире в варианте скважинной системы отработки руд непосредственно на месте залегания. При ПВ подготовку, вскрытие и извлечение металлов осуществляют путем выщелачивания через скважины, пробуренные с поверхности. Подача выщелачивающего раствора производится в систему закачных скважин, затем раствор фильтруется через рудный массив, а продуктивные растворы через систему откачных скважин извлекаются на поверхность и транспортируются на установку переработки растворов.
При скважинном подземном выщелачивании важнейшим фактором является проницаемость продуктивного горизонта, которая может быть естественной или создаваться искусственно путем применения специальных методов (гидроразрыв, разрушение взрывом и др.). Кроме того, при ПВ важно наличие частичной или полной естественной обводненности руд, приуроченности рудной минерализации к порам и трещинам, обеспечивающим проницаемость руды и дрСписок литературы
1. Фазлуллин М.И., Шаталов В.В., Гуров В.А., Авдонин Г.И., Смирнова Р.Н., Ступин В.И. Перспективы подземного скважинного выщелачивания золота в России. – Цветные металлы. 2002, № 10. – 39-46 с.;
2. Шило Н.А. Учение о россыпях. – М.: изд. Академии горных наук, 2000. – 632 с.;
3. Московец И.А. К оценке потерь мелкого и тонкого золота при лотковом опробовании россыпей. – Горный журнал. 2002, № 2.;
4. Константинов В.М., Пелымский Г.А. Тонкое золото россыпей. – М.: Вести Московского университета, сер.3 «Геология», 2004. – 529 с.