Основные пути использования выщелоченной рудной массы после подземного и кучного выщелачивания

ВВЕДЕНИЕ

Выщелачивание горных пород – процесс избирательного растворения и выноса подземными водами отдельных компонентов горных пород. Выщелачивание особенно широко развито в условиях выветривания. Способность воды к выщелачиванию повышается, если в ней присутствуют углекислота и кислород. При выщелачивании из горных пород удаляются прежде всего легко растворимые хлориды Na, K и другие, затем сульфаты Ca и карбонаты Ca. Примером проявления процессов выщелачивания горных пород может служить карст, возникающий в результате действия фильтрующихся вод на соли, гипс, доломиты или известняки. Процессы выщелачивания оказывают существенное влияние на минерализацию подземных вод.
1. Кучное выщелачивание. Перспективы применения кучного выщелачивания  для переработки золотосодержащей горной массы базируется на значительном объеме экспериментальных исследований по обоснованию параметров инфильтрационных процессов, при которых массообмен между твердой и жидкой фазами протекает при неполном заполнении выщелачивающим реагентом порового пространства предварительно раздробленной и уложенной в штабель руды. В настоящее время в золотодобывающей  промышленности для извлечения золота из руды нашли широкое  применение цианиды. В своей деятельности ОАО «МНПО «Полиметалл», являющийся одним из крупнейших холдингов в сфере добычи драгоценных металлов, самым серьезным образом подходит к вопросам экологического характера при работе с опасными реагентами.
Цианид  представляет собой весьма часто встречающееся в природе соединение, образующееся в процессе различных биохимических реакций. Большинство растений синтезируют органические соединения, содержащие цианистые гликозиды. Многие хорошо известные продукты, такие как салат, кукуруза, сладкий картофель, фасоль, миндаль содержат цианиды. Есть цианистый водород и в сигаретном дыме. Химический анализ показывает общее содержание цианида в миндале около 2 ррм., а в сигаретном дыме 1600 ррм.Цианид  натрия - это ключевой ингредиент раствора, применяемого для процесса извлечения золота методом кучного выщелачивания. Цианидный ион CN- образует с золотом и серебром настолько прочные комплексные соединения, что становится возможным процесс окисления благородных металлов кислородом воздухам и их переход из руды в раствор. Помимо NaCN (концентрация 0.1%) в выщелачивающий раствор обязательно добавляется щелочь (гидроксид натрия или кальция) для предотвращения выделения из него цианистого водорода.
Главными  типами руд, пригодных для цианирования и цианидного кучного выщелачивания, являются:
- окисленные вкрапленные руды;
- сульфидные руды, в которых благородные металлы не являются тесно ассоциированными с сульфидными минералами;
- руды коренных месторождений и россыпи, содержащие тонкое золото или частицы с высоким отношением площади поверхности к весу.
     Ниже  приводятся более детальные характеристики свойств руд, с точки зрения их пригодности для кучного выщелачивания  цианидными растворами:
- наличие благородных металлов, поддающихся растворению цианидами;
- нахождение золота в форме очень тонких или же уплощенных частиц;
- высокая пористость и проницаемость пород, заключающих орудинение;
- отсутствие в руде углистого материала и других сорбентов - вызывающих преждевременную адсорбцию либо осаждение золота и серебра из выщелачивающего раствора;
- низкое содержание в руде цианисидов, металлоцианидных комплексов, "оттягивающих" на себя цианиды и нарушающих ход реакции растворения;
- низкое содержание в руде глинистого компонента и других тонких фракций, препятствующих равномерной циркуляции выщелачивающего раствора (если в исходном материале для штабеля чрезмерно много такого материала, необходима его предварительная агломерация);
- отсутствие в руде кислотообразующих ингредиентов, обуславливающих повышенное потребление цианида и материалов подстилки.
Следовательно, кучному выщелачиванию подвергают легкообогатимые руды, в которых золото и серебро находятся преимущественно  в цианируемой форме, т.е. свободное (самородное) или в сростках в  основной своей массе. К такому виду сырья можно отнести окисленные руды или коры выветривания коренных месторождений, отработка которых возможна открытым способом, а также смешанные руды без четкого разграничения между окисленными и первичными их разновидностями, забалансовые рудные отвалы, техногенное сырье (лежалые хвосты золотоизвлекательных фабрик и обогатительных фабрик) и текущие хвосты переработки золотосодержащих руд.
Не подлежат переработке методом кучного  выщелачивания первичные руды, в  которых золото или серебро тонко вкраплено в сульфиды, руды, в которых присутствует углеродистое вещество, сорбционноактивное к цианидному комплексу.
Важным фактором, ограничивающим использование  технологии кучного выщелачивания  является наличие глинистого материала в руде. Глины, обладая низкими фильтрационными свойствами и способностью к набуханию, препятствуют проницаемости продуктивных растворов, замедляя процесс выщелачивания и снижая извлечение золота. В этом случае действенным способом является предварительное окомкование или агломерация.
Основной  принцип процесса цианирования состоит  в том, что цианидные ионы образуют весьма устойчивые комплексы с золотом, серебром и другими металлами. Слабощелочные  цианидные растворы вызывают растворение  в первую очередь находящихся в рудах золота и серебра. 
2. Преимущества и недостатки кучевого выщелачиванияОсновные преимущества технологии выщелачивание обладает рядом преимуществ, благодаря которым этот способ завоевывает все большую популярность среди горняков. Преимущества кучного выщелачивания:
• Снижение капитальных и операционных затрат;
• Быстрый период окупаемости;
• Отсутствие необходимости складирования хвостов;
• Простота конструкции и оборудования;
• Снижение влияния на окружающую среду;
• Быстрая фаза конструирования;
• Низкие энерго- и водозатраты;
• Применимо для бедных руд, хвостов и отвалов.
На сегодняшний день кучное выщелачивание с успехом применяется для добычи золота, серебра, меди, никеля, урана и даже йода.
Практическая реализация метода КВ позволила накопить достаточно богатый опыт эксплуатации промышленных объектов. Однако о хорошей изученности этого процесса говорить еще рано. Основную проблематику вопроса условно можно разделить на следующие категории:
- Изучение и выработка эффективных методов и приемов рудоподготовки.
- Разработка новых методов укладки рудных штабелей с минимизацией потерь фильтруемости материала и материальных ресурсов.
- Повышение надежности и технологичности сборных коллекторов и гидроизолированных оснований.
- Разработка эффективных методов регулирования технологических процессов и методов извлечения благородных металлов из растворов.
- Разработка новых эффективных и дешевых методов обезвреживания и рекультивации отработанных рудных штабелей.
Решение многих проблем связано с развитием техники и технологии в целом. Например, отсутствие надежных материалов для гидроизоляции оснований рудных штабелей длительное время не позволяло реализовать технологию кучного выщелачивания. Ряд вопросов имеет сугубо научный аспект, например, изучение потери фильтруемости рудного штабеля при его длительной эксплуатации и разработка мер по минимизации этого явления. Особо следует отметить направление по поиску более дешевых и менее токсичных реагентов для растворения золота из руд. По некоторым вопросам достигнуты определенные успехи. В частности, институтом «Иргиредмет» разработана эффективная технология естественного обезвреживания малосульфидных отходов кучного выщелачивания золота, отличающаяся низкими капитальными и эксплуатационными затратами.
3. Особенности технологии кучного выщелачиванияПосле добычи, руду крошат до мелких размеров, а потом раскладывают на пластиковую доску или на слой глины. Делается это по всей площади, которая предназначена для выщелачивания. После этого смесь поливают раствором, содержащим щелочь. Все металлы расплавляются.
Могут применять как обычные брызгалки для орошения, так и капельный метод. Он позволяет свести к минимуму испарение, что обеспечивает ровное распределение смеси для выщелачивания и достигнуть максимального результата в извлечении металлов.
После этих процессов, смесь просиживают сквозь штабель. Тем самым, можно смыть как основные, так и побочные остатки. Этот процесс называют циклом выщелачивания. Оно проходит около двух месяцев для простейших окисленных металлов. А для никелевых вариантов, срок просачивания может достигнуть до двух лет.
Смесь для выщелачивания, которая содержит растворенные минералы, после этих процедур собирают в специальную емкость. Далее происходит обработка в специальной технологической установке. Здесь извлекаются основные минералы, а иногда побочные остатки. Если уровень реагента в штабеле станет безопасным, то затвердевшие части уносят в отвал.
Есть множество методов извлечения металлических примесей из руды. Реагенты тоже отличаются. В зависимости от этого, уровень извлечения может отличаться. Медные руды получают примерно 30%, а золотые металлы до 90%.
Так же во время добывания металлов применяют ротационные барабаны. Это ускоряет работу и гарантирует хороший результат. Но есть и недостатки. Этот способ позволяет обрабатывать лишь малое количество смеси. Энергия потребляется в большом количестве. Так же оборудование необходимо приобретать. Устройства должны сочетать в себе компьютерный анализ, что повышает эффективность управления химическими процессами.
Есть определенные правила, которые должны быть соблюдены во время добывания драгоценных металлов. Необходимо соблюдать соотношение между разными компонентами, рассмотрим какими именно:
Высотой штабеля и объема плотности руды.
Объема плотности и протекания.
Объема плотности, пористости и различных компонентов.
Влажностью и способностью перколяции.
Всех вышеперечисленных параметров и способов заготовки руды.
Как правило, процесс кучного выщелачивания включает следующие стадии:
1. Добыча руды;
2. Дробление руды (при необходимости);
3. Окускование руды (при необходимости);
4. Размещение руды на линейной плоскости (штабелирование)
5. Обработка руды подходящим выщелачивающим реагентом для растворения металлов (выщелачивание);
6. Сбор продукта выщелачивания (богатого раствора) в прудок или чан;7. Обработка богатого раствора для восстановления металлов;
8. Возвращение обезметалленного раствора (с выщелачивающим реагентом) обратно в кучу.
Руда после измельчения проходит орошение при помощи щелочного раствора цианида. Последний же, в свою очередь, просачивается через штабель до тех пор, пока он не достигнет нижней части прокладки. После этого, продолжает стекаться в определенную емкость для сбора.
После того, как драгоценные металлы извлекут из раствора цианида, то последнее можно применять повторно. Но нередко его утилизируют, удаляя все вредные и опасные вещества. Очень часто, в тех районах, где повышенная влажность и много осадков, например в тропиках, цианиды разливают в хвостохранилища, откуда они попадают в местные водоемы. В таких случаях, чтобы произвести одно золотое кольцо, нужно утилизировать более двадцати тонн отходов.
4. 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.
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 1 - Схема отработки пластовых месторождений выщелачиванием через скважины
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.
Рисунок 2 - Схема подземного выщелачивания скальных руд
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.
Несмотря на то, что загрязнение подземных вод при подземном выщелачивании сравнительно незначительно и со временем происходит их деминерализация, предусматриваются особые меры по ликвидации ореолов загрязнения следующими способами:
а) откачкой оставшихся в недрах растворов на отработанных участках для повторного их использования (после доукрепления) на новых блоках и участках подземного выщелачивания;
б) закачкой растворов в другие (обычно более глубокие) водоносные горизонты, непригодные в качестве источника водоснабжения с удаленными областями естественной разгрузки;
в) нейтрализацией и обезвреживанием растворов химическим путем на поверхности или в недрах;
г) протяжкой остаточных растворов через неокисленные породы;
д) применением при обработке рудных залежей «отступающей» системы, т.е. ввода технологических скважин в эксплуатацию с флангов участков подземного выщелачивания к их центру, стягивание загрязняемых вод в небольшие локальные ореолы с последующей их ликвидацией;
е) обессоливанием растворов с помощью сорбции на ионообменных смолах или электродиализа
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННИХ ИСТОЧНИКОВ: Останова Г.Ш. Геотехнологическая переработка бедных золотосодержащих руд // Комплексное использование минерального сырья. — 1997. — № 2. — С. 94-96.
Попов В.Н. Ресурсосберегающая технология добычи и переработки руд // Комплексное использование минерального сырья. — 1996. — № 4. — С. 16-22.
Горное дело: Терминологический словарь / Г.Д. Лидин, Л. Д. Воронина и др. — М.: Недра, 1990. — 694 с.
Мосинец В.Н. Геотехнологические методы добычи цветных и редких металлов // Цветная металлургия. — 1992. —№ 2. — С. 24-30.
Кравцов В.А. О некоторых путях снижения экологической нагрузки на окружающую среду // Комплексное использование минерального сырья. — 1992. — № 5.
АренаВ.Ж. Состояние и задачи геотехнологии // Горный журнал. — 1987. — № 12. — С. 32-35.
Алтаев Ш.А., Чернецов Г.Е., Орынгожин Е.С. Технология разработки гидрогенных урановых месторождений Казахстана. — Алматы:FORTRESS, — 294 с.
Айтуганов Б.Е. Технология доизвлечения металлов из недр // Горный журнал Казахстана. — 2007. — № 8 (36). — С. 5, 6.
Спивак А.А. Физические основы применения крупномасштабных взрывов в геотехнологии // Комплексное использование минерального сырья. — 1987. — № 5. — С. 11-15.
Седельникова Г.В., Крылова Г.С. Кучное выщелачивание — перспективный способ переработки золотосодержащих кор выветривания // Горный журнал. — 1999. — № 5. — С. 53-55.
Забельский В.К., Воробьев А.Е. Проектирование предприятий для разработки золоторудных месторождений геотехнологическими методами // Горный журнал. — 1996. — № 1-2. — С. 114-118.
Воробьев А.Е., Чекушкина Т.В. Классификация штабелей кучного выщелачивания металлов // Горный журнал. — 1997. — № 3. — С. 36-42.
Седельникова Г.В. Практика кучного выщелачивания золотосодержащих пород // Горный журнал. — 1996. — № 1, 2.— С . 122-124.
Строганов Г.А., Цитлидзе К.М. и др. Промышленные испытания технологии кучного выщелачивания золота из окисленных руд Майского месторождения // Горный журнал. — 1996. — № 4. — С. 39-41.
Клец А., Якунин А., Якунин И. Добыча и переработка золотосодержащих руд // Промышленность Казахстана. — 2008. — № 6 (51); 2009. — № 1 (52). — С. 16-20.
Лузин Б.С. Поиск эффективной технологии добычи золота из отходов обогащения руд // Комплексное использование минерального сырья. — 2003. — № 1. — С. 79-86.
Лузин Б.С. О кучном выщелачивании золота // Комплексное использование минерального сырья. — 2003. — № 3. —С. 10-14.