Выщелачивание подземное
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ПОДЗЕМНОЕ (а. underground leaching; н. Untertage- Auslaugung; ф. ljxiviation en place; и. lixiviacion subterranea) — способ разработки рудных месторождений избирательным переводом полезного компонента в жидкую фазу в недрах с последующей переработкой металлсодержащих (продукционных) растворов. Промышленное освоение выщелачивания подземного медных руд было осуществлено в США в 1919, в CCCP (на Урале) — в 1939. С 60-х годов выщелачивание подземное применяют для добычи урана. В 70-х годах во многих странах (CCCP, США, Канада, ГДР, ЧССР, НРБ и др.) значительная часть урана и меди добывается выщелачиванием подземным, ведутся экспериментальные работы по применению его для добычи титана, ванадия, марганца, железа, кобальта, никеля, цинка, селена, молибдена, золота и других металлов. Выщелачивание подземное позволяет полнее использовать недра за счёт вовлечения в производство бедных руд, добыча и переработка которых традиционными способами нерентабельна.
При выщелачивании подземном металл извлекается путём ионного обмена в процессе управляемого движения реагента через массив с естественной проницаемостью предварительно разрушенной различными методами или замагазинированной руды. Главные условия успешного применения выщелачивания подземного: присутствие полезного компонента в соединениях, растворимых минеральными или органическими кислотами, щелочами, растворами солей; достаточная естественная водопроницаемость руд или возможность её создания искусственным путём, благоприятные горнотехнические и гидрогеологические условия, позволяющие осуществить подачу реагента к руде и откачку продукционных растворов; возможность эффективного извлечения полезных компонентов из продукционных растворов.
Реклама
По режиму движения реагента выделяют 3 гидродинамические схемы выщелачивания подземного: фильтрационную, инфильтрационную и пульсационно-статическую (возможны комбинации этих схем в условиях одного добычного блока). Фильтрационная схема выщелачивания подземного основана на использовании постоянного или периодически действующего фильтрационного потока реагента, заполняющего все трещины и открытые поры руд (пустоты в замагазинированной руде), движущегося за счёт разности напоров у раствороподающих (закачных) и раствороприёмных (откачных, дренажных) устройств (горных выработок или скважин). Инфильтрационная схема основана на использовании инфильтрационного потока реагента, движение которого по руде происходит под действием сил гравитации от оросительных устройств к дренажным (при этом раствор не заполняет полностью пустоты в руде). Пульсационно-статическая схема заключается в периодическом затоплении выщелачивающим реагентом руд с естественной и искусственно созданной водопроницаемостью, камер с замагазинированной рудой, очистных пространств с последующим выпуском продукционных растворов.
Современное предприятие выщелачивания подземного состоит из добычного, трубопроводного и перерабатывающего комплексов. Принципиальная технологическая схема цепи аппаратов предприятия не зависит от применяемой системы разработки (рис. 1), под которой понимают согласованную совокупность устройств и выработок, проведённых в определенном порядке во времени и пространстве для управляемого химико-технологического процесса перевода металла из руды в раствор и выдачи продукционного раствора для извлечения металла. В зависимости от способа вскрытия залежей выделяют скважинные, шахтные, комбинированные системы выщелачивания подземного.
При скважинных системах выщелачивания подземного вскрытие, подготовку месторождений и извлечение полезных компонентов в раствор осуществляют через скважины, пробуренные с поверхности. Этими системами разрабатываются месторождения урана, приуроченные к обводнённым осадочным породам. Ведутся экспериментальные работы для внедрения их на месторождениях руд золота, марганца, железа и др. В зависимости от фильтрационных свойств руд различают скважинные системы выщелачивания подземного металлов из руд с естественной проницаемостью (коэффициент фильтрации Кф 0,5-10 м/сутки), искусственной проницаемостью (Кф 0,01-0,5 м/сутки) и магазинированием руд (Кф 10 м/сутки).
Наибольшее распространение получили скважинные системы выщелачивания подземного металлов из руд с естественной проницаемостью; разрабатывают месторождения, не требующие предварительной подготовки руд (создание искусственной трещиноватости, проведение гидроразрыва пород и др.). При этом применяют скважинные системы с площадным (ячеистым) и линейным расположением скважин (рис. 2). Расстояние между скважинами 15-50 м, глубина разработки до 500 м и более. Процесс выщелачивания осуществляют в основном напорным фильтрационным потоком реагента, движущимся по рудоносному водопроницаемому пласту от закачных скважин к откачным. При этом соблюдают баланс откачиваемых и закачиваемых растворов (SQo = SQз). В этом случае система работает в стационарном режиме фильтрации, обеспечиваются максимальная локализация зоны циркуляции растворов, минимальное их разубоживание, минимальные потери реагента за счёт растекания, исключаются осложнения в работе растворо-подъёмных устройств. Выщелачивание металла из несвязных песчаных руд осуществляют при низких гидравлических градиентах (I 10 м/сутки). Режимы движения выщелачивающего реагента и конструктивное оформление шахтных систем выщелачивания подземного зависят от физико-механических свойств рудоносных и вмещающих пород, мощности и морфологии рудных тел, наличия водоупоров в кровле и почве рудоносных пород и других факторов. Применяют все три указанные выше гидродинамические схемы. Шахтные системы выщелачивания отличаются большим разнообразием, они позволяют вести управляемый процесс извлечения металлов на месторождениях различных генетических типов из руд с естественной водопроницаемостью (рис. 3) и из руд, разрушенных различными методами или отбитых и замагазинированных на месте залегания (рис. 4). Эти системы применяют при разработке глубокозалегающих месторождений, представленных бедными слабопроницаемыми или практически водонепроницаемыми рудами. При этом в производство вовлекаются большие запасы забалансовых руд, разработка которых традиционными способами нерентабельна. При применении шахтных систем выщелачивания подземного исключается массовое сдвижение руд и вмещающих пород, полностью отсутствует обрушение или оседание дневной поверхности над зонами разработки. Это объясняется тем, что отбойку руд, как правило, ведут в зажатой среде с небольшим коэффициентом разрыхления (Краз 1,1-1,2).
Комбинированные системы выщелачивания подземного находят всё большее применение на месторождениях руд радиоактивных и цветных металлов. Выделяют комбинированные системы двух классов: из элементов скважинных и шахтных систем выщелачивания подземного; из элементов традиционных систем разработки и шахтных систем выщелачивания. Первые предусматривают разработку месторождений с подачей реагента к руде по скважинам, пробуренным с поверхности, и приёмом продукционных растворов в горной выработке. Такие системы применяют на месторождениях, где по каким-либо причинам технически трудно или нерационально откачивать продукционные растворы через скважины (при большой глубине пьезометрического уровня подземных вод, в условиях осушенных пород и т.п.). В зависимости от конкретных условий дренажные горные выработки могут быть пройдены по почве выше или ниже рудного пласта (залежи). Системы второго класса применяют при разработке залежей, которые в пределах одного блока представлены рудами разных технологических сортов, например карбонатными и силикатными, требующими при выщелачивании подземном различных реагентов; рудами, контрастными по содержанию металла (балансовыми и забалансовыми); рудами с контрастными фильтрационными свойствами, требующими разной предварительной горной подготовки к выщелачиванию подземного. Залежи в пределах блока разрабатывают в два этапа: вначале очистная выемка руды одного сорта, затем выщелачивание подземное руды другого сорта. Такая последовательность обеспечивает при очистной выемке нормальные условия труда для горнорабочих и устойчивость рудного массива. В зависимости от конкретных условий в комбинированных системах могут быть применены все три гидродинамические схемы. Комбинированные системы разработки позволяют полнее использовать недра и снижать себестоимость продукции.
Для интенсификации процесса выщелачивания подземного в зависимости от условий применяют различные химические (окислители, поверхностно-активные вещества), бактериальные, физические (электромагнитные поля, повышение напора и температуры растворов, гидроразрыв пород, встряхивающие взрывы, вакуумирование) и комбинированные методы.
Источник
ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Наиболее широко подземное выщелачивание применяется при добыче урана. В первую очередь это относится к месторождениям гидрогенного генезиса, представленным бедными или убогими рудами, а также месторождениям, залегающим в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях.
Метод подземного выщелачивания (ПВ) начал разрабатываться с 1962 г. Подземное выщелачивание — геотехнологический способ добычи урана путем избирательного его растворения химическими реагентами из руд на месте их залегания и последующего извлечения из урансодержащих растворов.
На некоторых месторождениях построены предприятия и ведется добыча урана способом подземного выщелачивания. На ряде месторождений проведены опытно-промышленные работы по добыче урана этим способом. На отдельных предприятиях ПВ стало основным методом добычи урана. Несомненно, что число таких предприятий будет увеличиваться с увеличением добычи урана.
Основными преимуществами способа ПВ перед традиционными открытой и подземной разработкой являются:
1) вовлечение в разработку бедных, убогих и забалансовых руд, а также месторождений, характеризующихся сложными условиями залегания и имеющих крупные запасы урана по вполне приемлемой стоимости единицы конечной продукции, что значительно расширяет сырьевую базу;
2) снижение в 2—4 раза капитальных вложений на строительство предприятий и, следовательно, сокращение сроков строительства;
3) повышение в 2—4 раза производительности труда по конечной продукции и соответствующее сокращение численности работающих;
4) значительное улучшение условий труда на предприятиях, добывающих уран;
5) уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду, особенно на поверхность земли и воздушный бассейн.
Обзор способов подземного выщелачивания при добыче полезных ископаемых изложен в ряде публикаций.
Разработка месторождения способом подземного выщелачивания возможна при следующих основных условиях:
♦ подлежащий извлечению металл присутствует в рудах в форме минералов, легко разрушающихся слабыми водными растворами выщелачивающего реагента;
♦ входящие в состав руд породообразующие материалы имеют низкую кислотоемкость в условиях взаимодействия с технологическими растворами;
♦ руды либо обладают естественной проницаемостью, либо становятся растворопроницаемыми после искусственного раздробления;
♦ условия залегания руд и горно-техническая обстановка в районе месторождения могут быть рационально использованы для осуществления всех процессов геотехнологии.
Хорошая растворимость в подземных водах минералов, содержащих уран, отмечена еще В.И. Вернадским. Среди урановых минералов в месторождениях, отрабатываемых способом ПВ, следует отметить: оксиды урана — настуран и уранинит; силикаты урана — коффинит и ненадкевит. Главнейшим из них является настуран.
Все многообразие урановых месторождений классифицируется по технологическим группам, типам и подтипам, как это приведено в табл. 7.1.
При ПВ необходимо соблюдать баланс откачиваемых и закачиваемых растворов, т.е. суммарные расходы откачных и закачных скважин должны быть одинаковы ( 
). При 
продуктивные растворы разубоживаются за счет привлечения пластовых вод из безрудной части месторождения.
При 
происходит утечка закачиваемого в пласт технологического раствора за пределы рудной залежи. Несоблюдение баланса, как следует из сказанного, недопустимо.
Система разработки месторождения (или его части) способом ПВ — совокупность вскрывающих, подготовительных выработок и определенный порядок их проведения и эксплуатации, увязанный во времени и пространстве с управляемым химико-технологическим процессом перевода металла из руды в раствор.
Системы ПВ различаются между собой по большому числу признаков, но важнейшими из них являются: принципиальные схемы вскрытия месторождений, способы подготовки рудных залежей к выщелачиванию (с естественной или искусственной проницаемостью), а также схемы движения растворов.
Схемы вскрытия ПВ можно подразделить на скважинные с поверхности, шахтные и комбинированные. Шахтные схемы вскрытия предусматривают проведение подземных горных выработок с поверхности (вертикальные и наклонные стволы, штольни). При комбинированных схемах вскрытия используются как подземные горные выработки, так и скважины, пробуренные с поверхности. Очевидно, что последние два вида схем вскрытия не вполне соответствуют определению геотехнологических способов и в дальнейшем не рассматриваются. Процесс подготовки месторождений к отработке способом ПВ через скважины, пробуренные с поверхности, включает, кроме бурения и обвязки скважин поверхностными коммуникациями, оснащение узлов рабочим (технологическим и контрольно-измерительным) оборудованием и приборами. Подготовка рудных залежей к выщелачиванию включает также первую стадию закисления эксплуатационного блока, создание временных гидрозавес для ограничения движения или направления растворов и в ряде случаев расчленение рудовмещающих пород гидроразрывом.
Классификация урановых месторождений, отрабатываемых
способом подземного выщелачивания
Источник
