способ освоения месторождений руд тугоплавких металлов

Формула изобретения

Способ освоения месторождений руд тугоплавких металлов, включающий последовательное выделение рудных и породных блоков в пределах эксплуатационных блоков отрабатываемого добычного горизонта, получение опережающей текущей и оперативной экспресс-информации при селективной выемке разнотипных и разносторонних горных пород, раздельную отработку выемочных элементов, выплавку чернового металла непосредственно из массива тонкого рудного слоя, погрузку и транспортировку разнокачественной временно некондиционной, некондиционной и породной горной массы, ее складирование или размещение в породных отвалах, отличающийся тем, что производят предварительную дифференциацию отрабатываемого рудного массива, разделяя его на мелкие выемочные элементы, исходя из содержания в них полезных компонентов - металлов и сопутствующих полезных компонентов - плотности минералов и теплофизических свойств горных пород, выемку кондиционных рудных элементов осуществляют с предварительным введением в них электродов, непосредственную и последовательную термоселективную выплавку металлов осуществляют плазматроном в автоматизированном режиме с предварительной обработкой руды поочередной подачей импульсов низкочастотного тока частотой 0,01-5,0 Гц и напряжением 300-800 В на метр рудного слоя на каждую пару электродов; в отрабатываемом массиве при прохождении импульсов тока происходит электролиз воды и поверхностный электролиз минералов, а также образование сети микротрещин в рудном слое в результате воздействия серии электрогидравлических ударов и возникающих термических и электрических напряжений, создания условий для последующей выплавки чернового металла, которую производят в восстановительной среде в два этапа: на первом этапе температура в зоне контакта плазмотрона, в частности, с шеелитом и вольфрамитом составляет порядка 2727°С, что достаточно для выплавки тугоплавкого тантала, на втором этапе с последующим повышением температуры до 3422°С - для выплавки вольфрама из шеелита и вольфрамита (Ca[WO₄]+восстановитель (газ)=W +оксид (газ)); выделяющийся при окислительно-восстановительной реакции газы, обладая высокой потенциальной энергией, дополнительно дезинтегрируют горную породу; все выемочные элементы отделяют от массива одним из механических способов, например скалыванием с помощью специализированного рабочего органа манипулятора мобильного агрегата, производя посортовую погрузку горной массы в приемное устройство транспортного средства и ее доставку в склады или породные отвалы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горно-металлургической промышленности и может быть использовано при разработке рудных месторождений тугоплавких металлов.

Известны способы освоения рудных месторождений с добычей рудной массы и последующей ее переработки на обогатительной фабрике с получением концентратов или на металлургическом заводе, например, медно-никелевых или золотосодержащих руд и некоторых других руд металлов с получением готовой продукции [1].

Основным недостатком традиционных способов получения металлов является осуществление нескольких промежуточных технологических процессов и многих операций, которые в большинстве случаев разобщены во времени и в производственном пространстве.

Наиболее близким по выполняемой функции и техническому результату являются способ освоения месторождений руд самородных металлов [2], а также способ освоения месторождения руд нетугоплавких металлов [3] с выделением добычных и вскрышных блоков, в отрабатываемом уступе или в определенной отрабатываемой зоне массива горных пород, в ряде условий - с использованием селективной выемки полезных ископаемых.

При освоении месторождений руд самородных металлов [2] их открытую или подземную отработку осуществляют поточно, в автоматизированном режиме с извлечением готовых или черновых металлов непосредственно из массивов блоков кондиционной руды, с раздельной выемкой временно некондиционной, некондиционной и убогой руды, а также пустой породы и последующей их транспортировкой с использованием, в частности, пневмо-транспортного или гидротранспортного, либо конвейерного оборудования.

Основными недостатками данного способа является ограниченность применения, способ может быть реализован только для руд самородных металлов и руд минералов, содержащих легко высвобождаемые металлы под термическим или высокочастотным энергетическим воздействием.

Недостатком способа освоения месторождения руд нетугоплавких металлов [3] является ограниченность области применения - только для нетугоплавких металлов.

Технический результат - повышение эффективности освоения месторождений руд тугоплавких металлов, например вольфрама, содержащегося главным образом в минералах вольфрамит и шеелит.

Данный результат достигается тем, что при способе освоения месторождений руд тугоплавких металлов, включающем последовательное выделение рудных и породных блоков в пределах эксплуатационных блоков отрабатываемого добычного горизонта, получение опережающей текущей и оперативной экспресс-информации при селективной выемке разнотипных и разносторонних горных пород, раздельную отработку выемочных элементов, выплавку чернового металла непосредственно из массива тонкого рудного слоя, погрузку и транспортировку разнокачественной временно некондиционной, некондиционной и породной горной массы, ее складирование или размещение в породных отвалах, производят предварительную дифференциацию отрабатываемого рудного массива, разделяя его на мелкие выемочные элементы, исходя из содержания в них полезных компонентов - металлов и сопутствующих полезных компонентов - плотности минералов и теплофизических свойств горных пород, выемку кондиционных рудных элементов осуществляют с предварительным введением в них электродов, непосредственную и последовательную термоселективную выплавку металлов осуществляют плазматроном в автоматизированном режиме с предварительной обработкой руды поочередной подачей импульсов низкочастотного тока частотой 0,01-5,0 Гц и напряжением 300-800 В на метр рудного слоя на каждую пару электродов; в отрабатываемом массиве при прохождении импульсов тока происходит электролиз воды и поверхностный электролиз минералов, а также образование сети микротрещин в рудном слое в результате воздействия серии электрогидравлических ударов и возникающих термических и электрических напряжений, создания условий для последующей выплавки чернового металла, которую производят в восстановительной среде в два этапа: на первом этапе температура в зоне контакта плазмотрона, в частности с шеелитом и вольфрамитом, составляет порядка 2727°С, что достаточно для выплавки тугоплавкого тантала, на втором этапе с последующим повышением температуры до 3422°С - для выплавки вольфрама из шеелита и вольфрамита (Ca[WO₄]+восстановитель (газ)=W +оксид (газ)); выделяющийся при окислительно-восстановительной реакции газ, обладая высокой потенциальной энергией, дополнительно дезинтегрируют горную породу; все выемочные элементы отделяют от массива одним из механических способов, например скалыванием с помощью специализированного рабочего органа манипулятора мобильного агрегата, производя посортовую погрузку горной массы в приемное устройство транспортного средства и ее доставку в склады или породные отвалы.

На основе сопоставления с прототипом установлены отличия заявляемого способа, заключающиеся в глубокой дифференциации рудного массива, разделении его на мелкие выемочные элементы, исходя из содержания в них полезных компонентов - металлов и сопутствующих полезных компонентов - плотности минералов (например, выделение минералов шеелита с плотностью 6000±100 кг/м ³ и вольфрамита с плотностью от 7100-7200 кг/м³ ((гюбнерит) до 7500-7600 кг/м³ (ферберит)) и теплофизических свойств горных пород, выемке кондиционных рудных элементов, осуществляемой после термоселективной выплавки металлов плазматроном в автоматизированном режиме с предварительной обработкой руды поочередной подачей импульсов низкочастотного тока частотой 0,01-5,0 Гц и напряжением 300-800 В на метр рудного слоя на каждую пару электродов. Заявляемый способ освоения месторождений руд тугоплавких металлов с непосредственной их выплавкой плазмотроном из выемочных элементов отрабатываемых рудных блоков соответствует условиям новизны.

Способ осуществляют следующим образом. В эксплуатационных блоках отрабатываемых горизонтов выделяют рудные и породные блоки, а в них - выемочные элементы в процессе районирования каждого добычного горизонта, осуществляемого на основе исходных данных геологической разведки и последующей опережающей, текущей и оперативной эксплуатационной разведок, а также автоматизированной экспресс-информации, получаемой в процессе выемки рудных и породных элементов; при этом используют интерактивный модуль, оборудованный в головной части малогабаритным устройством, позволяющим оперативно получать экспресс-информацию о физико-химических свойствах рудных минералов в массиве отрабатываемых тонких слоев. На основе данной информации осуществляют автоматизированное выделение разнокачественных выемочных элементов, главным образом, - по их плотности и содержанию в них металлов, - кондиционные, временно некондиционные, убогие и породные. Вводят в отрабатываемый рудный блок электроды для предварительной обработки руды поочередной подачей импульсов низкочастотного тока частотой 0,01-5,0 Гц и напряжением 300-800 В на метр рудного слоя на каждую пару противоположных по расположению в массиве электродов. В отрабатываемом массиве при прохождении импульсов тока происходит электролиз воды и поверхностный электролиз минералов, а также образование сети микротрещин в рудном слое в результате воздействия серии электрогидравлических ударов и возникающих термических и электрических напряжений. Создаются условия для последующей выплавки чернового металла, которую производят в восстановительной среде в два этапа. На первом этапе температура в зоне контакта плазмотрона, в частности, с шеелитом и вольфрамитом составляет порядка 2727°С, что достаточно для выплавки тугоплавкого тантала, на втором этапе с последующим повышением температуры до 3422°С - для выплавки вольфрама из шеелита и вольфрамита (Ca[WO₄]+восстановитель (газ)=W +оксид (газ)). По окончании выплавки металла автоматизировано производят раздельную отработку каждого рудного и породного слоя, последовательно отделяя выемочные элементы - кондиционные, временно некондиционные, убогие и породные с использованием манипулятора мобильного агрегата, позволяющего реализовать механический способ автоматизированного разрушения горной породы отрабатываемого слоя посредством, например, скалывания, либо - среза или обычного рыхления в зависимости от ее прочности; образуемую при этом горную массу посортно отгружают в приемное устройство транспортного средства для ее доставки соответственно к накопительным емкостям для временно некондиционной рудной массы, к складам некондиционной и убогой рудной массы, а породы - отвалы.

Заявляемый способ освоения месторождений руд тугоплавких металлов позволяет обеспечить в комплексе компактное горно-металлургическое производство черновых металлов; повышение полноты использования недр и добытого минерального сырья, производительности и культуры труда, экономичности и экологичности; получение готовой продукции непосредственно в процессе отработки рудного массива, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, сокращение количества технологических процессов и операций, а также сроков создания автоматизированных горно-металлургических производств.

Источники информации

1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли./Под ред. Трубецкого К.Н./ М.: Академия горных наук, 1997. - С.325-328.

2. Патент РФ № 2425217, МПК Е21С 41/00. В03В 7/00. Способ освоения руд самородных металлов./ Секисов Г.В., Авдеев П.Б., Рассказов И.Ю., Леоненко Н.А. (РФ). - № 2009149111; заявл. 28.12.2009; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21.

3. Патент РФ № 2425976, МПК Е21С 41/00. В03В 7/00. Способ освоения месторождений руд нетугоплавких металлов./ Секисов Г.В., Александров А.В., Зыков Н.В. (РФ). - № 2010110929; заявл. 22.03.2010; опубл. 10.08.2011, Бюл. № 22.

4. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения (справочник). М.: Металлургия, 1970.