способ подземного выщелачивания руд цветных металлов, содержащих восстановители на месте их залегания

Формула изобретения

1. Способ подземного выщелачивания руд цветных металлов, содержащих восстановители, на месте их залегания, включающий создание закачных и откачных горных выработок, подачу выщелачивающих растворов кислоты в закачные выработки с закислением и последующей отработкой рудного пласта, вывод продуктивного раствора через откачные выработки, переработку раствора методами сорбции, экстракции, электролиза, цементации или их комбинаций с получением обедненного по металлу раствора, приготовление из обедненного выщелачивающего раствора, отличающийся тем, что закисление ведут с выстаиванием растворов в пласте и доведением рН до 3,0 в присутствии окислителя, выводят продуктивные растворы при рН 1,5 -2,5 и постепенно поднимают его к концу выщелачивания до 3,0, затем рН в пласте повышают выше 3,0 при вводе окислителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к концу выщелачивания при достижении рН продуктивных растворов 3,0 в закачные горные выработки поочередно подают щелочь и воздух, а в качестве щелочи используют гидроксид натрия или кальция.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что закисление и выщелачивание ведут в присутствии хлор-ионов и металлов в высшей степени окисления, в качестве которых используют хлоридные комплексы трех-четырехвалентного марганца и/или трехвалентного железа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что закисление и выщелачивание начинают с использования растворов кислоты повышенной концентрации с постепенным ее снижением до рН 2,5 -3,0.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорид-ионы и кислоту подают в часть обедненного раствора, объединяют с оставшейся частью раствора и подают в закачные горные выработки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что фильтрацию растворов из закачных горных выработок через необводненные пласты ведут в субвертикальном направлении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к геотехнологическим способам переработки руд цветных металлов на месте их залегания.

Наиболее перспективными способами добычи металлов являются геотехнологические, позволяющие без нанесения существенного урона экологии вовлекать в обработку участки старых залежей, где содержание ценных компонентов мало и добыча их традиционными методами нерентабельна. К таким способам относятся методы выщелачивания на месте их залегания или в отвалах с использованием химических и бактериальных реактивов. ("Биотехнология металлов" практическое руководство, под редакцией Г.Каравайко, Дж. Росси и др., издательство Центра международных проектов, ГКНТ, М., 1989, с2540-265).

Предлагаемые к реализации гидрометаллургические способы добычи касаются как минимализации затрат, использования интенсифицирующих факторов, так и рационального применения реагентов и оптимизации процессов извлечения металлов.

Известен способ подземного выщелачивания меди ("Гидрометаллургия". М., Металлургия, 1978, с 138-139), согласно которому в зонах обрушения через закачные скважины и канавы подают раствор серной кислоты, а образующиеся медьсодержащие растворы поднимают на поверхность для переработки. Однако в случае естественного залегания рудного тела при наличии в нем восстановителей (сульфиды, органика) и водопроницаемых пропластков, трещин и пор степень извлечения меди снижается вследствие неравномерной проработки рудного тела.

В проекте подземного выщелачивания сульфидных медных руд Монголии в скважину закачивают раствор серной кислоты, затем проводят газонасыщение выщелачивающего раствора сжатым воздухом, подаваемым в скважину, выстаивание при перемешивании выщелачивающего раствора и откачку полученного в скважине продуктивного раствора. (Журнал "Цветные металлы", 2000 г, №2, с.13-15).

Недостатком предлагаемого способа является сложность обвязки скважины, многостадийность технологических операций по выщелачиванию меди и длительность процесса.

По известному способу подземного выщелачивания полезных ископаемых закачку выщелачивающего раствора в закачные скважины начинают с максимальной концентрации реагента в выщелачивающем растворе в течение некоторого периода, которую затем непрерывно снижают в зависимости от кратчайшей линии тока выщелачивающего раствора, скорости фильтрации, времени выщелачивания и расстояния между скважинами в ряду. (Патент России №2073790, кл. Е 218 43/28 "Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых"). Недостатком способа является недостаточная степень извлечения полезных компонентов, особенно при наличии восстановителей в руде.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ подземного выщелачивания сульфидных медьсодержащих полиметаллических руд, включающий выщелачивание исходного сырья в присутствии серной кислоты, водорастворимых соединений меди и железа. Последующее выделение металлов из продуктивных растворов осуществляют известными методами. Маточные растворы кондиционируют добавлением серной кислоты и возвращают на выщелачивание (а.с. СССР №1308639, кл. С 22 В 3/08,1987 г.).

Эффективность известного способа недостаточна в связи с тем, что в процессе выщелачивания не поддерживается оптимальный уровень окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), который позволяет обеспечивать более полное и интенсивное выщелачивание металлов (Cu, Zn) из сульфидных и полуокисленных руд или руд, содержащих рудную органику.

Задачей изобретения является создание процесса подземного выщелачивания цветных металлов из руд, содержащих восстановители, на месте их залегания, в котором устранены отмеченные недостатки, а сам процесс оптимизирован как геотехнологически, так и по экономическим параметрам.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности выщелачивания (снижение Ж:Т на выщелачивании), снижении расхода реагентов и увеличении извлечения цветных металлов из руд при их естественном залегании.

Технический результат обеспечивается сущностью изобретения.

Сущность заявляемого способа подземного выщелачивания руд цветных металлов, содержащих восстановители, на месте их залегания заключается в том, что способ включает создание закачных и откачных горных выработок, подачу выщелачивающих растворов кислоты в закачные выработки с закислением и последующей отработкой рудного пласта, вывод продуктивного раствора через откачные выработки, переработку раствора методами сорбции, экстракции, электролиза, цементации или их комбинацией с получением обедненного по металлу раствора, приготовление из него выщелачивающего раствора.

Основным отличием способа является то, что закисление руд ведут с выстаиванием растворов в пласте и доведением рН в наиболее проницаемых пропластках, трещинах и порах руды до 3,0 в присутствии окислителя, выводят продуктивные растворы при рН 1,5-2,5 и постепенно поднимают его к концу выщелачивания до 3,0, затем рН в пласте повышают выше 3,0 при вводе окислителя. Данные признаки позволяют более полно проработать рудный пласт, повысить извлечение цветных металлов, концентрацию металлов в продуктивном растворе, уменьшить Ж:Т при отработке пласта за счет кольматации при рН 3,0 в присутствии окислителя проницаемых пропластков, трещин и пор образующимися гидроксидами железа и алюминия, цветных металлов, последующего растворения кальматирующих осадков с концентрированием цветных металлов, постепенного повышения рН продуктивных растворов за счет уменьшения подачи кислоты в пласт. Отработку пласта с извлечением металлов прекращают при снижении концентрации металлов в продуктивном растворе ниже экономически приемлемого уровня и ведут рекультивацию недр путем повышения рН в пласте выше 3,0 при вводе окислителя. Металлы переходят в высшую степень валентности, осаждаются в виде гидроксидов, что очищает пластовые воды.

Другое отличие способа состоит в том, что к концу выщелачивания при достижении рН продуктивных растворов 3,0 в закачные горные выработки поочередно подают щелочь и воздух, а в качестве щелочи используют гидроксид натрия или кальция. Это отличие дает возможность ускоренной и более полной рекультивации недр.

Кроме того, закисление и выщелачивание ведут в присутствии хлор-ионов и металлов в высшей степени окисления, в качестве которых используют хлоридные комплексы трех-четырех валентного марганца и / или трехвалентного железа. Это ведет к повышению окислительно-восстановительного потенциала и повышает извлечение металлов, например меди, золота из руд, особенно при содержании сульфидов и рудной органики. То, что закисление и выщелачивание начинают с использования растворов кислоты повышенной концентрации с постепенным ее снижением до рН 2,5 -3,0, позволяет снизить расход кислоты на выщелачивании и расход реагентов при переработке продуктивных растворов с извлечением цветных металлов в твердый продукт, упрощению и удешевлению рекультивации недр. При снижении рН ниже 2,5 увеличиваются затраты на щелочь при рекультивации, а при повышении более 3,0 резко снижается скорость выщелачивания меди. Хлорид-ионы и кислоту подают в часть обедненного раствора, объединяют с оставшейся частью этого раствора и подают в закачные горные выработки. Это отличие оптимизирует приготовление выщелачивающего раствора, уменьшает расход хлоридов при сохранении ОВП выщелачивающих растворов.

Далее, фильтрацию растворов из закачных горных выработок через необводненные пласты ведут в субвертикальном направлении, что способствует общему повышению извлечения цветных металлов из руд за счет переработки выщелачивающими растворами необводненных пластов.

Отличительные признаки способа позволяют повысить эффективность выщелачивания металлов из руд, снизить расход реагентов, ускорить процесс выщелачивания руд на месте залегания.

Пример. Предлагаемый способ опробован в лабораторных условиях при выщелачивавши кернового материала Гумешевского месторождения медных руд, содержащих сульфидную медь. При общем содержании меди 1,2% окисленной меди в пробе было 0,8%, сульфидной - 0,4%. Руда содержала,%: 24 Fe; 39,2 SiO ₂; 18,0 Al₂О₃; 1,5 Са; 1,0 Mg. Керновый материал набивали в фильтрационные колонки длиной 2 м и диаметром 0,15 м в соответствии с его объемной массой, заполняли фильтрацией пластовой водой с промышленного участка подземного выщелачивания, затем подавали выщелачивающий раствор. После достижения рН в пласте на расстоянии 1 м от места ввода до 3,0-4,0 подачу раствора прекращали на 5 суток. Затем подавали выщелачивающий раствор с контролем рН продуктивного раствора. При снижении рН с 2,5 до 1,5 кислотность раствора уменьшали, доводя рН к концу выщелачивания до 3,0 при снижении концентрации меди с 0,5-1,5 г/л до 0,05 г/л. Затем в колонке повышали рН выше 3,0 до 4,0-5,5 путем подачи щелочи - едкого натра и окислителя - кислорода воздуха. В присутствии окислителя железо переходило в высшую степень валентности. В порах осаждались Fe(ОН)₃, MnO₂, Al(ОН) ₃. При повышении рН более 9 - Са(OH)₂, Mg(OH)₂.

В ряде опытов закисление и выщелачивание вели в присутствии хлорида натрия и сульфата трехвалентного железа, а также комплексов хлоридов марганца MnCl₃ и MnCl ₄, образующихся при реакции хлорида натрия с пиролюзитом.

MnO₂+2H₂SO₄+4NaClMnCl ₄+2Nа₂SO₄+2H₂O

2МnO₂+4H₂SO₄+8NaCl2MnCl ₃+4H₂O+4Na₂SO₄+Cl ₂

MnCl₄MnCl ₂+Cl₂

2MnCl₃2MnCl ₂+Cl₂

Cl₂+2Fe²⁺ 2Fe ³⁺+2Cl^-

За счет этих реакций величина окислительно-восстановительного потенциала после контакта с пиролюзитом поднималась до 800 . Это привело к реакциям вскрытия сульфидов меди до ее сульфата с преобразованием серы, выделяющейся в пласте, до серной кислоты, что снизило ее расход.

Проведен опыт с проведением закисления и выщелачивания раствором серной кислоты 20 г/л с постепенным снижением рН пластовых вод до 2,5-3,0. Это позволило снизить расход серной кислоты.

Проведен также один из вариантов способа, в ходе которого пластовую воду делили на две части. В одну часть вводили необходимое для приготовления выщелачивающего раствора количество серной кислоты и хлорида натрия или магния, контактировали полученный раствор с пиролюзитом, после чего объединяли его с оставшейся частью раствора и подавали в колонку на выщелачивание.

Результаты опытов в сравнении с прототипом представлены в таблице. Из таблицы видно, осуществление процесса подземного выщелачивания по заявляемому способу позволяет снизить Ж:Т на выщелачивании, уменьшить удельный расход серной кислоты, повысить на 4 -10% извлечение меди из руды. Осуществление процесса по признакам, изложенным в зависимых пунктах формулы изобретения, дает возможность увеличить положительный эффект заявляемого способа.