комбинированный геотехнологический способ отработки месторождений руд металлов

Формула изобретения

Комбинированный геотехнологический способ отработки месторождений руд металлов, включающий сооружение закачных и откачных выработок на месте залегания рудного тела, формирование над ним штабеля однотипной руды, монтаж системы орошения штабеля, подачу выщелачивающих растворов на орошение штабеля и в закачные выработки, вывод через дренажную систему и подъем на поверхность через откачные выработки продукционных растворов, их переработку, доукрепление маточных растворов переработки выщелачивающим реагентом и возврат их на выщелачивание, отличающийся тем, что выщелачивающие растворы подают через закачные выработки на месте залегания рудного тела, орошают штабель руды поднятыми на поверхность через откачные выработки растворами и получаемые продукционные растворы через дренажную систему штабеля руды направляют на переработку, при этом защиту подземных вод и последующую их рекультивацию осуществляют созданием дебаланса между объемами продукционных и выщелачивающих растворов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, а именно к геотехнологическим способам добычи металлов.

Методы геотехнологии металлов позволяют без существенного урона экологии отрабатывать месторождения, где содержание ценных компонентов невелико и производство нерентабельно традиционным способом. К таким способам относятся методы выщелачивания в штабелях руды - кучное выщелачивание (KB) - и выщелачивание на месте залегания руды - подземное выщелачивание (ПВ) - с использованием химических или бактериальных растворов.

В общем случае способ кучного выщелачивания включает сооружение непроницаемого основания, формирование на нем штабеля руды, монтаж системы орошения и дренирования, орошение штабеля выщелачивающим раствором, сбор продукционных растворов, их переработку, доукрепление растворов переработки выщелачивающим реагентом и возврат их на орошение штабеля.

При этом существуют разнообразные варианты интенсификации этого способа на всех этапах его реализации. Известны многочисленные публикации, посвященные способу кучного выщелачивания, в которых описаны способы сооружения и технологические приемы, позволяющие рентабельно выщелачивать руду (Лисовский Г.Д. и др. Кучное подземное выщелачивание металлов, М., Недра. 1981; Кучное выщелачивание благородных металлов. Под редакцией М.И.Фазлулина. Издательство Академии горных наук, 2001, с.19-34).

Способ ПВ включает сооружение закачных и откачных выработок на месте залегания рудного тела, подачу в закачные выработки выщелачивающего раствора, подъем на поверхность через откачные выработки продукционных растворов, их переработку, доукрепление маточных маточных растворов переработки выщелачивающим реагентом и возврат их на выщелачивание. Усовершенствования этого способа касаются как минимизации затрат, использования интенсифицирующих факторов, так и рационального применения реагентов и оптимизации процессов выщелачивания (Добыча урана методом подземного выщелачивания. Под редакцией В.А.Мамилова, М., Атомиздат, 1980; Колабин А.И. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. М., Атомиздат, 1981. Аренс В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых. М., Недра, 1986; Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания. Под редакцией В.Н.Мосинца. М., Недра, 1987.).

При реализации геотехнологических способов учитывают механическое состояние породы и руды. Необходимым условием качественного выщелачивания является достаточная раздробленность руды. Руда не должна быть слишком крупной, чтобы не сдерживать скорость выщелачивания, но в то же время - не столь мелкой, чтобы вызвать заиливание систем отбора продуктивных растворов. При этом учитываются процессы саморазрушения породы или искусственная трещиноватость. Известно также, что рациональным размещением систем подачи выщелачивающих и продукционных растворов можно снизить затраты на выщелачивание. При этом надо отметить, что серьезной проблемой при геотехнологических способах выщелачивания руд металлов является предотвращение растекания выщелачивающих растворов через сооруженное основание при KB и за пределы границ рудного тела - при ПВ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является «Способ подземного выщелачивания скальных руд на месте их залегания» (патент РФ №2067169, кл. Е21В 43/28), согласно которому в рудовмещающем горизонте проходят дренажную, нагнетательную и компенсационные выработки, дробят руду на компенсационную выработку, подают выщелачивающие растворы в массив дробленой руды из дренажной выработки и выпускают из него продуктивные растворы.

К числу недостатков способа прототипа следует отнести необходимость проведения взрывных работ, организацию подачи воздуха в дробленую руду. Невозможность удержания техногенных вод в контуре отрабатываемого рудного тела и отсутствие технических решений по рекультивации загрязненных подземных вод.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка комплексного геотехнологического способа отработки месторождений руд металлов, позволяющий улучшить экономические показатели и решить возникающие экологические проблемы.

Технический результат достигается тем, что на месте залегания рудного тела сооружают откачные и закачные выработки, формируют в границах отрабатываемого рудного тела штабель однотипной по технологическим свойствам руды без непроницаемого основания, подают через закачные выработки не месте залегания рудного тела выщелачивающие растворы, орошают штабель руды поднятыми на поверхность через откачные выработки растворами и получаемые продукционные растворы через дренажную систему штабеля руды направляют на переработку, при этом защиту подземных вод и последующую их рекультивацию осуществляют созданием дебапанса между объемами продукционных и выщелачивающих растворов.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В подлежащем отработке рудном теле на месте залегания сооружают систему закачных и откачных выработок путем бурения откачных и закачных скважин и проходки инфильтрационных канав. Рядом или на месте сооруженных скважин формируют штабель руды. В качестве руды используют балансовые руды или отвалы забалансовых однотипных руд. При сооружении штабеля руды на месте откачных и закачных скважин обеспечивают возможность подачи в закачные скважины выщелачивающих растворов и подъем на поверхность продукционных растворов из откачных скважин.

В случае слабой фильтрации растворов через подстилающий штабель слой его предварительно удаляют или проходят в нем инфильтрационные канавы с заполнением их хорошо фильтрующим материалом. Если подстилающий слой имеет слабые фильтрационные свойства на значительную глубину, то в инфильтрационных канавах дополнительно бурят закачные скважины, оборудуют их эрлифтами для периодической прокачки с целью сохранения приемистости и засыпают устья закачных скважин и инфильтрационные канавы хорошо фильтрующим материалом.

По другому техническому решению пробуренные дополнительно в инфильтрационных канавах закачные скважины соединяют перфорированными дренажными трубами, уложенными в подстилающем штабель руды слое.

Отработку рудного тела и сооруженного на нем штабеля руды осуществляют последовательно:

выщелачивающие растворы через закачные скважины или инфильтрационные канавы подают в рудное тело на месте залегания, через откачные скважины поднимают растворы, содержащие извлекаемый элемент и подают их на орошение рудного штабеля. Полученные продукционные растворы через дренажную систему штабеля выводят на переработку, маточнье растворы переработки доукрепляют выщелачивающим реагентом и направляют в закачные скважины или инфильтрационные канавы.

Несомненным преимуществом предлагаемого комбинированного геотехнологического способа выщелачивания является отсутствие необходимости сооружения дорогостоящего и трудоемкого непроницаемого основания под формируемый штабель руды при гарантированной защите вовлеченных в оборот подземных вод и их последующей рекультивации. Такую защиту осуществляют созданием дебапанса между объемами продукционных и выщелачивающих растворов путем организации испарения части растворов, подаваемых на орошение штабеля руды. Испарение осуществляют, например, выпариванием, путем создания прудков-испарителей, разбрызгиванием через форсунки под давлением, подачи в градирни с естественной или принудительной вентиляцией, а также другими способами, позволяющими интенсифицировать процесс испарения. Это, в свою очередь, приводит к созданию депрессионной воронки, предотвращающей растекание, загрязненных подземных вод за контуры рудного тела.

Другим достоинством предлагаемого способа является возможность вовлечения в отработку отвалов забалансовых и техногенных однотипных руд, что улучшает экономические показатели добычи. Кроме того, данный способ с минимальными издержками позволяет в широких интервалах варьировать показатели продукционного раствора (величина рН и Eh), выбирая способ их переработки и конечный вид продукции.

Возможность осуществления предлагаемого способа иллюстрирует следующий пример.

Пример. В лабораторных условиях собрана установка по выщелачиванию балансовой и забалансовой окисленной медной руды одного из месторождений.

Окисленную медную руду, содержащую 0,9% меди, поместили в фильтрационную модель пласта, имитирующую рудное тело на месте залегания, а забалансовую медную руду из стародавних отвалов с содержанием меди 0,07% и неиспользуемых в настоящее время поместили в перколятор, имитирующий рудный штабель.

Выщелачивание осуществляли раствором серной кислоты. Выщелачивающий раствор подавали в фильтрационную трубку, имитирующую модель пласта, а затем из нее - в перколятор. Концентрацию кислоты в выщелачивающем растворе на выходе из фильтрационной модели пласта и величину Ж:Т при имитации кучного выщелачивания определили в предварительных опытах. Одновременно в другой фильтрационной трубке вели выщелачивание окисленной медной руды в сопоставимых условиях. Результаты опыта показали, что при одном и том же расходе кислоты по предлагаемому способу степень отработки предложенного условного месторождения увеличилась на 20,2%, а незначительное количество перешедших в раствор примесей позволило извлекать медь из продукционных растворов с высокими технологическими показателями.

Таким образом, приведенное описание вариантов осуществления предлагаемого способа и примера показывают возможность реализации комбинированного геотехнологического способа отработки месторождений руд металлов.