Повышение эффективности технологии кучного выщелачивания золотосодержащих руд

Актуальность работы. Тенденция ухудшения технико-экономических показателей разработки золоторудных месторождений по традиционной технологии с переработкой руды на обогатительных фабриках, обусловленная уменьшениемсодержаний золота, исчерпанием запасов крупных месторождений, увеличением глубины разработки и ухудшением в целом, горно-технических условий, выявила необходимость разработки более прогрессивных методов добычи и переработки золотосодержащих руд. Более эффективной, в сравнении с традиционной технологией, является технология кучного выщелачивания (KB), позволяющая вовлекать в промышленное производство бедные руды с низким содержанием полезных компонентов, рентабельно эксплуатировать небольшие по запасам и размерам рудные месторождения, расположенные в отдаленных районах.

За последние 12 лет в России введено в эксплуатацию 28 промышленных и опытно-промышленных установок КВ. Впроектной и предпроектной разработке находятся десятки объектов с разнообразными горно-техническими и природно-климатическими условиями. Большинство объектов расположены в регионах с суровым климатом — в Якутии, Амурской и Читинской областях, в Хабаровском и Красноярском краях, на Северном Урале.

Однако технология KB при всех своих преимуществах имеет ряд недостатков, ограничивающих область ее применения. При выщелачивании не извлекается золото, заключенное в кварце и тонковкрапленное золото в пирите. Затруднено выщелачивание глинистых и шламистых руд, наличие которых в результате кольматации резко снижает просачивание раствора через слой-руды, а иногда полностью останавливает процесс. Так, например, при эксплуатации опытно-промышленной установки KB в 1996;1997 гг. на Козловском золоторудном месторождении в Забайкалье извлечение золота составило 12,9% при проектном — 85,1%.

Кроме того, использование токсичного растворителя — цианида натрия в технологии KB золотосодержащих руд предъявляет высокие требования к надежности конструкций противофильтрационных оснований (ПФО) для КВ.

Таким образом, решение научно-технической задачи повышения эффективности технологии кучного выщелачивания золотосодержащих руд путем интенсификации процесса выщелачивания в рудном штабеле и повышения надежности ПФО является актуальным в научном и практическом отношениях.

Цель работы — разработать и обосновать эффективные технические решения по интенсификации процесса кучного выщелачивания золота в рудном штабеле и надежные конструкции ПФО при их эксплуатации в экстремальных природно-климатических, технологических и геокриологических условиях.

Объект исследований — технология кучного выщелачивания руд.

Предмет исследований — технологические и гидродинамические процессы кучного выщелачивания руд, противофильтрационные основания рудного штабеля.

Идея работы заключается в использовании закономерностей фильтрации выщелачивающих растворов > при фракционированной послойной’отсыпке и щадящем взрывном рыхлении рудного штабеля.

Основные задачи исследований;

— аналитический обзор современной технологии кучного выщелачивания руд;

— анализ факторов, влияющих на эффективность и экологическую безопасность технологии кучного выщелачивания;

— экспериментальные исследования по интенсификации процесса выщелачивания;

— разработка и обоснование эффективных методов по интенсификации процессов выщелачивания в рудном штабеле;

— разработка и обоснование эффективных конструкций противофильтрационных оснований (ПФО) рудных штабелей;

— разработка и технико-экономическая оценка эффективности технологических схем кучного выщелачивания золотосодержащих руд;

Методы исследований включали: анализ и обобщение результатов, по интенсификации и экологической безопасности технологии KBфизическое моделирование рудного штабеля KBлабораторные исследования по повышению интенсивности выщелачивания в рудном штабелетехнико-экономический анализ эффективности разработанных способов повышения интенсивности выщелачивания золота в рудном штабеле и новых конструкций ПФО.

Основные защищаемые научные положения.

1. Повышение интенсивности выщелачивания золотосодержащих руд достигается геотехнологическими методами рудоподготовки и слоевого формирования рудного штабеля с предварительной обработкой отсыпаемых слоев цианидными растворами повышенной концентрации с последующей выдержкой в течение определенного времени.

2. Повышение интенсивности выщелачивания в процессе эксплуатации достигается взрыванием рудного штабеля рассредоточенными зарядами низкоплотных ВВ с размещением в нижней части скважины и между зарядами пористого материала и в последовательности инициирования с замедлением от верхнего заряда к нижнему заряду.

3. Надежность противофильтрационного основания рудного штабеля повышается применением в защитно-дренажном слое основания минерального гидрофильного сорбента с положительно заряженной поверхностью минерального скелета и электролитическим разрушением цианидов и их комплексов в защитно-дренажном" и в дренажном слоях основания.

Обоснованность и достоверность научных положений и, выводов подтверждается корректной постановкой и решением задач исследований, критическим анализом проектных решений и технико-экономических показателей отработки месторождений Восточного Забайкалья методом KB, достаточным объемом экспериментальных исследований, согласованностью полученных результатов с результатами других исследований.

Научнаяновизна работы состоит в следующем:

— обоснованы и разработаны новые технические решения по повышению > интенсивности выщелачивания на предварительной стадии и в процессе эксплуатации путем формирования рудного штабеля с фракционированной послойной отсыпкой руды, предварительной цианидной подготовкой отсыпаемых слоев в определенных режимах и щадящего взрывного рыхления штабеля рассредоточенными зарядами низкоплотных ВВ;

— установлены закономерности изменения коэффициента фильтрации выщелачивающих растворов при различных способах формирования рудного штабеля;

— получены зависимости расстояний зарядов ВВ до гидроизоляционного основания рудного штабеля от скорости распространения продольной волны, трещиноватости горных пород и количества одновременно взрываемых групп зарядов при взрывном рыхлении рудного штабеля;

— обосновано повышение надежности ПФО применением в защитно-дренажном слое основания минерального гидрофильного сорбента с положительно заряженной поверхностью минерального скелета и электролитическим разрушением цианидов и их комплексов в защитно-дренажном и в дренажном слоях основания.

Практическая ценность работы заключается в следующем,.

— разработана технологическая схема рудоподготовки и формирования рудного штабеля с послойным фракционированием руды по классам (-5.0) мм, (+5).(-10) мм, (+10).(-15) мм и (+15).(-20) мм и предварительной цианидной подготовкой отсыпаемых слоев в определенных режимах и последовательности, позволяющая ускорить процесс выщелачивания и повысить извлечение золота;

— разработана технология взрывного рыхления рудного штабеля в процессе эксплуатации с применением рассредоточенных зарядов низкоплотных ВВ с размещением в нижней части скважины и между зарядами пористого материала типа пенополистирола и короткозамедленного внутрискважинного замедления от верхнего заряда к нижнему заряду с применением системы неэлектрического инициирования СИНВ-С, позволяющая интенсифицировать процесс выщелачивания за счет разрушения кольматационных каналов в рудном штабеле;

— разработана новая конструкция ПФО с гидроизолирующими и защитно-дренажными слоями, расположенными над и под гидроизолирующими слоями, и с применением в нижнем защитно-дренажном слое минеральных гидрофильных сорбентов — цеолитов типа клиноптилолита, позволяющая предотвратить проникновение токсичных цианидных растворов в подземные воды при разрывах гидроизоляционных слоев в экстремальных природно-климатических, технологических и геокриологических условиях (землетрясения, взрывное рыхление рудного штабеля, морозное пучение) и длительном сроке эксплуатации (несколько лет);

— разработана новая конструкция ПФО с электролитическим разрушением цианидов' и их комплексов сеточными электродами в дренажном и защитно-дренажном слоях определенной полярности постоянного тока, позволяющая обезвреживать токсичные цианидные растворы при аварийном разрушениии гидроизолирующих слоев.

Реализация результатов работы. Основные результаты исследований используются при разработке рабочего проекта «Опытно-промышленной отработки золоторудного месторождения «Савкинское» и в учебном процессе при подготовке горных инженеров и техников по специальности 13.04.03 -Открытые горные работы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции Горного института ЧитГУ (Чита, 2003 г.), на восьмой, десятой и одиннадцатой Международных молодежных научных конференциях (Чита, 2004'г., 2006 г., 2007 г.), на четвертой, пятой и шестой Всероссийских научно-практических конференциях «Кулагинские чтения» (Чита, 2004 г., 2005 г., 2006 г.), на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005 г., 2006 г., 2007 г.), на расширенном семинаре кафедры «Открытые горные работы» ЧитГУ, 2007 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, в том числе: 3 научные статьи, рекомендованных ВАК [74,92,77], 1 патент РФ на изобретение [61], 10 статей в научных периодических сборниках, материалах и трудах международных, всероссийских и региональных научно-технических конференций. Получены положительные решения о выдаче патентов на изобретение по заявкам № 2 006 137 227/03(40 526) от 20. 10. 06, № 2 007 111 104/03(12 061) от 26. 03. 07 и о выдаче патента на полезную модель № 2 006 138 558 (42 009) от 31.10. 06.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных литературных источников из 106 наименований содержит 168 страниц машинописного текста, в том числе, 14 таблиц, 27 рисунков и 3 приложения на 19 страницах.

Основные результаты выполненных автором диссертации исследований опубликованы в следующих работах:

1. Рашкин А. В. Рациональное формирование рудного штабеля при кучном выщелачивании руд / А. В1 Рашкин, П. Б. Авдеев, И. А. Яшкин // Горный информационно-аналитический бюллетень, — М., 2005. -№ 11. — С. 252−254.

2. Управление теплофизическими и гидродинамическими процессами в рудном штабеле при кучном выщелачивании металлов / А. В. Рашкин [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. — М.: МГГУ, 2006. — № 8. — С. 320−325.

3. Рашкин А. В. Взрывное рыхление рудного штабеля при кучном выщелачивании металлов / А. В. Рашкин, И. А. Яшкин, П. Б. Авдеев // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный вып. «Забайкалье»: Сб. научн. тр. -М., 2007 -№ 4 — С.263−269.

4. Рашкин А. В. Классификация способов управления процессами кучного выщелачивания руд / А. В. Рашкин, П. Б. Авдеев, И. А. Яшкин // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). — Санкт-Петербург — Чита: 2006. -Т. 11, № 5 (Спец. Вып.). -С. 166−169.

5.' Шумилова Л. В., Яшкин И. А. Влияние конструктивных особенностей площадоккучного выщелачиванияна повышение эффективностии экологической* безопасности геотехнологии- / JI. Ы Шумилова, И. А. Яшкин // Материалы. Четвертой научно-технической конференции*. Горного института. — Чита, 2003 — О. 18−20.

6: Яшкин И. А. Повышение эффективности и экологической безопасности технологии кучного выщелачивания руд / И. АЯшкин // Материалы Международной молодежнойнаучной конференции «Молодежь Забайкалья: творчество и прогресс» — Чита, 2004 — С. 6871.:. ' ;

7. Рашкин А. В., Яшкин И. А. Гидроизоляция оснований рудного штабеля при кучном выщелачивании руд / А. В. Рашкин, И. А. Яшкин // Материалы IV Межрегиональной научно-практической конференции «Кулагинские чтения». — Чита, 2004 — С. 133−137.

8. Яшкин И. А. Управление гидродинамическими процессами кучного выщелачивания руд / И. А. Яшкин // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». — Чита- 2005 — С. 89−92.

9. Яшкин ИА. Совершенствование технологии кучного выщелачивания золотосодержащих руд / И: А. Яшкин, Е. С. ПереваловД1 В-Шестаков // Материалы X Международной молодежной научной конференции «Молодежь Забайкалья: культура здоровья — здоровое общество». — Чита: ИЦ ЧГМА, 2006 — С. 228−231.

Ю.Яшкин И: А. Новые конструкции оснований рудного штабеля при кучном выщелачиваниишеталлов / И. А. Яшкин, Д. В. Шестаков, В. С. Перевалов // Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения». — Чита- 2006. ЧII. — С. 3−6.

П.Рашкин А. В., Яшкин И. А. Технология взрывного рыхления штабеля при кучном выщелачивании руд / А. В. Рашкин, И. А. Яшкин // Материалы VI Всероссийской научно-практической, конференции «Кулагинские чтения». — Чита, 2006. ЧII. — С. 6−9. t.

12.Яшкин И. А. Экологически безопасные конструкции1 оснований рудного штабеля при кучном выщелачивании металлов / И: А. Яшкин, Д. В. Шестаков, Е. С. Перевалов" // Материалы^ XI Международной молодежной научно-практической* конференции «Молодежь Забайкалья: эффективная экономика — благополучное развитие края». — Чита: ЧИ БГУЭП- 2007 — 4.1 — С. 6−9.

13.ЯшкиН' И. А. Интенсификация процессов кучного выщелачивания в рудном штабеле / И. А. Яшкин, С. В. Казанов, А. Е Логинов // Материалы XI Международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь. Забайкалья: эффективная экономика — благополучное развитие края». — Чита: ЧИ БГУЭП, Г 2007 — 4.2 — С. 187- 190.

И.Пат. № 2 283 879 Российская Федерация, МПК С22 В 3/04, С22 В 11/00. Способ кучного выщелачивания руд / Рашкин А. В., Авдеев П. Б., Резник Ю. Н., Шумилова Л. В., Яшкин И. А.- заявитель и патентообладатель Читинский Государственный Университет. -№ 2 004 133 306/02- заявл. 15.11.2004; опубл. 20.09.2006. — Бюл. № 26.

15.Положительное решение о выдаче пат. № 2 006 137 227/03(40 526) от 20. 10. 06. Способ взрывного рыхления штабеля при кучном выщелачиваниируд / Яшкин И. А., Рашкин А. В., Авдеев П. Б., Овешников Ю. М.- заявитель Читинский гос. ун-т.

16.Положительное решение о<�выдаче пат." № 2 007 111 104/03(12 061') от 26. 03. 07. Основание штабеля для кучного выщелачивания руд / Рашкин А. В., Яшкин И. А., Авдеев П. Б., Карасев К. И., Глотова Е. В.- заявитель Читинский гос. ун-т.

17.Положительное решение о выдаче пат. № 2 006 138 558 (42 009) от 31.10. 06. Основание для кучного выщелачивания руд, хвостов и концентратов / Рашкин А. В., Авдеев П. Б., Яшкин И. А.- заявитель Читинский гос. ун-т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Bl диссертационнойработе в результате теоретических и экспериментальныхисследований решена актуальнаянаучно-техническаязадача, повышения эффективности технологии. кучного5 выщелачивания! золотосодержащих: руд путем: интенсификации' процесса выщелачивания в рудном штабеле и повышения надежности Г1ФО, имеющая существенноезначение для золотодобывающей промышленности.

Основные научные и практические' результаты. заключаются в следующем-. — ' 1. обоснованы и разработаны новые технические решения, и технологическая схема рудоподготовки и формирования: рудного штабеля с послойным: фракционированием": и предварительной цианидной подготовкой) отсыпаемых слоев ч в¦> определенных режимах и последовательности, позволяющаяускорить процесс выщелачиванияшаЗО-.40%:и, повысить извлечение золота-.

2. Установлены закономерности изменения, коэффициента фильтрации реагентов при различных способах формирования рудного штабеля.

3. Разработаны новый: способ и технология щадящего взрывного-рыхления штабелярассредоточенными короткозамедленными зарядами: низкоплотных ВВ, позволяющая интенсифицировать процесс выщелачивания за счет разрушения, кольматационных каналов в рудном штабеле.

4. Установлены зависимости. расстояний зарядов ВВ? до гидроизоляционного основания, рудного штабеля от скорости распространения продольной волны, трещиноватости горных пород и количества одновременно' взрываемых групп зарядов при взрывном рыхлении рудного штабеля.

5. Разработана новая конструкция ПФО с гидроизолирующими, и защитно-дренажными слоями, с применением в нижнем защитнодренажном слое цеолитов, позволяющая предотвратить проникновение токсичных цианидных растворов в водоносные горизонты.

6. Разработана новая конструкция ПФО с электролитическим разрушением цианидов сеточными электродами в< дренажном и защитно-дренажном слоях, позволяющая разрушать цианидные комплексы и обезвреживать токсичные цианидные растворы при аварийных ситуациях.