ЛЕКЦИЯ 13. Общие сведения о подземно-химическом и бактериально-химическом выщелачивании меди

План:

1.Общие сведения о ПВ.

2.Подземное химическое и бактериально - химическое выщелачивание меди.

Цель занятий:

1. Дать студентам  понятия и общие сведения о выщелачивании металлов.

2. Выяснение методов подземного химического и бактериально - химического выщелачивания меди. 

Опорные слова:

процесс, компонент, эксплуатация, фактор, рН, растворитель, орошений, кислород, цементная, установка, извлечения.

Рекомендуемые материалы

1. При отработке рудных тел  в месторождениях цветных металлов обычно накапливается большие запасы неиспользуемых за балансовых руд, в которых содержание металла менее конди-ционного, потерянных руд, которые находятся в старых закладках и выработках, в маломощных участках рудных тел, в зонах обрушения и т.п.

Для эффективного и рентабельного извлечения металлов из этих руд при благоприятных горно - геологических условиях возможно использование метода химического или бактериально - химического выщелачивания.

Подземное выщелачивание (ПВ) - процесс перевода полезного компонента из горных пород и руд на месте их залегания в раствор и его выемки  на дневную поверхность в растворенном виде для последующей переработки. (различают скважинное и шахтное выщелачивание)   

Схема подземного выщелачивания аналогична кучному, с той лишь разницей, что выщелачивающие химические или бактериальные растворы при подземном выщелачивании закачиваются непосредственно в рудное тело через пробуренные с поверхности скважины. Через определенное время просачивающийся через руду в раствор, содержащий выщелоченный металл, собирается в подземных выработках на одном из горизонтов, откуда насосами подаются на цементационную или экстракционную установку, расположенную на поверхности.

Подземное выщелачивание или бесшахтной способ  разработки месторождения ПИ характеризуются значительными потенциальному возможностями для увеличения производства металлов и расширения промышленных запасов ПИ. Среди прочих преимуществ этого способа разработки месторождений следует отметить также довольно низкие капитальные затраты, быструю окупаемость капитальных вложений, минимальное воздействие на окружающие среды и повышение уровня безопасности горных работ.

В промышленных условиях ПВ урана осуществляется  в США, СНГ, и др. странах и в Р.Узбекистан.

При подземном выщелачивании  большое значение  имеют горно-геологические условия месторождения  и способ  его подготовки к эксплуатации. Технология ПВ самым тесном образом связано с геологическими, морфологическими и гидрогеологическими особенностями месторождения и рудного участка, подготавливаемого к выщелачиванию. Во-первых, необходимо, чтобы руда месторождения имела естественную проницаемость или возможность сделать её проницаемой для выщелачивающего раствора. Во – вторых, необходимо наличие под рудным участком, отведенного для выщелачивания, непроницаемого слоя, обеспечивающего сток и сбор продуктивных растворов, направляемых на извлечение металлов. Для создания необходимой проницаемости применяется дробление рудного тела с применением обычных или ядерных устройств. Размер кусков выщелачиваемой руды зависит от состава вмещающих пород, способа их разрушения и состава применяемого раствора. Например: Сернокислотное подземное выщелачивание может сопровождаться кольматацией   каналов  и пор  что значительно снижает фильтрационные свойства рудного тела. Особенно это свойственно  рудам, которые  содержат в качестве  вмещающей  породы  карбонаты, когда  происходит химическая колматация  пор гипсом. Для  улучшения  фильтрационных свойств рудных тел увеличивают  гидростатическое давление выщелачивающих растворов  или подаваемого  воздуха, а  также  снижает до минимума  концентрацию Н₂SО₄ .

 Для ПВ так же, как для кучного  и чанового, определяющими  факторами  являются pH выщелачивающих растворов.

ОВП (Еh), содержание  двухвалентного  и  трехвалентного железа кислорода  и  углекислоты и, безусловно, наличие тионовых  микроорганизмов, которое  значительно  ускоряют  протекание  окислительных процессов  на поверхности  сульфидных  минералов. Для повышения их активности  в условиях ПВ необходимо  создать также оптимальное  параметры процесса – рН, температуру   обеспечиваемое  кислородом, углекислотой, минеральными солями .

Методика  исследований для  обоснования ПВ, а также  техника и технология ПВ, экономика процесса и практика его применения подробно  рассмотрены в монографии А. И. Калабина.

   2. Подземное химическое и бактериально - химическое выщелачивание меди

 Наиболее широко подземное выщелачивание (ПВ) применяется для извлечения меди из окисленных и смешанных забалансовых и потерянных руд. Большой опыт промышленной эксплуатации установок ПВ меди накоплен на руднике  Майами (США). Однако в месторождении остались  значительные запасы бедных руд, содержание меди в которых составляет 0,1 - 0.2 %. Медь представлена в основном халькозином (Сu₂S). Технология этого процесса после его внедрения  в неоднократно совершенствовалась.

 В начале рудная масса орошались через воронку обрушения площадью 0.46 км² над отработанными участками. Затем часть воронки была заполнена раздробленной медной рудой, содержащей 0.78%меди                                                                                                                                                                                         четверть которой представлена сульфидными минералами меди, а остальная часть -окисленными  минералами. Таким образом, в воронке образовался рудный отвал площадью около 0.019 км² который выщелачивался совместно с подземной рудой, находящейся под воронкой обрушения.

Применение в качестве растворителя воды, растворяющей только окисленные минералы меди, оказалось неэффективным. Поэтому в выщелачивающие растворы добавили Н₂SO₄ концентрация которой была  затем уменьшена с 30 до 3-4 г/ л. Выщелачивающие растворы после прудка куда  добавляется серная кислота полиэтиленовым трубам подаются на орошение методом разбрызгивания. Растворы после трех-четырех недель проходят через всю толщу руды и собираются на горизонте 305 м. откуда подаются насосами на извлечение меди. Выщелачивающие растворы имеют рН около 2.4 что является благоприятным для жизнедеятельности бактерий. На участках где имеются глины,   орошение осуществляется через скважины. Пробуриваемые с поверхности по сетке 15Х15 м. Орошение проводится до тех пор, пока в растворе после выщелачивания концентрация меди снижается до 1.3-0.9 г/л. Скорость движения раствора через слой руды составляет 659 м/сутки. Интервал между орошениями обычно поддерживается равным 3 месяца за это время сульфидные минералы окисляется не только под действием кислорода воздуха но и в результате деятельности тионовых микроорганизмов. Потери раствора на испарение не превышают 10%. Растворы после выщелачивания обычно содержат до 2 г/л Сu  и  2 г/л  Fе. Мед из растворов извлекалась цементацией железным скрипом при расходе железа от 0.59 до 1.09 т. на 1 т меди или экстракций. Получаемая цементная медь содержит до 80-85 % Сu. На 1 т меди расходуется 1.4 т железного скрипа и 5.17 т серной кислоты.  На  рис.13.1 Представлены схема подземного выщелачивания сульфидных минералов меди ( на прем. Рудника Бит Майк США) в основном- халькозином ( Сu₂О) с содержанием меди 2% . Показано .что при сернокислотном выщелачивании растворами имеющими рН 2. удается извлечь около 70% Сu .

После массового взрыва, когда было раздроблено  около  600 тыс.  т  горной  массы  до  кусков среднего размера 230 мм, было  оборудовано  четыре  террасы, по  разровненной  поверхности  которой   проложены  распределительные  полихлорвиниловые  шланги  50 мм  с  разбризгивающимы  насадками.

Слабый раствор Н₂SO₄ (рH=1,5-2) подавался  магистральным и распределительными  трубопроводами   на поверхность террас при расходе 750л/мин. Медьсодержащие растворы после  просачивания  через раздробленное  рудное  тело самотеком   поступали  в  выработки,  расположенные  в нижней  части  карьера (рис) откуда  откачивались  на  цементационную установку через эксплуатационную скважину, пройденную на дне карьера на глубину 54 м. Продуктивные растворы содержат 2 г/л меди.

Рис13. 1.  Схема  подземного  выщелачивания  («Биг  Майк» США)

1-емкость  для  серной  кислоты: 2-прудик  для  приготовления   выщелачивающих  растворов  3-трубопровод  для  хвостовых растворов ,  4-насос для  подачи  свежей  воды; 5-трубопровод  для  выщелачивающих  растворов 6-оросительная  система:7-  скважина для откачки продуктах растворов 8- цементационные  камеры:9-сущильная площадка:10-зумп для хвостовых растворов.

               В СНГ пущена опытно промышленная установка подземного бактериально-химического выщелачивания (на Дестярском) руднике и показано, что наличие в растворах тиановых микроорганизмов значительно повышает скорость регенерации сульфата окиси железа и содержание меди в продуктивных растворах. Применение сульфата аммония и фосфорнокислых солей правило повышения активности клеток и увеличения их количества.  При этом ежесуточное извлечение меди повышалось на 10-17%, а цинка на 16-28%.                                                 

                                        Вопросы для повторения

1. Подземное выщелачивание и его принципиальное отличие от других видов выщелачивания полезных ископаемых?

2.  Разъясните ход технологии осуществления подземно- химического и бактериально- химического выщелачивания меди?

3.Опишите принципиальную схему подземного выщелачивания?     

                              Предмет: «Биотехнологические процессы в металлургии»

                                 Преподаватель: доц. Абдурахманов Э.  

                                 Количество студентов и курс: 48 студентов, 4 курс

                                 Продолжительность занятия: 80 минут

Технология «Смысл понятие»