СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1995 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке, главным образом открытой, рудных месторождений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является известный способ складирования горных пород ярусами, включающий отсыпку в основании отвала слоя дренирующих пород, формирование ряда параллельных пионерных насыпей с образованием между ними емкостей и экранированием их боковых поверхностей породами с высокими антифильтрационными показателями, заполнение емкостей первого яруса карбонатсодержащими породами, а емкостей второго яруса - некондиционными карбонатсодержащими рудами и водой, насыщенной диоксидом углерода. При осуществлении способа растворение полезных компонентов при многокомпонентных горных породах осуществляется, главным образом, валовым способом, что ограничивает возможности управления их миграцией и, следовательно, снижает эффективность способа.

Цель изобретения - повышение эффективности складирования горных пород за счет обеспечения селективной концентрации полезных компонентов в различных технологичных для последующей отработки частях отвала путем управляемой миграции и осаждения полезных компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа селективного складирования горных пород, включающего подготовку основания отвала с отсыпкой на него дренирующего слоя, укладку горных пород слоями, экранирование боковых поверхностей отвала и обработку его поверхности водой с растворенными в ней активными агентами, слои пород формируют поочередно снизу вверх. Верхний слой формируют из многокомпонентных горных пород с различным электродным потенциалом входящих в их состав минералов. Остальные слои формируют из горных пород, являющихся геохимическим барьером для каждого вида выделяемых из верхнего слоя полезных компонентов.

Барьерные для каждого выделяемого полезного компонента слои укладывают снизу вверх в последовательности, соответствующей порядку возрастания электродного потенциала содержащих полезные компоненты минералов горных пород верхнего слоя, определяющего очередность их растворимости. Между различными минералами в одном растворе возникает разность потенциалов за счет образования локальных гальванических элементов, что способствует усиленному растворению более электроотрицательного минерала по сравнению с более электроположительным.

Поверхность сформированного отвала обрабатывают водой с растворенными в ней активными агентами, активизирующими процесс миграции полезных компонентов в водном растворе. Содержащие полезные компоненты минеральные образования верхнего слоя, представленного многокомпонентными горными породами, характеризующиеся различным электродным потенциалом, растворяются в воде, причем устойчивость каждого из них контролируется величиной электродного потенциала. Быстрее и наиболее полно растворяется минерал, имеющий более низкий электродный потенциал.

Полученные растворы, содержащие полезные компоненты, мигрируют под действием гравитационных сил сверху вниз и достигают соответствующих барьерных нижних слоев, где из-за смены геохимической обстановки до и после барьера происходит осаждение полезных компонентов и их селективная концентрация в определенном барьерном слое, в результате чего их содержание в этом слое повышается и достигает промышленных значений.

На чертеже представлена схема формируемого при осуществлении предложенного способа складирования отвала.

Отвал включает спланированное основание 1, дренирующий слой 2, нижние слои 3, 4, 5, сформированные из горных пород, создающих резкую смену геохимической обстановки и являющихся барьерными слоями для определенного вида мигрирующих полезных компонентов, верхний слой 6, сформированный из многокомпонентных горных пород с низким содержанием полезных компонентов (количество выделяемых полезных компонентов должно соответствовать количеству барьерных слоев) и различным электродным потенциалом входящих в их состав минералов, антифильтрационный экран 7 боковых поверхностей отвала, источник воды 8.

Примером конкретного выполнения предложенного способа может служить складирование сульфидосодержащих горных пород, включающих следующие полезные компоненты: цинк, медь, золото (подобная ассоциация характерна, в частности, для золотосульфидных месторождений). Основными рудными минералами являются при этом, например, сфалерит, халькозин и пирит с тонкодисперсной золотой минерализацией.

Электродный потенциал сфалерита составляет от -0,2 В до -0,4 В. Потенциал халькозина, например, 0,22-0,48 В. Пирит обладает наиболее положительным электродным потенциалом, составляющим, например, 0,41-0,48 В. Цинк является поэтому в данном случае наиболее легкорастворимым компонентом, далее следует медь и наиболее труднорастворимым является золото. Соответственно в массиве отвала располагают последовательно слои горных пород, формирующих геохимические барьеры для миграции различных полезных компонентов.

На спланированном участке 1 поверх слоя 2 горных пород с фильтрационными свойствами, например, песчаных, мощностью, например, 0,5 м, формируют слой 3 мощностью, например, 2-4 м из горных пород с преимущественным содержанием минерала сфалерита (содержание цинка, например, 1,5%), являющийся геохимическим барьером (сорбционным) для миграции в растворе цинка. Затем формируют слой 4 мощностью, например, 2-4 м из горных пород, играющих роль геохимического барьера для мигрирующей в растворе меди, например, на основе кремнезема, с содержанием меди, например, 0,25%. Затем формируют барьерный слой 5 мощностью, например, 2-4 м из горных пород с преимущественным содержанием минерала барита, образующих сорбционный барьер для миграции золота и характеризующихся содержанием золота, например, 0,9 г/т.

По содержанию полезных компонентов горные породы барьерных слоев 3, 4, 5 относятся, например, к некондиционным рудам.

Далее формируют верхний - выщелачиваемый слой мощностью, например, 8-10 м из многокомпонентных золотосульфидных горных пород вышеуказанного состава с содержанием цинка, например, 0,9%, меди - 0,15% и золота - 0,6 г/т и относимых по содержанию полезных компонентов, например, к пустым породам.

Боковые поверхности отвала экранируют покрытием слоем 7 пород с антифильтрационными свойствами, например, глинистых, обработанных поверхностно-активными веществами, мощностью, например, 0,5 м.

Поверхность отвала обрабатывают водой с растворенными в ней хлорсодержащими кислотами, например, 7%-ным раствором соляной кислоты из источников 8.

При этом в горных породах верхнего слоя 6 первым растворится наиболее электроотрицательный минерал, в данном случае - содержащий цинк сфалерит, затем - менее электроотрицательный минерал - содержащий медь халькозин и, наконец, золото.

Сульфидные минералы меди растворяются при этом согласно реакции:
2Сu₂S + 2HCl _→ 2 CuCl₂ + Н₂.

В зависимости от величины, характеризующей водородный показатель растворов рН, возможны различные формы миграции меди:
Сu⁺, CuCl^-, CuClOH^-, CuCl₂^- и др.

Аналогичным образом происходит растворение минералов цинка и миграция данного компонента.

В процессе растворения золота важно присутствие хлоридиона, необходимого для растворения пассивирующей оксидной пленки, по реакции:
2 Au + 3Cl₂_→ 2AuCl₃;
Au + 4 Cl^- AuCl₁^-.

Основными формами миграции золота при этом являются комплексы [Au(OH₂] ^-, [AuCl₃OH]^-, AuCl₄^- и др.

Растворы мигрируют вниз, главным образом, под действием гравитационных сил. Первоначально в растворе содержатся преимущественно ионы Zn²⁺, которые вследствие того, что геохимическим барьерам, и в особенности сорбционному, свойственна селективность свободно проходят через слои 5 и 4 и осаждаются в слое 3 на сорбционном барьере, образованном минералом сфалеритом. Цинк при этом переходит в сульфидную, частично - в металлическую форму. При условии, что произошло растворение, миграция и осаждение в слое 3, например, 60% цинка, содержащегося в горных породах слоя 6, его содержание в некондиционных рудах слоя 3 повысится с первоначального значения 1,5% до 2,7-3,9%.

Затем повышенное содержание в растворе имеют ионы и комплексы меди, которые, в свою очередь, проходят слой 5 и мигрируют до слоя 4, являющегося геохимическим барьером для миграции меди. Сорбирующие свойства по отношению к меди проявляет в данном случае кремнезем (Смирнов С.И. О физико-химических условиях и механизме образования некоторых гипергенных минералов // Геохимия, 1964, N 6). При заданных параметрах слоев содержание меди в горных породах слоя 4 (при условии, что в раствор перешло и затем осело 60% меди из пород слоя 6) содержание меди повысится, например, с 0,25% до 0,45-0,65%.

В последнюю очередь растворы насыщаются комплексами золота, сорбентом для которого служат содержащие барит горные породы слоя 5: коллоидное золото, полученное восстановлением из хлорного золота, извлекается из растворов различными минералами, и наиболее эффективно - баритом (Чухров Ф.В. О миграции золота в зоне окисления // Изв. Ан СССР. Геол., 1947, N 4,). Золото сорбируется баритом и осаждается в слое 5, вследствие чего его содержание здесь повышается, например, с 0,9 г/т до 1,7-2,5 г/т.

Избыток воды удаляется через фильтрационный слой 2.

Таким образом, обеспечивается селективная концентрация полезных компонентов - золота, меди и цинка в ограниченном объеме барьерных слоев, где их содержание достигает промышленного значения (некондиционные ранее руды становятся кондиционными), что обусловливает целесообразность последующей раздельной отработки отвала горизонтальными слоями с вовлечением горных пород каждого из этих слоев в переработку.

Использование: для селективного складирования горных пород, селективной концентрации полезных компонентов в различных частях отвала путем их управляемой миграции и осаждения. Слои пород формируют поочередно снизу вверх. Верхний слой формируют из многокомпонентных горных пород с различным электродным потенциалом входящих в их состав минералов. Остальные слои формируют из пород, являющихся геохимическим барьером для каждого вида выделяемых из верхнего слоя полезных компонентов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО СКЛАДИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий подготовку основания отвала с отсыпкой на него дренирующего слоя, укладку горных пород слоями, экранирование боковых поверхностей отвала и обработку его поверхности водой с растворенными в ней активными агентами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса складирования горных пород за счет обеспечения селективной концентрации полезных компонентов в различных технологичных для последующей отработки частях отвала путем управляемой миграции и осаждения полезных компонентов, слои пород формируют поочередно снизу вверх, при этом верхний слой формируют из многокомпонентных горных пород с различным электродным потенциалом входящих в их состав минералов, а остальные слои формируют из горных пород, являющихся геохимическим барьером для каждого вида выделяемых из верхнего слоя полезных компонентов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барьерные для каждого выделяемого полезного компонента слои укладывают снизу вверх в последовательности, соответствующей порядку возрастания электродного потенциала содержащих полезные компоненты минералов горных пород верхнего слоя, определяющего очередность их растворимости.