СПОСОБ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 2001 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к кучному выщелачиванию полезных ископаемых преимущественно при разработке хвостохранилищ.

Известен способ кучного выщелачивания полезных ископаемых, включающий размещение рудной массы на подготовленную площадку с системой подачи и сбора растворов, подачу выщелачивающего раствора, обработку рудной массы с помощью импульсного источника давления, осуществляемого взрывное или пневматическое встряхивание ручной массы и сбор продуктивного раствора (А.Е.Воробьев, Т.В. Чекушина. Классификация штабелей кучного выщелачивания металлов // Горный журнал 1997 г. N 3, с. 36-42).

Недостатком известного способа кучного выщелачивания полезных ископаемых является низкая эффективность выщелачивания из-за того, что разовое взрывное встряхивание рудной массы недостаточно увеличивает интенсивность процесса выщелачивания, повторение взрывного встряхивания сложно и связано со значительными затратами, а пневматическое встряхивание слабо влияет на интенсивность процесса выщелачивания и на полноту извлечения полезного компонента.

Также известен способ кучного выщелачивания полезных ископаемых, включающий размещение рудной массы на подготовленную площадку с системой подачи и сбора раствора, подачу выщелачивающего раствора, обработку рудной массы электрическим током путем его спокойного перетекания по руде между электродами и сбор продуктивного раствора. Недостатком этого способа является также его низкая эффективность из-за того, что такая спокойная без встряхивания электрохимическая обработка руды недостаточно увеличивает скорость выщелачивания.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности способа выщелачивания полезного ископаемого. Технический же результат от использования изобретения заключается в создании посредством электрического источника в выщелачивающем растворе физико-химических условий, интенсифицирующих процесс выщелачивания.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе кучного выщелачивания полезных ископаемых, включающем размещение рудной массы на подготовленную площадку с системой подачи и сбора растворов, подачу выщелачивающего раствора, обработку рудной массы электрическим током и сбор продуктивного раствора, согласно изобретению перед обработкой электрическим током подачу выщелачивающего раствора в рудную массу производят до ее насыщения, причем обработку электрическим током производят с помощью плазменной установки, производящей в рудной массе электрические разряды. Эти разряды производят с повторением и интенсивностью, обеспечивающими возбуждение в насыщающем рудную массу выщелачивающем растворе акустической кавитации, достаточной для образования заданного количества перекиси водорода, обеспечивающего окисление нерастворимых солей рудной массы. Рудную массу на подготовленную площадку размещают слоями, при этом плазменной установкой обрабатывают каждый слой. В качестве плазменной установки используют, например, электрогидравлический плуг, при этом верхнюю по толщине половину слоя рудной массы отсыпают из песковой руды, а по мере увеличения высоты кучи интенсивность обработки слоев увеличивают.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что в растворе, насытившем рудную массу, с помощью ударных волн и высокого импульсного давления, создаваемых электрическими разрядами, в жидкости (растворе) возбуждают и поддерживают акустическую кавитацию до обеспечения в течение заданного времени в рудной массе заданного количества перекиси водорода.

На фиг. 1 изображена площадка в процессе послойного размещения на ней рудной массы и ее выщелачивания, поперечный раз рез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, электрогидравлический плуг в работе.

Способ осуществляют следующим образом.

В пределах хвостохранилища 1 посредством замкнутой в плане дамбы 2 создают площадку в виде емкости 3, вмещающей в себя нижнюю часть многоразово создаваемой будущей кучи 4. Дно 5 емкости 3 и ее борта (откос дамбы 2) гидроизолируют слоем глины 6 и многослойной пленкой 7, над которой выполняют дренажный слой 8 (крупнозернистый песок) с собирательными перфорированными трубами (не показаны) и отводящей коллекторной трубой 9. Кучу 4 в пределах емкости 3 и выше ее создают путем последовательной отсыпки рудной массы слоями 10. Каждый слой 10 посредством периодически перекладываемых перфорированных труб 11 насыщают выщелачивающим раствором 12 и обрабатывают посредством плазменной установки 13 (известной также как электроразрядная или электрогидравлическая), производимой обычно с повторением и интенсивностью, обеспечивающими возбуждение в насыщающем рудную массу выщелачивающем растворе акустической кавитации, достаточной для образования заданного количества перекиси водорода, обеспечивающего окисление нерастворимых солей рудной массы.

Последнее определяют путем взятия из кучи 4 проб выщелачивающего раствора.

При создании кучи 4 воздействие выщелачивающего раствора на верхние слои всегда будет менее продолжительным, чем на нижнем, поэтому по мере увеличения высоты кучи 4 интенсивность обработки слоев 10 увеличивают.

Слив рабочего раствора из дренажного слоя 8 производят в зумпф (раствороприемник) 14 путем открытия задвижки 15 на коллекторной трубе 9. После этого насосом 16 раствор подают на сорбционные колонки 17.

Плазменную установку 13 выполняют, например, в виде электрогидравлического плуга, предложенного для агропромышленной отрасли (Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. Л: Машиностроение, Лен.отд. 1986, с. 222, рис. 7.3). Такой плуг (фиг. 2) включает плужную раму 18, токопровод 19, коленчатую ось 20, транспортные колеса 21, лыжи 22, задний нож 23, сошник (отрицательный электрод) 24, конец кабеля (положительный электрод) 25, передний нож - сошник 26. При обработке слоя 10 сошники 24 и 26 заглубляют на половину высоты слоя 10, в которую отсыпают песковую руду, например хвосты 27, а в нижнюю половину - руду, средние и крупнодробленую 28 (при ее наличии и целесообразности).

Электроды 24 и 25 образуют энерговыделяющий узел. Генератор импульсных токов, система высоковольтной зарядки и управления и элементы кабельной системы передачи энергии (кроме токопровода 19) на чертеже не показаны.

Вокруг длинного плазменного канала электрического разряда 29 электрогидравлический эффект приводит к разрыву сорбционных и периферических химических связей и даже к образованию новых соединений. Так образуются анионы OH^-, которые интенсивно переходят в перекись водорода, в свою очередь распадающуюся обычно в виде микровзрывов на H₂O и O, что вызывает энергичное, практически мгновенное окисление образовавшимся активным атомарным кислородом до этого нерастворимых и труднорастворимых солей рудной массы.

Одновременно с этим высокое импульсное давление создает ударные волны, вызывающие в более существенном, в сравнении с плазменным каналом, объеме 30 акустическую кавитацию в насыщающем рудную массу растворе, последнее ведет к аналогичным, что и в плазменном канале 29, физико-химическим превращениям, основные из которых следующие:
- связная вода, изначально покрывающая поверхность твердых минеральных частиц, переходит в свободную, а во всем растворе уменьшается вязкость;
- образуется перекись водорода H₂O₂ с последующим ее распадом на H₂O и O.

Первое превращение облегчает доступ раствора к минеральным частицам руды и временно повышает проникающую способность раствора, а второе вызывает энергичное окисление и длительно препятствует восстановлению структуры раствора, а следовательно, и снижению его проникающей способности.

При плазменной обработке слоя 10 в нижнем полуслое средне- и крупнодробленая руда 28 дробится и уплотняется, а в верхнем полуслое песковая руда (хвосты) 27 разрыхляется, что также благоприятным образом сказывается на процессе выщелачивания.

В результате этого даже при малой концентрации раствора время выщелачивания рудной массы многократно сокращается, а полнота извлечения полезных компонентов увеличивается. При этом рабочий раствор, полученный в результате плазменной обработки, экологически относительно чист, обычно содержит одновременно до десяти и более полезных компонентов, в качестве же рудной массы может быть использовано не только ископаемое сырье, но и другие твердые отходы, например зола уноса тепловой электрической станции.

Полученные после выщелачивания конечные хвосты перескладируют на площадку постоянного хранения, а на освободившуюся площадку отсыпают для выщелачивания новую кучу.

Авторы готовы предложить для кучного выщелачивания в общих чертах более совершенную конструкцию плазменной установки, чем известный электрогидравлический плуг.

Использование: в горной промышленности при кучном выщелачивании полезных ископаемых преимущественно при разработке хвостохранилищ. Технический результат заключается в создании посредством акустической кавитации, возбуждаемой электрическим источником импульсного давления в выщелачивающем растворе, физико-химических условий, интенсифицирующих процесс выщелачивания. В способе кучного выщелачивания полезных ископаемых, включающем размещение рудной массы на подготовленную площадку с системой подачи и сбора растворов, подачу выщелачивающего раствора, обработку рудной массы электрическим током и сбор продуктивного раствора, согласно изобретению перед обработкой электрическим током подачу выщелачивающего раствора в рудную массу производят до ее насыщения, а электрообработку производят с помощью электрогидравлического устройства, производящего в рудной массе электрические разряды. Эти разряды производят и повторяют с интенсивностью, обеспечивающей возбуждение в насыщающем рудную массу выщелачивающем растворе акустическую кавитацию, достаточную для образования заданного количества перекиси водорода. Рудную массу на подготовленную для выщелачивания площадку размещают слоями, при этом электрогидравлическим устройством обрабатывают каждый слой. Рудную массу обрабатывают, например, электрогидравлическим плугом, при этом верхнюю по толщине половину слоя отсыпают из песковой руды, а по мере увеличения высоты кучи интенсивность обработки слоев увеличивают. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ кучного выщелачивания полезных ископаемых, включающий размещение рудной массы на подготовленную площадку с системой подачи и сбора растворов, подачу выщелачивающего раствора, обработку рудной массы электрическим током и сбор продуктивного раствора, отличающийся тем, что перед обработкой электрическим током, подачу выщелачивающего раствора в рудную массу производят до ее насыщения, причем обработку электрическим током производят с помощью плазменной установки, производящей в рудной массе электрические разряды с повторением и интенсивностью, обеспечивающими возбуждение в насыщающем рудную массу выщелачивающем растворе акустической кавитации, достаточной для образования заданного количества перекиси водорода, обеспечивающего окисление нерастворимых солей рудной массы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рудную массу на подготовленную площадку размещают слоями, при этом плазменной установкой обрабатывают каждый слой. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве плазменной установки используют электрогидравлический плуг, при этом верхнюю по толщине половину слоя рудной массы отсыпают из песковой руды. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что по мере увеличения высоты кучи интенсивность обработки слоев увеличивают.