УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУД И ГЕОТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ В ХОЛОДНЫЙ И ТЕПЛЫЙ ПЕРИОДЫ ГОДА Российский патент 2006 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к устройствам для исследования технологических параметров выщелачивания полезных ископаемых, но может быть использовано при изучении физико-химического выветривания мерзлых пород.

Известно устройство для изучения технологических показателей фильтрационного выщелачивания на колонках в термостатических средах (см. Луценко И.К., Белецкий В.И., Давыдова Л.Г. Бесшахтная разработка рудных месторождений. М.: Недра, 1986), позволяющее поддерживать заданную положительную температуру, неизменными дебит и скорость фильтрации и состоящее из колонки с рудой, сосуда Мариотта, капилляра, стеклянной трубки для подачи раствора, контактного термометра, мерного цилиндра, тройника, мешалки, реле, лабораторного автотрансформатора, электронагревателя, корпуса термостата с водой, дегазатора.

Недостатком устройства является отсутствие возможности наблюдений за изменением температур выщелачиваемых руд, помещенных в колонку. Это не позволяет оценить вклад выделяемого тепла физико-химических реакций выщелачивания в температурный режим выщелачивающихся руд и раствора. В результате существенно снижается точность оценки технологических параметров выщелачивания полезных ископаемых. Кроме того, данное устройство не может работать при отрицательных температурах.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для изучения технологических параметров выщелачивания руд, позволяющее оценить влияние грунтов, имитирующих геологический разрез или его части, состоящий из грунтового лотка, проницаемых руд, глинистого водоупора, питающей емкости (сосуда Мариотта), питающей камеры, перфорированной стенки со стеклотканью, дренажной камеры (см. Справочник по геотехнологии урана./ Под ред. Д.И.Скворцова.// М.: Энергоатомиздат. - 1997. стр.593).

Недостатками устройства являются конструктивные особенности грунтового лотка, не позволяющие исследовать влияние внутренних и внешних теплоисточников на технологические параметры выщелачивания руд в течение эксперимента. Кроме того, устройство не позволяет учитывать влияние формы и ориентировки грунтового лотка относительно внешнего теплоисточника, имитирующего влияние Солнечной энергии на его тепловое состояние, а следовательно, на технологические параметры выщелачивания. Данное устройство не позволяет оценить суммарный и дифференцированный вклад теплоисточников на технологические параметры выщелачивания руд в грунтовых лотках с переменными геометрическими формами и ориентацией относительно Солнца.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить исследования технологических параметров выщелачивания в грунтовом лотке различной формы и литологического строения с учетом изменения угла наклона и ориентировки лотка к сторонам света, влияющих на поступление тепла от внешних теплоисточников (энергии Солнца, температуры раствора), а также внутренних теплоисточников за счет протекания физико-химических реакций при выщелачивании металлов из руд.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для изучения технологических параметров выщелачивания руд, включающее грунтовый лоток, питающую емкость, питающую камеру, дренажную камеру, дополнительно снабжено холодильной камерой, работающей в диапазоне положительных и отрицательных температур, в которую установлен грунтовый лоток, выполненный в виде трансформера, состоящего из раздвижных телескопических трубок, соединенных шарнирами в стыковочных узлах лотка, телескопические трубки выполнены с возможностью поворота на 360° вокруг оси шарниров, при этом каркас из телескопических пластиковых трубок обтянут тонким пластмассовым сетчатым материалом, а грунтовый лоток снабжен системой орошения руды, соединенной с питающей камерой выполненной в виде гидрометрической трубки для дозирования раствора в систему орошения руды, гирляндами из термопар (хромель-копелевыми), подключенных к самописцу, гирляндами из терморезисторов, подключенных к мосту сопротивления, и мерными капиллярными трубками, причем концы мерных капиллярных трубок с одной стороны выведены через основание грунтового лотка в руду, с другой - имеющей градуировку, за пределы холодильной камеры. Кроме этого, внутри холодильной камеры над грунтовым лотком помещен металлический контур с излучателем, установленным на электродвигателе с передаточным механизмом, а грунтовый лоток установлен на платформе, закрепленной на раме при помощи шарнира с одной стороны и домкрата с другой, между грунтовым лотком и платформой установлен водоотталкивающий теплоизоляционный материал, сверху на который уложен полиэтиленовый экран для сбора и транспортировки раствора. Кроме того, питающая емкость выполнена в виде термостата.

Изменение формы и наклона грунтового лотка позволяет изучать технологические параметры кучного выщелачивания руд при строительстве штабеля на местности с естественными геометрическими параметрами рельефа.

Использование холодильной камеры, термостата и теплового излучателя позволяет изучать влияние внешних теплоисточников (Солнечной энергии, температуры раствора) и внутренних теплоисточников (энергии физико-химических реакций) на технологические параметры кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в теплый и холодный периоды года.

Использование металлического контура с помещенным на нем тепловым излучателем позволяет изучать влияние внешнего теплоисточника (Солнечной энергии) на технологические параметры кучного выщелачивания с учетом изменения количества тепла, поступающего в грунтовый лоток, в зависимости от изменений формы, угла наклона и ориентировки относительно сторон света.

Использование свойств трансформера позволяет дифференцированно изучать изменение технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд в грунтовом лотке, имитирующем строение руд, с учетом изменения температурного и фильтрационного полей выщелачиваемых растворов в зависимости от изменения формы, угла наклона и ориентировки грунтового лотка относительно внешнего теплоисточника.

Установка мерных капиллярных трубок в грунтовый лоток позволяет изучать скорость и пути фильтрации влаги в грунтовом лотке. Измерение влияния внешних теплоисточников на температурное поле грунтового лотка достигается использованием гирлянд из терморезисторов, внутренних теплоисточников - гирлянд из термопар. Это позволит дифференцированно оценить влияние формы, угла наклона и ориентировки относительно внешнего теплоисточника на изменение технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года.

На фиг.1 изображено устройство для изучения технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года, на фиг.2-3 - шарнир для крепления телескопических трубок в узлах грунтового лотка.

Устройство для изучения технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года (фиг.1) содержит холодильную камеру 1, грунтовый лоток 2, имитирующий форму штабеля кучного выщелачивания, раму 3, термостат 4.

В холодильной камере 1 на раму 3, включающую домкрат 5 и платформу 6, установлен грунтовый лоток 2. Грунтовый лоток 2 выполнен в виде каркаса из телескопических пластиковых трубок 7, соединенных между собой шарнирами 8. Шарнир 8 (фиг.2) для крепления телескопических трубок 7 в узлах грунтового лотка 3 состоит из штока 9 и фиксаторов 10. Каркас из телескопических пластиковых трубок 7 обтянут тонким пластмассовым сетчатым материалом 11.

Между платформой 6 и грунтовым лотком 2 установлен водоотталкивающий теплоизоляционный материал 12, сверху на который уложен полиэтиленовый экран 13 для сбора и транспортировки раствора к разгрузочному отверстию 14. Разгрузочное отверстие 14 соединено с трубопроводом 15 покрытым теплоизолирующим слоем 16. Трубопровод 15 соединен с емкостью для сбора насыщенных растворов 17. Для управления углом наклона грунтового лотка 2 платформа 6 с одной стороны закреплена на шарнире 18, а с другой установлена на домкрат 5. Внутри холодильной камеры установлен вентилятор 19.

В грунтовом лотке 2 установлены гирлянды из терморезисторов 20 и гирлянды из термопар 21. Гирлянды из терморезисторов 20 подсоединены к мосту сопротивления 22, гирлянды из термопар (хромель-копелевые) 21 к самописцу 23. Кроме того, в водоотталкивающий теплоизоляционный материал 12 вмонтированы мерные капиллярные трубки 24, концы которых с одной стороны выведены через основание грунтового лотка в руду, с другой - имеющие градуировку за пределы холодильной камеры.

Над грунтовым лотком 2 расположен тепловой излучатель 25, закрепленный на электродвигателе с передаточным механизмом 26 и установленный на металлическом контуре 27. Холодильная камера 1 и термостат 4 снабжены ртутными термометрами 28 с ценой деления 0,1°С. К термостату 4 подведен трубопровод 29. Внутри термостата 4 установлен водонагревательный элемент 30 и мешалка 31. На выходном отверстии термостата 4 расположена гидрометрическая трубка 32. Гидрометрическая трубка 32 соединена с системой орошения руды 33.

Установка для изучения технологических параметров кучного выщелачивания металлов из руд и геотехногенных отходов в холодный и теплый периоды года работает следующим образом. Перед началом эксперимента при помощи домкрата 5 устанавливается заданный уклон грунтового лотка 2, помещенного в холодильную камеру 1, затем устанавливается геометрическая форма грунтового лотка 2 при помощи телескопических пластиковых трубок 7, соединенных между собой шарнирами 8, и обтягивается тонким пластмассовым сетчатым материалом 11. Далее в грунтовый лоток 2 засыпается руда, в которую помещаются гирлянды из терморезисторов 20 (точность определения ±0,1°С), служащие для наблюдения за изменением температуры руды при ее промерзании и оттаивании, гирлянды из термопар 21 для прецизионных измерений температуры руды (точность определения ±0,05°С) при поглощении или выделении энергии в результате физико-химических реакций выщелачивания металлов из руд. Наряду с этим в грунтовый лоток 2 и на его поверхность устанавливается система для орошения руды 34.

В холодильной камере 1 при помощи вентилятора 19, используемого для равномерного распределения воздуха в объеме холодильной камеры 1, устанавливается заданная температура. Температура воздуха в ходильной камере 1 и температура воды в термостате 4 определяется по ртутным термометрам 28 с точностью измерения ±0,1°С.

Раствор для орошения руды по трубопроводу 29 поступает в термостат 4. При помощи водонагревательного элемента 30 и мешалки 31 задается необходимая температура раствора. Термостатированный раствор поступает в гидрометрическую трубку 32 для дозированной подачи раствора в систему орошения руды 33.

Раствор из системы орошения руды 33 поступает в грунтовый лоток 2. Степень насыщения руды раствором и скорость его фильтрации в грунтовом лотке 2 регистрируется мерными капиллярными трубкам 24. В процессе выщелачивания руды наблюдение за изменением температурного поля в грунтовом лотке 2 производится при помощи моста сопротивлений 22, подключенного к гирляндам из терморезисторов 20. Прецизионные измерения температуры при поглощении или выделении энергии в результате физико-химических реакций выщелачивания металлов из руд проводятся при помощи гирлянд из термопар, подключенных к самописцу 23.

Образующийся при выщелачивании раствор под действием гравитационных сил поступает на полиэтиленовый экран 13, служащий для сбора и транспортировки насыщенного металлом раствора. Затем насыщенный металлом раствор по полиэтиленовому экрану 13 транспортируется к разгрузочному отверстию 14, соединенному с трубопроводом 15 покрытым для предохранения от промерзания насыщенного металлом раствора теплоизолирующим слоем 16. Далее по трубопроводу 15 насыщенный металлом раствор выводится из холодильной камеры 2 и скапливается в емкость для сбора насыщенного металлом раствора 17.

Моделирование воздействия Солнца на тепловой режим грунтового лотка 2 достигается изменением его геометрической формы, ориентировки и угла наклона к тепловому излучателю 25, закрепленному на электродвигателе с передаточным механизмом 26 и установленному на металлическом контуре 27, поделенном на сектора.

Результаты экспериментальных исследований показали, что использование предложенного устройства позволяет изучить влияние внутренних и внешних теплоисточников на технологические параметры кучного выщелачивания в холодный и теплый периоды года и без существенных экономических затрат совершенствовать технологию кучного выщелачивания в районах с суровыми климатическими условиями.

Изобретение относится к устройствам для исследования технологических параметров выщелачивания полезных ископаемых, но может быть использовано при изучении физико-химического выветривания мерзлых пород. Позволяет проводить исследования технологических параметров выщелачивания в грунтовом лотке различной формы и литологического строения с учетом изменения угла наклона и ориентировки лотка к сторонам света, влияющих на поступление тепла от внешних теплоисточников - энергии Солнца, температуры раствора, а также внутренних теплоисточников за счет протекания физико-химических реакций при выщелачивании металлов из руд. Устройство включает грунтовый лоток, питающую емкость, питающую камеру, холодильную камеру, в которую установлен грунтовый лоток, выполненный в виде трансформера, состоящего из раздвижных телескопических трубок, соединенных шарнирами в стыковочных узлах лотка. Телескопические трубки выполнены с возможностью поворота на 360° вокруг оси шарниров. Грунтовый лоток установлен на платформе, закрепленной на раме при помощи шарнира с одной стороны и домкрата с другой. Устройство имеет гирлянды из термопар, гирлянды из терморезисторов и мерные капиллярные трубки. Внутри холодильной камеры над грунтовым лотком помещен металлический контур с тепловым излучателем, установленным на электродвигателе с передаточным механизмом. Питающая емкость выполнена в виде термостата, а питающая камера в виде гидрометрической трубки для дозирования раствора в систему орошения руды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для изучения технологических параметров выщелачивания руд, включающее грунтовый лоток, питающую емкость, питающую камеру, отличающееся тем, что оно снабжено холодильной камерой, работающей в диапазоне положительных и отрицательных температур, в которую установлен грунтовый лоток, выполненный в виде трансформера, состоящего из раздвижных телескопических пластиковых трубок, соединенных шарнирами в стыковочных узлах лотка, телескопические пластиковые трубки выполнены с возможностью поворота на 360° вокруг оси шарниров, при этом каркас из телескопических пластиковых трубок обтянут тонким пластмассовым сетчатым материалом, а грунтовый лоток снабжен системой орошения руды, соединенной с питающей камерой, выполненной в виде гидрометрической трубки для дозирования раствора в систему орошения руды, гирляндами из термопар (хромель-копелевыми), подключенных к самописцу, гирляндами из терморезисторов, подключенных к мосту сопротивления, и мерными капиллярными трубками, причем концы мерных капиллярных трубок с одной стороны выведены через основание грунтового лотка в руду, с другой, имеющей градуировку, - за пределы холодильной камеры, при этом внутри холодильной камеры над грунтовым лотком помещен металлический контур с излучателем, установленным на электродвигателе с передаточным механизмом, а грунтовый лоток установлен на платформе, закрепленной на раме при помощи шарнира с одной стороны и домкрата с другой, между грунтовым лотком и платформой установлен водоотталкивающий теплоизоляционный материал, сверху на который уложен полиэтиленовый экран для сбора и транспортировки раствора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что питающая емкость выполнена в виде термостата.