Способ обогащения водного продуктивного раствора в период зимнего сезона и система автоматического регулирования для его реализации Российский патент 2020 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к области горного дела, к геотехнологическим способам добычи твердых полезных ископаемых, в частности, методом подземного выщелачивания (ПВ) с последующим обогащением получаемого водного продуктивного раствора и его гидрометаллургическим переделом. С позиций физико-химической геотехнологии ПВ может применяться при освоении: месторождений в сильно обводненных и неустойчивых осадочных породах руд; зон окисления сульфидных месторождений; забалансовых участков; глубокозалегающих залежей с бедной рудой; отвалов и хвостохранилищ (Порцевский А.К., Катков Г.А. Геотехнология (физико-химическая), - М.: МГОУ, 2004. - С. 20).

Предлагаемое техническое решение целесообразно применять для освоения глубокозалегающего обводненного железорудного месторождения в болотистой местности в условиях неразвитой транспортно-энергетической инфраструктуры и континентального климата, находящегося, например, в составе Западно-Сибирского железорудного бассейна.

Принципиальная возможность такого применения показана в таких источниках информации, как Вогман Д.А. Железорудная база и геотехнологические методы добычи / Тез. докл. 11-й Всесоюз. конф. по геотехнологическим методам добычи. - М., 1976. - С. 39-42; А.с. СССР SV 1218082. Способ подземного выщелачивания железосодержащих руд / Авт.: В.П. Небера. И.Г. Абдульманов, К.И. Мусейнов. - Опубл. 15.03.1986; Вогман Д.А., Иванов С.В., Коробков Ю.И. Подземное выщелачивание железа из недр / Семинар №19 МГГУ «Перспективы развития физико-химических способов добычи полезных ископаемых» // http:science.msmu.ru.

В качестве аналога может быть выбран способ геотехнологического освоения обводненного месторождения бурожелезняковых руд оолитового строения по патенту RU2600229, заключающийся в том, что участок месторождения, подлежащий разработке, разбуривают технологическими скважинами по определенной сетке, скважины подготавливают к добыче полезного ископаемого, затем через устья закачных скважин в пласт полезного ископаемого закачивают выщелачивающий агент, после чего из выдачных скважин отбирают с использованием напора водоносного горизонта продуктивный раствор, закачку выщелачивающего агента и выдачу продуктивного раствора осуществляют посредством использования потенциальной энергии, аккумулированной в газовом объеме, а именно в емкости со сжатым газом на устье закачной скважины и в вакуумированной емкости на устье выдачной скважины, при этом закачку концентрированного выщелачивающего агента в пласт полезного ископаемого производят выше по течению обводняющего пласт полезного ископаемого потока, пропускание разбавленного до эффективной концентрации выщелачивающего агента через определенную толщу пласта полезного ископаемого в латеральном простирании осуществляют в гомогенном виде совместно с обводняющим пласт потоком в направлении его течения и с характерной для него естественной скоростью фильтрации, а сбор и выдачу на дневную поверхность получаемого продуктивного раствора производят ниже по течению обводняющего пласт полезного ископаемого потока с использованием напора данного водоносного горизонта, сетку технологических скважин образуют перемежающиеся параллельные ряды закачных и выдачных скважин, пробуренные вкрест направления течения обводняющего пласт полезного ископаемого потока.

В качестве недостатков аналога можно отметить, отсутствие обогащения водного продуктивного раствора на добычном участке, необходимость иметь на добычном участке возобновляемые запасы потенциальной энергии, аккумулируемой в газовом объеме и затрудненность работы в условиях зимы.

Способ-аналог по патенту RU2594912 освоения глубокозалегающего обводненного месторождения бурожелезняковых оолитовых руд посредством подземного выщелачивания полезных компонентов руд путем разбуривания геотехнологическими скважинами добычного участка по сетке, образуемой перемежающимися параллельными рядами закачных и выдачных скважин, пробуренных вкрест направления течения обводняющего пласт полезного ископаемого напорного потока, подготовки геотехнологических скважин к добыче полезного ископаемого, закачки выщелачивающего агента через закачные скважины в пласт полезного ископаемого, растворения полезных компонентов руд с образованием продуктивного раствора, выдачи на дневную поверхность получаемого продуктивного раствора через выдачные скважины, при этом подготовку закачных скважин к добыче полезного ископаемого в наземной части скважинного оборудования осуществляют путем присоединения к устью каждой скважины емкости с выщелачивающим агентом, которая оснащена запорно-регулирующей арматурой, включающей вентильный клапан, работающий на впуск жидкого выщелачивающего агента через скважину в пласт полезного ископаемого, подготовку выдачных скважин к добыче полезного ископаемого в наземной части скважинного оборудования осуществляют путем присоединения у устью каждой скважины емкости с выщелачивающим агентом, которая оснащена запорно-регулирующей арматурой, включающей вентильный клапан, работающий на впуск жидкого выщелачивающего агента через скважину в пласт полезного ископаемого, подготовку выдачных скважин к добыче полезного ископаемого в наземной части скважинного оборудования осуществляют путем присоединения к устью каждой скважины порожней сборной емкости, которая оснащена запорно-регулирующей арматурой, включающей вентильный клапан, работающий на выпуск продуктивного раствора из пласта полезного ископаемого через скважину в сборную емкость, а для подачи жидкого выщелачивающего агента в пласт полезного ископаемого и выдачи продуктивного раствора на дневную поверхность используют регулярное суточное действие приливной волны земной поверхности над месторождением путем включения вентильного клапана выдачной скважины в период земного прилива и включения клапана закачной скважины в период земного отлива.

К недостатку аналога можно отнести отсутствие обогащения водного продуктивного раствора непосредственно на добычном участке.

Наиболее близким аналогом - прототипом является способ по заявке № 2018139445, отличающийся тем, что добычный процесс организуется посредством циркуляции водного рабочего раствора, целенаправленно и периодически изменяющего свои свойства на разных стадиях геотехнологии, а именно, сначала болотная вода из поверхностных торфяных отложений аккумулируется в нижней емкости устьевого резервуара, затем ежесуточно во время земного отлива, она из нижней емкости через вертикальный ствол скважины большого диаметра и горизонтальные стволы малого диаметра подается в пласт полезного ископаемого, где, смешиваясь с обводняющим пласт потоком, оказывает выщелачивающее действие на железную руду и превращается в продуктивный раствор, который ежесуточно, во время земного прилива, выдается по горизонтальным и вертикальным стволам малого диаметра в верхнюю емкость устьевого резервуара, где из него извлекаются полезные компоненты, а освобожденная от металлов вода дренируется на непромерзающую поверхность торфяной залежи в окрестностях устья скважины и, проходя всю мощность торфяных отложений, снова становится болотной водой, которая повторно аккумулируется в нижней емкости устьевого резервуара и поступает в добычный процесс.

При этом извлечение полезных компонентов из продуктивного раствора производят в приоритетном порядке, определяемом регулярно на очередном этапе освоения месторождения исходя из потребности в конкретном полезном компоненте железной руды, а именно, сначала посредством гидрометаллургии извлекают наиболее ценный в текущий период времени полезный компонент, затем, в порядке убывания ценности, селективно извлекают остальные полезные компоненты, если оказывается, что селективное извлечение средствами гидрометаллургии остальных полезных компонентов неэффективно, то продуктивный раствор, после извлечения самого ценного полезного компонента, в качестве промежуточного продукта, направляется на получение коллективного концентрата полезных компонентов для последующего селективного извлечения полезных компонентов другими способами, при этом концентрирование промежуточного продукта и его хранение осуществляют вблизи от устья универсальной эксплуатационной скважины.

Согласно данному способу при обогащении водного продуктивного раствора (концентрации промежуточного продукта) предложено использовать технические предложения по патенту RU 26000229 (пункты №20 и №21 формулы изобретения по заявке №2018139445). Это улучшает предложенное техническое решение, но не ликвидирует проблему в целом.

Особенностью экологической геотехнологии освоения железорудного месторождения по прототипу (заявка №2018139445) является экстенсивный характер ПВ, характеризующийся большим водооборотом при относительно малых удельных концентрациях полезных компонентов железной руды в водном продуктивном растворе. Это обуславливает необходимость обеспечения эффективного удаления достаточно больших количеств воды из продуктивного раствора в достаточно короткие сроки в течение всех сезонов года.

По оценкам авторов, в течение суток может добываться и выдаваться на дневную поверхность в сборную емкость приустьевого резервуара каждой эксплуатационной скважины до 40 куб. м водного продуктивного раствора. Из них до 30 куб. м, в качестве промпродукта, содержащего коллективный концентрат полезных компонентов железной руды, может подаваться в открытый бассейн - отстойник вблизи устья эксплуатационной скважины. Поверхность зеркала бассейна, при принятых в прототипе размерах добычной ячейки (100 м x 150 м), с учетом землеотведения под дорогу, буровую площадку, склады, хранилище и другое, может составлять не более 1 тыс. кв. м. Если принять соотношение объема коллективного концентрата ко всему объему промпродукта как 1:10, то это означает, что с 1 кв. м зеркала бассейна в течение суток должен быть удален слой воды толщиной 27 мм. В естественных условиях темп удаления воды на порядок меньше (первые миллиметры), а в техническом предложении по прототипу - в несколько раз меньше (по оценке авторов - 5÷8 мм/сут).

Поставлена задача - предложить способ ускоренного обогащения водного продуктивного раствора в условиях зимнего сезона.

Существо нового технического решения целесообразно рассмотреть на конкретном примере, типичном для возможного применения предлагаемого изобретения. В качестве объекта применения технического новшества может быть использовано Бакчарское железорудное месторождение (БЖРМ) в Томской области Сибирского федерального округа Российской Федерации.

Представим краткое описание характеристики климатических условий в зоне БЖРМ, которые используются в предлагаемом техническом решении. Сведения заимствованы из коллективного труда томских ученых Данченко А.М., Задде Г.О., Земцов А.А., Земцов В.А., Инишева Л.И., Лукутин Б. В., Мезенцев А.В., Маслов С.Г, Назаров А.Д., Обухов С.Г., Севостьянов В.В., Севостьянова Л.М., Слуцкий В.И. Кадастр возможностей / Под ред. Б.В. Лукутина. - Томск: Изд-во НТЛ, 2002. - 280 с.

В состав характеристики климатических условий, влияющих на интенсивность протекания процесса удаления воды с поверхности бассейна - отстойника, включены: радиационный режим; атмосферная циркуляция; температура воздуха; ветровой режим и осадки.

В пределах контура БЖРМ (охватываемая площадь 560 кв. км) в период зимнего сезона реализуются следующие климатические условия.

Радиационный режим. Приход солнечной радиации определяется продолжительностью дня и высотой Солнца. Среднее солнечное время восхода и захода Солнца и продолжительность дня (ч, мин) на 15-е число и месяца : ноябрь - 7, 45/15, 43/ 7, 58; декабрь - 8, 40 / 15, 10/ 6, 30; январь - 8, 35 / 15, 43 / 7, 08; февраль - 7, 35 / 16, 53 / 9, 18; март - 6, 18 / 18, 00 / 11, 42. Высота Солнца (градусы) в истинный полдень на 15-е число месяца: ноябрь - 13, 6; декабрь - 8, 7; январь - 10, 8; февраль - 18, 9; март - 29, 8. Приход солнечной радиации зимой составляет до 0, 15 МВтхч/м².

Атмосферная циркуляция. Основной воздушной массой, формирующей климат, является континентальный арктический холодный и сухой воздух. Азиатские антициклоны также очень устойчивы и создают сильные морозы, продолжаются более 15-ти дней подряд, которые нередко сопровождаются значительными скоростями ветра, что усиливает суровость зимы. Циклоны зимой более часты и выражены более редко, изменяя погоду в течение суток, вызывая выпадение снега на атмосферных фронтах.

Температура воздуха. Среднегодовая температура воздуха - 1, 4°С, а зимняя среднемесячная (°С): за ноябрь - 11,2; за декабрь - 18,9; за январь - 20,5; за февраль - 18,4; за март - 10,7. Средняя максимальная (дневная) температура воздуха (°С) составляет: в ноябре - 7,6; в декабре - 14,8; в январе - 16,4; в феврале - 13,3; в марте - 4,8. Средняя минимальная (ночная) температура воздуха (°С) - составляет: в ноябре - 15,2; в декабре - 23,7; в январе - 25,1; в феврале - 23,8; в марте - 16,4.

Даты поступления отрицательных суточных температур воздуха выше и ниже определенных пределов и число дней с температурой, превышающих ее пределы: для предела - 5°С - 1.04/28.10/209; для предела - 10°С - 17.03/9.11/236; для предела 15°С - 2.03/22.11/264; для предела - 20°С - 31.01/21.12/323.

Ветровой режим. В зимний период до 58 % ветров, дует с юга и юго-запада, значительно реже бывают ветра северные и восточные (5-11%). Повторяемость (%) направлений ветра и штилей в центральный месяц зимы январь: С - 3; СВ - 8; В - 5; ЮВ - 10; Ю - 29; ЮЗ - 28; З - 10; СЗ - 7; штиль - 21.

Среднемесячная скорость ветра (м/с) составляет: в ноябре - 4,1; в декабре - 3,6; в январе - 3,4; в феврале - 3,5; в марте - 3,8.

Среднее число дней с сильным ветром (более 15 м/с): в ноябре - 1,4; в декабре - 1,6; в январе - 0,9, в феврале - 0,9; в марте - 2,4. Удельная мощность ветра зимой составляет 146 Вт/м².

Осадки. На территории БЖРМ выпадает в среднем за год более 500 мм осадков, на зимний период приходится до 25% среднегодового объема осадков. Толщина снежного покрова варьируется от 60 до 150 см. Ледостав обычно происходит в ноябре, а ледоход - в апреле.

Принимая к сведению приведенную выше характеристику климатических условий в контуре БЖРМ необходимо отметить, что в период зимнего сезона (пять месяцев в году) складывается благоприятная обстановка для организации процесса обогащения водного продуктивного раствора путем удаления воды намораживанием льда. В самом деле, при таких среднезимних показателях, как температура воздуха около - 16°С; скорость ветра - 3,6м/с; удельная мощность ветра 146 Вт/м², ледостав в водоемах осуществляется за 2-3-е суток на поверхности водоема образуется слой льда толщиной до 10 см. Предлагаемый в прототипе способ обогащения путем статического намораживания пласта льда на поверхности бассейна во вмещающую лед опалубку обладает естественным темпом заморозки ~3 см/сут и существенным недостатком - необходимостью вырубки/отрезки опалубки со льдом из ледяных закраин для обеспечения возможности его удаления из бассейна.

В предлагаемых обстоятельствах, поставленная задача по усовершенствованию прототипа может быть решена путем использования новых технических решений в виде способа и реализующего его устройства, ускоряющих ход обогатительного процесса в зимних условиях работы добычного участка.

1. Способ обогащения водного продуктивного раствора в период зимнего сезона, включающий сбор водного продуктивного раствора в устьевом резервуаре эксплуатационной скважины добычного участка подземного выщелачивания полезных компонентов руд выщелачивающим агентом на основе болотной воды из перекрывающих месторождение руды торфяных отложений, подачу по трубопроводу водного продуктивного раствора после извлечения, при необходимости, самого ценного полезного компонента руды, в открытый бассейн на дневной поверхности земли вблизи от устья эксплуатационной скважины, стратификацию путем отстоя жидкости в бассейне на водную фракцию у зеркала бассейна и фракцию коллективного концентрата полезных компонентов руды у дна бассейна, удаление воды с поверхности зеркала бассейна путем намораживания льда и последующего его извлечения из бассейна, выдачу по трубопроводу коллективного концентрата на хранение, отличающийся тем, что подачу водного продуктивного раствора производят автоматически пропорционально падению уровня зеркала бассейна, удаление воды из бассейна производят автоматически посредством ускоренного намораживания льда в форме сфер и их периодического извлечения из приповерхностного водного слоя бассейна с последующим возвращением воды после обогащения в процесс подземного выщелачивания путем пропитки болотных торфяных отложений, перекрывающих добычной участок месторождения руды, при весеннем таянии льда, выдачу коллективного концентрата производят автоматически при достижении заданного уровня коллективного концентрата в объеме жидкости бассейна.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускоренное намораживание льда в форме сферы производят путем вращения сферы вокруг центра симметрии.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что вращение сферы создают путем истечения в атмосфере сопловых струй подаваемого водного продуктивного раствора на сферическую поверхность намерзания.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что истечение сопловых струй подаваемого водного продуктивного раствора осуществляют тангенциально в водном приповерхностном слое бассейна круглой формы.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что ускоренное намораживание производят до момента погружения сферы в приповерхностный водный слой бассейна на глубину, соответствующую покрытию водой более трех четвертей сферической поверхности.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускоренное намораживание льда в форме сферы производят путем направленного обдува атмосферным воздухом поверхности намерзающего льда.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодическое извлечение намороженного льда в форме сфер из бассейна производят путем траления.

8. Система автоматизированного регулирования для реализации способа по п. 1, содержащая открытый бассейн на дневной поверхности земли, заполненный водным продуктивным раствором, трубопровод подачи водного продуктивного раствора, снабженный запорной арматурой, фиксатор льда, устройство извлечения льда с водной поверхности бассейна, трубопровод выдачи коллективного концентрата полезных компонентов руды на хранение, снабженный запорной арматурой, отличающаяся тем, что содержит ветроулавливатель, водоплавающую шаровидную сердцевину ледяной сферы, аксиальные сопельные трубопроводы подачи промпродукта, оснащенные запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня зеркала бассейна, тангенциальные сопельные трубопроводы подачи промпродука, оснащенные запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня зеркала бассейна, датчик погружения ледяной сферы, траловый сетчатый механизм извлечения ледяной сферы из бассейна, трубопровод выдачи коллективного концентрата, оснащенный запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня коллективного концентрата.

Предлагаемый способ включен в водооборотную схему (Фиг. 1) экологической геотехнологии освоения железорудного месторождения, осуществляя операции обогащения водного продуктивного раствора и/или промпродукта и утилизации воды после обогащения, возвращая ее в процесс подземного выщелачивания полезных компонентов железной руды. Новое техническое решение локально интенсифицирует естественный процесс ледообразования на открытых водоемах и ускоряет ход намораживания льда из отстоянной воды в бассейне-отстойнике с последующем удалением льда за пределы бассейна, предложенный в способе прототипе, за счет более полного использования холодовых и ветроэнергетических ресурсов, имеющихся в зоне БЖРМ в период зимнего сезона с середины ноября по середину марта.

Совокупность операций, усовершенствующих способ-прототип, реализуется в следующем виде.

Подачу по трубопроводу водного раствора и/или промпродукта в бассейн-отстойник производят автоматически в объемах, компенсирующих падение уровня зеркала бассейна из-за удаления воды в виде намороженного льда. Выдачу по трубопроводу коллективного концентрата на хранение производят автоматически в объемах, определяемых производительностью обогатительного процесса (количеством удаляемой водной фракции из объема жидкости бассейна).

Удаление воды из бассейна происходит как путем естественного намораживания льда на носитель (по прототипу), но не статическим, а динамическим способом, так и посредством искусственного усиления ледообразования за счет направленного на участок ледообразования ветрового потока с увеличенной удельной мощностью и за счет дополнительного охлаждения воды промороженным бортом бассейна специальной формы.

Ускорение хода намораживания льда осуществляется путем:

- обдува участка ледообразования ветром с удельной мощностью до N=1,5 кВт/м² (при обычных для зимы параметрах в зоне БЖРМ: N=146 Вт/м², средняя скорость ветра Vф=3,6 м/с; плотность воздуха ρ=1.34 кг/м³);

- охлаждения слоя воды снизу промороженным до -20°С грунтом;

- перемещения намерзающего слоя льда в зону действия искусственных охлаждающих воду факторов.

На Фиг. 2 изображено: 1 - сердцевина ледяного ролла; 2 - ледяная сфера; 3 - ветроулавливатель; 4 - аксиальные сопельные трубопроводы подачи промпродукта; 5 - тангенциальные сопельные трубопроводы подачи промпродукта; 6 - сетчатый механизм извлечения ледяной сферы из воды; 7 - открытый бассейн на дневной поверхности земли, заполненный промпродуктом из устьевого резервуара эксплуатационный скважины; 8 - зеркало бассейна; 9 - трубопровод выдачи коллективного концентрата на хранение; 10 - датчик уровня коллективного концентрата.

Сферическая сердцевина 1 служит для фиксации слоя намораживаемого льда 2 на сферической поверхности и изготавливается из прочного водоплавающего материала, например, из дерева. Ветроулавливатель 3 забирает движущийся поток морозного воздуха, концентрирует его и направляет на ледяную сферу 2. Сопла 4 обеспечивают вращение сферы 2 в вертикальной плоскости, а сопла 5 - в горизонтальной плоскости, намораживая лед по всей поверхности сферы 2. Датчик контроля погружения сферы 2 в воду (на фигуре не обозначен) контролирует объем намороженного на сердцевину 1 льда, датчик уровня зеркала 8 бассейна 7 (на фигуре не обозначен) контролирует установленный уровень жидкости в бассейне, датчик уровня коллективного концентрата 10 следит за достижением установленных максимальных и минимальных значений уровня. Трал 6 извлекает намороженный лед в виде сферы в накопитель, из которого сферы 2 регулярно извлекаются и доставляются на отложения торфа для весеннего таяния и преобразования в болотную воду, на основе которой получают выщелачивающий агент для подземного выщелачивания руды.

Общую схему действия системы автоматического регулирования, реализующую способ, иллюстрирует Фиг. 3.

На Фиг. 3 изображено: 2 - ледяная сфера; 3 - ветроулавливатель; 4 - аксиальные трубопроводы подачи промпродукта; 5 - тангенциальные трубопроводы подачи промпродука; 6 - сетчатый механизм извлечения ледяной сферы из воды; 7 - открытый бассейн на дневной поверхности земли, заполненный промпродуктом из устьевого резервуара эксплуатационной скважины; 9 - трубопровод выдачи коллективного концентрата на хранение; 10 - датчик уровня коллективного концентрата; 11 - датчик уровня зеркала бассейна; 12 - сервопривод; 13 - запорно-регулирующая арматура.

Работа системы организована одновременно по трем автоматическим каналам: каналу подачи промпродукта из устьевого резервуара эксплуатационной скважины; каналу выдачи коллективного концентрата на хранение; каналу возврата воды после обогащения в процесс подземного выщелачивания руды.

Канал подачи действует следующим образом. При опускании уровня зеркала 8 в бассейне 7 датчик 11 вырабатывает управляющий сигнал для сервопривода 12 на приведение в действие запорно-регулирующей арматуры 13, которая открывает запор на сопельных аксиальных 4 и тангенциальных 5 трубопроводах, которые, вращая ледяную сферу 2, производят регулируемый отпуск промпродукта в бассейн 7. Когда уровень зеркала 8 поднимется до установленного положения, датчик 11 вырабатывает сигнал для сервопривода 12 на уменьшение подачи промпродукта или запирания арматуры 13.

Канал выдачи действует следующим образом. При достижении датчиком уровня коллективного концентрата 10 верхнего (максимального) установленного уровня вырабатывается управляющий сигнал для сервопривода 12 на отпирание запорно-регулирующей арматуры 13 и производство регулируемой выдачи коллективного концентрата через трубопровод 9 на хранение. После достижения датчиком 10 нижнего (минимального) установленного уровня вырабатывается управляющий сигнал для сервопривода 12 на запирание запорно-регулирующей арматуры 13 и прекращение выдачи по трубопроводу 9 коллективного концентрата.

Канал возврата действует следующим образом. В условиях мороза, в поверхностном слое в бассейне 7 вода в зоне действия обдува ветроулавливателя 3 намораживается путем вращения ледяной сферы 2. Вращение сферы 2 обеспечивается напором потока сконцентрированного ветроуловителем 3 движущегося морозного воздуха и напором потоков, сконцентрированных соплами 4 и 5, подаваемого в бассейн 7 промпродукта. При достижении установленного объема намороженного в виде сферы 2 льда датчик контроля погружения сферы 2 в воду вырабатывает управляющий сигнал для исполнительного механизма траления 6 на извлечение сферы 2 из бассейна 7. Далее ледяные сферы 2 транспортируются на дренируемые полигоны, созданные на месторождении руды на перекрывающих отложениях болотного торфа, где в период весеннего таяния талая вода, пройдя отложения торфа, преобразуется болотную воду - основу выщелачивающего агента, используемого в подземном выщелачивании руды.

Необходимо отметить роль геометрического фактора в росте намораживаемой поверхности на фиксаторе льда плоской, цилиндрической или сферической формы. Эксперимент подтвердил преимущество кривых поверхностей перед плоской по удельной производительности намораживания льда с 1 кв. м водной поверхности бассейна-отстойника при прочих равных условиях. Было установлено, что удельные производительности намораживания пластины, цилиндра и сферы соотносятся между собой как 1:3:4.

Кроме того, применение динамического намораживания льда на вращающейся сфере не дает последней примерзать к закраинам льда и, поэтому, отпадает необходимость вырубки сферы из закраин льда при ее извлечении из бассейна-отстойника.

Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении эффективного обогащения водного продуктивного раствора в континентальных климатических условиях сибирской зимы при создании синтетического эколого-экономического эффекта за счет весеннего рециклинга технической воды в процесс подземного выщелачивания в геотехнологии освоения железорудного месторождения.

Предложенная группа изобретений относится к области горного дела, к геотехнологическим способам добычи твердых полезных ископаемых, в частности методом подземного выщелачивания (ПВ) с последующим обогащением получаемого водного продуктивного раствора и его гидрометаллургическим переделом, может применяться при освоении: месторождений в сильно обводненных и неустойчивых осадочных породах, руд зон окисления сульфидных месторождений, забалансовых участков, глубокозалегающих залежей с бедной рудой, отвалов и хвостохранилищ. Согласно способу подачу водного продуктивного раствора производят автоматически пропорционально падению уровня зеркала бассейна. Удаление воды из бассейна производят автоматически посредством ускоренного намораживания льда в форме сфер и их периодического извлечения из приповерхностного водного слоя бассейна с последующим возвращением воды после обогащения в процесс подземного выщелачивания путем пропитки болотных торфяных отложений, перекрывающих добычной участок месторождения руды при весеннем таянии льда. Выдачу коллективного концентрата производят автоматически при достижении заданного уровня коллективного концентрата в объеме жидкости бассейна. Способ осуществляют с помощью системы автоматизированного регулирования, содержащее открытый бассейн на дневной поверхности земли, заполненный водным продуктивным раствором, трубопровод подачи водного продуктивного раствора, снабженный запорной арматурой, фиксатор льда, устройство извлечения льда с водной поверхности бассейна, трубопровод выдачи коллективного концентрата полезных компонентов руды на хранение, снабженный запорной арматурой. Система дополнительно содержит ветроулавливатель, водоплавающую шаровидную сердцевину ледяной сферы, аксиальные сопельные трубопроводы подачи промпродукта, оснащенные запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня зеркала бассейна, тангенциальные сопельные трубопроводы подачи промпродука, оснащенные запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня зеркала бассейна, датчик погружения ледяной сферы, траловый сетчатый механизм извлечения ледяной сферы из бассейна, трубопровод выдачи коллективного концентрата, оснащенный запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня коллективного концентрата. Технический результат – обеспечение эффективного обогащения водного продуктивного раствора в континентальных климатических условиях сибирской зимы, а также осуществление рециклинга технической воды в процессе подземного выщелачивания. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ обогащения водного продуктивного раствора в период зимнего сезона, включающий сбор водного продуктивного раствора в устьевом резервуаре эксплуатационной скважины добычного участка подземного выщелачивания полезных компонентов руд выщелачивающим агентом на основе болотной воды из перекрывающих месторождение руды торфяных отложений, подачу по трубопроводу водного продуктивного раствора после извлечения, при необходимости, самого ценного полезного компонента руды, в открытый бассейн на дневной поверхности земли вблизи от устья эксплуатационной скважины, стратификацию путем отстоя жидкости в бассейне на водную фракцию у зеркала бассейна и фракцию коллективного концентрата полезных компонентов руды у дна бассейна, удаление воды с поверхности зеркала бассейна путем намораживания льда и последующего его извлечения из бассейна, выдачу по трубопроводу коллективного концентрата на хранение, отличающийся тем, что подачу водного продуктивного раствора производят автоматически пропорционально падению уровня зеркала бассейна, удаление воды из бассейна производят автоматически посредством ускоренного намораживания льда в форме сфер и их периодического извлечения из приповерхностного водного слоя бассейна с последующим возвращением воды после обогащения в процесс подземного выщелачивания путем пропитки болотных торфяных отложений, перекрывающих добычной участок месторождения руды при весеннем таянии льда, выдачу коллективного концентрата производят автоматически при достижении заданного уровня коллективного концентрата в объеме жидкости бассейна.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускоренное намораживание льда в форме сферы производят путем вращения сферы вокруг центра симметрии.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что вращение сферы создают путем истечения в атмосфере сопловых струй подаваемого водного продуктивного раствора на сферическую поверхность намерзания.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что истечение сопловых струй подаваемого водного продуктивного раствора осуществляют тангенциально в водном приповерхностном слое бассейна круглой формы.

5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что ускоренное намораживание производят до момента погружения сферы в приповерхностный водный слой бассейна на глубину, соответствующую покрытию водой более трех четвертей сферической поверхности.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ускоренное намораживание льда в форме сферы производят путем направленного обдува атмосферным воздухом поверхности намерзающего льда.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что периодическое извлечение намороженного льда в форме сфер из бассейна производят путем траления.

8. Система автоматизированного регулирования для реализации способа по п. 1, содержащая открытый бассейн на дневной поверхности земли, заполненный водным продуктивным раствором, трубопровод подачи водного продуктивного раствора, снабженный запорной арматурой, фиксатор льда, устройство извлечения льда с водной поверхности бассейна, трубопровод выдачи коллективного концентрата полезных компонентов руды на хранение, снабженный запорной арматурой, отличающаяся тем, что содержит ветроулавливатель, водоплавающую шаровидную сердцевину ледяной сферы, аксиальные сопельные трубопроводы подачи промпродукта, оснащенные запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня зеркала бассейна, тангенциальные сопельные трубопроводы подачи промпродука, оснащенные запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня зеркала бассейна, датчик погружения ледяной сферы, траловый сетчатый механизм извлечения ледяной сферы из бассейна, трубопровод выдачи коллективного концентрата, оснащенный запорно-регулирующей арматурой, сервоприводом, датчиком уровня коллективного концентрата.