Способ извлечения полезных компонентов руды из продуктивного раствора на добычном промысле и роботизированный комплекс для реализации способа Российский патент 2020 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к области горного дела, его разделу геотехнологий, а именно, способу добычи твердого полезного ископаемого посредством подземного выщелачивания (ПВ).

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 (Вогман Д.А. Железорудная база и геотехнологические методы добычи. - М., 1976; Арене В.Ж. Физико-химическая геотехнология - М., 2001; Порцевский А.К., Катков Г.А. Геотехнология (физико-химическая. - М., 2004)).

Известно техническое решение по патенту RU 2594912 - способ освоения глубокозалегающего обводненного месторождения бурожелезняковых оолитовых руд посредством ПВ полезных компонентов руд. Согласного данного аналога подача выщелачивающего агента в продуктивный пласт и выдача продуктивного раствора на дневную поверхность осуществляется посредством устьевых резервуаров эксплуатационных скважин, используя регулярное суточное действие приливной волны земной поверхности над железорудным месторождением.

Недостатком аналога являются большие затраты на обогащение водного продуктивного раствора, получение коллективного концентрата выщелоченных полезных компонентов руды и селекции металлов за пределами добычного участка.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) следует указать источник информации RU 2600229 С2, 20.10.2016, Е21В 43/28, 24 с, из которого известен способ извлечения полезных компонентов руды и продуктивного раствора на добычном промысле, включающий приготовление на дневной поверхности выщелачивающего агента на основе болотной воды торфяных отложений, перекрывающих месторождение железной руды, подачу выщелачивающего агента по эксплуатационной скважине в рудный пласт, смешивание выщелачивающего агента с потоком, обводняющим рудный пласт, выщелачивание полезных компонентов руды с образованием продуктивного раствора, подачу продуктивного раствора по эксплуатационной скважине в сборную емкость устьевого резервуара скважины в течение полусуток земного прилива, извлечение приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора с образованием промежуточного продукта в сборной емкости, подачу промежуточного продукта в бассейн-отстойник, получение после отстоя промежуточного продукта коллективного концентрата полезных компонентов руды и оборотной воды, подачу коллективного концентрата на хранение в емкость, подачу оборотной воды в систему водоснабжения промысла.

Несмотря на то, что рециклинг воды позволяет, еще на добычном участке, существенно обогатить бедный исходный продуктивный раствор, подготовив его для селективной переработки, сам процесс первичного извлечения самого ценного приоритетного полезного компонента железной руды и его накопления на добычном промысле требует усовершенствования в части повышения эффективности и интенсивности, поскольку извлечение происходит только в течение половины суток, во время земного отлива, и только в стоячем продуктивном растворе, а сбор извлеченного металла не организован.

Поставлена задача - преодолеть упомянутые недостатки прототипа и повысить эффективность и интенсивность процесса извлечения приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора, собираемого при ПВ в устьевом резервуаре эксплуатационной скважины, а также обеспечить сбор и хранение полученного продукта на добычном промысле.

Сформулированная задача решается посредством создания и комплексирования двух природоподобных - бионических технологий, основанных на способностях и поведении микроорганизмов и насекомых в естественных условиях, и новых технико-технологических решениях добычного процесса. Решение поставленной задачи отражено в представленной ниже совокупности пунктов, усовершенствующих известные ранее технологические решения. 1. Способ извлечения полезных компонентов руды из продуктивного раствора на добычном промысле, включающий приготовление на дневной поверхности выщелачивающего агента на основе болотной воды торфяных отложений, перекрывающих месторождение железной руды, подачу выщелачивающего агента по эксплуатационной скважине в рудный пласт, смешивание выщелачивающего агента с потоком, обводняющим рудный пласт, выщелачивание полезных компонентов руды с образованием продуктивного раствора, подачу продуктивного раствора по эксплуатационной скважине в сборную емкость устьевого резервуара скважины в течение полусуток земного прилива, извлечение приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора с образованием промежуточного продукта в сборной емкости, подачу промежуточного продукта в бассейн-отстойник, получение после отстоя промежуточного продукта коллективного концентрата полезных компонентов руды и оборотной воды, подачу коллективного концентрата на хранение в емкость, подачу оборотной воды в систему водоснабжения промысла, отличающийся тем, что процесс извлечения приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора реализуется последовательностью следующих операций, а именно, культивирования и размножения специализированных металлофильных микроорганизмов, приготовления бактериальных суспензий, изготовления из органического материала перфорированной или решетчатой, или сетчатой матрицы ленточного типа, обсеменения матрицы бактериальной микрофлорой, изготовления из пластмассы, устойчивой к действию агрессивной кислотной, щелочной и бактериальной среды, сменного картриджа с лентоприемником, помещения обсемененной матрицы в лентоприемник картриджа, обеспечения микроорганизмам оптимальных условий жизнедеятельности внутри картриджа, включая качество субстрата матрицы, питательной среды, температурного режима и защиты от негативных внешних воздействий, помещения картриджа или каскадной батареи из нескольких картриджей, заряженных металлофильными микроорганизмами, в сборную емкость устьевого резервуара эксплуатационной скважины, экспонирования матрицы в проточном продуктивном растворе в течение установленного времени до извлечения приоритетного компонента руды, выемки сменного картриджа из сборной емкости, замены металлоносной матрицы на новую матрицу, обсемененную бактериальной микрофлорой, повторения цикла извлечения приоритетного компонента руды из продуктивного раствора, при этом весь процесс извлечения металла осуществляется автоматически роботизированным комплексом на добычном промысле одновременно на нескольких эксплуатационных скважинах.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что протекание продуктивного раствора вдоль сторон матрицы ленточного типа, помещенный в лентоприемник сменного картриджа, в течение полусуток земного прилива осуществляют путем изливной подачи пластового продуктивного раствора в сменный картридж сверху вниз, а в течение полусуток земного отлива осуществляют принудительную циркуляцию собранного продуктивного раствора через сменный картридж.

3. Роботизированный комплекс для реализации способа по п.п. 1, 2, включающий в составе добычного участка добычного промысла несколько эксплуатационных скважин, оборудованных устьевыми резервуарами с емкостями для сбора продуктивного раствора, имеющими автоматическую съемную крышку с автономными источниками электропитания, циркуляционным насосом, вакуумированной емкостью, параметрическими датчиками и перегрузочный стапель, участковое депо, содержащее автоматические отделения зарядки, складирования, аккумуляторной, ангара, несколько коптеров, снабженных навигационным оборудованием, средствами технического зрения и грузоподъемным устройством, сменные картриджи, компьютерный центр, дистанционно управляющий работой роботизированного комплекса.

4. Роботизированный комплекс по п. 3, отличающийся тем, что сменный картридж выполнен в форме цилиндрического бокса из прочной кислотощелочеупорной пластмассы и содержит воронкообразную съемную крышку с центральным круглым отверстием и центральными щелями, корпус из коаксиальных круглых труб с расположенным между ними спиральным гребенчатым лентоприемником и спиральным решетчатым пластмассовым лентодержателем с центральным трубчатым извлекателем, перфорированное по окружной периферии круглое днище, автоматическое терморегулирующее устройство с источником аккумуляторного питания, при этом центральная коаксиальная круглая труба прочно соединена с днищем и имеет аксиальное сквозное отверстие для прохода грузонесущей штанги.

5. Роботизированный комплекс по п. 4, отличающийся тем, что терморегулирующее устройство содержит нагреватель в виде нихромовой проволоки, соединяемый с источником аккумуляторного питания посредством термореле, поддерживающим температуру внутри картриджа в диапазоне 36,5±3,5°С.

6. Роботизированный комплекс по п. 5, отличающийся тем, что нихромовая проволока запрессована в спиральный гребенчатый пластмассовый лентоприемник.

7. Роботизированный комплекс по п. 5, отличающийся тем, что нихромовая проволока запрессована в спиральный решетчатый пластмассовый лентодержатель.

На фиг. 1 предоставлена последовательность основных действий, реализующих предложенный способ извлечения полезных компонентов руды из продуктивного раствора на добычном промысле. Здесь обозначено: ПК - установление по керновому материалу геологоразведочных скважин полезных компонентов железной руды; ППК - определение исходя из рыночной конъюнктуры приоритетного в данной отрезок времени полезного компонента, предназначенного для первоочередной добычи; Б - подбор металлофильных бактерий, способных извлекать приоритетный полезный компонент из продуктивного раствора, и их культивирование; СБ - выращивание подобранных культур металлофильных бактерий и приготовление из них бактериальных суспензий; ОМ - обсеменение приготовленной микрофлорой матрицы ленточного типа; ЗК - зарядка картриджа путем размещения обсемененной микрофлорой матрицы на спиральном лентодержателе и помещения его в спиральный лентоприемник сменного проточного картриджа; ОУ - обеспечение условий жизнедеятельности бактерий в заряженном сменном картридже; ЭК - экспонирование заряженного картриджа в потоке продуктивного раствора; СК - смена металлоносного картриджа на вновь заряженный металлофильными бактериями; РК - разрядка картриджа путем извлечения лентодержателя с металлоносной матрицей из лентоприемника отработанного картриджа; КППК - съем матрицы с лентодержателя, сушка матрицы и компактирование извлеченного приоритетного полезного компонента железной руды с последующей отправкой на переработку.

На фиг. 2 изображена матрица ленточного типа (поз. 1), длиной I и шириной 2h.

На фиг. 3 представлен в развернутом виде лентодержатель (поз. 2), длиной I и шириной h. Здесь обозначено: 3 - нихромовая проволока; 4 - проточные окна; 5 - герметичный разъем; 6 - контактное электропроводящее кольцо; 7 - центральный трубчатый извлекатель с внешним диаметром ∅ и внутренним диаметром d.

На фиг. 4 изображен сменный картридж, включающий следующие позиции: 8 - центральная коаксиальная круглая труба; 9 - воронкообразная объемная крышка с центральным круглым отверстием диаметра 0 и центральными щелями 10; 11 - дистанционирующие элементы; 12 - спиральный гребенчатый лентоприемник с запрессованной нихромовой проволокой 3; 13 - цилиндрический корпус с перфорированным (поз. 14) по окружной периферии круглым днищем; 15 - автоматическое терморегулирующее устройство с источником аккумуляторного питания 16; 17 - съемная панель аккумуляторного отсека.

На фиг. 5 схематично представлена автоматизированная сборная емкость устьевого резервуара эксплуатационной скважины, снаряженная сменными картриджами. Обозначения позиций: 18 - средства автоматики и дистанционного управления; 19 - ветрогенератор; 20 - солнечная батарея; 21 - аккумулятор; 22 - теплоизоляция; 23 - съемная крышка; 24 - отсек с параметрическими датчиками; 25 - вакуумированная емкость с вакуумным насосом; 26 - фильтр-осадитель механических примесей; 27 - перегрузочный стапель; 28 - циркуляционный насос; 29 - изливной трубопровод; 30 - корпус; 31 - каскадная батарея сменных картриджей; 32 - придонная решетка.

На фиг. 6 обозначены спиралевидная траектория протекания продуктивного раствора сверху вниз в каскадной батарее сменных картриджей: 33 - верхнего; 34 - среднего; 35 - нижнего.

На фиг. 7 изображен коптер 36, загруженный каскадной батареей сменных картриджей 31, и снабженный навигационным оборудованием, средствами технического зрения и грузоподъемным устройством в составе штангодержателя 37, грузонесущей штанги 38 со складным якорным упором 39.

На фиг. 8 схематично представлено автоматизированное участковое депо (поз. 40).

На фиг. 9 показано принципиальная дислокационная схема добычного участка: 41 - эксплуатационная скважина; r - максимальный радиус действия коптеров.

На фиг. 10 представлена обзорная схема реального промышленного объекта: 42 - контур БЖРМ; 43 - добычной промысел; 44 - площадь, подготавливаемая к эксплуатации; 45 - добычной участок; - средний радиус обслуживания добычных участков; L - расстояния от фабрики получения промпродукта до центра промышленной переработки сырья.

Опишем предлагаемое техническое решение с использованием представленного иллюстративного материала.

В новом решении (фиг. 1), также, как и в прототипе, производят ПК и ППК, а затем осуществляют операцию Б, причем бактерии адаптируют к извлечению выщелаченных металлов в той конкретной форме, в которой они находятся в продуктивном растворе. Поэтому операции СБ и ОМ производятся уже со специализированной микрофлорой, обеспечивающей эффективное селективное извлечение полезного компонента руды. Снаряжение сменного картриджа обеспечивается выполнением операций ЗК и ОУ. Само непосредственно извлечение полезного компонента осуществляется в ходе выполнения операции ЭК.

Здесь используется природоподобная технология, основанная на промышленном использовании металлофильности бактерий. Издревле и до XIX века использовалась бурожелезняковая руда органического происхождения -болотная, озерная, лиманная, дерновая и тому подобная - где железистые отложения на корневищах растений образовывали микроорганизмы. В отечественной литературе впервые наиболее системно изучено такое рудообразование в работе Холодный Н.Г. Железобактерии. - М.,1953. В этой работе описана морфология железобактерий и приведена их систематика, включая нитчатые железобактерии, простые железобактерии, недостаточно изученные железобактерии и дана таблица для определения железобактерий. Приведены сведения о физиологии и экологии железобактерий, в том числе о методике исследования железобактерий, результаты исследований над миксотрофными и автотрофными железобактериями; о возникновении у железобактерий влагалищ и других сходных с ними образований; о накопляющих железо жгутиковых; об экологических нишах железобактерий. Отмечена роль железобактерий в природе и в народном хозяйстве - рассмотрены круговорот железа в природе и возникновение железных руд, а также хозяйственное значение железобактерий.

В более позднее время установлена металлопрофильность других микробных культур, в частности, в отношении ряда цветных и благородных металлов. В этой связи появились предложения использовать бактериальное ПВ, которые столкнулись с трудностями обеспечения оптимальных условий жизнедеятельности бактерий в подземной выработке. Поэтому использование «обученных» бактерий для извлечения полезных компонентов руды в контролируемых и управляемых условиях устьевого резервуара эксплуатационной скважины представляется более целесообразным. После завершения операции ЭК производят последовательно операции СК, РК и КППК, которые фактически, реализуют вторую природоподобную технологию, аналогичную процессу медосбора пчелами с медоносных растений, осуществляемому как дикими, так и одомашненными насекомыми (см., например, раздел «Биология пчелиной семьи» в кн.: Иойриш Н.П. Продукты пчеловодства и их использование. - М.: Россельхозиздат, 1976. - с. 6-18). Здесь в качестве «цветов-медоносов» выступают устьевые резервуары эксплуатационных скважин, в качестве «нектара/пыльцы» - извлекаемый полезный компонент руды в водном продуктивном растворе, в качестве «пчелы» - малый летательный воздушный аппарат коптер/ДРОН, в качестве «улья» - участковое депо, в качестве «пасеки» -центр управления и создания промпродукта добычного промысла.

Техническая реализация поименованных выше природоподобных/бионических процессов осуществляется путем изготовления матрицы ленточного типа (фиг. 2), лентодержателя (фиг. 3), сменного картриджа (фиг. 4), автоматизированной сборной емкости устьевого резервуара эксплуатационной скважины (фиг. 5), коптера (фиг. 7) и строительства автоматизированного участкового депо (фиг. 8).

Указанные технические средства объединены в пределах добычного участка в роботизированный комплекс, обеспечивающий автоматическую эксплуатацию участка. Состав такого комплекса входят эксплуатационные скважины 41, оборудованные устьевыми резервуарами с емкостями для сбора продуктивного раствора (фиг. 5), имеющими автоматическую съемную крышку 18, 23 с автономными источниками электропитания 19, 20, 21, отсеком с параметрическими датчиками 24, вакуумированной емкостью 25 и сменные картриджи 31, изливной трубопровод 29, циркуляционный насос 28 с трубопроводом подачи, фильтры-осадители механических примесей 26, перегрузочный стапель 27, участковое депо 40, содержащее автоматические отделения зарядки, складирования, аккумуляторной, ангара; несколько коптеров 36, снабженных навигационным оборудованием, средствами технического зрения и грузоподъемными устройствами 37-39; ЦУДП - компьютерный центр управления добычным промыслом на всех добычных участках.

Роботизированный комплекс, реализующий предложенный способ, работает следующим образом.

В отделении зарядки участкового депо 40 приготавливается бактериальная суспензия из культивированных и размноженных специализированных металлофильных микроорганизмов, которая наносится на изготовленную из органического материала перфорированную или решетчатую, или сетчатую (например, марлевую) матрицу ленточного типа 1 с размерами 2h×I.

Обсемененная бактериальной микрофлорой матрица помещается на лентодержатель 2 размерами h×I с двух сторон путем ее сгиба пополам. Гибкий лентодержатель 2 изготовлен из пластмассы, устойчивой к действию кислотной, щелочной и бактериальной среды, и снабжен проточными окнами 4, запрессованной в пластмассу нихромовой проволокой 3, герметичными разъемами 5, контактными электропроводящими концами 6 в центральном трубчатом извлекателе с внешним диаметром D и внутренним диаметром d.

Затем лентодержатель 2 с матрицей 1 помещается в спиральный гребенчатый лентоприемник 12 сменного картриджа (фиг. 4), изготовленного из пластмассы, устойчивой к действию агрессивной среды, центруется в спиральном проходе с дистанционирующими элементами 11 и закрывается воронкообразной съемной крышкой с центральным круглым отверстием диаметром ∅ и центральными щелями 10. Заряженные металлофильными бактериями сменные картриджы автоматически подаются в выдачные устройства на крыше участкового депо 40 - взлетно-посадочную погрузо-разгручную площадку для коптеров 36, которые вылетая из ангара, захватывают грузонесущей штангой 38, закрепленной в штангодержателе 37, сменные картриджи, фиксируя их складным якорным упором 39, и доставляют груз к эксплуатационной скважине обслуживаемого добычного участка.

При подлете к эксплуатационной скважине 41, в пределах своего максимального радиуса действия r, коптер 36 вырабатывает управляющий сигнал, который автоматически открывает съемную крышку 23 сборной емкости устьевого резервуара посредством средств автоматики и дистанционного управления 18, при этом съемная крышка 23 помещается на одно крыло перегрузочного стапеля 27 на корпусе 30, а на другое крыло перегрузочного стапеля 27 коптер 36 помещает доставленный(-ые) заряженный сменный(-е) картридж(-и). Затем коптер 36 достает ранее помещенный(-ые) металосносный(-ые) картридж(-и) из сборной емкости на перегрузочный стапель 27 и, на освободившееся посадочное место 32, помещает вновь заряженный картридж или каскадную батарею сменных картриджей 31. После этого коптер 36 загружается на перегрузочном стапеле 27 извлеченным(-и) из сборной емкости металлоносным(-и) картриджем (батарей сменных картриджей 31) и, взлетая, на отлете от эксплуатационной скважины 41, вырабатывает управляющий сигнал для технических средств 18 на закрытие съемной крышкой 23 сборной емкости устьевого резервуара, при этом крышка 23 со стапеля 27 перемещается на свое место, герметически закрывая рабочий объем сборной емкости, открывается вакуумированная емкость 25, создавая разряженность в воздушном объеме емкости для усиления излива продуктивного раствора из рудного пласта, а коптер 36 доставляет груз на взлетно-посадочную погрузо-разгрузочную площадку участкового депо 40, где металлоносный(-е) картридж(-и) помещается в приемные устройства, из которых автоматически поступают на разрядку-съем металлоносной(-ых) матриц(-ы) и помещения их на хранение. Далее коптер 36 и картридж(-и) поступают в аккумуляторное отдление участкового депо 40 на электроподзарядку.

Поскольку изливное заполнение сборной емкости осуществляется циклически во время земного прилива, то загрузка и выгрузка сменных картриджей производится во время полусуток земного отлива. При этом обеспечивают протекание продуктивного раствора вдоль сторон матрицы ленточного типа 1, помещенной в спиральный гребенчатый лентоприемник 12 сменного картриджа, в течение полусуток земного прилива путем изливной подачи 29 пластового продуктивного раствора в центральные щели 10 крышки - воронки 9 - в центр спирального прохода лентоприемника 12 и выдачи раствора из отверстий 14 по окружной периферии круглого днища корпуса 13 - из конечной части ветви спирального прохода лентоприемника 12, а в течение полусуток земного отлива - путем принудительной циркуляции 28 собранного продуктивного раствора через сменный картридж по той же проточной траектории. Проточная траектория для каскадной батареи 31 сменных картриджей представляет вертикально интегрированную систему спиралей с центральной симметрией (фиг. 6, поз. 33-35).

В процессе извлечения приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора внутри картриджа обеспечиваются оптимальные условия жизнедеятельности микроорганизмов - металлофильных бактерий, например, железобактерий, включая качество субстрата матрицы, питательной среды, температурного режима и защиты от негативных внешних воздействий. Субстрат матрицы 1 обладает хорошими абсорбционными (адсорбционными) свойствами, пропитывается питательной средой и закрепляет на своей поверхности колонии металлофильных бактерий из бактериальной суспензии. Защита микрофлоры от воздействия атмосферных факторов - осадков, пыли, ветра, мороза, а также солнечной инсоляции, во время транспортировки малым воздушным летательным аппаратом от участкового депо 40 до сборной емкости устьевого резервуара эксплуатационной скважины 41, осуществляется посредством конструктивного использования элементов сменного картриджа и их функциональным назначением, обеспечивающими приемлемые промышленные экологические условия для микрофлоры. Сменный картридж выполнен в форме цилиндрического бокса 13 из прочной кислотощелочеупорной пластмассы с воронкообразной крышкой 9. Корпус 13 состоит из внешней и центральной 8 коаксиальных круглых вертикальных труб с расположенным между ними спиральным гребенчатым лентоприемником 12, соединенных между собой круглым днищем, при этом центральная труба 8 имеет аксиальное сквозное отверстие диаметром для прохода грузонесущей штанги 38. В днище сменного картриджа под съемной панелью аккумуляторного отсека 17 имеется автоматическое терморегулирующее устройство 15 с источником аккумуляторного питания 16. Терморегулирующее устройство 15 содержит нагреватель в виде нихромовой проволоки 3, соединяемый с источником аккумуляторного питания 16 посредством термореле, поддерживающем температуру внутри сменного картриджа в диапазоне 36,5±3,5°С, оптимальном для жизнедеятельности металлофильных бактерий. При этом, нихромовая проволока 3 запрессовывается как в спиральный гребенчатый пластмассовый лентоприемник 12, так и в пластмассовый лентодержатель 2, а включаться на нагрев обе проволоки 3 могут как по отдельности (например, в сборной емкости), так параллельно (например, при транспортировке сменного картриджа зимой).

Время экспонирования обсемененной бактериями матрицы 1 в проточном продуктивном растворе устанавливается экспериментально или определяется опытным путем из-за трудно учитываемого влияния разнонаправленных факторов, изменяющихся на разных этапах технологического процесса.

Общая схема применения предлагаемого технического решения может быть показана на примере освоения Бакчарского железорудного месторождения (БЖРМ).

В 21-м веке перспективы освоения крупнейшего в мире БЖРМ определяются альтернативной конкуренцией сухрройного и гидравлического способов добычи полезного ископаемого. Если в случае реализации сухоройного карьера первый товарный продукт может быть получен только на 5-7 год сначала добычных работ, то в случае реализации скважинной гидродобычи (СГД) или добычи методом подземного выщелачивания (ПВ) товарный продукт может быть получен уже в первый год, что более предпочтительно для инвестора, особенно, для частного бизнеса.

Контур БЖРМ (поз. 42) охватывает территорию площадью 560 кв.км.

Длительность освоения БЖРМ с использованием экологической геотехнологии ПВ может достигать ста лет, при этом часть территории будет являться добычным промыслом 43, а часть - площадью, подготавливаемой к эксплуатации 44 (фиг. 10). Добычный промысел 43 подразделяется на сотни добычных участков 45, содержащих до 150 эксплуатационных скважин 41 каждый. Центр управления добычным промыслом (ЦУДП) целесообразно разместить в административном центре Бакчарского района Томской области непосредственно на территории БЖРМ - в селе Бакчар, где также разместится фабрика получения промпродукта из металлоносных матриц. В этом случае средний радиус обслуживания добычных участков не превысит а расстояние доставки промпродукта от села Бакчар до г. Томска - областного центра Томской области (по воздуху или земле) будет L ~ 200 км., что примерно, будет соотноситься с максимальным радиусом действия r коптеров на добычном участке как Это соотношение определяет классы грузонесущих воздушных летательных аппаратов по их грузоподъемности, дальности полета, электрической емкости аккумуляторов и т.п.В г. Томске имеется научно-техническая и промышленная база для изготовления технологического обеспечения процесса добычи бактериальными культурами, сменными картриджами, коптерами, участковыми депо и др., а также для переработки компактированных металлоносных матриц (в т.ч., ТНЦ СО РАН, ВУЗы, НПО «ВИРИОН», ТНХК, СХК, НПО, заводы и т.д.).

Исходя из состава бакчарской бурожелезняковой руды оолитового строения в качестве приоритетных полезных компонентов руды для первоначального извлечения из продуктивного раствора на добычном участке - в качестве своеобразного «дежурного блюда из добычного меню» - могут быть выбраны, например, главный компонент - железо (содержание в руде 25-45% Fe), макропримесь - ванадий (содержание в руде до 0,1% V), микропримесь - золото (содержание в руде 1 г/т). Эти приоритетные полезные компоненты могут извлекаться одновременно в составе каскадной батареи сменных картриджей 31, но с различными временами экспозиции картриджей, обратно пропорциональными их содержанию в продуктивном растворе. Так, например, в случае трехкаскадной батареи 31, верхний сменный картридж с железобактериями экспонирует матрицу 1 сутки, средний сменный картридж с бактериями, извлекающими ванадий, экспонирует матрицу 1 неделю, нижний сменный картридж с бактериями, извлекающими золото, экспонирует матрицу 1 квартал года. Таким образом, за время цикла отработки такой батареи (90 дней) произойдет смена первого золотонесущего картриджа, 13-ти ванадийсодержащих картриджей и 90-та железосодержащих картриджей (фиг. 8). При этом, коммерческая ценность добытых за цикл извлечения полезных компонентов бакчарской железной руды может быть сопоставима.

Достигаемый технический результат от использования нового технического решения может быть охарактеризован следующими положениями:

- обеспечивается получение товарного продукта с первого года эксплуатации добычного промысла;

- обеспечивается первоочередное извлечение самого ценного в данный период эксплуатации месторождения полезного компонента руды;

- приоритетное извлечение полезного компонента руды осуществляется посредством экологической природоподобной биотехнологии на добычном участке;

- работа всего добычного промысла организована по безлюдной природоподобной технологии в болотистой местности в условиях неразвитой транспортно-энергетической инфраструктуры и континентального климата;

- из полезного ископаемого селективно извлекается высокотехнологический рафинированный бактериями металл в форме порошка;

- извлечение полезных компонентов руды из продуктивного раствора на добычном промысле производится роботизированным комплексом автоматически, круглосуточно и круглогодично.

Предложенная группа изобретений относится к области горного дела, его разделу геотехнологий, а именно способу добычи твердого полезного ископаемого посредством подземного выщелачивания (ПВ). Способ извлечения полезных компонентов руды из продуктивного раствора на добычном промысле включает приготовление на дневной поверхности выщелачивающего агента на основе болотной воды торфяных отложений, перекрывающих месторождение железной руды, подачу выщелачивающего агента по эксплуатационной скважине в рудный пласт, смешивание выщелачивающего агента с потоком, обводняющим рудный пласт, выщелачивание полезных компонентов руды с образованием продуктивного раствора, подачу продуктивного раствора по эксплуатационной скважине в сборную емкость устьевого резервуара скважины в течение полусуток земного прилива, извлечение приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора с образованием промежуточного продукта в сборной емкости, подачу промежуточного продукта в бассейн-отстойник, получение после отстоя промежуточного продукта коллективного концентрата полезных компонентов руды и оборотной воды, подачу коллективного концентрата на хранение в емкость, подачу оборотной воды в систему водоснабжения промысла. Процесс извлечения приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора реализуется последовательностью следующих операций, а именно культивирования и размножения железобактерий, приготовления бактериальных суспензий, изготовления из органического материала перфорированной, или решетчатой, или сетчатой матрицы ленточного типа, обсеменения матрицы бактериальной микрофлорой, изготовления из пластмассы, устойчивой к действию агрессивной кислотной, щелочной и бактериальной среды, сменного картриджа с лентоприемником, помещения обсемененной матрицы в лентоприемник картриджа, обеспечения микроорганизмам оптимальных условий жизнедеятельности внутри картриджа, включая качество субстрата матрицы, питательной среды, температурного режима и защиты от негативных внешних воздействий, помещения картриджа или каскадной батареи из нескольких картриджей, заряженных железобактериями, в сборную емкость устьевого резервуара эксплуатационной скважины, экспонирования матрицы в проточном продуктивном растворе в течение установленного времени до извлечения приоритетного компонента руды, выемки сменного картриджа из сборной емкости, замены металлоносной матрицы на новую матрицу, обсемененную бактериальной микрофлорой, повторения цикла извлечения приоритетного компонента руды из продуктивного раствора, при этом весь процесс извлечения металла осуществляется автоматически роботизированным комплексом на добычном промысле одновременно на нескольких эксплуатационных скважинах. Технический результат - повышение эффективности и интенсивности процесса извлечения приоритетного полезного компонента руды из продуктивного раствора, собираемого при ПВ в устьевом резервуаре эксплуатационной скважины, а также обеспечение сбора и хранения полученного продукта на добычном промысле. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ селективного извлечения металлов из жидкого коллективного концентрата полезных компонентов руды на добычном участке при подземном выщелачивании, включающий подачу коллективного концентрата в подземную ступенчатую колонну-стратификатор на добычном участке, стратификацию коллективного концентрата на легкую, среднюю и тяжелую фракции, каждую в пределах своего цилиндрического объема колонны-стратификатора, соответствующего удельному вкладу фракций в объем жидкого коллективного концентрата и соотношению диаметру ступени к ее высоте, равному один к одному, и извлечение из тяжелой фракции приоритетного полезного компонента руды посредством обсемененной металлофильными микроорганизмами жаброподобной матрицы, регулярно осциллирующей вверх-вниз вдоль аксиальной оси симметрии цилиндрического объема нижней ступени, содержащей тяжелую фракцию, после завершения бактериального извлечения приоритетного полезного компонента из тяжелой фракции все фракции раздельно, сначала легкая фракция - из верхней ступени колонны - стратификатора, затем средняя фракция - из средней ступени, после тяжелая фракция - из нижней ступени, последовательно ламинарным потоком перекачиваются в индивидуальные подземные сборные емкости, а шлам из зумпфа - в подземный шламонакопитель, откуда они забираются для дальнейшего раздельного обогащения на добычном участке и получения компактного промежуточного продукта, пригодного для транспортировки за пределы добычного промысла на технологический передел и/или промышленное использование.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулярное осциллирование жаброподобной матрицы производят посредством образования и ликвидации пузыря газа, производимого бактериями, обсеменяющими матрицу, причем достижение верхней границы страты тяжелой фракции осуществляют за счет действия подъемной силы пузыря газа, а достижение нижней границы осуществляют за счет действия силы тяжести при стравливании газа из пузыря в атмосферу.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в случае генерации бактериями горючего газа, например метана, последний сжигается в атмосфере на факеле с термоэлектрическим преобразованием выделяющегося тепла, причем получаемый электрический ток используется для подзарядки аккумулятора, питающего через термореле нагревательные элементы жаброподобной матрицы.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что питательную среду для металлофильных бактерий, обсеменяющих жаброподобную матрицу, подают сверху колонны-стратификатора из емкости по трубке капельным путем посредством капельницы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что легкую фракцию утилизируют на добычном промысле путем пропитки ей торфяного субстрата, приготовленного из торфяных отложений, перекрывающих месторождение, с получением органо-минеральных удобрений.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднюю фракцию барботируют водородом на добычном промысле с получением в осадке металлов среднего атомного веса в виде порошка.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тяжелую фракцию на добычном промысле упаривают посредством тепловой энергии, получаемой окислением торфа, перекрывающего месторождение руды, до образования твердого остатка соединений благородных и редкоземельных металлов.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шламовый осадок направляют на центрифугирование с отделением частиц песка и глины, а тяжелый остаток направляют на селективное извлечение металлов ионообменным методом.

9. Автоматическое устройство для реализации способа по п. 1, отличающееся тем, что содержит подземную трехступенчатую колонну-стратификатор с зумпфом, заполненную жидким коллективным концентратом полезных компонентов руды так, что в верхнем цилиндрическом объеме первой ступени стратифицирована легкая фракция концентрата, в среднем цилиндрическом объеме второй ступени стратифицирована средняя фракция концентрата, в нижнем цилиндрическом объеме третьей ступени стратифицирована тяжелая фракция концентрата, а в зумпфе осажден шлам, в нижнюю страту помещена жаброподобная матрица, обсемененная металлофильными бактериями по развитой поверхности радиально и вертикально ориентированных щетинистых плетей, снабженных перфорированными трубочками для подачи питательного раствора через питательный коллектор и нагревательными элементами из нихромовой проволоки, соединенными через герметичные контактные группы с термореле, матрица прикреплена к пленочному газосборному куполу, вершина которого снабжена перепускным газовым клапаном, соединенным пластмассовой трубкой с поплавком-рессивером на поверхности верхней страты, который, в свою очередь, снабжен стравочным газовым клапаном, соединенным трубкой с атмосферным факельным устройством, содержащим поджиг и термоэлектрический генератор, соединенный через входное подзарядное устройство с аккумулятором, расположенным на съемной крышке колонны-стратификатора рядом с емкостью, содержащей питательный раствор и соединенной трубкой над поверхностью верхней страты с капельницей, которая, в свою очередь, соединена пластмассовой трубкой с питательным коллектором матрицы, а аккумулятор соединен герметичным грузонесущим электрическим кабелем через термореле с нагревательными элементами всех щетинистых плетей, при этом устройство снабжено наплавным насосом для перекачки агрессивных жидкостей и погружным шламовым насосом, запитываемыми автономно и/или из электроснабжаемых источников добычного промысла.