Способ подземного активационного выщелачивания комплексных руд Российский патент 2023 года по МПК E21C41/22 E21B43/28 E21B43/263 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке комплексных медно-золоторудных месторождений.

Известен способ разработки месторождений полезных ископаемых с использованием выщелачивания, по которому выемку руды производят камерами, дробленую руду доставляют на поверхность, где ее сортируют и обогащают, при этом хвосты сортировки укладывают в штабели и выщелачивают из них полезные компоненты, а частью отвальных продуктов обогащения закладывают отработанные камеры [1].

Однако известный способ не позволяет производить достаточно полное извлечение полезных компонентов из руд и осуществляется с большими затратами на перемещение руды и сооружение закладочного комплекса и хвостохранилищ.

Известен способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий отработку рудного тела с формированием камер и их последующей закладкой, доставку руды на поверхность и извлечение из нее рудных минералов на обогатительной фабрике [2].

Недостатки известного способа - большие потери руды, оставляемой в целиках, и значительные затраты на складирование некондиционных руд и хвостов обогащения на поверхности.

Известен способ добычи полезных ископаемых с применением выщелачивания, включающий выемку руды камерами, доставку руды на поверхность, ее сортировку, обогащение концентрата, выщелачивание хвостов сортировки и последующую закладку отработанных камер отходами производства - некондиционной рудой и хвостами обогащения с транспортировкой их в отработанные камеры в выщелачивающем растворе, а затем заложенный в камерах материал обрабатывают выщелачивающим раствором [3].

Недостатком данного способа является низкая эффективность селективной выемки руд с различным уровнем содержания ценных компонентов и большие потери руды в целиках.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ подземной разработки комплексных медно-золоторудных месторождений с активационным выщелачиванием [4]. Способ включает проведение взрывной подготовки руд и последовательное выщелачивание из них ценных компонентов растворами реагентов. Основные заряды ВВ размещают в сдвоенных скважинах, причем смежно расположенные пучки сдвоенных скважин ориентируют ортогонально, осуществляют обуривание руды скважинами увеличенного диаметра между смежно расположенными пучками сдвоенных скважин с размещением в скважинах увеличенного диаметра дополнительных зарядов ВВ. Кроме зарядов ВВ в скважинах увеличенного диаметра и сдвоенных скважинах размещают тонкостенные трубы с реагентами, а взрывание зарядов ВВ в скважинах увеличенного диаметра осуществляют с увеличенным интервалом замедления относительно смежно расположенных сдвоенных скважин. После взрывоинъекционной подготовки руды в блоке осуществляют повторное обуривание скважинами увеличенного диаметра с размещением во взорванной руде пористых обсадных труб и электродов с последующей подачей в пористые обсадные трубы исходного раствора серной кислоты, последовательно осуществляют пропитку взорванной руды слабоконцентрированным электроактивированным окисляющим раствором серной кислоты и подачу - на размещенные в пористых обсадных трубах электроды - напряжения величиной, обеспечивающей реализацию процесса электролиза в исходном растворе реагентов внутри пористых обсадных труб и инициированных электролизом процессов электродиффузии ионов и молекул электролизных газов через пористые обсадные трубы в объем взорванной руды для разупрочнения отдельностей. Продуцируют серную кислоту непосредственно во взорванной руде и интенсифицируют процесс окисления сульфидных и сульфосолевых минералов, содержащих медь и растворимые в серной кислоте сопутствующие ценные компоненты, производят отключение напряжения на электродах. Взорванную руду орошают первоначально насыщенной кислородом водой, полученный продуктивный раствор выпускают в нижнюю часть блока и направляют по трубопроводу на поверхность для извлечения ценных компонентов, а маточные растворы насыщают кислородом и подают на очередной цикл орошения до извлечения из взорванной руды основной части меди и растворимых в серной кислоте сопутствующих ценных компонентов, после чего в пористые обсадные трубы с электродами подают концентрированный раствор хлорида натрия, который кондиционируют по рН соляной или серной кислотой и подвергают электролизу. Полученный щелочной раствор гипохлорита натрия в результате бародиффузии, инициированной давлением электролизных газов, через пористую обсадную трубу поступает в кислотную среду, окружающую взорванную руду, в результате чего при повышении рН до уровня 6,5-7,3 формируется комплексообразователь для золота - хлорноватистая кислота, при этом после стадии хлоридного электрохимического выщелачивания золота отключают напряжение на электродах, а взорванную руду орошают активным хлоридно-гипохлоритным раствором, полученным в электрохимическом реакторе, при этом полученный продуктивный раствор выпускают в нижней части блока и направляют на переработку с извлечением из него золота и сопутствующих ценных компонентов по трубопроводу на поверхность, а маточные растворы доукрепляют хлоридом натрия, подкисляют, реактивируют и направляют на очередной цикл орошения до достижения установленного уровня извлечения из руды ценных компонентов. [4].

Недостатком данного способа является недостаточно высокая эффективность извлечения ценных компонентов при выщелачивании комплексных руд с различными формами нахождения ценных компонентов, обусловленная интенсивным выходом в поровые растворы минералообразующих и сопутствующих рудных элементов при взаимодействии с реакционно-активными реагентами в процессе их взрывоинъекционного внедрения в рудный массив, вступающих впоследствии в конкурентные побочные реакции с комплексообразователями в основную стадию выщелачивания при орошении рабочими растворами взорванной руды.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности процесса посредством решения задачи увеличения сквозного извлечения полезных компонентов при разработке месторождений комплексных руд путем снижения выхода в поровые растворы минералообразующих и сопутствующих рудных элементов при взрывоинъекционной подготовке.

Технический результат достигается за счет того, что в способе подземного активационного выщелачивания комплексных руд, включающем взрывоинъекционную подготовку руд и последовательное выщелачивание из них ценных компонентов растворами соответствующих реагентов, взрывоинъекционную подготовку руд производят с опережающей пропиткой парами воды, формирующими развитую систему микротрещин с заполнением их поровыми растворами в зонах предразрушения руды, а затем взрывоинъектируют в руду окисляюще-выщелачивающий карбонатный раствор с комплексом сформированных в нем в процессе взаимодействия со взрывными газами перкарбонатными и пероксонитрильными соединениями, после чего орошают руду слабым карбонатным раствором, при этом полученный продуктивный раствор выпускают в нижней части блока и направляют на переработку с извлечением из него ценных компонентов, образующих карбонатные и нитратные комплексы, а затем производят орошение руды растворами с комплексообразователем для извлечения из руды оставшихся сопутствующих ценных компонентов до достижения установленного уровня их извлечения.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

Схемы реализации способа изображены на чертежах. На фиг. 1 - схема конструкции заряда; на фиг. 2 - схема процесса в зонах предразрушения с системой микротрещин; на фиг. 3 - схема последовательности инициирования процессов.

Способ осуществляется следующим образом.

После проведения подготовительных и нарезных выработок осуществляют обуривание руды в блоке скважинами большого диаметра (150-300 мм). В центральной осевой части 1 с зарядом ВВ 2 всех взрывных скважин 3 размещают тонкостенные пластиковые трубки 4 с раствором гидрокарбоната натрия, а в периферийной части - пластиковые трубки 5 с технической водой. При взрывании зарядов ВВ 2 образующиеся взрывные газы разрывают тонкостенные пластиковые трубки 4, размещенные во взрывных скважинах 3, при этом вода в периферийных пластиковых трубках 5 под их воздействием трансформируется в перегретые пары, которые проникают в возникающие в рудном массиве микротрещины 6 при прохождении через него взрывных волн. Наведенные взрывом микротрещины 6 представлены в зоне волнового предразрушения массива, которая простирается на расстояние до 100 и более радиусов 7 заряда ВВ 2. Перегретые пары, находящиеся под высоким давлением, проникая в микротрещины, расширяют их, причем не производят при этом активного выщелачивания минералообразующих элементов, в первую очередь - железа и кальция, являющихся кольматантами в последующих процессах селективного растворения ценных компонентов. Поскольку в водных парах в результате термодиссоциации, даже при околонейтральном рН, значительны концентрации ионов гидроксония (H₃O³) и гидроксид-ионов (ОН^-), то за счет их бародиффузии в кристаллические решетки рудных минералов и инициируемой ею передислокацией атомов, находящихся в ее узлах, будут формироваться дополнительные дефекты. Эти дефекты - точечные и линейные вакансии - будут развиваться в новые микротрещины при прохождении второй взрывной волны, возникающей в результате скачка давления взрывных газов в результате их проникновении в осевую трубку с раствором гидрокарбоната натрия. В растворе в ходе воздействия на него высокотемпературных взрывных газов образуются окислы углерода и вода НСО₃^-+H⁺=CO₂+H₂O, а также высоко активные кластеризованные радикалы и ионы СО₂→СО₂*, CO₂*+CO₂*=C₂O₄*, С₂О₄*=С₂О₄⁺+е^-. При контакте с окислами азота, входящими в состав взрывных газов, образуются и другие высокоактивные окислители, в частности, азотная кислота и пероксонитрил. Вместе с ионизированными парами воды эти активные компоненты будут проникать в поровую воду, находящуюся в сформированных на начальной стадии взрывоинъекционной подготовки, микротрещин 6, обеспечивая их дальнейшее развитие. Таким образом, в предлагаемом способе, за счет опережающего формирования перегретыми ионизированными парами воды системы микротрещин 6 и дополнительных дефектов кристаллических решеток рудных минералов, энергия паров второй волны с реагентами расходуется на развитие контактной поверхности и, в существенно меньшей степени - на химическое взаимодействие с нерудными минералообразующими элементами для последующего реакционного взаимодействия реагентов. В ходе последующего остывания и гидратации при контакте с поровой водой, образованные при воздействии взрывных газов на карбонатный раствор, димерные кластерные соединения углерода и кислорода, продуцируют надугольную кислоту C₂O₄*+2H₂O=H₂C₂O₆+Н₂. Надугольная кислота при контакте с минеральным веществом диспропорционирует с образованием мононадугольной кислоты и углекислого газа Н₂С₂О₆=H₂CO₄+СО₂ или пероксида водорода и углекислого газа H₂C₂O₆=Н₂О₂+2СО₂. Образующаяся мононадугольная кислота (Н₂СО₄) также с течением времени диспропорционирует с образованием пероксида водорода и угольной кислоты

Важным свойством перкарбонатных соединений является их синергетическое - совместно с другими комплексообразователями - окисляющее воздействие на металлы и серу в составе рудных минералов. Кроме того, перкарбонатные соединения являются комплексообразователями для ряда выщелачиваемых ценных металлов. Например, параллельно с окислительной подготовкой сульфидных и сульфоарсенидных минералов, содержащих химически связанное и инкапсулированное золото, ими будет осуществляться выщелачивание молибдена перкарбонатными растворами, по реакциям

Кроме того, при окислении и растворении серы, переходящей в сульфатную форму, будет образовываться и дополнительный выщелачивающий агент - серная кислота

Рассмотренные процессы при взрывоинъекционном выщелачивании с заявляемой конструкцией зарядов ВВ 2 позволяют осуществить формирование в рудном массиве системы развитых микротрещин 6, окисление и начальное выщелачивание ценных компонентов, образующих соединения с карбонатными комплексами. После взрывоинъекционной подготовки комплексных руд, осуществляют их орошение слабыми растворами комплексообразователей для растворенных и находящихся в поровых растворах компонентов. Для выщелачивания других ценных компонентов из подготовленной взрывоинъекциями руды, в частности золота, осуществляют орошение ее растворами, содержащими соответствующий комплексообразователь (для золота - содержащими хлорноватистую кислоту). За счет сформированной при таком взрыве развитой системе микротрещин и передислокации к их поверхностям атомов химически связанного золота, обеспечивается высокий уровень его извлечения в основном процессе выщелачивания отбитой руды.

Пример выполнения способа выщелачивания золота и молибдена из комплексных руд.

Выщелачивание молибдена и золота производилось в перколяторе, моделирующем блок взорванной руды из упорных бедных золото-молибденовых руд месторождения Гитче-Тырныауз с содержанием золота 3 г/т и порядка 0,2% молибдена, после 3-стадиального дробления до достижения средней крупности - 3,35 мм. Подготовка водными взрывоинъекциями была смоделирована в автоклаве обработкой перегретой водопаровой смесью при температуре 200°С. Далее была смоделирована взрывоинъекцианная перкарбонатная подготовка к выщелачиванию золота и предвыщелачиванию молибдена. После слива раствора и остывания рудной массы было произведено перколяционное выщелачивание молибдена 0,1% раствором гидрокарбоната натрия. Извлечение молибдена составило 85%. Далее хлоридно-гипохлоритными растворами произведено выщелачивание золота с извлечением более 80%. Повышение извлечения золота составило более 20%, молибдена 35% по сравнению с контрольной схемой одностадийного выщелачивания хлоридно-гипохлоритными растворами без предварительного окисления и предвыщелачивания молибдена.

Способ повышает эффективность процесса посредством решения задачи увеличения сквозного извлечения полезных компонентов при разработке месторождений комплексных руд.

Источники информации

1. Патент США №3260548, кл. 299-18. Способ добычи полезных ископаемых с применением выщелачивания, 1966.

2. Патент США №3586379, кл. 299-8. Способ подземной разработки месторождений полезных ископаемых, 1971.

3. А.с. СССР №607020. Способ добычи полезных ископаемых с применением выщелачивания.

4. Патент РФ №2774166. Способ подземной разработки комплексных медно-золоторудных месторождений с активационным выщелачиванием.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземной разработке комплексных медно-золоторудных месторождений. Способ подземного активационного выщелачивания комплексных руд включает взрывоинъекционную подготовку руд и последовательное выщелачивание из них ценных компонентов растворами соответствующих реагентов. Взрывоинъекционную подготовку руд производят с опережающей пропиткой парами воды, формирующими развитую систему микротрещин с заполнением их поровыми растворами в зонах предразрушения руды, а затем взрывоинъектируют в руду окисляюще-выщелачивающий карбонатный раствор с комплексом сформированных в нем в процессе взаимодействия со взрывными газами перкарбонатными и пероксонитрильными соединениями, после чего орошают руду слабым карбонатным раствором, при этом полученный продуктивный раствор выпускают в нижней части блока и направляют на переработку с извлечением из него ценных компонентов, образующих карбонатные и нитратные комплексы, а затем производят орошение руды растворами с комплексообразователем для извлечения из руды оставшихся сопутствующих ценных компонентов до достижения установленного уровня их извлечения. Технический результат заключается в повышении эффективности процесса посредством решения задачи увеличения сквозного извлечения полезных компонентов при разработке месторождений комплексных руд путем снижения выхода в поровые растворы минералообразующих и сопутствующих рудных элементов при взрывоинъекционной подготовке. 3 ил.

Способ подземного активационного выщелачивания комплексных руд, включающий взрывоинъекционную подготовку руд и последовательное выщелачивание из них ценных компонентов растворами соответствующих реагентов, отличающийся тем, что взрывоинъекционную подготовку руд производят с опережающей пропиткой парами воды, формирующими развитую систему микротрещин с заполнением их поровыми растворами в зонах предразрушения руды, а затем взрывоинъектируют в руду окисляюще-выщелачивающий карбонатный раствор с комплексом сформированных в нем в процессе взаимодействия со взрывными газами перкарбонатными и пероксонитрильными соединениями, после чего орошают руду слабым карбонатным раствором, при этом полученный продуктивный раствор выпускают в нижней части блока и направляют на переработку с извлечением из него ценных компонентов, образующих карбонатные и нитратные комплексы, а затем производят орошение руды растворами с комплексообразователем для извлечения из руды оставшихся сопутствующих ценных компонентов до достижения установленного уровня их извлечения.