Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
АНГЕЛОВ ВАЛЕРИЙ АНДРЕЕВИЧ
Обоснование способов подготовки техногенного сырья для эффективного использования ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ОСВОЕНИИ медно-колчеданных МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Специальность: 25.00.22 - Геотехнология
(подземная, открытая и строительная)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Магнитогорск - 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Рыльникова Марина Владимировна
Официальные оппоненты: Зотеев Олег Вадимович,
доктор технических наук, профессор
ИГД УрО РАН, заведующий
аборатории геомеханики
Милкин Дмитрий Александрович
кандидат технических наук, ведущий горный инженер ООО Северсталь-Золото
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО Уральский государственный
горный университет (УГГУ), г. Екатеринбург
Защита состоится 24 мая 2012 г. в 1300 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
Автореферат разослан л23 апреля 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук
Корнилов Сергей Николаевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Освоение медно-колчеданных месторождений Урала приводит к образованию на земной поверхности значительного количества отходов добычи и переработки руд. Причем, содержание в них ценных компонентов и общий объем накопленных металлов сопоставимы по многим элементам с рудами перспективных месторождений. По оценкам специалистов отработка техногенных образований возможна, преимущественно, физико-химическими геотехнологиями, актуальность применения которых не вызывает сомнений. Вместе с тем, развитие их в России сдерживается рядом весомых причин: недостаточной изученностью техногенной сырьевой базы, характеризующейся низкими технологическими свойствами; низкой интенсивностью процессов выщелачивания; сложностью управления процессами фильтрации; отсутствием апробированных технологических решений, в том числе основанных на применении новых реагентов, физических полей, геоматериалов, для формирования техногенных массивов с заданными характеристиками.
Сокращение объемов отходов на поверхности Земли требует изменения подхода к использованию техногенного сырья. В процессе складирования и хранения техногенного сырья должна осуществляться его целенаправленная подготовка для дальнейшего использования, достигаемая путем контролируемого изменения его физико-механических свойств, вещественного состава и структурных характеристик. Это позволит задать необходимые технологические характеристики отходам, которые обеспечат возможность последующей эффективной эксплуатации сформированного техногенного образования. Обоснование геотехнологических решений по подготовке техногенного сырья для эффективного использования при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений призвано обеспечить расширение минерально-сырьевой базы горных предприятий и представляет собой весьма актуальную задачу.
Целью работы является обоснование способов подготовки техногенного медно-колчеданного сырья к эффективному использованию для повышения комплексности освоения месторождений.
Идея работы заключается в совершенствовании технологий формирования техногенных образований путем использования новых реагентов и материалов для направленного преобразования или сохранения вещественного состава техногенного сырья с целью его эффективной разработки физико-химическими геотехнологиями.
Задачи исследований:
- анализ опыта переработки отходов горно-обогатительных предприятий и обобщение знаний в области разработки техногенных месторождений;
- классификация отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд по свойствам, влияющим на технологические характеристики техногенного сырья, и способу их изменения;
- исследование параметров геотехнологий, обеспечивающих формирование технологических характеристик техногенного медно-колчеданного сырья для его эффективной переработки;
- разработка методики выбора способов подготовки техногенного сырья для эффективного использования при комплексном освоении месторождений медно-колчеданных руд;
- разработка и оценка экономической эффективности технологических решений по формированию технологических характеристик отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд.
Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований было выбрано техногенное медно-колчеданное сырье - отходы добычи и переработки руд.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ опыта формирования техногенных месторождений и переработки техногенного сырья; геолого-технологические исследования; химический и рентгенофазовый анализы; проведение лабораторных и опытно-промышленных экспериментов, направленных на определение основных технологических свойств сырья, а также планирование и обработку результатов современными методами математической статистики, технико-экономические расчеты.
Положения, выносимые на защиту:
1. Совершенствование физико-химической геотехнологии разработки медно-колчеданных техногенных образований достигается путем применения при складировании сырья геотубов (контейнеры из геотекстиля) и реагентов-поризаторов для сохранения, либо направленного изменения вещественного состава и характеристик техногенного сырья с целью его эффективного использования.
2. Формирование из текущих хвостов обогащения медно-колчеданных руд устойчивой при длительном хранении структуры участков пористого техногенного массива высотой не более 30 м, гарантирующей сохранность пор и создание условий для бурения скважин, диффузии и фильтрации растворов при скважинном выщелачивании, обеспечивается при соотношении компонентов смеси, направляемой на поризацию (% от общей массы): 50 % хвостов обогащения, 15 % инертного материала, 5% цемента, 25% воды и 5% синтетического однокомпонентного порообразователя с кратность пены 5-7.
3. Складирование отходов обогащения в геотубы обеспечивает обезвоживание текущих хвостов обогащения до 15% влажности в течение первых 24 часов без использования аппаратных методов, способствует изоляции техногенного сырья от внешних природных воздействий, сохранению его качества и однородности вещественного состава на длительную перспективу.
4. Выбор рационального способа подготовки техногенного медно-колчеданного сырья для эффективного использования при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений должен производиться в соответствии с показателем ресурсной ценности сырья, определяемым отношением ценности извлекаемых при переработке компонентов к затратам на реализацию технологии.
Научная новизна работы:
1. Классификация отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд по основным признакам - структуре, вещественному составу и физико-механическим характеристикам, непосредственно влияющим на выбор способа подготовки техногенного сырья к выщелачиванию.
2. Принципы обоснования параметров подготовки участков техногенного массива к последующему выщелачиванию, обеспечивающие повышение эффективности использования техногенного сырья.
3. Методика выбора способа подготовки техногенного сырья к эффективному использованию в зависимости от его ресурсной ценности.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, удовлетворительной сопоставимостью результатов теоретических, экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.
Практическая значимость работы состоит в разработке новых способов подготовки техногенного медно-колчеданного сырья, его складирования и хранения при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений.
Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственного контракта с Минобрнаукой РФ № 16.515.11.5065 (руководитель академик РАН К.Н. Трубецкой) и № 14.740.11.1272 от 17 июня 2011 г. по мероприятию 1.3.2 Проведение научных исследований целевыми аспирантами федеральной целевой программы Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы. Основные положения диссертации были использованы для разработки технологических схем складирования и переработки некондиционного сырья в условиях Учалинского и Бурибаевского ГОКов.
ичный вклад автора состоит в обосновании методики и проведении исследований технологий подготовки техногенного сырья к последующей эксплуатации, определении основных направлений совершенствования геотехнологий, разработке методики выбора рационального способа подготовки сырья.
Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались и обсуждались на международном совещании Плаксинские чтения. Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья (Верхняя Пышма, сентябрь 2011 г.); VI международной конференции Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр (Магнитогорск, май 2011 г.); 67, 68, 69 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета; технических советах Учалинского и Бурибаевского ГОКов.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 110 наименований и содержит 175 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 19 таблиц.
Автор выражает благодарность академику К.Н. Трубецкому, член-корреспонденту РАН Д.Р. Каплунову, профессорам М.В. Рыльниковой и В.Н. Калмыкову, к.т.н. Д.Н. Радченко, Е.А. Емельяненко, В.В. Олизаренко за ценные советы в подготовке диссертации, сотрудникам кафедры ПРМПИ и ОПИ Института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова, а также руководству Учалинского горно-обогатительного комбината за организацию лабораторных и опытно-промышленных исследований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ
Выполненный анализ существующих технологий складирования некондиционного сырья показал, что принципы проектирования техногенных образований исторически менялись. В то же время формирование техногенных образований происходило бессистемно и, как правило, без учета возможности и целесообразности эксплуатации в настоящее время или в будущем. Несмотря на очевидную необходимость защиты окружающей среды от воздействия техногенных отходов, явную потребность в проведении специальных мероприятий, направленных на минимизацию природного выщелачивания и сохранение качества минерального сырья, на подавляющем большинстве предприятий такие мероприятия не реализуются.
Проблема комплексного освоения недр не может быть решена без эффективного использования ресурсов, накопленных в техногенных отходах. На возможность эффективного вовлечения некондиционного сырья в повторную эксплуатацию принципиальное значение оказывают способы его подготовки, складирования и хранения.
При реализации стратегии комплексного освоения недр наиболее перспективным решением проблемы эффективного складирования отходов является создание техногенных месторождений с заданными технологическими характеристиками. Результаты патентного поиска показали, что, несмотря на доминирующий неконтролируемый способ складирования отходов добычи и переработки руд, разработаны технологии и, преимущественно, на зарубежных предприятиях накоплен положительный опыт формирования техногенных массивов с заданными оптимальными параметрами.
У истоков развития способов целенаправленного придания техногенным образованиям требуемых технологических характеристик стояли сотрудники ИПКОН РАН и ИГД АН КазССР, под руководством академика К.Н. Трубецкого. Значительный вклад в изучение закономерностей процессов формирования и разработки техногенных массивов внесли ученые А.Е. Воробьев, В.К. Бубнов, С.А. Голяк, В.Г. Зотеев, В.З. Козин, В.Н. Уманец и другие. Ими были заложены теоретические основы формирования техногенных месторождений и предложены пути решения проблем рационального природопользования и ресурсосбережения.
Несмотря на обилие разработанных и запатентованных технологических решений по формированию техногенных массивов из отходов горно-обогатительного производства, преобладающее большинство их носит опытный характер и не имеет промышленного внедрения. На предприятиях, перерабатывающих медно-колчеданные руды, не проработаны способы подготовки техногенного сырья к последующей эксплуатации, которые обеспечивали бы формирование требуемых технологических характеристик.
Под технологическими характеристиками понимается совокупность свойств, в наибольшей степени влияющих на эффективность осуществления процессов физико-химической геотехнологии, и выбор технологических схем подготовки техногенного сырья к складированию и хранению. В результате исследования основных технологических характеристик техногенного сырья (рис.1) была разработана система исходных классификационных признаков и на ее основе выполнена классификация отходов горно-обогатительного производства по свойствам, влияющим на выбор технологии подготовки некондиционного сырья к последующей эксплуатации (табл. 1). В качестве примера в таблице 1 приведена классификация отходов по физико-механическим свойствам. Кроме этого в классификации учтены вещественный состав и характеристики структуры техногенного сырья.
Рисунок 1 - Технологические свойства техногенного сырья и формируемых техногенных массивов
Таблица 1 - Классификация отходов горно-обогатительного производства по свойствам, влияющим на выбор технологии подготовки некондиционного сырья к последующей эксплуатации
Способы подготовки техногенного сырья должны включать совокупность процессов и методов контролируемого изменения физико-механических свойств, вещественного состава и характеристик структуры складируемых отходов. Изучение и контроль перечисленных свойств является исключительно важным условием на стадиях обоснования и разработки способов подготовки техногенного сырья, позволяющим осуществлять его эффективное дальнейшее использование.
Выбор способа подготовки техногенного сырья для эффективного использования следует осуществлять по предлагаемому критерию ресурсной ценности отходов. Данный показатель представляет собой отношение извлекаемой ценности техногенных ресурсов и дополнительных экономических эффектов, полученных от снижения себестоимости основного и вспомогательного производства, затрат на рекультивацию, экономии на экологических и налоговых платежах, к суммарным приведенным затратам на реализацию предлагаемых технологий:
, доли единиц (д.е.) (1)
где - извлекаемая из техногенных отходов ценность полезного компонента, руб./т.; Эдоп - дополнительные экономические эффекты, полученные от реализации предлагаемой технологии, руб.; Кдоп - дополнительные капитальные затраты, необходимые для реализации предлагаемой технологии, руб.; С - эксплуатационные затраты на реализацию предлагаемой технологии, руб.; Q - количество некондиционного сырья, образующегося на предприятии, т.
При значении критерия ресурсной ценности Кр.ц.>1,15 техногенное сырье пригодно для извлечения ценных компонентов в краткосрочной перспективе. При 1<Кр.ц.<1,15 доизвлечение ценных компонентов может быть осуществлено в долгосрочной перспективе (в пределах 20 лет), а при Кр.ц.<1 утилизация сырья целесообразна в выработанных пространствах без доизвлечения ценных компонентов.
На рис. 2 представлена структурная схема, позволяющая в зависимости от ресурсной ценности техногенного сырья произвести выбор способа изменения его технологических характеристик.
Подготовка сырья предусматривает улучшение технологических свойств путем изменения совокупности физико-механических свойств, вещественного состава и характеристик структуры. Изменение перечисленных свойств должно осуществляться совместным химическим, механическим и физическим воздействием на сырье и формируемый массив.
Рисунок 2 - Структурная схема выбора способа формирования технологических характеристик некондиционного сырья, где ТО* - техногенное образование
Воздействие на сырье разной ресурсной ценности методами, представленными на рис. 3, 4, позволяет в процессе его подготовки сформировать требуемые технологические свойства для эффективного использования.
Рисунок 3 - Комплекс методов воздействия на сырье краткосрочного хранения | Рисунок 4 - Комплекс методов воздействия на сырье долгосрочного хранения |
Для обоснования способов подготовки и последующего управления технологическими характеристиками некондиционного сырья, представленного отходами добычи руд, на Учалинском ГОКе были проведены опытно-промышленные исследования. По результатам испытаний были определены объемы накопления и запасы основных ценных компонентов в отвалах некондиционных руд Учалинского ГОКа, изучены вещественный состав и структурные характеристики отходов, определены их основные технологические характеристики.
Оценка физико-механических характеристик представленных на анализ руд свидетельствует об их достаточной механической устойчивости, что было подтверждено при формировании и укладке штабеля кучного выщелачивания. Анализ показателей влагопоглощения, влагонасыщения и размягчаемости руды указал на достаточно высокую степень водоустойчивости всех типов руд. В ходе выполнения исследований удалось выяснить, что прожилково-вкрапленные руды обладают оптимальными технологическими характеристиками для процессов выщелачивания за счет высокой степени проникновения растворов вглубь кусков.
Установлено, что благоприятные фильтрационные свойства и отсутствие кольматации имеет массив, сложенный фракцией +5 мм. Именно поэтому при проведении промышленных испытаний в технологическую схему была включена подготовительная операция предварительного грохочения материала по классу 5 мм. При реализации данных решений в промышленных масштабах, предлагается использовать фракцию -5+0 мм для последующего выщелачивания в отдельном технологическом цикле путем укладки в штабели небольшой высоты до 2 м с возможностью рыхления массива автопогрузчиком или экскаватором. Для обеспечения равномерного орошения действующей системы, поверхность руды была засыпана мелкой фракцией. Это позволило обеспечить равномерное распределение раствора по всей площади штабеля.
Вовлечение тонкодисперсного сырья в эксплуатацию в будущем перспективно технологией формирования в выработанном пространстве рудников поризованных техногенных массивов. Для реализации этого направления, в лабораторных условиях изучались физико-механические, технологические и структурные свойства поризованной пульпы и сформированных на ее основе образцов техногенных массивов, осуществлялся поиск эффективного и доступного пенообразователя, способного сформировать в поризуемом массиве необходимое внутреннее строение. Установлено, что на формирование макроструктуры и, следовательно, свойства поризуемых материалов оказывают влияние параметры вспенивания и минерализации, а именно свойства растворов пенообразователей, свойства вспениваемых материалов, режимы пенообразования и минерализации. В результате лабораторных исследований выявлено, что пенообразователь ПБ-2000, по сравнению с другими поверхностно-активными веществами, способен сформировать в техногенном массиве требуемую устойчивую структуру. Пена, приготовленная на основе данного пенообразователя, характеризуется кратностью 5-7, полифракционной сферической пористой структурой, возрастающим количеством соприкасающихся пор по мере роста кратности. Поризованная пульпа, приготовленная на основе данного пенообразователя, после схватывания приобретает открытую пористость за счет образования микроотверстий в зонах соприкосновения пузырьков пены. Наличие этих отверстий практически не влияет на прочностные характеристики пористого техногенного массива. Для оценки характеристик пористых массивов были подготовлены образцы 11 составов, которые выдерживались в нормальных условиях твердения, после чего производилось определение их основных физико-механических характеристик. В таблице 2 для сравнения приведены характеристики образца без поризации (ПЗС-1) и пористого образца, состоящего из 50 % хвостов обогащения, 15 % инертного материала, 5% цемента, 25% воды и 5% синтетического однокомпонентного порообразователя с кратность пены 5-7 (ПЗС-8).
Таблица 2 - Физико-механические характеристики пористых техногенных массивов
Анализ результатов исследования влияния нагрузки на коэффициент фильтрации показывает, что фильтрация поризованного (ПЗС-8) образца на порядок выше, чем у не поризованного (ПЗС-1) образца. Зависимость изменения коэффициента фильтрации нагрузки и законы распределения коэффициента фильтрации рассматриваемых составов, полученные методами математической статистики, приведены на рисунках 5 - 8.
Рисунок 5 - Зависимость коэффициента фильтрации образца ПЗС-1 от налагаемой нагрузки | Рисунок 6 - Гистограмма и теоретическая кривая распределения плотности вероятности коэффициента фильтрации образца ПЗС-1 | |
Рисунок 7 - Зависимость коэффициента фильтрации образца ПЗС-8 от налагаемой нагрузки | Рисунок 8 - Гистограмма и теоретическая кривая распределения плотности вероятности коэффициента фильтрации образца ПЗС-8 | |
По результатам анализа зависимостей видно, что не поризованный массив с шифром ПЗС-1 обладает низким коэффициентом фильтрации и слабым водопоглощением, что позволяет классифицировать его как водонепроницаемый массив, разработка которого физико-химической геотехнологией нецелесообразна.
При исследовании образца с шифром ПЗС-8 установлено, что его коэффициент фильтрации в ненагруженном состоянии составляет 0,8 м/сут. Данный коэффициент фильтрации характерен для водопроницаемых массивов, и он достигается за счет наличия равномерно распределенных по всему объему образца пустот сферической формы. При воздействии на исследуемый состав нагрузкой в 5,5 кг/см2, проницаемость массива падает до 0,18 м/сут, что объясняется разрушением пористой структуры массива под действием веса вышележащих хвостов.
Исследования показывают, что для эффективного осуществления процесса скважинного выщелачивания, проницаемость массива должна составлять не менее 0,5 м/сут, что достигается при нагрузке не более 3 кг/см2, и эквивалентно 30-метровому слою поризованной пульпы (рис. 7).
Сопоставляя гистограмму, построенную по фактическим данным, с теоретическим графиком распределения коэффициента фильтрации (рис. 8), можно утверждать, что значения коэффициента фильтрации образца ПЗС-8 подчиняются экспоненциальному закону распределения описываемому функцией f(Кф)=0,44e-0,44Кф.
Для реализации технологии поризации дисперсных отходов обогащения обоснована горнотехническая система, представленная на рис. 9. В соответствии с ней предусматривается подготовка текущих хвостов обогатительной фабрики для складирования в выработанном пространстве карьера путем их поризации. Формирование техногенного образования осуществляется послойно на мощность 30 метров, обеспечивающую оптимальные технологические характеристики складируемых отходов. Каждый слой необходимо выдерживать до достижения им нормативной прочности. На этот период сброс пульпы с первоначальной точки прекращается, и мобильный участок поризации перемещается на противоположный борт карьера.
По мере укладки поризованной хвостовой пульпы в выработанное пространство предусматривается подача окислителей для закисления минералов и электроимпульсное воздействие на сформированный массив, позволяющее оптимизировать технологические свойства массива. Разработка техногенного месторождения производится методом скважинного выщелачивания с переводом ценных компонентов в продуктивные растворы.
Рисунок 9 - Горнотехническая система подготовки техногенного сырья для эффективного использования в средне- и долгосрочной перспективе
1- техногенный поризованный массив; 2- буровая машина; 3-обогатительная фабрика; 4- емкости для подачи рабочих растворов; 5- система скважин; 6- емкости для подачи закислителя; 7- отвал некондиционного материала; 8- установка для электро-импульсной обработки скважин; 9, 11- технологический транспорт; 10- узел поризации; 13- выработки для сбора продуктивного раствора.
Следует отметить, что формирование техногенных образований длительного хранения должно обеспечивать сохранность техногенного сырья для его последующей эксплуатации и исключение потерь ценных компонентов, происходящих за счет природного выщелачивания. В соответствии с этим была обоснована технология заполнения текущими хвостами обогащения геотубов - емкостей определенного размера, изготовленных из специального материала - геотекстиля. Данный материал состоит из нитей полипропилена высокой плотности, соединенных в прочную ткань с устойчивым положением нитей относительно друг друга, имеющих уникальную структуру пор, которые обеспечивают удержание шламовых частиц малого размера и отвод из них свободной влаги.
Применение данной технологической схемы наиболее перспективно на горно-обогатительных предприятиях в случаях аварийных ситуаций, в период пуско-наладочных работ, отладки схем переработки руд, когда текущие хвосты обогащения поступают с высоким содержанием ценных компонентов. Для исключения потерь, на промплощадке предусматривается участок с подготовленными емкостями из геотекстиля для складирования хвостов (рис. 10). Кроме этого, технология является достаточно экологически чистым и энергосберегающим способом обезвоживания жидких отходов и может стать альтернативой аппаратным методам обезвоживания хвостов на обогатительных фабриках.
Рисунок 10 - Горнотехническая система складирования техногенного сырья для длительного хранения с сохранением его качества
1- заполненный геотекстильный контейнер; 2- контейнер в режиме заполнения; гидроизоляционное основание; 3- погрузчик; 4- сборная канава оборотной воды; 5 - обогатительная фабрика; 6-пульпопровод; 7,8- комплекс подготовки отходов обогащения для кучного выщелачивания; 9- штабель кучного выщелачивания; 10- прудок для сбора продуктивных растворов; 11, 12, 13- комплекс подготовки отходов добычи для кучного выщелачивания.
абораторными исследованиями процесса фильтрации при заполнении геотубов хвостами обогащения медно-колчеданных руд с разным соотношением твердой и жидкой фаз установлено, что соотношение Т:Ж не оказывает значимого влияния на эффективность обезвоживания хвостов, так как основной объем жидкости (80% и более) вытекает в самом начале обезвоживания за первые 20 минут (рис. 11а).
Рисунок 11 - Зависимости а) скорости фильтрации воды при разных соотношениях твердой и жидкой фазы; б) изменение влажности материала при обезвоживании в геотубах
Исследования показали, что основной вынос твердых частиц из геотубы происходит в первоначальный момент времени, после этого поры геотекстиля кольматируются, что обеспечивает удержание частиц малого размера в контейнере, отводя из него свободную влагу. Для определения показателей загрязнения фильтрата, вытекающего из геотекстиля, по завершению каждого этапа производилась оценка его качества и количества взвешенных в нем частиц. С увеличением процента твердого в исходном питании, уменьшается вынос шламовых частиц через стенки геотекстиля. Это связано с тем, что при подаче в геотуб смеси с высоким содержанием частиц твердого, поры геотекстиля забиваются быстрее и на дне образуется естественная постель из обезвоживаемого материала, которая обеспечивает получение слива, характеризующегося более высокой степенью механической очистки. Также исследованиями была доказана необходимость применения флокулянта, позволяющего значительно снизить вынос шламовых частиц из контейнера.
При моделировании условий, близких к реальному процессу складирования текущих хвостов обогащения в геотубы, в специально подготовленную емкость было залито 40 кг хвостов. По окончании процесса обезвоживания выброс твердых частиц из мешка составил 1,8 кг. (4,5%). По окончании суток влажность сгущенных хвостов в контейнере составила 15%.
При складировании материалов, характеризующихся крайне низким содержанием ценных компонентов, наиболее перспективно раздельное складирование в выработанном пространстве рудников техногенного сырья с разными физико-механическими и химическими свойствами на изолированных сегментах. Перечисленные мероприятия позволят сократить степень экологического воздействия отходов.
Для реализации теоретических результатов исследований и поиска эффективных технологий использования техногенных отходов была разработана методика, алгоритм которой представлен на рис.12. Методика позволяет произвести выбор способа подготовки некондиционного сырья к последующему использованию, путем целенаправленного формирования в нем основных технологических свойств.
Реализация разработанных технологических решений предложена для условий Бурибаевского ГОКа. В качестве альтернативных способов формирования технологических свойств были рассмотрены описанные выше варианты. Критерий ресурсной ценности текущих хвостов Бурибаевской обогатительной фабрики составил 1,139, что указывает на целесообразность формирования из них техногенного образования долгосрочного хранения. Дальнейшая эксплуатация сформированного техногенного месторождения скважинным выщелачиванием позволит получить 50,6 млн. руб. дополнительного экономического эффекта. При поступлении с фабрики хвостов обогащения повышенного качества (Cu>0,6%), их предложено размещать в геотубы на специально подготовленной площадке.
Рисунок 12 - Алгоритм методики выбора способов подготовки техногенного сырья к эффективному использованию
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи - обоснованы геотехнологии подготовки техногенного медно-колчеданного сырья к эффективному использованию для повышения комплексности освоения месторождений.
Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем:
1. На основе изучения и анализа основных технологических характеристик некондиционного сырья, разработана классификация отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд по основным признакам - структуре, вещественному составу и физико-механическим свойствам, непосредственно влияющим на выбор способа подготовки техногенного сырья к выщелачиванию, и определяющая степень влияния каждого фактора на технологические свойства складируемых отходов.
2. Разработана структурная схема выбора способов подготовки техногенного сырья для эффективного использования при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений, позволяющая производить выбор технологий формирования технологических свойств складируемых отходов в зависимости от критерия ресурсной ценности сырья (Кр.ц.), определяемого отношением ценности извлекаемых при переработке компонентов и дополнительной экономии от внедрения технологии к приведенным затратам на ее реализацию. Установлено что:
- при Кр.ц.>1,15 целесообразно осуществлять подготовку техногенных отходов для вовлечения в эксплуатацию в краткосрочной перспективе путем формирования штабелей кучного выщелачивания, либо складировать их в геотубы для обезвоживания и сохранения качества сырья;
- при 1<Кр.ц.<1,15 необходимо формировать техногенные образования долгосрочного хранения. Подготовка дисперсных отходов обогащения должна предусматривать их поризацию;
- при Кр.ц.<1 производить какую-либо подготовку техногенного сырья для доизвлечения ценных компонентов нецелесообразно.
3. В лабораторных и опытно-промышленных исследованиях определены основные технологические свойства отходов добычи медно-колчеданных руд, относящихся к группе пригодных для переработки в краткосрочной перспективе. Определено, что прожилково-вкрапленные руды обладают требуемыми технологическими характеристиками для кучного выщелачивания; благоприятные фильтрационные свойства и отсутствие кольматации имеет массив, сложенный фракцией +5 мм.
4. Доказано, что подготовка текущих хвостов обогащения медно-колчеданных руд путем их поризации, с созданием пористого техногенного массива высотой до 30 м, гарантирующей сохранение требуемых технологических характеристик массива, обеспечивается при соотношении компонентов смеси, направляемой на поризацию (% от общей массы): 50 % хвостов обогащения, 15 % инертного материала, 5% цемента, 25% воды и 5% порообразователя с кратность пены 5-7. Сформированный таким образом массив обладает коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут и может эффективно отрабатываться методами скважинного выщелачивания.
5. Предложен способ длительного хранения дисперсных отходов обогащения медно-колчеданных руд путем изоляции их в контейнерах из геотекстиля (геотубы). Установлено, что складирование отходов обогащения в геотубы обеспечивает обезвоживание текущих хвостов обогащения до 15% влажности в течение первых 24 часов без использования аппаратных методов, способствует изоляции техногенного сырья от внешних природных воздействий, сохранению его качества и однородности вещественного состава на длительную перспективу.
6. Разработаны способы подготовки техногенного медно-колчеданного сырья к последующей эффективной эксплуатации в горнотехнических системах с различными горно-геологическими и горнотехническими условиями.
7. Предложена методика выбора рациональных способов подготовки техногенного сырья для эффективного использования при комплексном освоении медно-колчеданных месторождений, в основу которой положен принцип всестороннего изучения образующихся отходов, с учетом условий их образования, способов и сроков хранения, вещественного состава, физико-механических свойств и характеристик структуры. Реализация предлагаемой методики для техногенного сырья Бурибаевского ГОКа показала, что коэффициент ресурсной ценности текущих хвостов составляет 1,139. Дальнейшая их эксплуатация позволит получить 50,6 млн. руб. (в ценах 2012 года) дополнительного экономического эффекта.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ
1. Ангелов В.А. Изучение особенностей вещественного состава хвостов обогащения медно-колчеданных руд Учалинской обогатительной фабрики / Аверьянов К.А., Ангелова Е.И. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 5. - С.362-368.;
2. Ангелов В.А. Развитие классификации техногенного сырья горных предприятий и обоснование технологий его активной утилизации / Аверьянов К.А. Ахмедьянов И.Х., Рыльникова М.В. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 5. - С.208-213.;
3. Ангелов В.А. Инновационные технологии комплексного освоения рудных месторождений с активной утилизацией некондиционного сырья / Аверьянов К.А., Ахмедьянов И.Х., Матюшенко Г.А., Трубецкой К.Н. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2012. - № 5. - С.219-226.
4. Ангелов В.А. Разработка способа формирования техногенного образования из хвостов обогащения медно-колчеданных руд с заданными структурными характеристиками / Емельяненко Е.А., Емельяненко М.М. // Вестник МГТУ. - 2012. - № 1. - С.13-16.
Прочие научные издания
1. Ангелов В.А. Разработка способа формирования техногенного массива из хвостов обогащения / Аверьянов К.А., Емельяненко Е.А., Рыльникова М.В. / Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр. Материалы VI международной научно-технической конференции, Магнитогорск, 2011. - С.23-25.;
2. Ангелов В.А. Разработка способов формирования техногенных массивов из отходов горно-обогатительного производства с заданными структурными параметрами, обеспечивающими их эффективную переработку / Плаксинские чтения. Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья. Материала международного совещания, Верхняя Пышма, 2011. - С.377-379.;
3. Ангелов В.А. Исследование влияния режимов выщелачивания на кинетические процессы растворения техногенных отходов / М.В. Рыльникова / Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане: Сб. трудов Международной Научной Конференции, Алматы, 2008. - С.337-341.;
4. Ангелов В.А. Проведение опытно-промышленных испытаний физико-химической геотехнологии освоения техногенного сырья Учалинского ГОКа / Г.А. Матюшенко / Материалы 68 науч.-техн. конференции: Сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2010. - С.203-206.;
5. Ангелов В.А. Хвостохранилище отходов медно-колчеданных руд как техногенный минеральный объект. На примере хвостохранилища УГОка / Ангелова Е.И., Емельяненко Е.А. / Материалы 67 науч.-техн. конференции: Сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2009. - С.141-144.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле