Основные геотехнологичисгами физико и химическим гиотехнологии

Основные геотехнологичисгами физико и химическим гиотехнологии
Оглавление

Введение
Основные понятия

Виды и методы физико-химической геотехнологии
Комбинированная физико-химическая геотехнология
Кучное выщелачивание. Подземное растворение калийных солей
Заключение
Список литературы
Введение

Истощение балансовых запасов крупных рудных месторождений в условиях постоянного роста потребления вызывают необходимость нового научно-методического подхода к решению проблем проектирования комплексного освоения и сохранения недр Земли, отвечающего требованиям повышения полноты и комплексности использования сырья.

Создание горнотехнических систем на базе комбинации традиционного открытого и подземного способов добычи с процессами физико-химической геотехнологии на основе кучного и подземного выщелачивания ценных компонентов из бедных руд и техногенного сырья в особых геомеханических и гидрологических условиях с процессами гидродобычи, а в отдельных случаях для отработки маломощных рудных тел и жил со специальными геотехнологиями извлечения рудного керна при бурении скважин большого диаметра обеспечивает наиболее полное вовлечение всех природных и техногенных георесурсов в эффективное промышленное использование.
Основные понятия
горнотехнический геотехнология добыча
ФХГ - наука о свойствах среды, процессах и технологиях добычи полезных ископаемых и средствах извлечения, осуществляемых без присутствия людей под землей. Эта дисциплина наряду с горной средой, геотехнологическими процессами добычи и средствами извлечения изучает химию и физику явлений, протекающих при этом в недрах земли.
Геотехнологическая система - совокупность горной среды, физических или химических процессов добычи и средств для их реализации. В геотехнологической системе можно выделить ряд основных элементов. Например, таким элементом является узел приготовления рабочих агентов и переработки продуктивных растворов. Основным элементом является также транспортная магистраль - скважина, пробуренная в месте залегания полезного ископаемого, открывающая доступ рабочих агентов к залежи и обеспечивающая выдачу полезного ископаемого на гаоверхность.
Рабочая зона - часть горной среды, охваченной воздействием рабочих агентов, состоящая из различных фаз (твердой, жидкой, газообразной), образующих систему с однородными частями, разделенными физическими границами. Компоненты системы - вещества, из которых образуются все фазы данной системы. К физическим свойствам компонентов относятся плотность, электро- и теплопроводность и т.д. Свойства веществ, характеризующие их способность участвовать в химических реакциях (процессах превращения одних веществ в другие), называют химическими.
Геотехнологические свойства полезных ископаемых определяют их способность переходить в подвижное состояние с помощью размыва, растворения, выщелачивания, горения, плавления, возгонки и т.д. Геотехнологические процессы перевода полезных ископаемых в подвижное состояние разделяются на тепловые, массообменные, химические и гидромеханические.
Основной принцип ФХГ можно сформулировать как исследование процесса добычи и изменений горной среды под влиянием рабочих агентов с целью перевода полезного ископаемого в подвижное состояние и извлечения его на поверхность, причем одно из возможных превращений для данной геотехнологической системы является доминирующим.

Виды и методы физико-химической геотехнологии

Методы ФХГ можно классифицировать по процессам добычи, в основе которых - вид и способ перевода полезного ископаемого в подвижное состояние. Различают химические, физические и комбинированные методы добычи.

Химические методы:
- Подземное растворение водой каменной, а также калийных, магнезиальных и урановых солей, сульфатов и сульфаткарбонатов, буры и др.;
- Подземное выщелачивание растворами: кислот - серной (целестин, азурит, куприт, некоторые урановые минералы и др.), соляной (сфалерит, молибденит, уранит и др.) и азотной (аргентит, висмутин, сфалерит и др.); щелочей (бокситы, антимонит); солей - сернистого натрия, хлористого железа, цианистого калия (золото); других реагентов;
- Подземная термохимическая переработка полезного ископаемого сжиганием (например, подземная газификация, угля, сланца, нефти) и обжигом (пирит, халькопирит, антимонит и др.).
Физические методы:
- Подземная выплавка (серы, азокерита и др.);
- Подземная возгонка (реальгара, киновари и др.);
- Разрушение рыхлых пород струей воды (например, скважинная гидродобыча) и превращение их в плывунное состояние вибрацией или другими способами.
К комбинированным относятся методы, основанные на совместном использовании химических и физических процессов (например, выщелачивание металлов в электрических полях). К ним следует отнести также методы бактериального выщелачивания.
Возможность применения того или иного геотехнологического метода обусловлена геотехнологическими свойствами и физико-геологическими условиями залегания полезного ископаемого.
Главным условием применения ФХГ является реальная возможность и экономическая целесообразность перевода полезного ископаемого под воздействием тех или иных рабочих агентов в подвижное состояние. He менее важно обеспечить возможность подачи рабочих агентов к поверхности взаимодействия и отвод полезного ископаемого через скважины на поверхность. [3]
Одним из условий эффективного комбинированного освоения месторождения является рациональное использование выработанных пространств для технологических нужд и в интересах улучшения экологической обстановки.
Комплексное освоение месторождений предполагает комплексное использование всех содержащихся в рудах ценных компонентов при применении рационального сочетания известных и перспективных физико-химических геотехнологий, преимущественно малоотходных, переработку и использование формируемых и ранее накопившихся отходов производства, шахтных и подотвальных вод, стоков хвостохранилищ и сформированных открытыми и подземными работами выработанных пространств. При этом рациональное комбинирование технологических процессов различных способов добычи в динамике развития горных работ на месторождении для вовлечения в эксплуатацию отдельных участков недр является необходимым и достаточным условием полного и комплексного использования всей извлекаемой горной массы.

Комбинированная физико-химическая геотехнология

Типовые горнотехнические системы комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии включают следующие сочетания физико-технических способов добычи: открытый, подземный, открыто-подземный, выбуривание керна скважиной большого диаметра, гидродобыча и физико-химические методы – кучное выщелачивание на поверхности, в карьере и в подземных камерах, а также подземное и скважинное выщелачивание ценных компонентов из рудного массива с возможностью их выдачи в продуктивном растворе для последующей гидрометаллургической переработки или с осаждением на других рудах с целью их обогащения на месте залегания для добычи физико-техническими способами и выдачей в потоке рудной массы для пирометаллургического передела

В последнее время, в проектных решениях рекомендуются, а реже используются комбинации открытых и подземных геотехнологий с нетрадиционными, основанными на сочетании физико-технических и физико-химических способов добычи, таких как гидродобыча на железорудных месторождениях, подземное растворение на калийных, газификация на угольных.

Кучное выщелачивание. Подземное растворение калийных солей и урана

В настоящее время месторождения калийных солей (сильвинита и карналлита) разрабатываются шахтным способом. Однако в сложных горно-геологических условиях или при глубоком залегании добыча калийных солей шахтным способом экономически нецелесообразна.

Возможность разработки глубоко залегающих калийных месторождений подземным растворением пытались обосновать многие ученые как в СССР, так и за рубежом (П. И. Преображенский, А. Е. Рыковский, И. С. Успенский, И. С. Розенкранц, Е. И. Ахумов и др.).
В 1944—1945 гг. А. Е. Ходьковым и Ю. В. Морачевским была предпринята первая попытка растворения соликамских карналлитов через скважину, производительность которой составляла 20 м3/ч. Среднее содержание соли в растворе равнялось 280 г/л. Полученный раствор содержал незначительное количество КСl, и его промышленная переработка оказалась нерентабельна. Для первых испытаний выбор карналлита в качестве объекта растворения был сделан неудачно, поскольку карналлит при растворении образует рассол с высоким содержанием МgСl2 и весьма незначительным содержанием КСl.
Холодный способ растворения для карналлита непригоден, так как при этом образуется раствор с небольшим содержанием КСl. Однако теоретические исследования указывают на возможность промышленного получения КСl методом подземного растворения карналлита через скважины.
Установлено, что для эффективной добычи калийных руд через скважины, необходимо:
1) получение растворов с высоким содержанием КСl; 2) достижение высокого процента извлечения руды; 3) определение эффективного способа переработки рассолов с утилизацией NаСl.
Вести селективную добычу КСl насыщенным по другим компонентам раствором трудно по причине невысокого содержания КСl в руде (до 30%).
Достижение высокого процента извлечения руды возможно использованием сплошной системы разработки с гидроразрывом пласта для его подготовки
Поиски эффективных способов переработки рассолов связаны с использованием бассейнов для выпарки и разделения рассолов, а также для переработки продукционных растворов на дефицитные продукты — поташ и соду.
Суть технологии переработки рассолов ПР-сильвинита на соду и поташ ясна из схемы (рис. 11.3) и включает в себя электролиз добытых рассолов и карбонизацию каталита.



Схема установки подземного кучного выщелачивания руды

Значительный интерес представляет опыт успешного применения подземного растворения калийных солей в Канаде, (провинция Саскачеван), которое обусловлено высоким содержанием хлористого калия в пласте (в среднем 30%), большой мощностью залежи (более 15 м) и высокой температурой пласта (45°C на глубине около 1600 м).

Исследование, сооружение, отработка процесса на опытной установке, а также сооружение самого предприятия заняли девять лет. Комплекс работ был выполнен американской фирмой «Калиум кемилз». В 1965 г. предприятие выдало первую продукцию. Мощность предприятия 720 тыс. т в год КСl. В год отрабатывается примерно 25—30 скважин. Коэффициент извлечения 40%. Капитальные затраты на добычу рассола составляют 7% общих капитальных затрат. Штат 200 человек.
В качестве примера кучного выщелачивания можно также привести и добычу урановой руды (и соответственно урана).
Растворы, используемые для растворения урановой руды, представляют собой либо кислоту (серную кислоту или реже азотную кислоту), либо карбонат (бикарбонат натрия, карбонат аммония или растворенный углекислый газ). Растворенный кислород иногда добавляют в воду для мобилизации урана. Добыча урановых руд началась в США и Советском Союзе в начале 1960-х годов. Первый урановый остров в США находился в бассейне Ширли в штате Вайоминг, который работал в 1961-1970 годах с использованием серной кислоты. Начиная с 1970 года в США, при добычи руды в промышленных масштабах, всегда пользовались карбонатными растворами.
Подземная рекуперация включает в себя извлечение урансодержащей воды (градуировка до 0,05% U3O8). Затем экстрагированный раствор урана фильтруют через шарики смолы. Через процесс ионного обмена шарики смолы притягивают уран из раствора. Загруженные ураном смолы затем транспортируются на перерабатывающий завод, где U3O8 отделяется от гранул смолы и производится желтый кек. Затем шарики смолы могут быть возвращены в ионообменную установку, где они используются повторно.
В конце 2008 года в Соединенных Штатах действовали четыре урановых рудника подземного выщелачивания, управляемые Cameco, Mestena и Uranium Resources, Inc., все они использовали бикарбонат натрия. Подземное выщелачивание производит 90% урана, добываемого в США. В 2010 году Uranium Energy Corporation начала операции по подземному выщелачиванию на своем проекте Palangana в округе Дюваль, штат Техас. В июле 2012 года Cameco отложила разработку своего проекта Kintyre из-за сложной экономики проекта, основанной на $45,00 U3O8. По состоянию на 2009 год также действовал один проект подземной рекультивации.
Значительные рудники подземного выщелачивания работают в Казахстане и Австралии. На урановом руднике Беверли в Австралии используется подземное выщелачивание. В 2010 году на долю данной технологии приходилось 41% мирового производства урана.
Примеры урановых рудников с технологией подземного выщелачивания включают:

• 
  Урановый рудник Беверли, Южная Австралия, является действующим урановым рудником подземного выщелачивания и первым таким рудником в Австралии.
  
• 
  Урановый рудник "Медовый месяц" в Южной Австралии открылся в 2011 году и является вторым урановым рудником с данной технологией в Австралии.
  
• 
  В 2010 году корпорация Энергия Урана приступила к добыче урана методом подземного выщелачивания в округе Дюваль, штат Техас. Ионообменная установка в Палангане перевозит загруженные ураном шарики смолы на завод компании по переработке Хобсона, где производится желтый кек. Энергия Урана Корп имеет три дополнительных месторождения Южного Техаса, разрешенных или находящихся в разработке.
  

Заключение

Анализ практики применения методов физико-химической геотехнологии свидетельствует, что они имеют место на завершающей стадии эксплуатации месторождений, после завершения добычи основной части запасов открытыми и подземными геотехнологиями. Внедрение последних требует дополнительных затрат, снижает эколого-экономическую эффективность разработки.

В целом установлено, что отсутствие нормативной и правовой базы, научно-технической документации по проектированию комбинированных физико-технических и физико-химических геотехнологий сдерживает их промышленное внедрение. До настоящего времени бедные руды не отрабатываются, а относятся к забалансовым, весьма низка степень использования техногенного сырья и доля отходов, размещаемых в выработанных подземных пространствах в виде закладки. Функционирование горнотехнических систем вышеперечисленных геотехнологий, даже на базе высококачественных оптимизационных проектов, до настоящего времени не отвечает в полной мере современным представлениям о комплексном, экологически безопасном и сбалансированном освоении недр Земли.

Список литературы

1. «Все о горном деле добывающая промышленность» Основные понятия. 2012.

2. Упорядочение ключевых понятий геотехнологии и модернизация Классификации систем открытой разработки В.В. Ржевский. Б.Р. Ракишев, 2010.
3. «Все о горном деле добывающая промышленность» Виды и методы физико-химической геотехнологии. 2012.
4. «Все о горном деле добывающая промышленность» Комбинированная физико-химическая геотехнология 2012.
5. «Все о горном деле добывающая промышленность» Подземное растворение калийных солей 2012.