Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Этапы разработки золоторудных месторождений, цели и задачи исследований 14
1.1 .Состояние сырьевой базы золоторудной отрасли 14
1.1.1 .Структура сырьевой базы 14
1.1.2.Место России в мировой добыче золота 16
1.1.3 .Сырьевая база добычи коренного золота 18
1.1 4 Перспективы технологий добычи золота 22
1.2.Теоретические основы поэтапной разработки месторождений 27
1.2.1 .Первый этап разработки месторождений 27
1.2.2.Второй этап разработки месторождений 30
1.2.3 .Третий этап разработки месторождений 35
1.2.4.Теоретические основы отбойки руд 39
1.3 .Практика поэтапной разработки месторождений 41
1.3.1 .Селективность разработки месторождений 41
1.3.2.Практика разработки на этапе 1 43
1.3.3 .Практика разработки на этапе 2 47
1.3 4 Практика разработки на этапе 3 54
1 4 Цели, задачи и методы исследований 55
Глава 2. Исследование этапов разработки месторождений 62
2.1 .Анализ технологий первого этапа разработки 62
2.1.1 .Характеристика этапа 62
2.1,2.Экономическая модель этапа 63
2.1.3.Модель параметров разработки 66
2.1 4 Моделирование показателей разработки 69
2. 2.Анализ технологий второго этапа разработки 74
2.2.1.Характеристика этапа 74
2.2.2.Экономическая модель этапа 75
2.2.3.Модель параметров разработки 76
2.2.4.Моделирование параметров разработки 79
2.3.Анализ технологий третьего этапа разработки 85
2.3.1 .Характеристика этапа 85
2.3.2.Экономическая модель этапа 87
2.3.3.Модель параметров разработки 89
2.3.4. Моделирование показателей разработки 92
2.4.Анализ технологий поэтапной разработки месторождений 97
2.4.1 .Комплексная характеристика поэтапной разработки 97
2.4.2.Экономическая модель комплексирования этапов 99
2.4.3 .Модель параметров комплексирования этапов 101
2.4.4.Моделирование показателей комплексирования этапов 108
Выводы по главе 2 109
Глава 3. Исследование технологий получения золота из хвостов 110
3.1 .Исследование технологий фильтрационного выщелачиваниях 110
3.1.1 .Характеристика технологии 110
3.1 .Закономерности выщелачивания 115
3.1.3 .Оптимизация параметров штабеля выщелачивания 118
3.1 4 Выщелачивание в дезинтеграторе 120
3.2.Исследование технологий сорбционного выщелачивания 124
3.2.1 .Характеристика технологи 124
3.2.2.Сорбция в электрическом поле 126
3.2.3 .Закономерности выщелачивания 131
3.2.4.Методика организации процесса выщелачивания 133
3.3 .Исследование технологий электрохимического выщелачивания 138
3.3.1 .Характеристика технологии 138
3.3.2.Извлечение золота в раствор 139
3.3.3 . Извлечение золота из раствора 145
3.3 АМетодика организации процесса выщелачивания 150
3 4 Концепция выщелачивания золота из обедненных минералов 152
3.4.1 .Математическая модель потоков выщелачивания 152
3.4.2.Моделирование пригодности хвостов для переработки 156
3.4.3.Модель выщелачивания из обедненных минералов 159
3 4 4.Методика организации процесса выщелачивания 162
Выводы по главе 3 165
Глава 4. Исследование технологий подготовки минералов к выщелачиванию 167
4.1 .Теоретические основы дробления руд взрывом 167
4.1.1 .Критерии оптимальности дробления руд 167
4.1.2.Энергетика взрывного дробления 168
4.1.3 .Исследование параметров отбойки 172
4.1 .Закономерности взрывного дробления руд 175
4.2.Исследование влияния крупности руды на извлечение золота 179
4.2.1 .Критерии оптимальности дробления руд 179
4.2.2.Исследование свойств разрушенного массива 182
4.2.3.Управление параметрами дробления руд для выщелачивания 188
4.2.4.0птимизация параметров взрывного дробления 190
4.3 .Исследование технологий повышения качества отходов 194
4.3.1 .Исследование синергетики природно-техногенных отходов 194
4.3.2.Концепция воспроизводства минеральных ресурсов 202
4.3.3.Модель стратифицированных потоков выщелачивания 205
4.3.4.Основы управления синэнергетикой массива 208
4.4,Обоснование параметров переработки хвостов 210
4.4.1 .Методика образования геохимических барьеров 210
4.4.2.Технология управления внутриотвальными процессами 214
4.4.3.Эффективность внутриотвального обогащения 216
4.4.4.Технология подготовки руд к выщелачиванию 218
Выводы по главе 4 222
Глава 5. Эколого-экономические и методические аспекты поэтапной разработки 224
5.1.Принципы комбинирования этапов разработки месторождений 224
5.1.1 .Принципы реализации инновационных технологий 224
5.1.2.Принципы комбинирования этапов разработки 228
5.1.3.Принципы выбора этапов разработки 230
5.1.4. Методика определения эффективности с учетом риска 232
5.2.Методика обоснования параметров заключительного этапа 237
5.2.1 .Методика исследований возможности переработки 237
5.2.2.Выбор параметров технологических процессов 238
5.2,3.Алгоритм выбора параметров выщелачивания 243
5.2.4.0птимизированная технологическая схема 244
5.3.Экологическая эффективность технологий 250
5.3.1 .Механизм влияния горных технологий на среду 250
5.3.2.Воздействие на окружающую среду на этапе 1 253
5.3.3.Воздёйствие на окружающую среду на этапе 2 255
5.3.4.Воздействие на окружающую среду на этапе 3 258
5.4.Экономическая эффективность добычи золота из хвостов 263
5.4.1 .Алгоритм оценки эффективности переработки хвостов 263
5.4.2.Экономическая эффективность попутного производства 265
5.4.3.Экономико-математическая модель оценки технологии 266
5.4.4.Экономическая эффективность переработки хвостов 270
Выводы по главе 5 275
Заключение 277
Литература 279
Приложение 298
- Перспективы технологий добычи золота
- Моделирование показателей разработки
- Извлечение золота из раствора
- Методика определения эффективности с учетом риска
Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. Положение золоторудной промышленности России осложняется ухудшением качественного состава золотосодержащего сырья, что переводит более 50% запасов золота в категорию неактивных. Ограниченность ресурсной базы золота сокращает возможности сохранения показателей добычи золота на должном уровне. По запасам золота Россия занимает третье место в мире, а по отношению к СНГ ее запасы составляют от 54 до 63 %. Количество добытого золота из россыпей снижается в связи с истощением запасов, снижением содержания, а также изменением экономических условий. Потребление золота в мире составляет 3000-3100 т/год, а его добыча – только 2300 т. Разработка золоторудных месторождений характеризуется, преимущественно, двух-стадийной выемкой запасов: богатые в первую стадию, бедные – во вторую. Наращивание конкурентоспособного и рентабельного производства золота основывается на комбинировании традиционной горной технологии с новыми технологиями: кучным и электро-сорбционным выщелачиванием, электрохимическим извлечением, гидрометаллургическим переделом растворов и т.п. Сырьем для повторного извлечения золота являются отходы флотационного обогащения руд и запасы некондиционного сырья. В мировой практике золото из бедных и забалансовых руд с содержанием 1,2-0,6 г/т и отходов горного и обогатительного производства с содержанием 0,6-0,3 г/т извлекается методами выщелачивания с экономической эффективностью. При этом капитальные затраты на производство золота могут быть снижены в 3-4 раза, а себестоимость - в 1,5-2 раза, что особенно важно в современных экономических условиях. Решение проблемы повторной добычи золота из отходов добычи и обогащения руд сдерживается недостаточностью исследований в области технологий извлечения золота из низкосортного сырья. Вопросы получения золота из накопленных отходов добычи и переработки руд на завершающем этапе разработки золоторудных месторождений формирует самостоятельную крупную проблему горной науки и практики.
Целью работы является повышение эффективности освоения золоторудных месторождений за счет комплексирования возможностей традиционных и инновационных технологий получения металлов из накопленных отходов добычи и переработки руд на завершающем этапе разработки.
Основная идея работы заключается в создании на первом этапе разработки месторождений благоприятных условий для извлечения золота из некондиционных запасов природных и техногенных месторождений на последующих этапах разработки.
Основные защищаемые научные положения:
1. При разработке сложно-структурных маломощных золоторудных месторождений с резкими изменениями условий залегания, состава и качества руд с опережающей выемкой богатых руд на первом этапе и последующей выемкой бедных руд на втором этапе, в недрах и на поверхности создаются техногенные месторождения некондиционного сырья, которые могут быть использованы на третьем этапе эксплуатации.
2. Поэтапная разработка месторождений с вовлечением в разработку запасов техногенных месторождений обеспечивает возможность перманентного варьирования количеством (в границах до 100%) и качеством (до фонового содержания) запасов и производственной мощности с оптимизацией параметров добычи по сумме дисконтированной прибыли.
3. Показатели извлечения золота из запасов техногенных месторождений улучшаются до приемлемого по экономическим соображениям уровня, а остаточное содержание уменьшается до фоновой величины при использовании инновационных технологий подземного, кучного, сорбционного и электрохимического извлечения металлов.
4. Максимальное извлечение золота при поэтапной разработке месторождения обеспечивается выходом оптимальной для выщелачивания крупности руд, дифференцировано для прожилкового и вкрапленного типа оруденения при взрывной отбойке и размещением хвостов обогащения в хранилищах из условия использования феномена природного выщелачивания.
5. Эколого-экономическая эффективность трехэтапной разработки месторождений определяется величиной сквозного коэффициента извлечения разносортных золотосодержащих минералов, включая и техногенные, совокупностью отличительных признаков месторождения, объемами добычи разносортных руд, технологической оснащенностью объектов и особенностями физико-химических процессов переработки.
Методы исследований: обобщение и анализ литературных источников и ранее выполненных исследований, данных практики и патентной информации, научное классифицирование, теоретические обоснования, аналитические расчеты, экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, графоаналитические построения и технико-экономический анализ.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается проведением необходимого объема теоретических и экспериментальных исследований, соответствием результатов расчетов данным лабораторных и промышленных экспериментов и практики, выполнением необходимых технологических проработок, апробацией полученных результатов и использованием основных положений работы на производстве.
Научная новизна и значимость состоит в том, что впервые:
1. Установлена возможность перехода от двухэтапной выемки к трехэтапной выемке запасов, в том числе техногенных, при разработке сложно-структурных маломощных золоторудных месторождений с резкими изменениями условий залегания, состава и качества руд.
2. Доказана целесообразность перманентного варьирования количеством и качеством запасов и производственной мощности предприятия с оптимизацией параметров добычи по сумме дисконтированной прибыли при поэтапной разработке месторождений.
3. Обоснована возможность извлечения золота из запасов природных и техногенных месторождений при использовании инновационных технологий извлечения металлов до приемлемого по экономическим соображениям уровня и уменьшения остаточного содержания до фонового.
4. Оптимизирована дифференцировано для прожилкового и вкрапленного типа оруденения крупность руд при взрывной отбойке для целей выщелачивания золота при поэтапной разработке месторождения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается комплексным использованием методов исследований, представительностью исходных данных, необходимым и достаточным объемом теоретических исследований, лабораторных, технологических, опытных и опытно-промышленных экспериментов, высокой сходимостью их результатов, а также реализацией теоретических положений в практике.
Научное значение работы состоит в теоретическом обосновании повышения полноты использования недр при поэтапной разработке золоторудных месторождений с варьированием количеством и качеством запасов и производственной мощности предприятия и технологическом воздействии на минеральное сырье на всех этапах разработки месторождений.
Практическое значение работы:
- методология выбора технологий разработки техногенных месторождений может быть использована на третьем этапе эксплуатации золоторудных и аналогичных им месторождений;
- метод перманентного варьирования количеством и качеством запасов и производственной мощности предприятия с оптимизацией параметров добычи по сумме дисконтированной прибыли может быть востребован при вовлечении в разработку запасов техногенных месторождений;
- конструктивные параметры инновационных технологий подземного, кучного, сорбционного и электрохимического извлечения металлов могут быть положены в основу модернизации предприятий;
- методика взрывной отбойки некондиционных руд, оптимальной для выщелачивания крупности дифференцировано для прожилкового и вкрап-ленного типа оруденения позволяет улучшить показатели выщелачивания;
- метод определения эколого-экономической эффективности разработки месторождений по величине сквозного коэффициента извлечения разносортных золотосодержащих минералов дает возможность компенсировать потери и получить прибыль.
Реализация результатов работы. Рекомендации работы использованы при разработке запасов на руднике «Бадран» комбината «Индигирзолото». Внедрение поэтапной разработки обеспечило фактический экономический эффект 372,5 тыс.руб. (в ценах 1992г.). Рекомендации по проектированию технологических комплексов выщелачивания золота из хвостов обогащения, бедных и забалансовых руд приняты для реализации предприятиями Сибири, например, Верхне-Индигирского золоторудного района Якутии, Северо-Кавказскими (Садон, Уруп, Тырныауз) и северного Казахстана. Основные результаты диссертации используются при проведении лекций, лабораторных и практических работ в ЮРГТУ(НПИ), СКГМИ, МГГУ, РГГРУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: научных семинарах ЮРГТУ (1996-2007гг.); СКГМИ (1999-2008 гг.); научных симпозиумах «Неделя Горняка» в МГГУ(2000-2008 гг.); «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы регионального сотрудничества и региональной политики горных районов» СКГМИ, г. Владикавказ (2001 г.); международных научно-практических конференциях «Перспективы развития Восточного Донбасса» ШФ ЮРГТУ(НПИ), (г. Шахты, 1995–2008 гг.); «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (г. Москва, 2002-2003 гг.); «Новые идеи в науках о Земле» (г. Москва, 2001, 2003 гг.); «Геотехнология: нетрадиционные способы освоения месторождений полезных ископаемых» (г. Москва, 2003 г.); «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в XXI веке» (г. Москва, 2004 г.); «Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность работ» (г. Магнитогорск, 2003 г.); «Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных металлов» (г. Москва, 2002 г.); Республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (г. Якутск, 2003 г.); всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности «ИННОВ-2003» (ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 2003 г.); между-народной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности строительства и энергетики» (ТулГУ, г. Тула, 2005 г.); всероссийском инновационном форуме «ИННОВ-2005» (ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 2005 г.); международной научно-практической конференции «Горнодобывающий комплекс России: состояние, перспективы развития» (СКГМИ, г. Владикавказ, 2006 г.); международной научно-практической конференции «Перспективы освоения подземного пространства» (НГУ, г. Днепропетровск, 2007 г.); международной научной конференции «Устойчивое развитие горнорудной промышленности» (КТУ, г. Кривой Рог, 2007г.); выставке-ярмарке, посвященной 100-летию ЮРГТУ (ЮРГТУ(НПИ), г. Новочеркасск, 2007 г.); заседании кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы» (ШФ ЮРГТУ(НПИ), г. Шахты, 2007г.); кафедры «Технологии разработки месторождений» (СКГМИ, г. Владикавказ, 2007 и 2008 гг.); международной научно-практической конференции (МГТУ, г. Сибай, Магнитогорск, 2007 г.); международной научно-практической конференции «Геоэкология и рациональное природопользование» (БГУ, г. Белгород, 2007 г.); международной научно-практической конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (РУДН, г. Москва-Караганда. 2007 г.); международной конференции «Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в XXI веке» (РУДН, г. Москва-Горно-Алтайск, 2008г.); международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, мало-отходные и природоохранные технологии освоения недр» (РУДН, г. Москва-Ереван, 2008 г.); заседаниях технических советов НТЦ «Наука и практика»
(г. Ростов-на-Дону, 2007 г.), ОАО «Ростовшахтострой» (г. Шахты, 2008 г.) и ОАО «Ростовгипрошахт» (г. Ростов-на-Дону, 2008 г.); научно-технических совещаниях РАО «Норильский никель» (1980-2004 гг.) и Джимидонской горнорудной компании (2003-2002 гг.).
Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной теме №3,05 «Разработка научных основ оценки и разработки месторождений с учетом взаимосвязи и взаимозависимости» и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по теме «Исследование и разработка инновационных технологий комбинированной механохимической активации извлечения металлов из некондиционного сырья» (шифр заявки 2009-1.1-151-066-012) по государственному контракту № 02.740.11.0323.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 46 работ (в том числе 12 статей - в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК РФ), в том числе 3 коллективных монографий, 1 авторское свидетельство на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 302 страниц машинописного текста, 51 таблицу, 140 рисунков и список литературы из 186 наименований.
Перспективы технологий добычи золота
Месторождения золота характеризуются разнообразием форм рудных тел, мощности, угла падения и протяжённости залежей. Такое разнообразие геологических условий, а также физических свойств горных пород обусловливает многообразие технологий разработки.
Преимущественное распространение имеют системы разработки с мага-зинированием, которые отличаются заполнением очистного пространства отбитой рудой, окончательный, выпуск которой производится после отработки запасов. Потери полезного ископаемого изменяются от 5 до 15%. Во избежание потерь золота, руды, склонные к самообрушению, разрабатывают с поддержанием вмещающих пород.
При разработке крутопадающих залежей руд, склонных к обрушению, применяют варианты подэтажного обрушения с выемкой руд под перекрытиями из дерева и металла.
Мощные месторождения полезных ископаемых разрабатывают комбинированными системами разработки. Камеры и целики примерно равных размеров извлекают одновременно или последовательно с подготовкой блоков по единой схеме.
Золото добывают из руд, не только золотых, но и таких, в которых основными полезными ископаемыми являются другие металлы: медь, цинк, серебро, свинец. Так, широко практикуется добыча золота из медных и свинцо-во-цинковых руд [121].
Разработка золоторудных месторождений - одна из самых трудоемких. Чем тоньше жила, чем изменчивее параметры ее залегания, тем сложнее разработка. Положение осложняется еще и тем, что выемку надо производить без потерь, так как ценность золотой руды высока.
Подземная разработка жильных месторождений золота отличается повышенной трудоемкостью, а системы разработки менее эффективны, чем при эксплуатации других месторождений.
Небольшие размеры выработанного пространства не позволяют применять мощную технику, поэтому производительность труда рабочих существенно уступает производительности труда рабочих при добыче других минеральных ресурсов.
Условия для подземной;разработки: улучшаются,, когда несколько жил образуют мощную рудную зону, разрабатывать которую можно-с применением эффективных систем и техники. Однако качество руды при этом ухудшается. Золоторудные месторождения разрабатывать открытым способом невыгодно. Тонкие рудные жилы, уходящие вглубь, затрудняют доступ к полезному ископаемому. С увеличением глубины увеличивается коэффициент вскрыши.
Поэтому в золотодобывающей промышленности карьеров не так много: "Кортез" и "Карлин" в США, "Гренайэл" в Канаде и некоторые другие. Крупнейший карьер в Доминиканской республике добывает 10 т/год золота.
Чтобы добыть 1 кг золота при его содержании віт руды 4-5 г, нужно отбить, выдать на поверхность и переработать 200-250 т руды, а для получения 1 т золота нужно переработать 200-250 тыс. т руды [71].
Многократное повышение рыночной цены на золото в семидесятые годы усилило активность его производителей в странах мирового сообщества. Стало перспективно развивать новые направления прогресса технологий:
- перерабатывать бедные и труднообогатимые руды;
- вовлекать в эксплуатацию забалансовые запасы;
- возобновлять эксплуатацию законсервированных мощностей;
- перерабатывать техногенные отвалы отходов добычи и переработки.
Коренные изменения в технологии извлечения металла за счет кучного выщелачивания, кучного с цианированием и биологического выщелачивания в колоннах, метода "уголь в пульпе", усовершенствование других пиро- и гидрометаллургических методов делают рентабельной переработку отходов с содержанием золота от 1,0-0,3 г/т.
В США снижение себестоимости золота обеспечивают за счет кучного выщелачивания бедных руд. Себестоимость золота при переработке кучным выщелачиванием в 2 раза ниже, чем обычным способом [71].
За последние 20 лет отчетливо проявились два направления развитиядо-бычи- золота.
Первая из них заключается в активизации производства золота. Эта тенденция реализуется индустриальными странами, Китаем и многими развивающимися странами. Вторая тенденция состоит в снижении добычи золота в странах, где происходят радикальные изменения в экономике, в том числе России. Обвальное падение цены на золото в 1997 г. ослабило темпы освоения месторождений золота в России.
Для месторождений золота в северных регионах важно новое направление в управлении состоянием массива льдо- породной закладкой в зоне многолетней мерзлоты [77].
Так, при разработке золоторудного месторождения Бадран для предотвращения обрушения кровли оставляли рудные целики, содержащие большое количество золота. Потери золота достигали 35%. Чтобы исключить такие потери, традиционно применяют твердеющие смеси на основе бетонов.
По новой технологии выработанное пространство закладывают пустой породой и смачивают водой, чтобы куски смерзлись. Прочности такой закладки достаточно, чтобы отрабатывать месторождения с минимальными потерями золота и затратами.
В мировой практике проявляется прогрессирующая тенденция конверсии технологий получения золота от традиционных технологий (разработка с обогащением руд на фабриках) к физико-химическим технологиям, позволяющим резко снизить капитальные вложения и эксплуатационные затраты.
Получают развитие новые подходы к обогащению упорных руд, трудность обогащения которых объясняется связанностью золота в сульфидах и распространением тонкого золота.
Нередко рентабельной оказывается отработка золоторудных месторождений с малым содержанием золота при использовании относительно мало -затратных технологий выщелачивания. Так, кучное выщелачивание обеспечивает высокие темпы освоения месторождений карлинского типа в США.
На уникальном месторождении Мурунтау (Республика Узбекистан) наметившийся спад добычи преодолен переработкой складируемых ранее бедных руд, что позволило сохранить производство золота на уровне 80 т/год [53]. Резервом увеличения производства золота становится подземное и кучное выщелачивание металлов из ранее отнесенных к некондиционным упорных сульфидных руд [8, 60, 67, 86, 107].
Типы минеральных отходов по стадиям формирования:
- рудные склады и отвалы вскрыши и добычи полезного ископаемого;
- хвосты и шламы обогащения рудной массы на обогатительных фабриках;
- шлаки металлургического передела концентратов;
- воды и газы, выделяющиеся при добыче и переработке.
Особые надежды связаны с вовлечением в переработку хвостов добычи и обогащения золотосодержащих руд. Техногенные минеральные запасы накоплены не только в золотодобывающей отрасли, но и в цветной и черной металлургии, урановой отрасли, при добыче строительных материалов и химического сырья и топливно-энергетическом комплексе [11].
Создаются предпосылки реализации стратегии конверсии золотодобычи с разработки природных золотосодержащих объектов на извлечение золота из техногенных месторождений [41,84].
Считают, что техногенное золотосодержащее сырье с содержанием золота более 0,5 г/т экономически целесообразно перерабатывать современными геотехнологическими и гидрометаллургическими способами. При этом затраты на извлечение золота оказываются в 3-5 раз ниже затрат традиционных технологий [87].
Минеральные отходы горной промышленности представляют собой скопление минерального вещества, образованное в результате отработки природных месторождений полезных ископаемых, а также последующей переработки полученного минерального сырья.
Границы между, кондиционным;. временно некондиционным, некондиционным и потенциальным полезным ископаемым весьма, изменчивы - их динамика обусловлена содержанием полезных компонентов, уровнем применяемой техники и технологии добычи и переработки и т.д.
Моделирование показателей разработки
Анализируя составляющие элементы уравнения, можно наметить параметры, подлежащие исследованию с целью обоснования возможности использования выщелачивания для извлечения золота. Диффузией ионов можно управлять, изменяя температуру, накладывая электрическое поле и т.д.
Из результатов исследований следует, в частности [82]:
- при осаждении металлов из сульфатных растворов карбонатами или гидро-ксидом кальция образуется сульфат кальция, который разубоживает осадки;
- при использовании едкого натра и карбоната натрия в растворах накапливается сульфат натрия, имеющий сравнительно невысокую.растворимость. В растворах он пассивен, а при осаждении разубоживает осадки;
- при выделении металлов из хлоридных растворов лучшим осадителем является едкий натр, так как образуется NaCl, выполняющий полезную работу при выщелачивании.
Масса выщелачиваемого вещества определяется из уравнения внешне -диффузионной массопередачи:
Приоритетное направление оптимизации технологий выщелачивания -использование мембранных процессов в сочетании с процессами сорбции, экстракции и электролиза. К числу мембранных процессов относятся: электродиализ, мембранный электролиз, обратный осмос, ультрафильтрация.
Метод электродиализа используется фирмами: Асахи Гласе (Япония), Токуямо сода (Япония), Айоникс (США), ВНИПИПТ, ВНИИХТ (Россия) и др. Применяемые методы позволяют концентрировать минеральные компоненты в объеме до 10% от исходного. Мембранный электролиз обеспечивает умягчение растворов и концентрирует микроэлементы в объеме трудно растворимых солей и гидроксидов одновременно с обеззараживанием воды.
Наиболее перспективными методами извлечения металлов из растворов являются электродиализ и активация в диафрагменных электролизерах.
Преимущества электродиализа заключаются в отсутствии фазовых превращений при проведении процесса и возможности многократного концентрирования солей.
Диафрагменный электролизер разлагает солевые системы на кислоту и щелочь, обеспечивая их нейтрализацию и утилизацию.
Основной недостаток электролиза - осаждение трудно-растворимых соединений СаС03, Mg(OH)2, CaS04 в рассольных камерах, выводящий из строя мембраны и аппараты.
Недостатки обоих методов существенно уменьшаются при комбинировании электрохимического умягчения растворов с электродиализным обес-соливанием и одновременным концентрированием в электродиализаторах.
Процессы осаждения металлов и солей в электродиализаторах основаны на селективном пропускании катионитовыми мембранами положительных ионов, а анионитовыми - отрицательных. В электрическом поле ионы Na и SO4 переходят из камер обессоливания в камеры образования щелочи и кислоты соответственно, где соединяются с генерируемыми биполярной мембраной ионами ОН и Н+, образуя щелочь и кислоту.
Экономически приемлемым считают диапазон засоленности растворов до 5 г/дм3, потому что с увеличением содержания в растворе ионов Са , Mg , SO4 ИНСО3 режим работы установки нарушается.
Схемакомбинированногоизвлечения металлов из растворов включает: :
- процессы- электро -. мембранной перераб.отки: отделение взвесей;подщелоченного оборотной суспензией - католитом; мембранных электролизеров раствора с созданием гидро- среды с рН 9-10 и осаждением солей жесткости и тяжелых металлов;
- процессы электрохимической нейтрализации щелочного раствора, полученного после отделения из щелочной суспензии гидроксидов магния и карбонатов кальция;
- выщелачивание металлов кислыми растворами в штабеле;
- обессоливание соединенных растворов в электродиализаторах с выводом рассолов на переработку и сбросом дилюата;
- глубокая переработка рассолов в сорбционно-десорбционных установках.
Электрохимическое разложение солевых систем в электролизерах с биполярными мембранами генерирует щелочи и кислоты, которые являются товарным продуктом и используются для собственных нужд: щелочь для подщелачивания раствора и осаждения металлов; кислоты для орошения штабеля и в системе химической водоочистки.
Перерабатываемые растворы должны содержать не более 1 кг/м твердых фракций, католит, поступающий из отстойника на нейтрализацию в анодные камеры не должен содержать осадков солей жесткости, анолит, поступающий на электродиализное обессоливание, не должен содержать более 0,5 кг/м твердых фракций, а общая жесткость его не должна превышать 7 г-экв/м3.
Процессы выщелачивания являются диффузионными и протекают со скоростью, определяемой концентрацией, толщиной диффузионного слоя и коэффициентом диффузии. Из них превалирует толщина слоя, которая является функцией скорости движения реагента сквозь твердую фазу массива. Максимальное извлечение происходит при? высокой скорости движения раствора относительно реакционной поверхности. Наоборот, в, спокойном растворе показатели процесса неудовлетворительны.
В отвалах металлических рудников под влиянием агентов протекают природные процессы выщелачивания с окислением сульфидов кислородом воздуха. Процесс протекает успешно при количестве окислителя, достаточном для растворения и выноса сульфатов. Для этого необходима достаточная проницаемость отвала для воды, воздуха и растворов, что определяется свойствами пород и размерами кусков руд.
Окисление сульфидов кислородом протекает по схеме:
MeS+202 = MeS04, (2.40)
MeS2 + 3.502 + Н20 = MeS04 + H2SO4 . (2.41)
Наиболее успешно выщелачивание осуществляется при достаточности железосодержащих минералов и небольшом количестве нейтрализующих карбонатов. Пирит играет роль катода, ускоряя растворение минералов с отрицательным потенциалом:
FeS2 +З.5О2 + Н20 = FeS04 + H2S04, (2.42)
2FeS04 + H2S04 + 0.5O2 = Fe2 (S04)3 + H20. (2.43)
Эффективность разработки месторождения на третьем этапе:
ІП тт- кгТМчз -ctW + Etf -1
1 (1 + Я) і , (2.44)
Аз J Ззб+хв О о О б где -JJ прибыль, руб.; Д - производственная мощность предприятия, т/год; ц - извлекаемая ценность руды, руб./ед.; 3 - стоимость добычи и переработки, руб./ед.; Е - коэффициент дисконтирования затрат и прибыли, доли ед.; Зб запасы балансовых руд, т; 30 -оцененные запасы месторождения, т; о - запасы забалансовых руд и хвостов обогащения.
Закономерность: на третьем этапе эксплуатации месторождения прибыль обеспечивает добыча запасов убогих и забалансовых руд с ограниченной добычей богатых руд из целиков при сохранении или увеличении производственной мощности с оптимизацией параметров добычи запасов по сумме дисконтированной прибыли.
Извлечение золота из раствора
Параметры извлечения золота из промышленных стоков обогатительной фабрики месторождения Бадран исследованы на установке (рис.3.34), включающей в себя электролизер с катодной (3) и анодной (2) камерами, разделенными проницаемой диафрагмой (5) из электрически нейтрального материала, соосно размещенные графитовые электроды - анод (4) и катод (6).
Эксперимент проводился в циркуляционном режиме с вариациями плотности тока в пределах от 100 до 2000 А/м2 и времени обработки исходных растворов [85].
Установлено, что рН анолита определяется плотностью тока. При увеличении скорости тока растворов через камеры аппарата рН анолита увеличивался (табл.3.21).
При одинаковой анодной плотности тока увеличение производительности процесса сопровождается повышением величины рН (рис.3.35). n - , -p 1 n 1 . 1 On - up 0 - 1 2 3 4 5 6 7 анодный ток. А/м кв.
Анолит с рН 2,3 и Eh +1100 мВ (рис. 3.36 кривая 1) сопоставим с одноосновной соляной (кривая 3) и двухосновной серной (кривая 2) кислотами, а также с многоосновной ортофосфорной кислотой (кривая 4) и уксусной кислотой (кривая 5) (рис.3.36).
Для извлечения золота из минерализованных стоков рекомендована полупромышленная установка (рис.3.37).
Вода с механическими примесями поступает в сборник, откуда подается в пластинчатый сгуститель. В сгуститель после электрохимического умягчения и осветления католита поступают осадок солей, гидроксиды кальция и магния при соотношении Т:Ж = 1:10.
В сгустителе за счет солей осаждаются металлы. Осадки металлов, солей и твердые примеси сгущаются до соотношения Т:Ж =1:3, выводятся из сгустителя и направляются на фильтрацию. После фильтрации осадки направляются на переработку, а фильтрат возвращается в сгуститель.
Осветленная вода - верхний слив сгустителя, направляется на электрохимическое умягчение в катодные камеры аппаратов АЭХУ-8. Под воздействием электрического тока в католите образуются карбонаты кальция и гидроксиды магния, которые выпадают в осадок. Состав осадка СаСОз - 81%, Mg (ОН)2 - 14%. За счет этого жесткость исходной воды снижается с 28,4 мг-экв/дм до 10, а солесодержание - с 5 до 4 г/дм .
Католит с осадком солей направляется на обезвоживание в сгуститель, Нижний слив сгустителя с осадком солей кальция и магния направляется-в пластинчатый сгуститель 2, а верхний слив подается в анодные камеры. Анолит из аппаратов АЭХУ-8 подвергается контрольной фильтрации для очистки от твердых взвесей размером более 5 микрон. Очищенный от твер-дых взвесей анолит с солесодержанием 4 г/дм поступает в сборник, а оттуда - на обессоливание в электродиализаторы.
Электродиализное обессоливание производится в каскаде из 4-х электродиализаторов по прямоточной схеме в аппаратах типа ЭДШ-60 с характеристикой: размер мембран -1500x1000 мм; рабочая площадь мембран - 1,32 м2; толщина мембран - 0,6 мм; расстояние между мембранами -0,8 мм; количество парных ячеек —300; напряжение тока на парную ячейку-1,0 вольт.
Электрохимическое обессоливание происходит за счет переноса постоянным током через мембраны ионов солей, содержащихся в воде. Деминера-лизованная вода содержит до 1 г/дм солей, а минеральные соли удаляются из рассольных ячеек в виде рассола с концентрацией солей 15%.
Обессоленная вода поступает в сборник, из которого подается на нужды предприятия или сбрасывается в гидрографическую сеть. Рассолы направляются на утилизацию или на испарительные карты.
При производительности одного аппарата электрохимического умягче-ния 2,5 м /час общая жесткость раствора снижается с 29 до 10 мг-экв/дм в результате выпадения в осадок ионов кальция, перехода в осадок 80-90% ионов магния и 99 % ионов металлов при отношение твердого к жидкому 1:10.
Рекомендуется модернизированная во ВНИИХТ конструкция аппарата электрохимического умягчения (АЭХУ-8) с характеристикой: производитель-ность -8м /час; диаметр -159 мм; высота - 2110 мм; площадь мембран - 0,64 м ; плотность тока 500-800 А/м ; потребляемая электроэнергия 1,0 А ч/м [33].
В качестве базового рекомендован электродиализатор конструкции института ВНИПИПТ ЭДШ-60, производительностью 60 м3/час, оснащенный ионообменными мембранами Щекинского завода. Размер мембран 1500x1000 мм. Рабочая площадь мембраны 1,32 м .
Глубина извлечения металлов до остаточной концентрации - менее 1 мг/дм3. При электродиализном обессоливании маточников сорбцией концен-трация металлов снижается, например, с 0.95 мг/дм до 0.16 мг/дм .
Методика определения эффективности с учетом риска
Нами разработана схема вычисления годового дохода, годовых наличных средств и суммы их накоплений с учетом интервалов изменений нормы прибыли в зависимости от степени риска [42].
Экономико-математическая модель выбора оптимальных вариантов развития производства базируется на оценке вариантов по показателю финансового итога, вычисленного с учетом геолого-экономического риска.
Критерием оптимальности предложенной экономико-математической модели является итог реализации вариантов развития производства, определяемый с учетом стратегии развития.
Золоторудные месторождения включают в себя обширный ореол забалансовых запасов, породных прослоев и включений, рациональная эксплуатация которых возможна при комбинации технологий разработки.
При определении стратегии разработки месторождений исходят из того, что блоки подземного выщелачивания представляют собой пустоты, заполненные хвостами выщелачивания, которые участвуют в управлении массивом.
Комбинирование технологий на различных этапах разработки месторождения обеспечивает использование для управления энергии возможностей самого массива.
Определение эффективности поэтапной разработки месторождений базируется на оценке последствий вовлечения в эксплуатацию разносортных руд от подземных работ и отходов на поверхности, на более полном использовании уже имеющихся средств с учетом возможного увеличения производственной мощности
Вовлечение в эксплуатацию отходов первых этапов разработки месторождений, которые ранее не имели промышленной ценности, оказывает существенное влияние на величину извлекаемых запасов и содержание металлов в добываемой рудной массе. Это снижает эксплуатационные затраты и улучшает показатели использования капиталовложений и производственных фондов.
С доказательством технической возможности и экономической целесообразности технологии выщелачивания золота из отходов обогащения и некондиционных руд возникла необходимость определения области их применения. Для этого необходимо экономически обосновывать граничные условия сочетания традиционной технологии (ТТ) с технологией кучного выщелачивания (KB) [73].
За критерий оценки эффективности соотношения.технологий ТТ и KB принимают показатель массы прибыли. Задача относится к геолого-экономическим по определению кондиций при разведке, оценке и разработке ме 234 сторождений. Наиболее простым способом ее решения является использование закона Ласки, позволяющего построить зависимость «запас - содержание». Оптимальное решение задачи
Для анализа матрицы и выбора рациональных вариантов используется критерий и приемы теории принятия решений Вальда, Лапласа, Севиджа.
В критерии максимальной полезности Вальда используется оценка П п. Ре-комендуется выбрать вариант Хъ, для которого эта оценка максимальна: max Птт = max min П..„ - xl
