Перколяционное выщелачивание

Перколяционное выщелачивание заключается в просачивании

выщелачивающего раствора через неподвижный слой руды. Перколяции может подвергаться только классифицированный материал (6–10 мм) со сравнительно небольшим количеством частиц размеров 2–3 мм. Материал не должен содержать иловых фракций (менее 0,07 мм). При большом содержании иловых фракций их можно подвергнуть агломерации с добавлением вяжущих средств.

Для перколяционного выщелачивания пригодно только крупнопористое

сырье, все выщелачиваемые компоненты которого открыты доступу раствора. При выщелачивании материал не должен изменять своего строения и давать илы, которые резко снижают скорость просачивания раствора и равномерность выщелачивания материала.

Скорость просачивания раствора через твердый материал составляет

0,05 − 0,40 м/час. При скорости просачивания ниже 0,02 м/час перколяционное выщелачивание невыгодно из-за большой продолжительности процесса.

Перколяционное выщелачивание в крупнотоннажных производствах часто проводят в чанах (перколяторах) круглого или прямоугольного сечения, имеющих ложное днище с фильтротканью (рис. 1.5).


Рис. 1.5. Аппараты (перколяторы) для перколяционного выщелачивания: а – с движением раствора под действием силы тяжести(сверху вниз); б – с принудительной циркуляцией раствора (снизу вверх); I –выщелачивающий раствор, II – раствор на дальнейшую переработку;

1 – корпус; 2 – выщелачиваемый материал; 3 – дренажное устройство; 4 – насос

Перколяторы выпускаются диаметром от 5 до 10 м и высотой 2,5–3,5 м. Они вмещают 50–300 тонн руды. Перколяторы изготовляют из разнообразных материалов (дерево, листовой металл, бетон), футерованных кислотоупорной плиткой, резиной или пластмассами.

Высота слоя загружаемого материала – до 3 м. Загрузку ведут так, чтобы слой материала был равномерным по сечению аппарата, не содержал пустот и был максимально рыхлым. Для предотвращения заиливания фильтроткани на ложное днище сначала помещают подушку из крупных частиц материала.

Выщелачивающий раствор подают непрерывно. Для более полного использования реагентов и повышения извлечения целевых компонентов в некоторых случаях создают принудительную циркуляцию раствора.

Достоинствами перколяции являются: снижение затрат на измельчение, простота устройства оборудования, получение растворов, почти не содержащих твердых частиц, что облегчает трудоемкие и дорогостоящие операции разделения твердой и жидкой фаз.

Одновременно следует отметить существенные недостатки данного процесса: периодичность процесса, трудность загрузки и выгрузки руды, малая скорость выщелачивания, большое время выщелачивания. Главный недостаток перколяции – малая степень вскрытия, так как при размере зерен 2–10 мм в большинстве руд полезные минералы еще не раскрыты. Поэтому в чистом виде перколяция используется крайне редко.

Перколяционный процесс выщелачивания в чанах применяется в основном для окисленных медных руд, при цианировании золотосодержащих руд, а также при комбинированной технологии переработки смешанных (окисленных и сульфидных руд).

Время полного цикла работ по выщелачиванию окисленных медных руд составляет 8—13 суток (загрузка, выщелачивание, промывка, выгрузка). Более половины времени отведено основной операции — выщелачиванию. Извлечение меди достигает 75—90 % при расходе серной кислоты в пределах 10—55 кг/т. Повышение температуры раствора от 5 до 80°С увеличивает скорость выщелачивания меди в 5 раз.

Гораздо чаще используются такие разновидности перколяции, как кислотный замес, кучное и подземное выщелачивание.

При кислотном замесе руду, измельченную до 5–6 мм, смешивают с

концентрированной кислотой во вращающемся барабане. Полученную смесь выдерживают в кучах на открытых площадках 16–24 часа, после чего укладывают на дренажное устройство слоем высотой 75–100 мм и орошают разбавленным раствором кислоты. Раствор собирают в специальные приемники и используют для орошения других участков слоя, организуя противоточное выщелачивание. Процесс выщелачивания из слоя длится примерно 8 часов.

Кучное выщелачивание (КВ) является наиболее простым и дешевым

способом переработки бедных, забалансовых руд и отвалов вскрышных пород с низким содержанием в них металлов: меди (0,15—0,5 %), золота (около 0,5 г/т) или урана (0,02—0,07 % U9O8). Капитальные затраты при КВ составляют 20%, а эксплуатационные 40% от затрат при извлечении минералов традиционным выщелачиванием.

Метод КВ пригоден для руд с относительно высокой проницаемостью растворов по микро- и макротрещинам, плоскостям напластования и скола.

Наиболее сложные условия для выщелачивания возникают, когда полезные минералы тонко вкраплены во вмещающей породе. Такие руды подвергают предварительному дроблению, причем мелочь иногда подвергается грануляции с добавкой небольших количеств вяжущих веществ. При формировании штабелей КВ используют различные типы водонепроницаемых оснований:

- из уплотненной глины толщиной 0,12–0,45 м;

- асфальтовые 0,1–0,3 м;

- пластиковые с гравийным слоем для дренажа.

Площадки под КВ готовят для одноразового и многоразового использования. При многоразовом использовании применяют двухслойные асфальтовые покрытия толщиной от 50 мм до 100–150 мм с защитным слоем между ними (глины, полиэтилен).

Конструктивно штабель кучного выщелачивания представляет собою

четырехугольную усеченную пирамиду с боковыми поверхностями,

сформированными под углом естественного откоса отсыпаемой руды. Высота штабеля до 10 м, в штабель отсыпается несколько десятков или сотен тысяч тонн руды. По сторонам площадки КВ сооружаются бордюры высотой 2–2,5 м из бетона с толщиной стенок 0,5–0,8 м или глины. Для стока растворов основание кюветы выполняется с уклоном 2–2,5о. В штабель закладывается система перфорированных труб для аэрации рудного материала сжатым воздухом.

Рис. 1.6. Кучное выщелачивание:

1 – штабель кучного выщелачивания; 2 – заезды на штабель; 3 – уступ

штабеля; 4 – трубопровод рабочих растворов; 5 – трубопровод сжатого воздуха; 6 – насосная станция; 7 – зумпф продуктивных растворов; 8 – гидронепроницаемое основание; 9 – аэрационная система; 10 – оросительная система; 11 – слой мелкозернистого материала.

Организуется оптимальная схема орошения рудной массы. Орошение осуществляют различными способами: разбрызгиванием, прудками, нагнетательными скважинами, оросительными канавками или сочетанием различных способов.

В качестве растворителя при выщелачивании меди и урана используется раствор серной кислоты (рН 1,2—2,5), при выщелачивании золота и серебра — раствор цианида (рН 10—10,5). Выщелачивающий раствор просачивается через кучу, насыщается извлекаемым металлом и собирается в бассейне с отстойником для осаждения глины и шламов, а затем поступает на извлечение металла.

Орошение производится до тех пор, пока содержание металла в продуктивном растворе не снизится до заданного предела. Например, концентрация металла в урансодержащих растворах составляет обычно 0,3—3,0 г/л с рН 1,2—1,4, для медных руд она составляет 0,5 – 1 г/л. Затем подачу растворителя прекращают, кучу дренируют и горная масса аэрируется воздухом, что ускоряет окислительные процессы. Длительность циклов орошения и аэрации зависит от состава руд и технологических условий и колеблется от нескольких суток до нескольких месяцев.

После кучного выщелачивания породы вывозят в отвалы, а при значительных размерах куч оставляют на местах и подвергают рекультивации.

Подземное выщелачивание (ПВ) осуществляется при подаче

выщелачивающего раствора под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды. Просочившийся через слой руды, насыщенный ценным компонентом раствор выкачивается на поверхность. Известны два основных варианта подземного выщелачивания — скважинный (бесшахтный) и шахтный. В первом случае используют систему определенным образом расположенных скважин для подачи выщелачивающего раствора и выкачивания продукционного раствора. В шахтном варианте используются подземные

камеры в шахтах, где формируется штабель обрушенной руды, организуется орошение штабеля и сбор раствора. По существу это кучное выщелачивание, но в данном случае штабель формируется под землей, руда не поднимается на поверхность. При разработке месторождений руд радиоактивных и цветных металлов часто применяют комбинированные системы подземного выщелачивания, включающие в себя элементы скважинных и шахтных систем.

Необходимыми условиями применения подземного выщелачивания являются достаточно высокая проницаемость руды (минимальная скорость просачивания, при которой еще можно применять ПВ, составляет 10 см/сутки) и наличие под выщелачиваемым участком непроницаемого слоя, обеспечивающего сбор растворов, направляемых на извлечение металлов. В других случаях выполняют специальные виды подготовительных работ по созданию таких условий.

Чаще используется скважинный вариант ПВ (ПСВ). Отработка месторождений производится по блокам. Существует несколько схем расположения закачных и откачных скважин. В США применяются шестиугольные и квадратные сетки, когда откачная скважина располагается в центре, а закачные – в вершинах правильного шестиугольника или квадрата. В странах СНГ, кроме указанных выше, используется также прямоугольная сетка скважин, когда чередуются ряды откачных и закачных скважин, проходящих

параллельно оси разрабатываемого месторождения. Расстояние между рядами нагнетательных и продукционных скважин составляет 50–100 м, а между скважинами в ряду – 15–25 м.

На рис. 1.7 представлен разрез нагнетательной и продуктивной скважины при подземном выщелачивании урана.


Рис.1.7. Схема подземного выщелачивания урана

В самом начале при пуске блока в закачную скважину закачивается вода, которая вытесняет грунтовые воды, затем проводится закисление. Закисление добычного блока заключается в подаче кислых растворов с максимальным количеством кислоты и окислителей до создания соответствующей геохимической обстановки в рудном теле (рН=2,5–3 и ОВП=0,42–0,45 В). Закисление блока длится 20–60 дней. На закисление подается 2,4 кг H2SO4 на 1 тонну горнорудной массы или

Ж:Т = 0,18 − 0,25 м3/т. Окончание закисления определяется достижением промышленной концентрации урана в продукционном растворе (более 30 мг/л).

Активное выщелачивание ведется после закисления блока в том же гидродинамическом режиме, но с постепенным (в 2–3 этапа) уменьшением концентрации кислоты в выщелачивающих растворах.

В рудном теле рН среды падает до 1,5, концентрация урана в продуктивных растворах возрастает до максимальных значений; при отношениях Ж:Т = 0,8 −1,2 извлечение достигает 60–70%.

Отмывка – дальнейшая отработка блока до достижения извлечения урана 80–90% – осуществляется растворами с остаточной кислотностью 0,8–1,5 г/л.

При подземном выщелачивании первоначальное заполнение пласта растворителем кроме изложенного выше способа может производиться следующими способами:

1. Вытеснением пластовых вод растворителем нормальной концентрации;

2. Вытеснением пластовых вод воздухом с последующей заменой газа на растворитель нормальной концентрации;

В качестве растворителей при подземном выщелачивании применяют подземные и поверхностные воды с добавленим газовых ускорителей (О2, воздуха, СО2, Сl2), кислые растворители, карбонатные растворы.

Подземное выщелачивание используется обычно при глубине залегания рудного тела не более 600 м.

Применение способа подземного выщелачивания позволяет:

- значительно расширить сырьевую базу за счет вовлечения в эксплуатацию бедных и забалансовых руд и руд со сложными условиями залегания;

- резко сократить объемы капитальных вложений и сроки строительства предприятий;

- значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить количество твердых отходов и вредных веществ, выносимых на поверхность земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки).

Методом подземного выщелачивания в мире добывают до 20 % U и до 18 % Сu. В некоторых странах доля подземного выщелачивания в добыче урана гораздо больше среднемировой. В США две трети урана добывается методом ПВ. В Узбекистане и в Казахстане подземное выщелачивание является единственным методом добычи урана.

1.2.

<< | >>
Источник: Самойлик В. Г.. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие. 2015

Еще по теме Перколяционное выщелачивание:

  1. Окисление двухвалентного железа
  2. Микроорганизмыи геологическая история Земли
  3. ГЕЛБ-ЭЛЕКТРОФОРЕЗ
  4. ПРОНИЦАЕМОСТЬ
  5. Глава 13ЭКСПЕРТИЗА ЖИВОТНЫХ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ, ВЫЗВАННЫХ НЕПРАВИЛЬНЫМ КОРМЛЕНИЕМ, СОДЕРЖАНИЕМ И ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ
  6. Лекция XIVЭкспертиза вещественных доказательств
  7. ГЛАВА 8Введение прикорма
  8. Предметный указател
  9. Глава 2. Распределение, накопление и элиминация токсинов
  10. П. Дедукция материи
  11. I. Дедукция продуктивного созерцания
  12. С. Теория продуктивного созерцания Предварительные замечания