(Соавторы: Д.П.Лобанов, М.И.Фазлуллин, Л.А.Толкунов)
Россия – одна из самых богатых стран в отношении твердых полезных ископаемых. Занимая место в первой пятерке стран мира по запасам и добыче железных руд, меди, золота, серебра, платиноидов, вольфрама, молибдена, кобальта, никеля, Россия полностью обеспечивает внутренний рынок и экспортирует значительные объемы сырья и продукции. При этом экспорт некоторых видов сырья и продукции металлических полезных ископаемых составляет 50-70% объема добычи (вольфрам, кобальт, никель, медь, золото, серебро) и выше (платина, палладий).
Не столь благополучно развитие минерально-сырьевой базы цинка, свинца, олова, сурьмы, барита, флюорита. Хотя по запасам этих видов сырья Россия занимает лидирующие позиции в мире, даже невысокое их внутреннее потребление не обеспечивается отечественными горнодобывающими предприятиями. Нынешний уровень их потребления требует ввоза сырья.
Следующие составляющие минерально-сырьевой базы России представляют остродефицитные виды сырья, к которым относятся необходимые в промышленном производстве бокситы, титан, цирконий, хромовые и марганцевые руды. Для этой группы полезных ископаемых потребление жестко связано с импортом. Добыча обеспечивает лишь незначительную часть необходимого сырья. В то же время Россия экспортирует продукты переработки этих видов полезных ископаемых – алюминий, титан, титановую губку, феррохром, производимые, в основном, из импортируемого сырья.
После распада СССР в России не оказалось качественной минерально-сырьевой базы таких важнейших видов, как марганец, хром, рений, фосфориты, значительно сузилась минерально-сырьевая база урана, золота, полиметаллов.
Регионы с развитой промышленностью испытывают недостаток в железорудном, медном, свинцовом, цинковом сырье. Минерально-сырьевая база России по отдельным видам сырья, созданная во времена СССР, оказалась нерентабельной в современных экономических условиях [1]. В связи с этим очень остро встает вопрос повышения экономической эффективности освоения месторождений, ранее учтенных государственным балансом, за счет использования инновационных технологий, к которым относятся физико-химические методы (ФХМ) добычи полезных ископаемых.
Рациональное использование запасов полезных ископаемых при их добыче и переработке – одна из главных проблем горнодобывающей промышленности. Несмотря на постоянное совершенствование традиционных способов, степень полноты и комплексности использования многих видов полезных ископаемых все еще низкая, а новые прогрессивные способы и технологии внедряются очень медленно. Необходимо ускорить внедрение физико-химических методов, в частности, подземного и кучного выщелачивания металлов. Вследствие низкой капиталоемкости геотехнологических комплексов, высокой производительности труда и невысокой себестоимости продукции по сравнению с традиционными способами, в переработку могут быть вовлечены некондиционные руды. Это позволит значительно расширить сырьевую базу действующих предприятий, повысить полноту и комплексность извлечения полезных компонентов. Последнее имеет неоспоримые социально-экономические преимущества при освоении новых месторождений, особенно в необжитых районах.
Общая оценка сырьевой базы большинства месторождений меди, урана и других металлов показывает, что при традиционных способах эксплуатации разведанных месторождений количество неиспользуемых запасов (технологические потери и забалансовые руды) вдвое превысит прирост балансовых запасов. Исследованиями [2,3,4,5] доказана возможность переработки таких руд методами кучного и подземного выщелачивания. Вовлечение в переработку выщелачиванием только половины неиспользуемых руд позволило бы получить дополнительную продукцию, объем которой эквивалентен повышению сквозного извлечения основного компонента из кондиционных руд на 10-12%.
Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации месторождений свидетельствует о повышении экономической эффективности горно-металлургических предприятий при комплексном использовании сырья и утилизации отходов производства, что наиболее полно реализуется при комбинировании различных способов добычи и переработки руд.
Широкое промышленное применение ФХМ в комбинации с традиционными способами получения металлов позволит значительно увеличить полноту и комплексность использования минерального сырья и повысить технико-экономические показатели работы предприятий. Предлагаемая принципиальная схема (рис. 3) такого комбинирования приведена на рисунке. Для удобства чтения этой схемы отдельные элементы технологических процессов укрупнены. Например, объединены в один узел дробление, измельчение и классификация руд, не разделены виды переработки продуктивных растворов, не раскрыто многообразие вариантов подземного (ПВ), кучного (КB) и отвального (ОВ) выщелачивания и способов утилизации отходов горно-металлургического производства. Поэтому схема дает лишь общее представление о том, какие способы и их комбинации могут быть применены при добыче металлов. Практическая реализация и уточнение предлагаемой схемы будут определяться горно-геологическими условиями и технико-экономическими показателями при эксплуатации конкретных месторождений.
Рисунок 3 - Принципиальная схема комбинирования традиционных и геотехнологических способов эксплуатации рудных месторождений
Использование схемы в полном объеме будет зависеть главным образом от состояния теоретических исследований, обоснованности промышленных технологий и объемов внедрения в производство кучного и подземного выщелачивания металлов. В этом отношении уже имеются сдвиги. Достигнуты успехи в разработке основных параметров процесса бактериально-химического выщелачивания меди. Объекты кучного выщелачивания золота из стадии опытно-промышленной разработки перешли в категорию промышленной эксплуатации, накоплен 15-летний опыт кучного выщелачивания золоторудных месторождений. Получены положительные результаты при опытных и опытно-промышленных исследованиях процесса подземного выщелачивания золота, меди. Пройдена начальная стадия опытных работ по кучному и подземному выщелачиванию никеля.
Однако состояние промышленного внедрения добычи упомянутых металлов физико-химическими способами не может быть признано удовлетворительным. К числу основных причин медленного развития ФХМ металлов следует отнести некомплексность исследований, монопромышленный подход к переработке выщелачиванием многокомпонентных руд, отсутствие обоснованной методики технико-экономической оценки эффективности применения физико-химических способов, недостаточное количество организаций и специалистов, привлекаемых к решению этой важной проблемы, и слабая координация их деятельности.
Успешное решение рассматриваемой народнохозяйственной проблемы во многом зависит от своевременной разработки межведомственной комплексной целевой программы научно-исследовательских, опытно-конструкторских, опытных и опытно-промышленных работ по ФХМ добычи металлов на ближайшую и дальнюю перспективу. Рекомендуемые основные направления исследований, позволяющих создавать основы безотходной технологии, представлены в таблице 6. Реализация такой программы потребует организационной перестройки научно-исследовательских работ с тем, чтобы обеспечить четкую координацию деятельности академических, учебных и отраслевых институтов, а также предприятий, эксплуатирующих месторождения полезных ископаемых и имеющих различную ведомственную подчиненность.
ВЫВОДЫ
-
Добыча и переработка руд традиционными способами, несмотря на постоянное совершенствование, сопровождается значительными потерями основного и сопутствующих компонентов. Сократить потери и повысить комплексность использования сырья можно путем комбинирования традиционных и ФХМ получения металлов.
-
Успешная практическая реализация предложенной схемы комбинирования определяется своевременной разработкой промышленных технологий кучного и подземного выщелачивания металлов, что потребует интенсификации физико-химических исследований и разработки межведомственной целевой долгосрочной программы научно-исследовательских, опытно-конструкторских, опытных и опытно-промышленных работ.
Таблица 6
Основные направления исследований по выполнению целевой программы развития физико-химических способов добычи металлов
Направления исследований
|
Вид исследований
|
Краткое содержание этапов исследований
|
Геолого-гидрогеологические исследования рудных месторождений и разработка теоретических основ экономической оценки применимости геотехнологических способов добычи полезных ископаемых
|
Геолого-геохимические исследования, оценка запасов балансовых и забалансовых руд месторождений
|
Общая геологическая характеристика, химический и фазовый анализы руд, определение их технологических и физико-механических свойств с учетом применения традиционных и геотехнологических способов разработки. Оценка объемов балансовых и забалансовых руд, их классификация с точки зрения применимости кучного и подземного выщелачивания. Определение возможности утилизации отходов производства в промышленности и строительстве
|
Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования месторождений
|
Анализ гидрогеологических условий месторождений, химического и газового состава вод, температурного режима, микрофлоры. Разработка методик расчета гидродинамических параметров процесса выщелачивания с применением математического моделирования. Определение прочностных и фильтрационных свойств оснований отвалов и куч, количественная оценка ожидаемой миграции продуктивных растворов в подстилающие породы, рекомендации по противофильтрационным покрытиям
|
Технико-экономические исследования по обоснованию применения геотехнологических способов
|
Анализ структуры затрат на добычу и переработку руды традиционными и геотехнологическими способами. Разработка методики технико-экономической оценки применения геотехнологических и комбинированных с традиционными способами добычи металлов с учетом вовлечения в отработку некондиционных руд и попутного извлечения полезных компонентов
|
Технологические исследования процессов химического и микробиологического выщелачивания металлов (урана, меди, золота, серебра, платиноидов, марганца, никеля, алюминия, вольфрама, молибдена, цинка, свинца, кобальта, сурьмы)
|
Исследование выщелачиваемости некондиционных руд забойной крупности и предварительно раздробленных руд
|
Изучение химического состава руд и вмещающих пород, обоснование величины предельного извлечения из них полезных компонентов с учетом крупности материала, типа и концентрации растворителя и физико-химических интенсификаторов процесса выщелачивания. Лабораторные и укрупненные опытные исследования по оптимизации режимов выщелачивания
|
Исследование руд в массиве
|
Лабораторные и полупромышленные исследования по выщелачиванию кернового материала, руд в массиве и раздробленных руд в камерах. Оптимизация технологических параметров подземного выщелачивания
|
Исследование процессов выщелачивания хвостов обогатительных фабрик на месте их складирования
|
Изучение гранулометрического и вещественного состава хвостов обогащения, оценка их выщелачиваемости и подбор растворителе для селективного извлечения полезных компонентов. Обоснование технологических параметров выщелачивания Оценка возможности скважинного подземного выщелачивания хвостов на месте залегания
|
Микробиологические исследования при выщелачивании руд и регенерации растворителей
|
Определение присутствия в рудах, шахтных и дренажных водах отвалов и хвостохранилищ различных видов микроорганизмов и выделение из них культур, способствующих интенсификации процесса выщелачивания, очистки сточных вод, регенерации выщелачивающих агентов в растворах. Испытание новых видов бактерий и различных питательных сред, изучение условий адаптации бактерий к высоким содержаниям в растворе раз-личных элементов и к внешним условиям среды с целью активизации жизнедеятельности микроорганизмов. Изучение влияния физико-механического и химического воздействия на интенсивность бактериального выщелачивания
| |
Разработка теоретических основ процесса бактериально-химического выщелачивания металлов с использованием достижений фундаментальных наук и результатов геотехнологических исследований
|
Исследование процессов переработки продуктивных растворов и отходов производства горно-металлургических предприятий
|
Исследование способов и средств переработки продуктивных растворов и шахтных вод
|
Анализ факторов, влияющих на селективность и полноту извлечения полезных компонентов, их чистоту и сохранение выщелачивающей способности оборотных растворов. Разработка методов интенсификации процессов переработки растворов с учетом технологий и технических средств, рекомендации по совершенствованию и применению новых способов
|
|
Изучение возможности и обоснование целесообразности утилизации отходов производства
|
Исследование и разработка рекомендаций способов переработки отходов, включая очистку сточных вод, доизвлечение основного и попутных компонентов, получение химических реагентов, удобрений, строительных материалов и другой продукции. Количественная оценка и классификация по видам возможного использования в народном хозяйстве существующих и прогнозных отходов горно-обогатительных и металлургических производств с учетом числа потребителей
| |
Разработка научно обоснованной технологии комплексного использования сырья с созданием основ безотходного производства путем комбинирования традиционных и геотехнологических методов. Рекомендации мероприятий по охране окружающей среды
|
Опытно-промышленные исследования и разработка технологии кучного и подземного выщелачивания
|
Оптимизация технологических параметров кучного выщелачивания в промышленных условиях
|
Анализ влияния на эффективность выщелачивания геометрических параметров и способов отсыпки куч, режимов и способов орошения и аэрации, систем дренажа и сбора растворов, физико-химических изменений выщелачиваемой рудной массы и рекомендации по предотвращению вредного влияния. Испытания способов комбинирования гидравлического размыва отвалов и гидротранспорта руд с одновременным их выщелачиванием. Разработка теоретических основ методики расчета основных технологических параметров процесса и рекомендации промышленных технологий кучного выщелачивания для различных условий
|
Испытания вариантов подземного выщелачивания металлов и обоснование технологических параметров процесса
|
Исследования и оптимизация физико-химических и гидродинамических параметров процесса подземного выщелачивания через скважины в комбинации с традиционными подземными системами разработки, скважинной гидродобычи с одновременным выщелачиванием металла. Разработка схем и конструктивных элементов систем подземного выщелачивания и создание методики выбора вариантов вскрытия и подготовки месторождений к выщелачиванию. Совершенствование технологии буровзрывных работ для обеспечения требуемой степени дробления руд
|
Разработка технических средств обеспечения кучного и подземного выщелачивания
|
Анализ применимости существующих и разработка новых машин и механизмов для отсыпки куч, строительства их оснований и растворосборников, средств раствороснабжения и автоматизации, контрольно-измерительных приборов и оборудования для переработки продуктивных растворов.
Разработка и внедрение специальных буровых установок для бурения геотехнологических скважин на объектах СПВ
Адаптация, разработка и внедрение гидроударных и пневмоударных комплексов для бурения крепких пород
|
|
|
Разработка технологии сооружения геотехнологических скважин с высокой приемистостью и дебитом.
Совершенствование, испытание и внедрение генераторов колебаний, улучшающих фильтрационные свойства продуктивных пластов на объектах СПВ
|
Разработка теоретических основ и методических положений проектирования систем кучного и подземного выщелачивания металлов для повышения степени полноты и комплексности использования недр и обеспечения охраны окружающей среды
|
Разработка методики экономико-технологической оценки рудного сырья и продуктов его переработки традиционными и геотехнологическими способами с учетом комплексного использования и создания безотходной технологии.
Разработка перечня исходных данных для проектирования геотехнологических комплексов и создание методики их получения на различных стадиях геологоразведочных работ.
Разработка научных основ методики инженерных расчетов систем кучного и подземного выщелачивания металлов.
Разработка методических основ определения оптимальной комбинации традиционных и геотехнологических способов комплексного освоения рудных месторождений.
Создание экономико-математической модели, реализующей методические положения технико-экономического обоснования вариантов комплексирования традиционных и геотехнологических способов получения металлов и учитывающей экологические и социальные аспекты проблемы рациональной эксплуатации и охраны недр
|
ЛИТЕРАТУРА
-
«Российские недра». Издание Федерального агентства по недропользованию. 25 июня 2009г. Беседа с начальником Управления геологии твердых полезных ископаемых Федерального агентства по недропользованию Б.К. Михайловым.
-
Аренс В.Ж. Физико-химические геотехнологии. - М.: МГГУ, 2001.
-
Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов. /Под редакцией М.И. Фазлуллина/ - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2004.
-
Хулилидзе К.К., Голик В.И., Ходонов З.М. Экономика и управление технологическим комплексом при выщелачивании металлов. - Владикавказ, изд-во «Терек», 2001.
-
Бубнов В.К., Голик В.И. и др. Актуальные вопросы добычи цветных, благородных и редких металлов. - Акмала, 2005.
Достарыңызбен бөлісу: |
