автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Исследование технологических схем добычи фосфоритовых руд способом подземного выщелачивания в условиях Центрального Кызылкума

РГБ ОД

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО К / ппп ^СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ о ним РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕН И АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи УДК 622.277:661.632'

НОСИРОВ Уткир Фатидинович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ДОБЫЧИ

ФОСФОРИТОВЫХ РУД СПОСОБОМ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОГО КЫЗЫЛКУМА

Специальность 05. 15. 02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

АВТОРЕФ ЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1995

Работа выполнена в Ташкентском государственном техническом университете им. Абу Райхана Беруни.

Научный руководитель: чл,-корр. АН РУз, д. т. н., проф.

В. Р. Рахимов

Официальные оппоненты: д. т. н., Лелеко А. И.

к. т. п. Красников С. Я.

Ведущая организация: СредазНИПИ ПТ.

Защита диссертации состоится «_ » 1995 г.

в _ часов на заседании специализированного совета

К 067. 07. 28 в Ташкентском государственном техническом университете им. Абу Райхана Беруни по адресу: 700095, г. Ташкент, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2, ГГФ, ауд. 233.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТашГТУ-Автореферат разослан « » ___1995 г.

Учены» секретарь^ специализированного с к. т. п., доц.

/^Т1ГГ>З^ТТГАИДКАСЬтОВ д. к.

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ.

Актуальность работы. Дальнейшее развитие горнодобывающей отрасли возможно при условии разработки принципиально новых, высокоэффективных и ресурсосберегающих технологий при одновременном повышении экономической и экологической эффективности производства. _ 4

Как известно, геотехнологические методы добычи полезши ископаемых позволяют резко сократить объемы горных работ, транспортировку и переработку сырья, снизить капитальные и эксплуатационные расходы, а главное - вовлечь в переработку сырьевые ресурсы, нерентабельные для добычи традиционными способами, снижают вредное воздействии горных разработок на окружающую среду. Особенно важное значение приобретает развитие геотехнолсгических методов на фоне неуклонного возрастания стоимости горно-добычных работ при устойчивой тенденции снижения содержания полезного компонента в добываемом сырье. Запаси крупных и богатых месторождений сокращаются, а потребность в минеральном и рудном сырье возрастает. Условия перехода к рыночной экономике'требует кардинального перелома в развитии горнодобывающей отрасли в сторону разработки и внедрения нетрадиционных способов добычи.

Как показывает мировая практика, наиболее быстрыми темпами развивается метод подземного выщелачивания СГ1В1. Метод хорошо освоен и широко используется при добыче некоторых руд в странах' СНГ, в том числе и в Узбекистане. Но использование способа ПВ непосредственно при добыче фосфоритов сдерживается на сегодняшни,"! день из-за отсутствия достаточно олробнровашюй теоретической и практической базы. Вопрос применения ПВ в условиях месторождений фосфоритов все еще остается научной и методологической проблемой.

Таким образом, геотехнологическик способ добычи полезных исг копаемых имеет ряд преимуществ перед традиционными способами 'И является перспективным с точки эоения удовлетворения требований охраны недр. Следовательно, оценка возможности применения геотехнологических способов добычи некоторых месторождений полезных ископаемых на территории Республики Узбекистан является актуальной горно-технической задачей.

Целью диссертационной работы является цсоледапалне закономерностей и оценка области эффективного применения способа подземного выщелачивания фосфоритом, х руд Центрального Кызилкумп.

Огненная^ идея [заботы заключается u gCochowiHM! ¡¡оа.таноегн

применения добычи ^осфоритоы« руд способом подземного выщелачивания на месторождениях Узбекистана.

Задачи исследований:

1;..Оценка природных условий и химико-технологических параметров, способа подземного выщелачивания фосфоритовых руд.

В.: Определение оптимальных технологических параметров процесса выщелачивания в лабораторных и промышленных условиях о учетом современных требований экологии.

0. Разработка технологических схем извлечения основных полезных компонентов из фосфоритовых руд и утилизация побочных продуктов выщелачивания. ;

•1. Оценка области эффективного применения способов и схем добычи полезных ископаемых подземным выщелачиванием. :

Метод» исследований. В диссертационной работе использован комплексный метод исследований, гладочащий: обобщение научного и щюивюдственного опыта, аналитический расчет технологических Параметров , сопоставление' результатов лабораторного и натурного экспериментов, создание математической модели, расчетных алгоритмов и программ решения задач на ПЭВМ.

Научные положения, выносимые на защиту и их новизна:

1. Добыча Фосфоритовых руд способе»' подземного выщелачивания технически и технологически возможна и может рассматриваться как ячмернативнне традиционным способам при разработке фосфоритов Центрачыгогб К'лэшкума.

. 7). высокая степень извлечения полезного компонента при подъемном выщелочивании обеспечивается оолянокислотным разложением фосфорснрья. Эффективная подвижность продукционного раствора по скважин? достигается при концентрации соляной кислоты 15-20 процентов, температуры разложения 30~49°С к яредолютельнасти процесса яо-10 минут. Оптимальная величина расстояния между рядами и скважинам равна 6-11* м в сасксимэсти от пористости пласта и стоимости добычи.

3. Объем добываемого фосфорита при подземном выщелачивании прямо зависит ог величины коэффициента массоотдачи. При коэффициенте массоотдачп равном 40 м/с концентрация фосфорита в растворе достигнет минимального предела по истечении 8 минут.

4. Применение способа ПВ при добыче фосфоритов экономически выгодно и зоологически оправдано на глубинах залегания от 50-40 м до 380-400 ч и «оэдюти зале;«! (},•>«,О м.

<|ГКу?ног.;т"'упь и1!о^'.-?:"Ний подтрсрадр-

ытся лабораторными исследованиями и проведением опытных работ на Центральношвылкуиском месторождении фосфоритов Джорой-Сардар^, применением апробированных расчетных методов и учетом наиболее значимых факторов в расчетных 1,щелях.

Практическое значение работы состоит в оптимизации параметров подземного выщелачивания фосфоритов, в разработке, новых технологических схем и в определении области эффективного применении способа добычи.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей процессов подземного выщелачивания фосфоритов и оценке влияния. химизма фэсфорсырья на степень извлечения компонента.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и были одобрены на конференциях ТашГ'ГУ (г.Ташкент, 199-1 г.), (г.Навои, 1905 г.), на заседании НТО Кызылкумской ГРЭ "Самарканд-геология" (п.Мурунтау, 1993 г.), на заседаниях кафедр "Маркшейдерия и геодезия", "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" и нз ученом совете ГГФ, ТашГТУ (г.Ташкент 1091-06 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

' Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на УЛ?страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка и таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка попользованной литературы из €2 наименований и € приложении на 6 листах . *

основное содержание' рако'ш.

Необходимость производства и иш^жйдздия ьо воо оолее крун-ных масштабах полезных ископаемых с одной стороны, и систематический рост и Оез того высокой их стоимости определяемой как объемом добычи, так и ограниченностью известинх и;; вшагоп, с другдй стороны, требуют все более полного кчюл.Уоилшвг минерального сырья применением наиболее прогрессивных икхюбов извлечения полезных компонентов. "

В связи с атим, создание и внедрение иеной «ехжикогии добычи полезных ископаемых является одной из ваквейвшх еддач научно-технического прогресса в горнодоОын;ш:цей отрясьи.

К нопему поколение ти« полога» дооши и-. ¡-дик кол- ископаемых относятся геот^хнологические негодн, п.;;:|;'!лл>-.сь"! сократить объемы горных работ, транспортировки и перерай.уао; сыр),я, сшпш-ь капнтачьшо и ".¡: ;плу'-.';'ан;:'-1!!!не рд:л'-д.1, I; мччь II

- б •■

переработку сырьевые ресурсы, нерентабельные для добычи традиционными способами, резко снизить вредное влияние их на окружающую сроду-

В 1896 г. в России был выдан патент на "Способ добывания золота и иных благородных металлов путем прямого выщелачивания залежей". В данном направлении много сделано русскими учеными, начиная с Д.И. Менделеева, предположившего подземную газификацию угля, академиками В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом, создавшим теоретические основы геохимических, а во многом,- геотехнологических процессов.

В конце 1930-х в начале 1940-х годов в бывшем СССР и за рубежом активно проводились опытные и опытно-промышленные работы по подземному выщелачиванию (ПВ) меди.

В настоящее время ПВ наиболее широко практикуется в уранодо-Оывающей промышленности. Ведутся исследования с целью внедрения ПВ в золотодобывающей промышленности, для добычи некоторых руд цветных металлов.

Большой вклад в разработку геотехнологических способов добычи внесли Арене В.Ж., Бахуров В.Г., Бровин К.Г., Гайдин A.M., Грабовникои В.А., Жапарханов С.Ж., Калабин А.И., Лелеко А.И., Линкевич В.Д., Мосинец В.Н., Муромцев H.H., Певзнер М.Е., Рахимов R.P., Хамидов P.A., Шумилин М.В., Юдин И.М. и др.

Для условий Узбекистана, в результате сбора и систематизации геолого-гидрогеологических материалов по разведанным и разрабатываемым традиционными способами месторождениям, а тагане изучения отечественного и зарубежного опыта применения ПВ, выделены три группы месторождений, перспективных для внедрения способа подземного выщелачивания для их добычи:

1) благородные и цветные металлы (золото, серебро, медь,молибден, цинк,свинец) в скальных породах домезовойского возраста;

2) фосфоритовые образования с редкими и рассеянными элементами в мезокэйнозойских породах; •

3) комплексные руды редких и рассеянных элементов в горючих сланцев.

изучение природных условий на исследуемом объекте показало, что основными геологическими факторами определяющими условия возможного применения способа добычи подземным выщелачиванием являются: литолого-стратиграфические особенности фосФоритолэспых отложений. структурно- тектонически-? особенности и лркялизйщи фосфоритов , мине; •{м1ого-геоуими"лска"' кпро1ггорисгт»п '¡оофорптоносии/.

образований, ресурсы фосфорсырьн и его химико-технологические свойства.

фосфориты в Центральных Кызылкумах известны в меловых и палеогеновых отложениях.

В пределах месторождения Длерой-Сардара выявлены четыре пласта фосфоритов: 2 пласта галечно-гравийных и 2 пласта зернистых ( с. кондиционным содержанием пятйокиси фосфора) фосфоритов. Пласты фосфоритов располагаются друг над другом почти параллельно, залегая согласно с терригенно-карбонатной формацией сред-не-эоценовых отложений палеогеновой системы. Простирание пластов близширотное, падение горизонтальное (0-5°).

Подсчитанные ресурсы до глубины 300 м составляют порядка 10 .млрд. тонн. Центральнокизылкумские фосфюриты'органогсшю-солито• во-зернистой структуры представляют скопления фосфатных зерен, фосфатных оолитов, сцементированных карбонатным цементом с примесью глинистого вещества. Они содержат всего лишь от 4 до Р^Оз, а средняя величина для разведанных запасов - 16% Р^Об-

Химико-технологические исследования показывают, что в настоящее время основным способом переработки фосфоритов является кислотное разложение. При этом используются минеральные кислоты -серная, соляная, азотная, [фосфорная как в чистом виде, так и в комбинациях и с примесями солей.

Исследования процессов кислотного разложения фосфоритов направлены на получение высоких значений коэффициента извлечения и еысокой интенсивности процессов растворения собственно фосфатного вещества - СаэСРО^зР и снижение расхода реагента п связи с растворением кислстнорастворишх минералов.

Как видно из табл.1., основные химические реакции происходящие при выщелачивании фосфоритов объединены в три группы:

1. Основные реакции способов разложения фосфорита (Са;>(1-0-1)зР): соляиокислотного, азотнокислотного, сернокислотного, фосфсрнокис-лотного.

2. Побочные реакции разложения примесей.'

3. Реакции комбинированных способов разложения.

Реакция (1) обеспечивает получение фосфорнокислотного расг-вора пригодного для переработки в котором отсутствует сульфаты, нерастворимый осадок не содер'шг: гипса. Однако р;ютвор обладает высоким коррозионным дейстйкеи хлор - иона на оборудовавши. Отходы содс-1-лат х.т>рид к-инпна, получайся хл(.ри,д<-;рлзд.г продукты. Обчснечш-а'тс-1, наименьыее ■ колич- от в■'> 'И.ирд. и фа;:Ы, ^л.С'г.-шо с до-

- в -

7'абЛица 1

Способы кислотного разложения фосфоритов при 11В

\ Способ

\разложе-

\ ния Соляно- Азотно- Фосфорно- Серно-.

Принцип, \ кислотный кислотный кислотный кислотный

критерий (НС1) (НШз) (НЗР04) (НгЭОд)

сопостав-

ления спо-

собов

Са5(Р04)3Г+ Са5(Р04)3Р+ Са5(Р04)зР+ Са5(Р04)зГ+

-4101= +ЮНЫ0з= +7Н3РО4+ ^5Н2304=

=ЗНзР04+ =5Са(Н03)г+ +5Н20= =5Са304+

Основные +5СаС1г-+ +ЗН3РО4+ 5Са(Н2Р04)2 +ЗН3РО4+

реакции +№ (1) +№ (4) *Н20-ЖР (9) + НР (12)

разложения ЯСа5(Р04)з^ Са5(Р04)зГ+ •

фосфорита- +14НШз= +5Н20+

Са5(Р04)зГ =зса(НгР04)г+ +7Н3Р04=

+7Са(М0з)г+ -5ЦСаН2Р04)2*

+2НР (5) *Н20]-НР (13)

Са5(Р04)зР+- Са5(Р04)зР+

+4шга3= +бН2304+пН20=

=ЗСаНР04+ 5ССа304*пНг0]+

+2Са(К0з)2"|- +ЗН3Р04+НР

+2НР (6) (14)

По- Кар- (Са,ме)С03+ (са,ме)со3+- (Са,Мв)*

боч- бона- +2Н01=(Са, +2НгГЮ3= *(С03)2+

ные тов ме)с12+н2о+ =Са,Ме(ГГО3)2+ +4Н3РО4+

реак (Са, +С02 (2) СО2+2Н2О (7) +Н20=Са,М^л

ции Ме'м *(Н2Р04)2*

раз *С0Э *Н20+

ло- +С02 (10)

же-ния

Окис- ЯгОз+есь 1?20з+6НМОз= К20з+

при- лов =2КС1з+ 21? (N03)3+ +2НЗР04+

ме- ' А1,Ре +ЗН20 (3) +ЗН20 (8) +Н20=2РР04*

сей и др. *2Н20 (И)

Возможнос- СаС12 (кло- Н304, Н3РО4,

ти комби- рид каль- нитрат каль- НБ04, НПОз нмоз, Н3РО4

нирования ция) ция

бавлением С'аСХг; высо1Шя скорость реакций разложения. Дешевизна и наличие в производство НСГобеспечивают доступность данного способа.

Реакция (4) обеспечивает быстрое разложение фосфоритов, но не исключают возможности обратимости реакции (ретроградации) с образованием неусвояемых фосфатов кальция. Присутствие Са(Н0з)2 ухудшает готовый продукт. Необходимость в процессе переработки раствора удаления избытка катиона Са2+ приводит к усложнению схемы переработки.

Реакция (9) перспективна, обеспечивает получение нейтрального готового продукта в хорошей форме - двойного суперфосфата. Возможность максимальной степени перехода в раствор сопутствующих редкоземельных элементов. Внсокая экологическая чистота процессов разложения делает этот способ перспективным, но дороговизна и дефицит Н3РО4 сдерживают его применение.

Как видно из табл.1, сернокислотное разложение реакции (12), (13), (14) перспективны с точки зрения получения полупродукта -экстракционной фосфорной кислоты (Э1>К).

Анализ химизма применяемых кислотных способов. разложения фосфорсырья и результаты лабораторных исследований показывают,что все применяемые методы обеспечивают высокую степень и да^е полное извлечение Р2О5 из фосфорсырья. Однако, основному требованию подземного выщелачивания - обеспечение необходимой подвижнс&ти продукционного раствора для вывода его на поверхность - отвечают со-лянокислотное, азогнокислотное и фосфорнокислотиое разложение. Для полупромышленных и промышленных испитаний с учетом технологических и эколог'о - экономических факторов в первую очередь приемлемо содянокислотное разложение. Оно обеспечивает получение нейтральных растворов, в силу того что избыточная кислота вступает во взаимодействие карбонатами рудовмещаощих пород. При экологический оценке ограничения по С1.~ ниже, чем по Шэ~. Экономические требования обеспечиваются наличием в любом производстве, доступностью и дешевизной нс], а также относительной простотой технологических схем.

Лабораторные исследования процесса кислотного разложения фосфатных руд Центрального Кызыякума, содержащих О-ЗО" |\0г>; 432 СаО; 16,0?. СО2 с использованием различных растворителей позволили выбрать для полупромышленных испытаний вариант соллноклслотмого выщелачивания при следующих условиях: концентрации ки^юги 1й-Г0*. температура разложения 30-40°0, норма соляной кпсчоты

1002 от стехиометрии на разложение фосфатов и карбонатов, про-долькителыгость процесса 30-40 мин.

Получение преципитата из фосфорнокислых растворов - многостадийный процесс. Разработала технологическая схема получения преципитата . с регенерацией соляной кислоты, инверсией гипса в сульфат аммония и карбонат кальция (рис.1). На схеме просматриваются три цепи: одна основная технологическая и две вспомогательные.

Основная технологическая цепь начинается с узла разложения фосфорита и заканчивается получением готового продукта - удобрительного преципитата - СаНРО^йНгО.

Вторая - вспомогательная цепь - улавливания фтористых газов из газов подземного выщелачивания (очистка газов ПВ), представля: ' ет собой увел абсорбции с получением кремкефторида натрия и кремневой кислогн.

Третья - вспомогательная цепь - регенерация соляной кислоты о одновременным получением гипса и инверсии его в сульфат аммония и карбонат кадвция.

Таким образом, разработанная технологическая схема предусматривает не только получение готового продукта - удобрительного преципитата СаНРС^-гНгО. Возможны также очистка газов подземного, рьпцелачивалия, возврат жидких отходов р процесс выщелачивания в виде оборотного рабочего раствора (избежание формирования жидких вредных стоков). Она позволяет избежать образование большого количества гипса, загрязненного примесями и приводит к регенерацию известняка, т.е. того карбоната, который входил в состав фосфорита и проводить преципитирование за счет оборотного карбоната кальция, получаемого внутри схемы, отказавшись от привоза известняка со сторон». Возможно получение выгодного побочного продукта - сульфата аммония.

Реальные процессы, фильтрационного выщелачивания полезных компонентов из недр настолько сложны, что до сего времени практически, не созданы методы, учитывающие их многообразие. Поэтому при исследованиях геотехнологических способов разработки значительную роль играет' теоретические исследования и разработка методов моделирования, направленные на оптимизацию параметров'добычи. Моделирование, разрабатываемое для определения геотехнологических параметров, базируется на диффузионно-кинетической теории гетерогенных процессов растворения и на опосредствованных наблюдениях по рогультиругат/. вагами. К'-следогуг'ин направлены на изучение дина-

Pnc.l. Принципиальная схема переработки р&створэа fib Фосцог.нгов, очистки ra'ícrt ¡¡ ишп.релп пш-.'а

- -

иики химических "и физико-химических процессов выщелачивания с целью разработки способов управления и оптимизации. Решение этой задачи■включает прежде всего построение упрощенных математических моделей отдельных локальных процессов. В частности модели по определению коэффициента массоотдачи. Кроме этого для условий подземного выщелачивания фосфоритов Центральнокызылкумского района исследованы следующие локальные процессы: продвижение границы раздела растворителя и твердой породы, содержащей фосфориты; изменение концентрации веществ во времени в продуктивном пласте; изменение концентрации фосфоритов в откачиваемом растворе во Бремени.

Интенсивность процессов выщелачивания сильно зависит от коэффициента массоотдачи, однако, экспериментальные исследования по данному вопросу практически отсутсвуют. Поэтому, были проведены специальные экспериментальные исследования по определению коэффициента массоотдачи.

Для определения коэффициента массоотдачи предложена формула

ДМ

К = -, (1)

ш-У-а-Сг^

где К-коэффициент массоотдачи, ДМ-убыль массы твердой фазы, т-стехометрический коэффициент пересчета, У-рабочий объем образца, а-удельная поверхность образца, Сг-концентрация раствора, 1-время разложения.

В результате экспериментов по известным .параметрам опреде-; лялся- коэффициент массоотдачи в зависимости от времени растворения.

Подземное выщелачивание'как фильтрационный процесс основано на химических реакциях "твердое тело-жидкость". Предполагается, что границы пласта непроницаемы, концентрация пласта 'равна Сн, расход растворителя и мощность пласта известны.

Для определения распределения концентрации в неподвижных системах координат для разного времени на основе созданной математической модели предложена формула:

С(ХьО - С'н-КОн-СоЭегГ

Ь Л Ь / г«^ х+ _ - / Г— +

V к а '

а

т

Дли оценки параметров диффузии проведены численные расчеты для разных значений коэффициента шссоогдччи и времени: ^ 0,00002м/с и К=0,002м/с, 1>1сутки и 1>2суток. Значения коэффициентов уравнении равны: Эо1

а = --; ао = 0,068; 1 = Зм; г« = 1,5мм; а = 45; Ь = 0,29;

1И 0,96-К(Сн-Оо)''

---——■

11

Мощность продуктивного пласта Н=1м, содержание фосфора в руде 18Х (Сн=0,18), начальная концентрация фосфорита очень мала Ж.

При процессах подземного выщелачивания и выщелачиваемой области одновременно происходит процессы порождения вещества. Поэтому" по схеме модели сквачшнной гидродобычи было рассмотрено математическое моделирование процесса подземного выщелачивания твердых веществ, связанных с растворением целевых компонентой и местах их залегания.. -

Б общем виде уравнения баланса массы выщелачиваемого полезного компонента имеет вид:

ас сю (}с , с1"с с12с ч

--+ + у у----= 0 —— ----г * к(с'н-с). (3)

dt с1Х с!у ^ ах2 с1у >

Решая уравнение (3) получим выражение для оценки распределения концентрации в зависимости от времени

г а а 1 4 г

сгг1(г,т1) = Сн-Снехр---— ехр(-кг) + — Снехр -ат-

1 к к 1 ж 1

а* а' ' 1 «> 1 г (аи!)2^ ■] С2П+1 )71

---+ —ехр(-кх) Е-ехр - .---------т и-зИ"1--------т». (4)

к к -41=1 2ПП 1 . 42 -1 21

йго выражение есть решение поставленной задачи и позволяет вычислить изменение средней концентрации во времени в продуктивном пласте.

Расчеты проводились при следующих исходных данных. Первоначал! пая концентрация фосфорита в продуктивном пласте составляет 18;?, толщина продуктивного пласта 11-1 м, расход растворителя Ц-2 м3/с, радиус насадки 1М,5 мм, коэффициент молекулярной днффушш 0-0,00002 \;г/с.

Для изучение изменения кснц'пирацш фосфита ь отачиваемом растворе ьо Бремени была забрана матем.тгаче.цая модель ЦчЩг-тршцюнно-конвективной диффузии.

СО

са,т)-сгехр(2Р0) I

¡iianexp(-Xn2t) 1 exp(~2PQn)

А

1 sln2X,-i \ О aiHbi-ain

4An

* 51ПЛП1К1Т|

Выражение (5) есть решение поставленной задачи и позволяет вычислить изменение безразмерной концентрации во времени г. При этом необходимо выполнение условия, при котором в начальный момент времени концентрация не' должна превышать концентрацию насыщения фосфорита в породе.

Расчеты проводились при следующих исходных данных. Первоначальная концентрация фосфорита в продуктовом пласте составляет 18%. Остальные параметры выбраны из экспериментов проф. Аренса по. определению скорости затопленной струи, ао

а1 = аЬ, а » -, Эо = 0,068, гн = 1,5мм-, Ь..=. Зм,

Для подготовки месторождения к эксплуатации геотехнологическим методом было проведено комплекс работ, связанный с доразвед-сой месторождения и его вскрытием.

Выбор способа вскрытия месторождений, разрабатываемых reo-. технологическими методами, зависит от технологической схемы разработки, размеров месторождения в плане, мощности, угла падения] глубины залегания полезного ископаемого и др. Расположение сква-хин, их тип определяется применительно к конкретным условиям разработки.

Система разработки месторождений полезных ископаемых геотехнологическими методами включает в себя порядок расположения, проходки и вовлечения в работу добычных' и вспомогательных скважин.

Системы разработок геотехчологическим методом разделяются по Форме расположения добычных и вспомогательных скважин. В настоящее время распространены системы разработки линейными рядами и ячейками. При линейном расположение рядов скважины располагаются в прямоугольном шахматном порядках. При этом чередуются ряды за-качных (1) и откачных (2) скважин (рис.2а). В случае расположение скватан ячейками закачная скважина устанавливается в центре ячейке, а группа откачных скважин размещается вокруг еакачной скважины. Количество откачных скважин различается и колеблется от трех (при треугольной ячейке) до шести и более (при гексагональной)

гн

,Ц --= 126,

Ь- 0,29

Й.

©——.....<•>—-©—<?>—®—

-©.—-г?-®—®-а,-©-—®-@-®-( з

Рис.2. Схема расположения"Ькважнн:, а) рядами; б) прямоугольная ячейка-, в) треугольная ячейка; 1,2-ссогветственно отглчнне и закачные скважины; 3-контур рудной запели

(рис.26,В).

Системы сквешшной добычи (с поверхности) основаны на трех режимах фильтрации: горизонтальной в ненарушенном массиве, вертикальной в ненарушенном массиве, со статическим насыщением раствора предварительно разрыхленного массива. Учитывая малую мощность и пологое еалегание продуктивного пласта, для изучаемого месторождения применима горизонтальная фильтрация.

На опытном участке Сардара-Дкеройского месторождения принят вариант полного поступательного растворения карбонатно-фосфатной массы струей раствора соляной кислоты с формированием камеры выщелачивания в плоскости пласта фосфоритов и подъемом продукционных растворов на поверхность для их переработки в товарный продукт. '

Расстояние между скважинами рассчитана по формуле В.Е.Аренса

1(. /__^__(6)

/(До - Чт-Ст - Р! - Р2 - Рз " Р4)-б'71-Г В соответствие с этой формулой был построен график зависимости и = ПЦо.Вср) для определения- нижнего .предела расстояния между скважинами (рис.За). Из графика следует, что для фосфоритов величина Ь изменяется в пределах 3,5 - 12 м в зависимости от соответствующего изменения величин оптовой цены фосфоритов Ц0 и затрат на обустройство добычных скважин Вср.

' С учетом мощности пласта в условиях пологих и горизонтальных месторождений фосфоритов для определения объема закачки рабочих растворов в-скважины и. К.Станченко предлагает использовать формулу -

Ц « к-^-т-п, м3, где: Н - радиус распространения рабочих растворов в среде, м; ш - мощность пласта фосфоритов, м; п - конечная пористость пласта.

При рядном расположении скважин величина И нами принята в качестве расстояния между скважинами и может Сыть выражена следу-игщш образом

/ ПЧЛ-Гг

М, (7)

I. • ра.:сгоя'|;:!!1 между ск»азднимл, м.

Нскодк С^рм'/лп, сы.Ти пллрчу'И.д о.лисг.мосн.

I

а)

Ь, м

14.00

12.00 : 10.00 э.оо

6.00 г 4.00 I 2.00

,0.00 -200.00 250.00 300.00 350.00 400!00 450.00 500.00 550.00

м

30.00

25.00 :

20.00

15.00

10.00 :

5.00 :

6)

0.00

О.ОО 1000.00 2000.00

Т ГТ Р I Г I I I П И I I I I Г1 г I I II | | I

.3000.00 4000.00 5000.

00 6000.00 7000.00

О, М3

Рис.3. График зависимости расстояния между скважинами Ь: а) от оптовой иены добытой продукции Ц0 и средней восстановительной стоимости добычной скважины ВСр'> б) от. мошгост« пластов М и объема нагнетаемого раствора

f(Q.m) (рис.36). Данная зависимость показывает, что расстояние между скважинами изменяется от. 5 до 25 и, что является верхним пределом величины L.

Отсюда следует вывод о том, что сетка скважин может быть весьма плотной при достаточно высокой цене конечной продукции и относительно нивкой стоимости проходки добычных скважин. Оптимальное значение сетки скважин для подземного выщелачивания фосфоритов находится между верхним и нижним пределами величины L. В целом, необходимо отметить, что для условий Кызылкумских фосфоритов' возможно рядное расположение добычных и откачных скважин.

Специфической особенностью способа ПВ, как и других геотехнологических методов разработки месторождений, является то, что определение его эффективности возможно только на -натурном опытном участке, обладающем комплексом неповторимых и невоспроизводимых в. лабораторных условиях характеристик и параметров рудного тела в его естественном залегании.

Для выполнения полевых работ по оптимизации параметров подземного выщелачивания фосфоритов был сооружен опытный участок, рключающий в себя:

- блок технологических и наблюдательных скважин, сгруппированных в три опытные технологические ячейки.

- наземный комплекс обеспечения работ по выщелачиванию.

Естественней пористость и проницаемость фосфоритов определялась в условиях опытного участка путем закачки в технологическую скважину води или растворителя при различных напорах на пласт. Опыты проводились на всех технологических и наблюдательных скважинах в следующем порядке:

1. Определение приемистости пласта фосфоритов на уровне свободного налива путем наполнения скважины пресной водой и дальнейшим, наблюдением за скоростью понижения ее уровня.

'. Полученные результаты показали контрастность и неоднородность проницаемости нижнего пласта фосфоритов, что'обусловлено с одной стороны неоднородностью текстурных особенностей и гранулометрического состава, а с другой - возможной развитостью отдельных мелких внутрипластоьых трещин высыхания.

. Р. Определение максимальной приемистости и проницаемости фосфо--PUTODOTO пласта при надавливании пресной воды до гидроразрыва пласта. Опыт проводился на ячейке N1 путем ишачки воды под дав-■лениеи. £цлэ установлено, что при подаче и слшшшу 4 м-1/час под давлением 10 кгЛ'ьг иабъмается полное поглощение ьоди пластом,

связанное по видимому с тем; что происходит скачкообразное преодоление сопротивления порслюго воздуха и пласт полностью обводняется. После продавливания води и сброса давления приемистость скважин при последующем свободном наливе резко возросла.

Технологические исследования пЬ выщелачиванию фосфоритов проводились на второй технологической ячейке путем нагнетания в пласт раствора соляной кислоты с концентрацией около 15£, под давлением 5-6 кг/см2 и с расходом 2,5-3,0 м3/час. Раствор подавался в две крайние скважины длинного луча ячейки. В скважине, расположенной в вершине двух лучей, гидромониторная струя направлялась по короткому лучу, а в скважине на конце длинного луча вдоль этого луча.

Целью проведенных технологических испытаний являлось определение принципиальной возможности ведения подземного выщелачивания фосфоритов по оптимизации технологических параметров по качественным и количественным характеристикам продукционных растворов.

Испытания проводились в течение 4 часов па скважине 2-1 и С часов на скважине 2-6. При этом было прокачало через обе скважины 18м3 раствора соляной кислоты (из которых 8м? через скважину 2-1, а 10м3 через 2-6).

Продукционный раствор появился в устьях скважин через две минуты после начала'закачки с дебитом 1,5-2,0 м3/час цз 1сагдой Скважины. Раствор был обильно насыщен газовой фазой, имел вид пенистой массы со взвешенной мутью и грязно-желтовато-зеленый цвет. Скорость дегазации к исчезновения пены не превышала 0,5-1,0 минуты, а осветление от мути от 15 до 25 минут при толщине слоя 20-25 см. По мере ведения процесса закачки давление на устье нагнетательного става снизилось с б кг/см2 до 0,8 кг/смй, что видимо связано с расширением камеры выщелачивания и увеличением, вследствие этого, площади инфильтрации раствора вглубь пласта фосфорита.

В результате проведения испытаний было получено 12 м3 продукционного раствора. После полного расходования рабочего раствора соляной кислоты через ячейку было пропущено 8 м3 пресной воды для вытеснения остатков продукционных растворов из камеры выщелачивания. Продукционный раствор опрсбивапся через каждые 10-20 мин и анализировался на содержание Р2.О5, Фтора и остаточное количество соляной кислоты (табл.2).

Результаты анализов показали, что процесс выщелачивания фосфоритов I*. переход Ргв раствор принципиально осуществим. Весьма

важной особенностью является то, что.раствор полученный при ПВ поднимается на поверхность без каких-либо дополнительных механи ческих устройств за счет аэролифтного действия диоксида углерода, выделяющегося при воздействии соляной кислоты на карбонаты.

Таблица 2

Результаты опробования продукционного раствора

Скважина Время отбора (мин) Р2О5 г/л Остаточная HCl, г/л Фтор

2-1 0 3,74 85 1,06

■ ¿0 6,8 70 1,1

30 3,06 92 0,75

60 3,4 91 1,1

80 4,66 81 1,1

. .-но 3,10 89 . 0,76

150 3,94 84 1,1

2-6 0 0,60 130 0,26

10 1,3-1 110 0,6

20 1,0 100 0,65

30 2,46 95 0,75

40 . 2,52 05 0,76

60 2,20 -.98 0,75

60 2,54. эр 0,87

70 2,52' 90 0,87

80 ■ 2,52 98 0,91

90 2,54 85 0,86

Перерыв 110 минут (ремонтные работы)

200 3,2 90 1,06

220 3,2 ■ 92 1,10

250 3,0 95 1,08

290 3,7 90 1,08

310 2,66 . 98 0,62

Таким образом, проведенными опытами доказана принципиальная ьоьможность технической реализации метода подземного выщелачивания фосфоритов растворами соляной кислоты посредством закачки ее под давлением через гидромониторные насадки и подъемом растворов под действием выделяющейся при разложении углекислоты.

Полученные результаты полевых исследований однозначно свидетельствуют о принципиальной возможности технической реализации родаемного выщелачивания с получением продуктивного раствора ц увеличении проницаемости пласта фосфоритов путем предварительной гидродинамической оСр;и5отки слабыми растворами кислоты при давлении Ь-Ш к'Уог.

Два оценки э4«1*'КШ.ности прииенн.-мого способа добычи ылюл-

- го

нен расчет стоимостных показателей добыт руды и сравнение их с аналогичными показателями традиционных способов добьпи.

Выполнены расчеты модели эффективности добычи фосфоритов открытым способом, способом подземного выщелачивания, комбинированным способом. 1 *

Анализ полученных данных позволили сделать следующие выводы. При глубине залегания до 40 м открытый способ добычи пластов мощности МО,6-2.м является наиболее выгодным с точки зрения минимума прямых затрат на 1 м3 добычи. Аналогично, при М=0,б-1,4 м более выгодно использовать способ ПВ начиная с глубины 35-40 м, при М=1,6-2, с глубины 25-30 м.

Начиная с глубины 350-400 м при мощности М=1,6-2 м более выгодным становится применение комбинированного способа добычи. Аналогично при М*1,0-1,4 м эффективная область применения этого способа начинается с глубины 380-400. м, при М=0,6-1,0 м - с глубины - 450 м.

Зти результаты позволяют определить эффективную область применения каждого из ■ рассмотренных способов добычи с точки зрения минимальных затрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ' »

1. С целью более полного и рационального природопользования, внедрения малоотходных и безотходных технологических процессов, снижения вредных Ьоадействий на окружающую среду рекомендуется внедрят нетрадиционные-геотехкологические способы добычи фосфоритов, в частности, подземное выщелачивание (ПВ).

2. По комплексу геолого-гидрогеологических признаков и параметров минеральных концентраций потенциально извлекаемых полезных ископаемых, скорости фильтрации, степени фильтрационной устойчивости горных пород для условий Узбекистана выделены три типа месторождений полезных ископаемых, перспективных для внедрения ПВ: благородных и цветных металлов в трещиноватых породах складчатого фундамента (скальный тип месторождений), фосфоритовых образований с редкими и рассеянными элементами в осадочном чехле, комплексные , руды редких и рассеянных элементов в горючих сланцах.

3. Фосфориты Центрального Кызылкума могут стать, крупной перспективной сырьевой базой для производства фосфорных.,удобрений. Однако, ввиду большой глубины их 'залегания и малой мощности шахтный вариант добычи исключается, а карьерным способом можно

добить лишь около 10% их прогнозных запасов. Промышленное освоение их геотехнологическим способом сдерживается из-за отсутствия научно-методической базы и конкретных проектов разработки месторождений.

4. На основе лабораторных исследований процесса кислотного разложения фосфатных руд Центрального Кызылкума, содержащих 8-30% Р2О5, 49% СаО, 16,3% СОг в качестве растворителей рекомендуется соляная, азотная, фосфорная кислоты, а также комбинированные растворители: соляная кислота с добавлением хлорида кальция и азотная с добавлением нитрата кальция.'

5. Для полупромышленных и промышленных ислитаний с учетом технологических и зколого-зкономических факторов наиболее приемлемо солянокислотное разложение при следующих условиях: концентрация кислоты 15-202, температура разложения 30-40°С, норма соляной кислоты - 100£ от стехиометрии на разложение фосфатов.и карбонатов, продольжительность процесса 30-40 мин. Оно обеспечивает получение нейтральных растворов, • в силу того что избыточная кислота вступает во взаимодействие карбонатами рудовмещакяцих пород:

6. Для месторождений фосфоритов наиболее приемлема система разработки рядами, позволяющая при низкой проницаемости массива наиболее эффективно вести добычу полезного ископаемого. Для Дже-ройского месторождений фосфоритов оптимальная величина расстояния между рядами и сквачинами 6-15 м в еавнсимости от проницаемости пласта и стоимостных параметров добычи.

7. Разработана и проведена испытание технологической .схемы переработки.растворов подземного выщелачивания о получением удобрительного преципитата и строительного гипса. В_ схеме предусмотрена регенерация соляной, кислоты с помощью серной с возвратом регенерированной соляной кислоты на разложение. Предусмотрена, очистка газов, ьыдолнющикся при выщелачивании, от фтористых соединений с помощью абсорбция раствором хлорида натрия с получением кремнефторида натрия и соляной кислоты,- которая будет компенсировать потери оборотной соляной кислоты.

8. Проведенные икоперимептн ПВ на трех, ячейках опытного участка месторождения - Дльрэй-кшшй волной карьера N5 с пластом фосфорит;!, салогшаи-го на глубине 15-17 м с получением в продукционных р.'ютъорох 1|С.каз1ша»'Г техническую и технологическую йомодмость, ^.сокши'нссую ц<.-л..«ссобрг1':11ас гь, :ч:э логическую сов-МгОгн^а.'П соллн;кпгл^тн^го ¡.з-.-чч Гг-. г..;; -^.¡.тгрнати^.пого тр'аи

Ц!!0|;С!!М •>!: "*■;:'1.4 Л-"' .¡'

9. Выявлена возможность комплексного использования компонентов фосфоритовой рудч Центрального Кнзылкума. Ряд сопутствующих элементов, содержащихся в фосфоритах в повышенных количествах, в процессе солянокислотного выщелачивания переходит в продукционные растворы'. ' '

10. Рекомендации по работе о перспективности способа подземного выщелачивания для промышленного извлечения Р2О5 Джерой-Сэр-Даринского месторождения были приняты Кызылкумской ГРЭ и рекомендованы для широкого применения как альтернативный способ разработки.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Рахимов В.Р., Линкевич В.А., Носиров У.Ф. Химико-технологические процессы подземного выщелачивания фосфоритов. Вестник ТашГТУ, N1-2, Ташкент, 1994, с. 172. .

2. Носиров У.Ф. Геологическое обоснование выбора технологически х схем разработки Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов. В сб. научных трудов ученых ТашГТУ "Ёшларнинг ивланнилари ва ишлаб чикаришнинг истикболи", Ташкент, 1994, с.135.

'•3. Рахимов. В.Р., Линкевич В.А., Носиров У.Ф. Результаты производственных экспериментов по подземному выщелачиванию фосфоритов. /Материалы научно-теоретической и технической конференции "Истиклол-4". Навоий, 1995, с. 104.

4. Меликулов А.Д., Носиров У.Ф. Оптимизация параметров технологии подземного ^выщелачивания фосфоритов. /Материалы научно-теоретической и технической конференции "Истиклол-4". Навоу.й, 1995, с.94.

5. Рахимов В.Р., Носиров У.Ф. Комплексирование основных геотехнологических характеристик при подземном выщелачивании Централь нокызылкумских фосфоритов. В сб. научных трудов ученых ТаиГТУ "Ёшларнинг изланишгари ва ишлаб чикаришнинг истикболи", Ташкент, 1995, ч.11, с.128.

X У Л О С А

Рисола Маргсаэий Циэищум фосфор конларини ер остида ишчорлаш нули Оилан эритиб, cyiorç цолда бурру^уду^лар орсели цазиб олишнинг технологии тиаимларини яратишга багишанган. • Жумладая, фосфат ру-даиаршш иш^орий суюлтириш ерзали цаэиб олишдаги жараёнлар лаборатория шароитида текшириб курилган ва руда таркибида Рг05-8-30%, ОаО-49%, COg-16,3% Сулганда уни эритшл учун хлорид, азот ва фос-<{юр кислоталари ^амда уларнинг бирикмали эритмаларидан фойдаланиш мумкинлиги асослаб берилган. Саноат мицёсида ишлатиш ухун хлорид кислота билан ищорий эритишнинг нуйидагм улчамлари аниранган: кислота концентрацияси - 15-20%, эритиш теыператураси - 30-40°С, жараённинг давом этиш ва^ти 30-40 минут.

Зосфорит конлари учун бургу^уду^парини ^аторлатиб жойлаштир-ган ^олда цаэиб олиш тизими самарали эканлиги курсатиб берилган. Ер остида иш^орий эрипвдан олинган зритмаларни 1{айта ишлаш тех-нологик схемами таюшф этилган. Унда преципитат, аммоний сульфата ва ^урилиш гипси каби ыахсулотлар олиш мумкинлиги амалда курса-тилган. И^тисодий ^исоблар натижасида маъдан rça-тлэми ^алинлиги 0,6-2 м булганда, уни ЗБ-40 метрдан то 350-400 метргача чучурлик-да ер остида ишррнй эритиш oprçawi о^ялона ^азиб олиш мумкинлиги амалда чуллаш учун таклиф этилган.

S U M M A R Y

In the dissertation are given results of research of the technological circuits of pliosphorital ores production by underg-.round dissolving in Central Kteilkiuu region conditions. On the basis of lalxjratory researches of acidic decomposition process of phosphorital ores with containing from 8 up 30% P2O5, 49X *CaO, 16.OS CO.;, 'as solvent is recommended a phosplioric acid, hydrochloric and nitric acid, as well аз their combined solvents. For industrial purposes is most acceptable hydrochloric acidic decomposition under follow inn; conditions: concentration of acid 15-201, temperature of decomposition 30-40 Degrees (celcium), duration of process 30-40 minutes.

' For phosphorite deposits is most acceptable the development system py the lines-of boreholes, enabling more effective conduct of exti ¿chion'of useful minerals even among the low penetrability of rocks. The technological solution of processing by underground <1UsolvUi£ with reception "Piecipltate", ammonium sulphate and is developed. The analysis of received data with economic <: has allowed to general tee that most expedient, solution 1 f of' ptwspibi it es .ex 1.1 ijcting is scheme with applying of undergro-'. dii.Sû! vinj trirouah boreholes for depth i l Gi'ii 35-40 meters up 'to "tt'0-<îtJ0 f..!lif:i ar«i thick oi stratum about 0.6-2.0 meters.

• U'.iifCih.» 4 t-isdii. ii Л l'-'-У r„ форыи fli'H'.'i,, oiHjid'iiiiiiun вгыи, С}«еи Mi i.

JvJ. U .4. £ i )Ч. И1Д. Л , IkJOH. iù . jJiis«.\i b^i

a uac-ij.^ ui, 'UiaJTV. Т-иысм, UtMyf-uM, ya. I uj', ¡.I.