автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Разработка эффективной технологии открытой отработки пиритсодержащих хвостохранилищ

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Обзор современного состояния комплексного освоения пиритсодержащих хвостохранилищ.

1.2. Анализ условий залегания, запасов пиритсодержащих хвостохранилищ и существующих технологий их отработки.

1.3. Анализ возможности извлечения металлов из пиритных хвостов. 1.4. Объект, предмет, цели, задачи и методы исследований.

Выводы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ УСТУПОВ И РАБОЧИХ ПЛОЩАДОК.

2.1. Определение физико-механических свойств пиритных хвостов.

2.2. Устойчивость откосов рабочих уступов экскаваторов и рабочих площадок.

2.3. Способы управления высотой рабочих уступов экскаваторов.

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПИРИТСОДЕРЖАЩИХ ХВОСТОХРАНИЛИЩ.

3.1. Принципы формирования карьерных полей при отработке пиритсодержащих хвостохранилищ.

3.2. Эффективная технология отработки пиритсодержащих хвостохранилищ.

3.3. Параметры ходовых механизмов выемочного и рыхлительного оборудования.

Выводы.

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПИРИТСОДЕРЖАЩИХ ХВОСТОХРАНИЛИЩ.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ПИРИТСОДЕРЖАЩИХ ХВОСТОХРАНИЛИЩ.

5.1. Технико-экономические показатели отработки пиритсодержащих хвостохранилищ.

5.2. Экономическая оценка технологии отработки пиритсодержащих хвостохранилищ.

Выводы.:.

Актуальность работы. В настоящее время значительное количество отходов горно-обогатительного и металлургического производства, сосредоточенное в различных техногенных объектах ( отвалах, хвостохранилищах и складах), может быть использовано для получения всевозможных полезных компонентов. Иными словами техногенные объекты при возможности их использования в качестве источников минерального сырья можно рассматривать как техногенные месторождения.

Техногенные месторождения становятся все более важными источниками различных видов минерального сырья, что определяется следующими факторами [1]:

• мировое потребление минерального сырья непрерывно возрастает на 5-20% в год при одновременном снижении качества добываемых полезных ископаемых. В частности, содержание железа в рудах за последние 35 лет снизилось почти в 2 раза, меди в 2,5 раза, свинца в 4,5 раза, а некоторых редких и благородных металлов в 6-8 раза;

• в различных техногенных образованиях (хвостохранилищах обогатительных фабрик, отвалах некондиционных полезных ископаемых и вскрышных пород, золоотвалах ТЭЦ, отвалах химико-металлургического производства) накопилось значительное количество отходов (в мире 720-750 млрд. т, в том числе, в бывшем СССР 140-150 млрд. т);

• суммарное содержание компонентов, накапливающихся за 20-30 лет на техногенных объектах сопоставимо, а иногда превышает их количество в ежегодно добываемых рудах;

• накопление отходов горно-металлургического производства в техногенных объектах осуществляется непрерывно. Так при мировой добыче около 25 млрд. т различных видов полезных ископаемых в качестве готовой продукции используется всего лишь 1-1,5 млрд. т (4-6%), а остальное идет в отходы;

• техногенные минеральные объекты имеют благоприятное географическое расположение, так как находятся в зонах со сложившейся производственной структурой, в близи действующих предприятий;

• отходы горно-металлургического производства, сконцентрированные в различных отвалах, хвостохранилищах и складах занимают значительные площади, загрязняя атмосферу выбросами пыли, а хвостовые стоки загрязняют подземные и поверхностные воды;

• отработка техногенных месторождений требует меньших капитальных вложений и необходимых инвестиций в развитие горной и металлургической промышленности.

Горнодобывающие предприятия цветной металлургии Южного Урала работают в условиях истощения запасов медно-цинковых руд. В то же время на Башкирском медно-серном комбинате (БМСК), Учалин-ском горно-обогатительном комбинате (УГОК), Бурибаевском рудоуправлении (БРУ), Гайском горно-обогатительном комбинате (ГГОК) в хвостохранилищах накопилось свыше 90 млн. т пиритсодержащих отходов, содержащих меди - 262 тыс. т, цинка - 367 тыс. т, около 100 т золота и 1200 т серебра (табл.1).

Вовлечение в отработку пиритсодержащих хвостохранилищ позволит обеспечить горнодобывающие предприятия цветной металлургии Урала дополнительной сырьевой базой на 40-50 лет.

Таблица 1.1

Характеристика запасов пиритсодержащих хвостохранилищ Южного Урала.

Наименование месторождения Запасы, млн. т В них %, тыс.т В них, г/т, т

Руды Хвостов Меди Цинка Золота Серебра

Башкирский медно-серный комбинат (БМСК)

Сибайское - подземная отработка 25,24 - 1,12 1,2 0,59 5,56

281 302 15,0 140,3

Юбилейное - открытая отработка 11,67 - 2,66 0,58 1,25 9,64

310 67,69 14,65 112,6

Восточно-Семеновское - подземная отработка 1,4 - 0,69 4,78 6,68 51,9

9,7 66,9 9,35 72,7

Итого по первичным природным месторождениям БМСК 38,31 - 1,57 1,14 1,01 8,5

601 435,5 39 325,6

Пиритсодержащие хвостохранилища БМСК - 17,2 0,17 0,49 1,0 9,0

28,4 84,6 17,2 170

Учалинский ГОК (УГОК)

Учалинское - подземная отработка 30,19 - 1,06 4,94 1,44 21,8

320 1492,9 43,5 678,7

Узельгинское - подземная отработка 40,0 - 1,2 1,8 1,0 10,0

480 720 40 400,0

Итого по первичным природным месторождениям УГОКа 70,19 - 1,14 3,01 1,19 15,36

800 2112,9 83,5 1078,7

Пиритсодержащие хвостохранилища УГОКа - 27,3 0,34 0,61 1,23 20, 3

91,3 165,3 33,4 553,8

Бурибаевское РУ (БРУ)

Октябрьское и Северо-маканское - подземная отработка 4,0 - 3,8 0,9 1,6 16

152,0 36,0 6,4 64

Пиритсодержащие хвостохранилища БРУ - 5,52 0,48 0,19 1,7 11

26,3 10,5 9,4 60,64

Гайский ГОК (ГГОК)

Гайское - подземная отработка нижних горизонтов 200 - 1,6 0,8 1,5 15

3200 1600 300 3000

Пиритсодержащие хвостохранилища ГГОКа - 40,0 0,29 0,29 1,0 10

116 116 40,0 400,0

В сего по Южному Уралу

Первичные природные месторождения 312,5 - 1,52 1,31 1,37 14,3

4754 4185,5 428 4468

Пиритсодержащие хвостохранилища 90,02 0,29 0,42 1,11 13,15

262 376,4 100 1184

Из таблицы видно, что содержание цинка и благородных металлов в хвостохранилищах сопоставимо с содержанием их в рудах некоторых первичных природных месторождений.

Несмотря на это, существующие технологии открытой отработки пиритных не обеспечивают экономически выгодное извлечение металлов, что связано с неэффективными методами подготовки хвостов к переработке (биоокислением на внешних отвалах или обжигом), которые характеризуются значительной землеемкостью, капиталоемкостью и высокими эксплуатационными затратами.

Таким образом, разработка эффективных технологий открытой отработки пиритсодержащих хвостохранилищ с подготовкой их для экономически выгодного извлечения металлов является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы. Разработать эффективную технологию отработки пиритсодержащих хвостохранилищ.

Идея работы состоит в выборе технологии, процессов и параметров открытой разработки пиритсодержащих хвостохранилищ на основе использования закономерностей биоокисления хвостов.

Задачи исследований:

• анализ условий залегания и запасов пиритсодержащих хвостохранилищ, существующих технологий их разработки и возможности извлечения металлов из пиритных хвостов;

• определение физико-механических свойств пиритных хвостов;

• обоснование рациональных схем развития горных работ при разработке пиритсодержащих хвостохранилищ;

• определение параметров горных машин для работы на водонасы-щенных основаниях;

• определение условий эффективного применения разработанной технологии отработки пиритсодержащих хвостохранилищ на основе окупаемости капитальных вложений.

Научные положения, представленные к защите:

1. В результате использования закономерностей биоокисления хвостов эффективность извлечения металлов из пиритсодержащих хвосто-хранилищ может быть повышена за счет: выбора последовательности отработки, топологии, производительности выемочных участков - в зависимости от скорости окисления хвостов; определения параметров выемочного и рыхлительного оборудования в зависимости от толщины окисленного слоя и периодичности рыхления хвостов.

2. Область эффективного применения разработанной технологии отработки пиритсодержащих хвостохранилищ определяется не только содержанием в них полезных компонентов, но и площадью хвостохранилищ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

• теоретическими и экспериментальными исследованиями, проведенными в лабораториях института "Унипромедь", ОАО Башкирский медно-серный комбинат" и Магнитогорского государственного технического университета;

• сходимостью результатов теоретических исследований и данных экспериментов, подтвержденных применением апробированных методов математической статистики, технико-математического моделирования.

Научная новизна работы:

• установлена взаимосвязь параметров технологии открытой отработки пиритсодержащих хвостохранилищ с условиями залегания хвостов и закономерностями их биоокисления;

• установлены зависимости, учитывающие толщину окисляемого слоя и периодичность его рыхления для определения параметров выемочного и рыхлительного оборудования;

• для определения минимальных площадей пиритсодержащих хвосто-хранилищ и годовых объемов добычи хвостов предложены зависимости, при которых использование разработанной технологии отработки обеспечивает окупаемость капитальных вложений.

Практическая значимость. Предложена послойная технология отработки пиритсодержащих хвостохранилищ, позволяющая подготовить массив к экономически выгодному извлечению металлов, а также сократить объемы выемочно-погрузочных и транспортных работ, уменьшить площади отчуждаемых земель и вредное воздействие на окружающую природную среду.

Методы исследований. Использован комплекс методов, включающий технико-экономический анализ, лабораторные исследования, экономико-математическое моделирование параметров, показателей технологии разработки и переработки хвостов.

Личный вклад автора заключается в:

• установлении факторов несоответствия существующих технологий разработки и переработки пиритных хвостов современным экономическим условиям;

• обосновании новой эффективной слоевой технологии разработки пиритсодержащих хвостов на основе исследования закономерностей биоокисления;

• определении зависимостей параметров технологии разработки пиритсодержащих хвостохранилищ и горного оборудования от показателей процессов биоокисления хвостов;

• установлении области применения эффективной технологии разработки пиритсодержащих хвостохранилищ.

Автор выражает благодарность руководству и специалистам ОАО «БМСК», института Унипромедь, НТЦ-НИИОГР, Института горного дела УРО РАН, Башкирского округа Госгортехнадзора РФ и коллективам кафедр ОРМПИ и ПРМПИ горного факультета МГТУ им. Носова за помощь, оказанную при сборе материалов и оформлении диссертации.

Реализация работы. Результаты работы использованы при проектировании и практическом освоении хвостохранилищ Семеновской золотоизвлекательной фабрики и Магнитогорского металлургического комбината. Экономический эффект при внедрении разработанной технологии только на БМСК может составить около 2,5 млн. рублей в год.

Материалы диссертационной работы используются в учебных курсах Магнитогорского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях (г.Магнитогорск,1992г., 1993г.), на межгосударственных научно-технических конференциях "Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона" (г.Магнитогорск,, 1994г.), "Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала". (г.Магнитогорск, 1995г.), "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века" (г. Магнитогорск, 1996 г.).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 12 научных статьях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов и заключения, содержит 130 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 16 таблиц, имеет 5 приложений.

Выводы

1. Область экономически эффективного применения разработанной технологии отработки определяется исходя из установленной зависимости минимально допустимой отрабатываемой площади хвосто-хранилища от содержания условного золота в хвостах. Согласно результатам расчетов разработка пиритсодержащих хвостохранилищ горнодобывающих предприятий Южного Урала по предложенной технологии экономически целесообразна.

2. Расчеты, выполнены для хвостохранилищ с различным содержанием в них среднего условного золота, показывает, что при возможности выделения в хвостохранилище техногенных обогащенных рудных блоков с содержанием полезных компонентов на 20-50% больше, чем в среднем по всему хвостохранилищу, можно значительно уменьшить сроки окупаемости капитальных вложений.

3. Результаты технико-экономических расчетов свидетельствуют о том, что разработанная технология позволяет производить отработку пиритсодержащих хвостохранилищ со средним содержанием условного золота 1,27 г/т.

4. Минимальные годовые объемы эффективной добычи хвостов с их биоокислением в теле хвостохранилища составят: по БМСК - 500, по УГОКу - 400, по ГГОКу - 500 и по БРУ - 200 тыс. т, при сроках окупаемости от 4,5 до 6 лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований, решена актуальная народно-хозяйственная задача эффективной добычи драгоценных и цветных металлов из пиритсодержащих хвостохранилищ горно-добывающих предприятий. Основные выводы и рекомендации.

1. В хвостохранилищах горнодобывающих предприятий Южного Урала -Башкирского медно-серного комбината (БМСК), Учалинского горнообогатительного комбината (УГОК), Бурибаевского рудоуправленя (БРУ), Гайского горно-обогатительного комбината (ГГОК) - накопилось свыше 90 млн. т пиритсодержащих отходов, содержащих меди -262 тыс.т, цинка - 367 тыс.т, около 100 т золота и 1200 т серебра.

2. Отработка пиритных хвостохранилищ сдерживается тем, что существующие технологии открытой разработки связаны с неэффективными процессами их подготовки к переработке, значительными затратами ресурсов на выемочно-погрузочные работы, отрицательным воздействием на окружающую природную среду. В результате не обеспечивается выгодное использование отмеченных отходов для извлечения металлов.

3. Сокращение объемов выемочно-погрузочных и транспортных работ, уменьшение площадей отчуждаемых земель и вредного воздействия на окружающую природную среду достигается послойной отработкой пиритных хвостохранилищ с использованием процесса биоокисления хвостов в рабочей зоне хвостохранилища.

4. Непрерывность процесса слоевого формирования массива пригодного для переработки достигается за счет соответствия толщины отрабатываемого слоя скорости биоокисления пиритных хвостов и последовательным выполнением сезонных операций: окисления хвостов, промывки их с извлечением меди и цинка, отгрузки хвостов в виде золотосодержащего кека на 3-х технологических картах.

5. Для обеспечения постоянного годового объема отработки хвостов уг-лубка слоев должна осуществляться на равнинных хвостохранили-щах по параллельной схеме с постоянной толщиной 1,2 м, на косо-горных хвостохранилищах - по веерной схеме. При такой схеме угол наклона слоев к горизонту изменяется от 2° до 6°.

6. Для слоевой отработки окисленных хвостов в качестве выемочно-погрузочного оборудования целесообразно использовать ковшовые погрузчики с уширенно-удлиненным гусеничным ходовыми механизмом или с шинами низкого давления. Рыхлительный агрегат целесообразно оснащать устройством автоматического контроля за глубиной рыхления. Изменение угла наклона слоя биоокисления хвостов от 2° до 6° незначительно влияет на рабочую скорость движения рыхлительного агрегата и, следовательно, на его производительность.

7. Область экономически эффективного применения разработанной технологии отработки определяется исходя из установленной зависимости минимально допустимой отрабатываемой площади хвосто-хранилища от содержания условного золота в хвостах. Согласно результатам расчетов разработка всех пиритсодержащих хвостохрани-лищ горнодобывающих предприятий Южного Урала по предложенной технологии экономически целесообразна.

1. Секисов Г. В. Академическая наука горное производство. Круглый стол. Горный журнал. 1991.№4.

2. Трубецкой К.Н., Уманец В.Н. Комплексное освоение техногенных месторождений.Горный журнал. 1992.№1.С. 12-16.

3. Пушкарев В. И., Маляров И. П., Биишев Л.З., Илимбетов А. Ф. К вопросу предварительной оценки эффективности комплексной переработки недр в конкретных условиях / Подземная разработка мощных рудных месторождений : Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск. 1997

4. Dunkan D.W., е.a. Biologieal leaching of mill prodyukts- Trans Canads. Int. Mining and Metallurgy.-1966. №329. V69.

5. Банчи Г. А. Исследования по извлечению меди из руды и концентратов биологическими способами. VIII Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых. Т. 2.Докл. Е-6. Ин-т Меха-нобр .Л.1969.

6. Кондрашина A.M., Богомолов Н.В. Влияние бактерий на выщелачивание медли из хвостов Балхашского хвостохранилища .Труды Казмеханобр.Апа-Ата.1970. Сб.4.

7. Лодейщиков В.В. Бывальцев В .Я. Цветная металлургия. Бюлл.ЦНИИЭИЦМ.-1994.-Сб. 4.

8. Bakterial leaching of Gold, uranium pyrite learing canpakted mine lailing slimes /Livesev Goldblatt. Erie // Fundum and Appl/ Biogidrometallur-gie . Proc. 6 Int. Symp. Biogidromet. (Vankowver/ 1985.)

9. Lawson E. N., Taylor J.L. Hulge G. A.// J.S. Afric. Int. Mining and Met. -1990.-№2. V. 90.

10. Шевелева Л.Д. , Абакумов В. В., Коркин Б. И., Биишев Л.З., Кара-вайко Г.И. Разработка новой технологии переработки отвальных хвостов обогатительной фабрики. Цветные металлы. -1995.- 12.

11. Кибирев В.И., Райлян Г.А. .Сазонов Г.Г. Гидравлическое складирование хвостов обогащения. .М.Недра.1991. с.100-104.

12. Отчет НИР по теме «Минералогическое картирование хвостохра-нилищ СОФ». РАН. Уральское отделение . Ин-т Минералогии. Ми-асс. 1991.

13. Маслов Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. Машстройиздат. М. 1986.

14. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Л. Недра. 1972. С.100-134.

15. Евдокимов П.Д. Проектирование и эксплуатация хвостового хозяйства обогатительных фабрик. М. Госгортехиздат. 1960.420 стр.

16. Маслов Н.Н Прикладная механика грунтов. Машстройиз-дат.М.1949.с. 77-81.

17. Справочник по инженерной геологии. М.Недра.1969. с.77-81.

18. Певзнер М.С. Борьба с деформациями горных пород на карьерах. М Недра.1979. 160 с.

19. Рыжов П.А. Математическая статистика в горном деле. М. Высшая школа.1973. 288 с.

20. Демин А. М. Устойчивость открытых горных выработок и отвалов. М. Недра. 1973. 232 с.

21. Федоров И.В. Методы расчета устойчивости склонов и откосов. М. Госиздат по строительству, архитектуре и строительным материалам. 1962. 202 с.

22. Нурок Г.А., Луговская А. Г., Шерстюков А. Д. Гидроотвалы на карьерах. М. Недра. 1973. С. 154-174.

23. Фисенко И. В. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М. Недра. 1965. 378 с.

24. Трупак Н. Г., Давыдов В. В. и др. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами. М. Недра. 1980. С.30.

25. Красавин А. П., Маляров И. П., Габитов Р. М., Кашапов 3. М. Геотехнические и экологические основы формирования отвалов. Магнитогорск. 1997.

26. Дарков A.B., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. М. Высшая школа. 1969.

27. Бритарев В.А. Замышляев В.Ф. Горные машины и комплексы. .М.Недра.1983. 288с.

28. Матвиенко Л. С. Автомобильные лесовозные дороги. Справочник. Экология. М.1991. 366 с.

29. Трофимов Г.В., Посохов Ю.П. Сборник задач по карьерному транспорту. .М.Недра.1965. с 194-197, 249-251.

30. Мельников Н. В. Открытые горные работы. М. Недра. 1972.

31. Курятков A.A., Гиниятуллин И.Ф. Безопасная отгрузка пиритного концентрата. Горный журнал. -1986.№1. С.31 -32.

32. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М. Недра. 1976. 270 с.

33. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Недра. 1970. 528 с.

34. Садыков Г.Х. К вопросу рационального расположения скважин на уступе. Сб. «Взрывное дело».54/11. Недра. 1964.

35. Маляров И. П., Габитов Р. М., Биишев Л.З. Способы отработки техногенных пиритосодержащих месторождений Урала /Развитие сырьевой базы промышленных предприятий Урала

36. Маляров И. П., Биишев Л.З. Пиритосодержащие хвостохранилища как объекты по разработке золотосодержащего сырья / Сб. науч. тр. / МГМА. Магнитогорск. 1996.С.82-89.

37. Отчет по НИР «Разработка новой технологии доизвлечения металлов из отвальных хвостов флотации» Екатеринбург-Сибай. 1994 г.

38. Беляков Ю.И. Совершенствование выемочно-погрузочных работ на карьерах. .М.Недра.1965. 295 с.

39. Шорохов С. М. Разработка россыпных месторождений и основы проектирования. Гос. НТИЛ по горному делу. М. 1963. С.130-134.

40. Белан А. Е., Хорунжий П. Д. Проектирование и расчет и систем водоснабжения. Будивельник. Киев. 1976. 206 с.

41. Электролизеры с углеграфитными волокнистыми электродами типа ЭУ. Горный журнал. № 10. 1989.

42. Лакерник М. М. Севрюков Н. Н. Металлургия цветных металлов. Металлургиздат. 1957. 546 с.

43. Отчет по НИР « Разработка внедрение методов подземного и кучного выщелачивания, комплексного выделения металлов из раствора применением глубокой ванны. Унипромедь. Свердловск. 1965. 60 с.

44. Самохин В. Н. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. М. Стройиздат. 1981. 638 с.

45. СНиП 2.04.03-83. Канализация . Наружные сети и сооружения.

46. Справочник по обогащению. М. Недра. 1974.

47. Хохряков В. С. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых разработок. Екатеринбург. 1996. 179 с.