автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка процессов комбинированной технологии скважинной гидродобычи и выщелачивания фосфат-урановых руд

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМЛЕТ ПО ДЕКАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РСФСР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДКШШЩЗЕ

РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ КОМБИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СКВАПОШОЙ ИЕРОДЭШИ И ШЗШШЛНЩ «ОС-Ш-УРАНОВЫХ РУД

Специальность 05.15.11. Физические процессы горного

производства

АВТОРЕ С; Е Р А Т диссертации па со;:скаи:;э ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Для служебного пользования

УДК 622.271.6:

) /

/

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Бабичев Н.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Борщ-Комааняец В.И.,

кандидат технических наук Атекулов Т.

Ведущее предприятие: Тургайская геологоразведочная экспедиция'

Защита диссертации состоится п//п су,--/ 1991 г.

1 час. в ауд. * Vна заседании спациализированного

Совета Д.063.55.02. при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте иуеня Серго Орджоникидзе по адресу: Н7873, ГШ-7, г. Москва, В-485, ул. Миклухо-Маклая, д. 23.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГРИ. Автореферат рг.зослвн " 1991 г.

7ч«1ШЙ секретарь Специализированного'-у/. м/ Саяпга, доцокт Г. С. Андреева

и

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с потребностью в неуклонном росте объемов добычи широкого спектра полезных ископаемых, обеспе-чиванщих раззитие различных отраслей промышленности, в том числе и таких приоритетных, как электронная, космическая, радиотехническая, как в СССР, так и во всем мире возникает необходимость освоения забалансовых месторождений руд, содержащих такие компо-нентн, как скандий, редкоземельные элементы, фосфор, уран и другие, залегающих в .сложных природных условиях, разработка которых сопряжена со значительными технологическими, экономическими а экологическими трудностями.

Геологоразведочными работами выявлено большое количество рудопроя^ленпй, которые из.-за отсутствия приешеюй те1нологаи к: приняты ГКЗ.

На предприятиях отрасли имеется большое количество гадро-генных осадочных месторождений б рудах с низкой проницаемостью, отработка которых традиционными горными способами (такими как открыта '-Рентабельна, а применение ка-

кого-либо одного цз получивших достаточно широкое применение, геотехнологических способов (ПБ, СГД) недостаточно эвдективно вследстзии высоких затрат, длительности работ или значительных потерь из-за неполноты отработки.

Основанием для выполнения научно-исследовательской работы "Освоение комбинированной технологии скватинной гидродобычи и подземного выщелачивания руды при отработке месторождения Томак" послуг-ило решение ГГС ИС Министерства по проблеме подземного выщелачивания руд с низкой проницаемостью (Протокол № 316 от 15.06.84 г.).

Разработанный предприятием К-5702 технорабочкй проект опытно-продшш___________по разработке забалансовой части зале-

жи 2 в составе карьера й 5 Прикаспийского горно-металлургического комбината технологией скааганной гидродобычи, утвержденный в ноябре 1986 г. включает, кроме технологической части процесса СГД, проведение Н)Р по доработке рудных целиков и концентрата, оставленного на почве камер, потери руд а которых составляют до 55/2, технологией подземного выщелачивания.

При отработке основных запасов месторождений на комбинате открытым способом при вскрше покрывающих пород, прослои бедных "некондиционных руд", содержащиеся в них, перемещаются во внутренние отвалы, где перемешиваются с пустыми породами и безвозвратно теряются. Запасы металла в этих рудах составляют значительную часть от общего объема разведенных запасов. Кроме того, складированные в отвалах эти руды с течением времени выделяют токсичные соединения серы, загрязняющие окружающую среду, что требует дополнительных затрат на изоляцию. Это определяет необходимость разработки эффективной и экологически чистой технологии кучного выщелачивания этих руд.

Поэтому очевидна актуальность разработки процессов комбинированной технологии СГД-ПВ и КВ труднопроницаемых фосфат-урановых руд,.. которые позволят решить вопрос сырьевой базы предприятия, а также рационально и эффективно вести эксплуатацию других гадрогенных осадочных месторождений отрасли.

Цель работы заключается в разработке процессов комбинированной технологии скваишгай гидродобычи (СГД), подземного (ПБ) и кучного (Kii) выщелачивания труднопроницаеилс фосфат-урановых руд шстороадения, объединенных в единую технологию взаимозависимостью параметров разработки, совместно обеспечивающих максякально полную добычу необходимого объема полезных компонентов.

Идея гшботн заключается в том, что эффективная разработка труднопрошщаешх фосфат-урановых руд может быть достигнута за счот комбинация процессов СГД-IiJ, КВ с предварктельной подготовкой. ,с

Научные полота шм. разработанные лично соискателем и их

1. Особенности параметров процесса очистной виакка и их связь с najanoTpava процессов ИЗ и способов подготовки, отлича-стивсд тек, что рьз!.«ры годных целиков, остамкомас при СГД, рассчиткаастся исходя на условия устойчивости цоли/оа на время, Н«ЗйХ01К1.»в для I3u.

2. аэлономорнэ^тв сроцвссоз окаслеиял труднопрошщпомгх cyJrbjMCoseprstüX руд, отлячпгьався возможность» создания уп-р$алк*1«го zfKty:.,•■<гссп авготч^шческого зчьгя экасленлл при

нагнетании подогретого кислородсодеркащего газа в рудный пласт*

3. Закономерности изменения физако-механаческах и микроструктурных свойства, параметров процесса выщелачивания пра при< нудительном окислении, отличающиеся улучшением фильтрационных, увеличением прочностных свойств руд, ростом скорости и степени извлечения полезных компонентов, позволяющие применять процесс^ принудительного окисления для подготовки труднопроницаешх глубоко залегающих и забалансовых руд к выщелачиванию.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- разработаны основные процессы комбинированной технологии СГД-ПВ труднопроницаешх фосфат-урановых руд местороящения и методика расчетов их параметров, основанная на сочетаниях комплекса работ по подготовке руд месторождения к ПВ до начала очист ной выемка, отработка основных Запасов способом СГД и доработки оставшихся рудных целиков ПВ ;

- разработаны способы подготовки труднопроницаешх руд месторождения к ПВ их принудительным окислением, обеспечивающие возможность интенсивного протекания процессов выщелачивания с максимальным извлечением комплекса полезных компонентов и достаточную устойчивость целиков на весь период разработки ;

- разработаны процессы технологии кучного выщелачивания "на кондиционных" руд месторождения, позволяющие обеспечить экономически эффективную, экологически чистую отработку с высокой степенью извлечения комплекса полезных компонентов.

Достоверность научных пологений выводов и рекомендаций, определяется достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, допустимой сходимостью результатов, проверкой и'внедрением рекомендаций в производство.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты исследована,! вошли в рабочий проект опытно-промышленного'участка СГД на Прикаспийском горно-металлургическом комбинате (ПГШ) и включены в проект опытно-промышленных работ по СГД руд Кана-Аркаликского рудного поля Тургайской геологоразведочной экспедиции и внедрены на этих предприятиях с общим экономическим эффектом 12,5 тыс. руб.

Апробация работ». Основные научные положения и результаты работ локлгучмачлдь ¡1 обсушились- на технических Советах Цент-

ральной научной лаборатории Прикаспийского горно-металлургического комбината, технических совещаниях при зам. главного инженера ПГШ (г. Шевченко 1988-1990 г.г.), на научных кои^еронциях про-фессорско-прэподавательского состава МГРИ им. С. Орджоникидзе (г. Москва, 1987-1990 г.г.), на третьей и четвертой научных конференциях молодых ученых МЕТИ (г. Москва, 1988-1989 г.г.).

Публикации. Основные вопросы, рассмотренные в диссертации, изложены в 3 научных статьях, запущены 3 авторскими свидетельствами, по одной заявке на изобретение получено положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит 29 таблиц', 42 рисунка, список литературных источников включает 105 наименований, приложения.

основное содержание; работы

Исследованиями по разработке процессов комбинированной технологии скважинкой гидродобычи и выщелачивания руд месторождений, находящихся в сложных горно-геологических условиях, занимались научные коллективы кафедры' "Геотехнология руд редких и радиоактивных металлов" М1РИ им. С. Орджоникидзе (группы под руководством Бабичева Н.И., АСдульманова И.Г. и др. (зав. кафедрой профессор Лобанов Д.П.), Государственного института горно-хи-каческого сырья (лаборатория под руководством Аренса В.£.} и ряч других коллективов.

Вопроса« разработки процессов подготовки руд гидрогенных месторождений к подземному выщелачиванию и коибинарованной технологии скввжинной гидродобычи (СГД) и подзеь-дого выщелачивания (П^посзяазны работы Л.Л.Лунева, Н.Г. Попова, Д.П. Лобанова, В.Ь. Аренса, А.Л. КалиОина, К.11. Бабичева, М.Н. Тедеева и многих других.

- ¡(«естся и.'.-згэчислек'ом ра'огц, поовяетшшо исследования по «нг'-Н':»:;;:г.ЕХиа техиологлч ескях проносов и подгогов.-д руд км эхт-*вв при сэдммлэи чи'ч'и!;'.;:. Зта ргИоты А.Л, КелгЮдна, Г.1. Лй'.-оаскзгэ, Цгл-длзвб, с.И. и а, Т. Атакулоаа,

1.1. ?/олчг»ловп к л;угях. Ь иелои про^^'слыч »'гслгдоаояия, опыт-

ные и промышленные работы позволили предложить различные технологические схеш комбинированной разработки для различных условий залегания и типов месторождений. Как показал обзор этих работ, наименее изученными оказались процессы комбинированной технологии СГД4Ш труднопроницаемых глинистых руд.

Особенности процессов подземного выщелачивания глинистых руд определяются прежде всего их фильтрационными особенностями, особенностями их состава и строения.

Исследованиям особенностей процессов фильтрации в глинистых породах и рудах побвящено значительное число работ. Это работы Н.П. Скворцова, В.М. Шестакоза, А.Е. Орадовской, Г.П. Алексеен-ко, М.Ю. Абелева и других.посвященные обоснованию различных теорий, объясняющих существование значительных начальных градиентов напора при фильтрации растворов в глинах.

Исследования З.И. Осипова, Бршшшг И.А. и других структурной неоднородности й специфики кристаллохимии поверхности минералов, проявляемых на микроуровне, при помощи методов скалирую-щей электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии позволили систематизировать различные вида кикроструктур и установить основные закономерности процессов, происходящих при фильтрации в глинах ц слагаемых шли толщах, в соответствии с размером отдельных элементов, определяющих характер процесса.

Исследованиям влияния электрокинематическях, термических и деформационных явлений на фильтрационные процессы в глинистых рудах и их взаимодействие с выщелачивающими растворами, как многокомпонентных систем, в большей степени относящиеся к частным задачам практики, посвящены работы O.A. Руденко, H.A. Цыто-вича, P.C. Зиангирова, Ю.Н. Любимова, З.И. Белецкого и других.'

Анализ проведенных исследований показывает недостаточную изученность вопросов фильтрации выщелачивающих растворов в труднопроницаемых глинистых рудах и интенсификации процессов ПВ.

Наличие в минеральном составе руд ряда месторовдений значительного содержания серы позволяет использовать для подготовки руд к псдзэмноку выщелачиванию процессы термического воздействия, в результате окислительных процессов при взаимодействии кислородсодержащего газообразного носителя с сульфидсодоржащими компонентами.

ь.

Известные способы подготовки труднопроницаедах пуд к ПВ термическим воздействием применит в основном для руд, приуроченных к слабоводолроницаемым углеродсодержащлм породам - Д. Дью, В.Л. Мартина и других. В целом, процессы подготовки труднопроницаемых руд к выщелачивания термическими способами отучены недостаточно. Подавляющее большинство исследований процессов термического воздействия на пласт относится к таким отраслям горного производства, как подземная газификация угольных пластов (ИГУ), термические методы повышения нефтеотдачи пластов,' подземное сжигание серы (ПСС). Это работы Е.З. Крейнина, H.A. Федорова, Н.К. Байбакова, А.Г. Гарушева, О.Ы. Градина, II.i. Скафа и других.

Анализ процессов, лежащих в основе этих методов,' позволяет сделать вывод об общей для них физико-химической основе - окислительно*- восстановительных реакциях при повышенных температурах и общности технологической схемы, предусматривающей организацию в пласте движущегося автотермичного очага горенля при нагнетании окислителя. Закономерности распределения температуры.в пласте и окружающих породах, перемещения газов и жидкостей описыааются аналогичным! дифференциальными уравнениями, что позволяет применять общий подход к изучению процесдов, а такте использовать опыт физического и математического моделирования процессов ПГ7 и ПСС при изучении процессов высокотемпературного окисления сульфидных глинистых руд. Однако наряду с указанной общностью, имеются существенные отличил рассматриваемых процессов подготовки по химизму, целоаоуу назначения, энчрготическо^ потенциалу, физико-г0ологач1зским условиям.

Анализ вшшизлотенных процессов разработки месторождений руд со слоеными горно-геологическими услэиклми показывает, что вопросы разработки процессов комбинированной технологии скважинкой гдгродоСичн и вшаолачипанлл фос! ат-урановых сульфидсодеруащих гллшютях руд но нэяиа своего отрамния в данных исследованиях.

В связя с отнн для дчстнгенлл постепенно:1 цели g диссвртз-tj;»« i^ri.-лсь следушо задач;!:

- вшлоиа» харпктв; ?. аэтч*1шя парьмотрэв процесса внадлп-Лря р::'ЛЯЧЧКХ CCj «f.»Tp&X процессор ОЧИСТНОЙ ВЫОМКЛ и рьг'.'.атач'! сзосэтах пхпгогоеки ;

~ г!-:;•-> эмг .v^y-M-frтг»Л n'j з«*ссов прчн;/.гигольного окис-

ления еульфгдсодержащих фосфат-урановых руд ;

- ycтJ,:oвлeнив закономерностей изменения физико-механических свойств и параметров процессов выщелачивания при принудительном' окислении ;

- выявление характера микроструктурнкх изменений при принудительном окислении и выщелачивании труднолроницаемых глинистых РУД ;

- разработка инженерных методик расчета параметров комбинированной технологии скважинной гидродобычи - подземного выщелачивания труднопроницаемых глинистых руд ;

- разработка и технико-окономичвское обоснование комбинированной технологии СГД-ПВ с предварительной подготовкой и кучного выщелачивания сульфидсодеркащих фосфат-урановых руд.

Исследования выполнялись на основе обобщения и комплексного анализа литературных источников и патентных материалов по вопросам скважинной гидродобычи, подземного выщелачивания и раду других вопросов, данных лабораторных и промышленных экспериментов, математического и физического моделирования, .статистической обработки результатов экспериментов, технико-экономического расчета.

Изучение характера изменения параметров выщелачивания при различных параметрах процессов очистной выемки и различных спо-. собах подготовки осуществлялось посредством исследований на лабораторных установках и стевдах, математического и аналогового моделирования, натурных наблюдений и экспериментов в условиях опытно-промкшлешшх работ.

Натурные наблюдения з ходе работ на опытно-промышленном участке при отработке руд камерно-столбовой системой разработки СГД позволили установить, что оптимальной схемой размыва и транспортировки горнорудной массы внутри камеры является: встречным забоем до момента сбойка иолукамар, а в дальнейшем, попутным забоем на противостоящий гидродобычной агрегат. Било установлено, что минимально-допустимые размеры междукамерных, звездообразных целиков, полученных при очистной выемке руды размывом ромбовидных камор с расгтоянгом ло длинной оси 20 м и по короткой - 8 и, и углом раскрытия у ск^апшы 45°, обеспечивающих устойчивое

•а.

состояние кровли камер и лучевых частей звездообразных целиков в течение 30 часов, обуславливают потери 28-35$ руды.

Изучение параметров выщелачивания руд, остающихся в целиках, проводились в лабораторных условиях на образцах, отобранных непосредственно из рудного массива и кернового материала. Анализ результатов исследований показал, что в целом руды характеризуются низкой проницаемостью = 0,001 м/сут) , • характер их насыщения обуславливается особенностям минералогическг/о состава и отличается быстрым насыщением пс рудным продласткам и медленным по вмещающей породе, в целом, скорость ввделгчивания определяется скоростью обмена кегду растворами внутри рудных про-слоез и вне их.

Оптимальным выщелачивающим раствором является сернокислотный, концентрации 7,5 - 15 r/л, обеспечивающий извлечение фосфора на уровне 90?, скавдия - 75$, редкоземельных элементов - 70$, урана SQ^.

Математическое моделирование гидродинамических параметров выщелачивания, неподготовленных и подготовленных такими способами как гидроразрыв и формирование.коллекторов рудных целиков, при котором за основу модели была принята изолированная ячейка, состоящая из трех отработанных камер и целика с одной откачной скважиной в центре и тремя нагнетательными в конце каждого луча, показало низкую эффективность Пи целиков руд месторождения без предварительной подготовка, существенно улучшающей их фильтрационные свойства.

В то же время Сиг.а установлена высокая эффективность применения тсклх способов подготовки, как гадроразрыв пласта и создание излей коллекторов, сокравдпиих время звдэлачиван/л в 17-20 раз -с 500 до 20-30 суток.

Пря проведонг.а натурных исследований процессов гадроразрнва ручного пласта, осуьвсталягЕихся на опитно-пропшленпом участке СП., Окло установлено, что пирорнзриз плг.ста и Л^лика происходит срл дэстиуонги л г.íicíHüjí «эдкост»: "критической величины", равной '< - с И';П, в!: со к ал конгол;^;'.!!;^ глин, пр::. олящия к Сольхому рве »'.Х-:-£с тр::.;;и, посла лх образован.»*! «í прогона но плгстг.чосгут. tf-'4~ul!r;'4, "¡тгл^г. f-.отурялг.чпгся yn.rot¡k;¡i;'.'! i-.v.iüíotüx «i.•!»••? к д»ч;.ут:;л пор, при»-««»-!':».-' Uuipiir.c.-o ¿вклг.,-.очного »?атс-

9.

риала и повторного гидроразрыва при давлениях 6-7 Ша улучшает проницаемость массива, снижая пластическую деформацию и обеспечивает формирование обширной системы трещин.

Изучение закономерностей распространения выщелачивающих растворов в целиках проводилось путем аналогового моделирования методом'электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) на анализаторе АП-600. Анализ результатов исследований показал, что даже в случае создания достаточной проницаемости, применение схемы выщелачивания без создания коллекторов приводит к образованию застойных зон в лучах целика и потерям в них металла, в этом случав прорабатывается до 30^ целика. Формирование коллекторов в массиве целика обеспечивает его равномерную проработку, вследствие организации движения раствора по приблизительно равным расстоя-'ниям от коллектора;до контура целика. По результатам моделирования были получены параметры: угол раскрытия камерной = 30° ; длина коллектора £ = 6 м, обеспечивающая проработку целиков растворам ПВ на уровне 90$ от их объема.

Физико-химические особенности фосфат-урановых сульфвдсодер-жащих руд, обладающих способностью самонагреваться и самовозгораться в наруиенном состоянии при достаточном притрке воздуха и влажности, позволили поставить вопрос о возможности подготовки рудных целиков к ПЗ путем их принудительного окисления.

Для выявления основных закономерностей развития окислительных процессов в рудном массиве, на основе анализа литературных источников и практических работ были определены основные факторы, определяющие протекание этих процессов.

Было установлено, что характер окислительных процессов, происходящих в рудном массиве, зависит от площади поверхности контакта минеральных компонентов с кислородом воздуха, причем как показали минералогические исследования, при определенном нарушении естественного состояния пласта и доступе необходимого количества воздуха и влаги тонкодисперсное состояние основной массы пирита обеспечивает увеличение общей проницаемости рудного пласта.

Для изучения процессов принудительного окисления был проведен комплекс исследований, включавший в себя лабораторные эксперименты, физическое моделирование на маломасштабных и крупно-

масштабных стендах, анализ результатов и определение основных закономерностей протекания процессов на основе химического анализа, физических и микроструктурных исследований на разных стадиях исследований и апробацию полученных результатов в натурных условиях на опытко-промипленном блоке руды.

Результаты экспериментальных исследований процессов принудительного окисления показали, что при нагнетании воздуха в ненарушенные рудные образцы создаются условия для протекания окислительных процессов ;

повышение температуры воздуха до определенной величины, находящейся в интервале 300-450°С создает условия для автотермич-ного (самоподдерживающегося) протекания процесса окисления, даже после сшотвния температуры теплоносителя;

автотермичный режим является наиболее благоприятным для последующего выщелачивания-, обеспечивает наиболее полное извлечение комплекса полезных компонентов за наименьшее время, слабоконцентрированными растворами серной кислоты.

Моделирование процессов принудительного окисления и последующего выщелачивания в лабораторных условиях проводилось на моделях, имитирующих характерные участки массива целика - рудные воны, находящиеся вокруг трещин гидрораэрыва, на которые условно уд?ет бить, разбит весь рудный целик, предварительно подготовленный гвдроразрывом пласта, в два этапа:

- первый, включал в себя установление основных закономерностей, оптимальных условий и параметров на малоквсштабяых моделях с использованием не парусе иного рудного материала ;

- второй включал в себя моделирование полученных оптималь- < них условий протекания процессов окисления и выщелачивания на крупнэмзсзтабной модели с использованием сшгыюуплотнэнной дробленой ¡т/АК.

Искеязьыил процессов низкотемпературного окисления в ла-бз;>еторта условиях о ва физических т.одолях покяззли,.что его ясао.т|.зоз9гш> повисаег э-^; <?кт1*й1'ость вынол!."нигтння в целом не-акяихтелшэ в его г.рашк-нке для подготсиг: руд ни/, цояпков к 1Ш амолсгв/л алйтсльнэстя процесса.

В ходе физического моделирования высокотемпературного окисления и выщелачивания были установлены основные закономерности процессов.

Обработка результатов исследований проводилась с использованием ЭВМ "Роботрон 1715". 3 результате машинной обработки эмпирического числового материала были получены математические зависимости основных показателей вида:

</ г ах.*" * &С+ с

Оптимальным температурным реетмом развития процесса принудительного окисления является интервал Б00-550°С, который обеспе- • чивает интенсивное автотермичное протекание процесса.

При темлературах ниже 300°С процесс прогрева и окисления рудного массива вдет недостаточно и быстро затухает при сншкении температуры окислителя. Повышение тешературы окислителя сверх 550°С приводит к ухудшения физико-химических свойств, снижающему • эффективность последующего выщелачивания.

и

Одной из основных характеристик, определяющей эффективность применения высокотемпературного окисления для подготовки руд месторождения к ПВ является скорость окисления рудного массива. Математическая обработка результатов исследований позволит получить аналитическоэ выражение скорости окисления рудного массива С 1Го ) в зависимости от внутрилластового температурного режима

( Т ):

ЧГо = 1,38.КГ5 Т2 + 3,8 . Ю-3! - 0,39 , гй/с (I)

В ходе исследований были проведены исследования влияния расхода окислителя (О. ) на скорость двимния фронта окисления ( "1Г« ). Посредством математической обработки результатов получено аналитическое пырьгение этой зааисакоста:

1,010. + 0Л4 , м/с (2)

Анализ результатов исслело фнкй позволил установить опта-глгышй 1-ет..-м кггнетлния воздуха 3,3 - 4,7иг.3/мин., оСоспочиамз-щ:::'. лп::я«н«*о <1 ронта окг.ллркия со скорэстьп 3,5 - 4,75см/час- а пчтэмрмдчном томлорагурно:.: рогпмо.

Пзслогэиаиг'л хя,"актора ]дз-.«тйя тдкпоратуриого 4рантп по г.;'.>—

стиранию рудного пласта свидетельствуют о наличии эффекта "движущей' ся тепловой волны" в пласте, характерного и для других термических методов воздействия на'пласт, в том числе для метода подземного сжигания'серы (ПСС).

Характер изменения температуры по длине модели пласта показан на рис. I.

При .исследовании физико-механических сзойств окисленных руд было установлено, что принудительное окисление руд в интервале от 200 до 4Э0°С увеличивает коэффициент фильтрации с 0,001 до 0,02 - 0,093 м/сут, дальнейшее увеличение температуры прак-• тически не влияет на него.

Аналитическое выражение зависимости коэффициента фильтрации ()!ф) от температуры (Т), полученное в результате математической обработки данных:

' Кф = -3,85.10_7Т2 +'4,8? . Ю"4 Т, м/сут. •' (3) '

Исследования изменения влажности (\>/ ) и предела прочности на сжатие ( ©еж ) при различных температурных режимах окисления позволили установить оптимальную температуру, обеспечивающую высокую устойчивость подготавливаемых рудных целиков: ^с* достигает значения 2,3 Ша и выше при температурах выше 270°С.

Анализ результатов, полученных при исследованиях процессов выщелачивания окисленных руд показывает, что оптимальным температурным режимом также является интервал 300-450°С. Ему соответствует наибольшее извлечение при выщелачивании: урана на уровне 92$, фосфора - 88#, скандия - 80$ и редкоземельных элементов -75$, серной кислотой концентрации 15 г/л. Характер изменения степени извлечения полезных компонентов в зависимости'от температуры окиолания показан на рис. 2 .

В ходе исследований было установлено значительное влияние - температурного режима окисления на скорость выщелачивания и расход кислоты.

Так,:при температурах 300-550°С время выщелачивания и расход . выщелачивающего реагента снижается до 4 дней и 150 кг/т, соответственно, тогда как при дальнейшем росте температуры значительно увеличивается, достигая 12 дней и 275 кг/т соответственно.

250

2СО

/5С>

гсо

л?

г°с

ЧОСО ■

!

1 ?2=3и уоссб \

1 ч 1 1

Л \\

i 1 1 1 \ V

1 1 1 1 1 ! • 1 N 1 Г 4 1 чтгч

%

1'ус. I. Характер развития температурного фронта ко"длина модели.

Рис. 2. Зависимость степени извлечения (£ ) полезных компонентов от температурного режима окисланияСП-

14.

I

Математическая обработка результатов исследований позволила установить аналитические выражения эмпирических зависимостей ■времени выщелачивания (Тв) и расхода' кислоты ( ) от температуры (Т):

Т£ = 1.45Л0"4 Т2 - 0,09'Т - 19,81 , сут. (4)

= 2,42 . Ю-3.Т2 т- 1.78Т +. 474,03', кг/т (5) '

Натурные исследования процессов высокотемпературного окисления и выщелачивания, проведенные на опытно-промышленном блоке кучного выщелачивания Центральной научно-исследовательской лабо-

■ ратории Прикаспийского горно-металлургического комбината подтвердили установленяыев ходе лабораторных исследований и физического моделирования закономерности процессов окисления и выщелачивания.

Изучение млкроагрегатного"строения и характера микроструктурах изменений глинистых руд при принудительном окислении и выщелачивании проводилось методом растровой электронной микроскопии, микроскопом Т£М-2, разрешающей, способностью 250 А.

В результате исследования образцоз как в естественном, так и в нарушенном состоянии, подвергшихся окислению и выщелачиванию, было установлено, что руды представлены на 60-70$ и Са -•

■ формами каолинита, с преобладанием двух последних; на 15-20$ различными формами гидрослвды и на 15 - 10$ - монтмориллонита. Руды' природного сложения каолинитового состава имеют неориентированную трещиноватость, пористость отсутствует,-глины гидрослю-

дного и монтморпманитоаого состаза, имеют незначительную пористость. Д целом микроструктура может быть охарактеризована как матричная.

При изучении рудных образцов с нарушенной микроструктурой, имеющей объемную трещиноватость, подвергнутых кислотно:^ выщела-. чиванию наблюдаются обратные процессы преобразования в микро- ' структуру с беспорядочной трещиноватостью и закрытой пористостью.

■ Рвзкое изменение микростроения наблюдается в рудных образцах, подвергнутых принудительно^ окислению при температуре до . 350-400°С - появляется объемная трещиноватость, которая сохраня-' ется и после выщелачивания и не зависит от измензння физико-химической обстановки.

Качественные изменения структуры происходили при температурах окисления свыше 450°С - происходит необратимая перестройка всех типов контактов, которые преобразуются в единый спаянный экран, структура переходит в ламинарную, прочность которой на 2-3 порядка превосходит прочность матричной. Пористость в этом случае является закрытой. Анализ полученных результатов свидетельствует ' о благоприятном характера изменений в структуре глинистых руд, в результате автотермичног". принудительного окисления.

Результаты проведен;-,-х исследований основных процессов сква-жинной гидродобычи, выщелачивания и различных способов подготовки позволили разработать комбинированную технологию СГД-ПВ трудно-, проницаемых сульфидсодержаших фосфат-ураковнх руд, включающую в себя:

- предварительную, до начала очисткой выемки, подготовку руд в границах руд1&х целиков, оставляемых при последующей отработке камерно-столбовой системой СГД, к выщелачиванию комбинацией таких способов как гидроразрыв, формирование коллекторов л принудительное окисление ;

- очистную выемку способом СГД;

- ШЗ рудных целиков.

Результаты проведенных экспериментальных и натурных исследований процессов принудительного окисления позволили разработать технологию кучного выщелачивания "некондиционных" руд месторождения, состоящую из следующих основных этапов:

формирование рудного блока о расположенными в верхней я нижней частях фильтрационными слоями о рвзмвщвнкнки в нях нягнргп-тельиыми и откачннми системами трубопроводов ;

- высокотемпературное окисление -в автотормичиом рейсе, организуемое подачей ч»рез нагнетателькуп кякнгв систему кпол^рг-содер^пцего газа и улампваяяем через верхние систему гэзяобря продуктов окисления ;

- ветелачивштч окисленной руд«, подачей лксялщ?в»с23Х рз-т-аород че»чз аорхип« сасм»у п при«укя продукгяитл ргстязрэ» »

тгт?. с нет <.)."> ^ильтрглий.

Ил основана» продохенгих ессзгдояэк«! а усгй»эчл»«»ч* яг-«'.*-

мостей, методики расчета параметров камэ'рю-столбовой системы разработки СГД Н.И. Бабичева, была разработана методика расчета параш тров комбинированной технологии СГД4В труднопроницаешх фосфат-урановых руд, отличающаяся учетом параметров подготовки и выщелачивания при расчете параметров очистной выемки, исходя из необходимости сохранения устойчивого состояния целиков на весь период отработки. ' ' '

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача разработки процессов комбинированной технологии скваждиной гидродобычи подземного а кучного выщелачивания труднрпроницаемых фосфат-урановых руд, объединенных.в единую:технологию взаимозависимостью параметров разработки, дозволяющей вовлечь в эффективную эксплуатация рад гццрогэнных осадочных месторождений со сложными горно-геологическими условиями.

По результатам исследовании можно сделать следующие основные выводы и практические'рекомендации:

1. Установлены закономерности между параметрами выщелачивания, параметрами очистной выемки,подготовки при разработке основных запасов труднопроницаешх фосфат-урановых руд месторождения камерно-столбовой системой СГД.•

2. Установлена возможность организации автотермичного (самоподдерживающегося) очага окисления в рудном пласте при принудительном нагнетании кислородсодергкащего газа. Оптимальный темпера-

■ турный рожам 300 - 550°С. .

3. Определены зависимости параметров процесса окисления от анутрипластового температурного режима и характер развития

■ температуреого фронта в рудном массиве. Установлен оптимальный

- режим нагнетания воздуха 3,3 - 4,7 Нм3/мцн., обеспечивающий движение фронта окисления со скоростью 3,5-4,75 с [//час.

4. Установлены закономерности микроструктурных изменений и •выявлены зависимости изменения физико-механических свойств: коэффициента фильтраций, ьлакности, прочности ( от температурного режима окисления, обуславливающие увеличение коэффициента"

фильтрации с 0,001 до 0,093 м/суткя и 2,3-2,5 МПа.

5. Выявлены зависимости между параметрами выщелачивания: скоростью выщелачивания, расходом выщелачивающего реагента и температурой предварительного окисления. Окисление в автотермичном режиме (при температурах 350-450°С) обеспечивает извлечение урана на уровне 92;?, фосфора 8G;i, скандия 80/3, редкоземельных элементов - 73/'! пр 1 расходе кислоты 150 кг/т.

6. Разработана технстэгкя подготовки рудных целиков к выщелачивании при комбинированной технологии СГД, комбинацией процессов гидроразрыва пласта, принудительного окисления и организацией' движения выщелачивающих растворов формированием коллекторов.

7. Разработана технология кучного выщелачивания с предварительным высокотемпературным окислением "некондиционных" фосфат-урановых руд с низким содержанием-полезных компонентов.

8. Разработана инженерная методика расчета параметров комбинированной технологии скваяинной гидродобычи и подземного выщелачивания, отличающаяся учетом параметров подготовки и выщелачивания, при расчете параметров очисткой выемки, ис::одя из условия обеспечения устойчивого состояния рудного массива на весь период отработки.

9. Основные результаты исследований вошли в рабочий проект опытно-промкшленного участка СГД на Прикаспийском горно-металлургическом комбинате (ППЖ) и включены в проект опытно-промшленных работ по СГД руд Хана-Аркалыкского рудного поля ТургеНской геологоразведочной экспедиции и внедрены на этих предприятиях с общим экономическим эффектом 12,5 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Комбинированная разработка рудных мзсторогдог.}'.;! горными

работам;! и выщелачиванием. В сб. аннотьций Исесолзного конкурса i

I932/8M уч. года на лучшего работу студентов по остест:;ошшм, техническим и гумсийтзртк наукам. Сзордло.,ск, 83 (сопвт.) / ДСП /.

2. Пспо.тьзо!!лМ;:е д.чрзботлиного пространства ;;срм;:а для диС'ПЛ ?'лтиллоп г.етогом ¿:;п?."1>ч;данля. ¡) произв.-т-'-хнич. сб. Туян.:чески;! прогресс в атомной «ро'.кглешюстл. Серил ropno-wr-f.:-лургйческоо (фоезпог.стиэ. .:и;уск I К. pijilATOi.yjjJo^tt, .54.

(соавт. )./ДС1^ .-

3. Способ рекультивации карьеров. A.c. Ji I09I640 от 24.0j3.82. (Соавт,).

'4. Способ сквакинной гидродобычи полезных ископаемых и.установка для его осуществления. A.c. № 1402672 от 07.07.86,

5. Способ разработка месторождений полезных ископаемых подЗемным выщелачиванием. A.c. № 1408056 от 19.09.86 г. (Соавт.).-

6. Способ разработки месторождений руд подземным выщелачиванием. A.c. по заявке К 4643142/03. Принято решение о признании изобретением 29.06.89. (Соавт.).

7. Наследование способов подготовки труднопроницаемых суль-' 4идсодержащих руд к подземному выщелачиванию. М., 1989. В сб.: Материалы 4-ой научной конференции молодых ученых ЖРИ. Деп.

в ВИНИТИ АН СССР 21.07.89 г. »-49I9-B89.

Подписано в начать II.02.91, Объем I п.л. Тираж 100 экз. Зк. Si Бесплатно.' Ротапринт МГРИ. Москва, ул.Миклухо-Маклая, 23