Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ РУД

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для подземного выщелачивания металлов из руд и техногенных минеральных образований.

Известен способ комбинированной разработки руд, включающий выемку богатой руды и выщелачивание металлов из оставшейся части руды на месте ее залегания. После чего производят закладку камер твердеющей смесью, а образуемое последующей выемкой целиков пространство заполняют дезинтегрированной (сухой) закладкой, которая состоит из хвостов сортировки и обогащения богатой руды и рядовой руды, полученной при проходке подготовительных и нарезных выработок. После чего производят взрывание оставшейся рядовой руды. Выщелачивание металлов из рядовой руды и материалов закладки проводят в две стадии: на первой - шахтными водами, насыщенными кислородом, с подачей в них штаммов тионовых бактерий, а на второй - растворами основных активированных выщелачивающих реагентов (см. пат. РФ №2361077, МПК E21B 43/28, E21C 41/00, опубл. 10.07.2009).

Недостатками данного способа являются большие капиталовложения на производство кислорода и тионовых бактерий; процесс выщелачивания дезинтегрированной закладки может привести к кольматации, что резко снизит процент извлечения полезного компонента.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности способа за счет гранулирования хвостов обогащения богатой руды для подготовки минеральной массы к последующему выщелачиванию ценного компонента, повышения прочности гранул при использовании их в качестве закладки для поддержания выработанного пространства, снижения процентного содержания цемента при изготовлении гранул.

Результат достигается тем, что способ комбинированной разработки руд, включающий выемку богатой руды на поверхность, обогащение богатой руды, заполнение выработанного пространства дезинтегрированной закладкой, состоящей из хвостов обогащения богатой руды и рядовой руды, выщелачивание металлов из материалов закладки, отличается тем, что хвосты обогащения богатой руды перед выщелачиванием подвергают гранулированию с добавлением цемента и воды, активированной ультразвуком в течение 8-10 минут, при частоте 2,0-2,2∗10⁴ Гц, с последующим выстаиванием гранулированной массы в течение 20-22 суток.

Гранулирование хвостов обогащения с добавлением цемента и активированной ультразвуком воды позволяет повысить прочность гранул с целью использования их в качестве закладки для поддержания выработанного пространства, снизить процентное содержание цемента при изготовлении гранул, подготовить минеральную структуру гранулированной массы к последующему эффективному выщелачиванию ценного компонента. Полученную гранулированную массу выстаивают в течение 20-22 суток, что позволяет достичь максимальной прочности.

С целью установления воздействия ультразвуковых колебаний на характер изменения прочностных свойств гранулированной закладки проведены лабораторные исследования. Гранулы двух видов изготовлены методом окомкования. Гранулы 1-го вида изготовлены из раствора, состоящего из хвостов, цемента и воды, обработанного СВЧ излучением различной мощности (от 160 до 800 Вт) и продолжительности по времени (от 1 до 9 мин). Гранулы 2-го вида изготовлены на основе воды, обработанной ультразвуком (время обработки от 1 до 15 мин).

В обоих случаях использовали обычную водопроводную воду. Содержание цемента во всех гранулах составило 10%. После изготовления все гранулы высушивались при комнатной температуре (20-25°C) в течение 14 дней.

Обработку раствора СВЧ излучением производили в микроволновой печи. Воздействие на воду ультразвуком осуществляли магнитострикционным излучателем при частоте 2.5∗10⁵ ГЦ.

Прочность гранул определяли индикатором механических свойств «Викинг» путем раздавливания их в количестве 10 штук для каждого опыта. На графике (фиг. 1) представлены результаты исследований изменения прочности гранул в зависимости от времени обработки раствора и мощности СВЧ излучения.

Из графика видно, что прочность гранул возрастает по мере увеличения мощности СВЧ излучения и времени обработки раствора. Наибольшее увеличение прочности гранул происходит при мощности излучения 800 Вт и времени обработки 9 минут. В целом прочность образцов в исследуемых интервалах увеличилась на 15-20%. Это объясняется тем, что при действии электромагнитного поля на суспензию, содержащую в качестве дисперсионной среды воду, в системе вода-цемент-хвосты возникают области (микроканалы) пространственного заряда. При этом силы действия магнитного поля сопоставимы с тепловым движением и оказывают влияние на физико-химические процессы. Это меняет характер и скорость переноса вещества, а также является одной из причин временного нарушения равновесного состояния в структурно-организованной системе. Образование флуктуирующих микроканалов обусловлено наличием в воде противоположно заряженных ионов, а также наличием свободных протонов и гидроксидных групп воды, имеющих аномально высокие значения подвижности.

Характеристики изменения прочности гранул в зависимости от времени обработки воды ультразвуком представлены на фиг. 2.

Из графика видно что, по мере увеличения времени обработки воды ультразвуком, возрастает и прочность гранул. При этом максимальный прирост прочности гранул наблюдается после 10-15 минут ультразвукового воздействия на воду и составляет 25-30%. Это объясняется тем, что энергия ультразвуковых колебаний, вводимая в воду, приводит к изменению ее физико-химических свойств: плотности, диэлектрической проницаемости, поверхностного натяжения, снижается общая жесткость воды и увеличивается растворяющая способность.

На фиг. 3 представлена сравнительная диаграмма прочности гранул в зависимости от способа активации.

Из диаграммы видно, что наиболее прочными являются гранулы, изготовленные на основе воды, обработанной ультразвуком. Прочность этих гранул на 30% выше прочности обычных гранул и на 11% активированных СВЧ излучением.

Выводы:

1. Выявлены изменения прочности гранул в зависимости от времени обработки раствора и мощности СВЧ излучения.

2. Установлены изменения прочности гранул в зависимости от времени обработки воды ультразвуком.

Способ осуществляется следующим образом.

При подземной разработке месторождений полезных ископаемых добытая богатая руда поднимается на поверхность и поступает на обогатительную фабрику, где производят обогащение руды.

Из смеси хвостов обогащения богатой руды с цементом изготавливают гранулы с добавлением воды, активированной ультразвуком. Размер гранул 20-30 мм, содержание цемента в гранулах 10-15%. Обработка воды ультразвуком осуществляется при помощи промышленных ультразвуковых установок, время активации 8-10 минут, при частоте 2,0-2,2∗10⁴ Гц. После изготовления гранулы выдерживают в складских условиях в течение 20-22 суток для набора прочности. Прирост прочности гранул 25-30%.

Полученную гранулированную массу размещают в подземном выработанном пространстве в качестве гранулированной закладки и техногенного сырья для выщелачивания. Производят выщелачивание металлов из материалов закладки.

Предлагаемой способ позволяет использовать хвосты обогащения в качестве гранулированной закладки, тем самым превращая ее во вторичное техногенное сырье для последующего выщелачивания, получить дополнительный доход горнодобывающего предприятия и снизить экологический ущерб на окружающую среду.