СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗАТОПЛЕННЫХ КАРЬЕРОВ

Изобретение относится к разработке полезных ископаемых открытым способом и может быть использовано при рекультивации затопленных агрессивной водой карьеров с целью снижения их негативного воздействия на окружающую среду и дальнейшего восстановления нарушенных земель.

По данным печати, в настоящее время в России подтапливается около 9 млн. гектаров земель различного хозяйственного назначения, в том числе 5 млн. гектаров сельскохозяйственных земель и 0,8 млн. гектаров застроенных городских территорий.

С начала 90-х годов двадцатого века на территориях России и стран СНГ, в результате банкротства и остановки производства, промышленные объекты - шахты, рудники, карьеры остались бесхозными, и начался процесс постепенного затопления. Например: карьер г.Зыряновск (Республика Казахстан), карьер в г.Алмалыке (Республика Узбекистан), в Российской Федерации - карьеры: г.Белове, Кемеровская область, г.Ревда, Уральский регион, пос. Шерловая Гора, Забайкальского края и др.

В связи с этим вопрос о реализации мероприятий по рекультивации затопленных карьеров, представляющих реальную угрозу жизни людей, требует безотлагательных решений.

Известен способ рекультивации карьеров, включающий отвод воды и закладку выработанного пространства минеральными массами (патент РФ №2120552, МПК⁶ Е21С 41/32, опубл. 20.10.1998).

К недостаткам данного способа можно отнести то, что он не предусмотрен для рекультивации глубоких (глубиной более 100 м), затопленных агрессивными водами карьеров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений, включающий создание на поверхности карьерной выемки гидроизоляционного слоя, заполнение карьера вскрышными породами, извлечение из вскрышных пород тяжелых и драгоценных металлов и создание плодородного слоя (заявка РФ №2007115316, МПК⁶ Е21С 41/00, опубл. 27.10.2008).

К недостаткам данного способа также можно отнести то, что он не предусмотрен для рекультивации глубоких, затопленных агрессивными водами карьеров, и в нем не предполагается очищение карьерной воды от тяжелых и драгоценных металлов.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности рекультивации затопленных карьеров.

Результат достигается тем, что в способе рекультивации затопленных карьеров, включающем отвод воды из карьера и закладку выработанного пространства, закладку выработанного пространства осуществляют минеральной массой, содержащей металлы, отвод воды из карьера и закладку выработанного пространства производят одновременно, при этом объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной карьерной воды, осуществляют извлечение металлов из отведенной карьерной воды электрообменной сорбцией, полученную после сорбции техническую воду делят на два потока, один из которых направляют на технологические нужды производства, а другой пропускают через электрокавитационную установку для продуцирования активного кислорода, затем направляют обратно в карьер для активации процесса внутрикарьерного выщелачивания.

Сущность способа в том, что в карьер закладывают минеральную массу, содержащую металлы, отвод воды и закладку выработанного пространства производят одновременно, при этом объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной воды, которую пропускают через реактор одновременного использования электрохимической активации и ионообменной сорбции, при этом на ионный сорбент воздействуют электрическим полем, с последующим отделением сорбента от среды, дальнейшей его десорбции и извлечения металлов, в качестве ионообменного сорбента используют смесь анионо- и катионообменных сорбентов, а воздействие электрическим полем осуществляют раздельно в зонах струйного и свободного течения карьерной воды, которая становится технической, делится на два потока, один из которых направляют на производственные нужды, а другой пропускают через электрокавитационную установку, насыщающую электролитным кислородом O₂, который переходит в озон O₃, озон, взаимодействуя с водой, образует перекись водорода H₂O₂, и далее направляют обратно в карьер для активации процесса внутрикарьерного выщелачивания.

Отличительными признаками данного изобретения являются: в карьер закладывают минеральную массу, содержащую металлы, причем отвод воды и закладку выработанного пространства производят одновременно, объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной воды, из отведенной воды извлекают металлы, получая на выходе техническую воду, которую разделяют на два потока, один направляют на производственные нужды, другой насыщают электролитным кислородом и возвращают в карьер.

Отведение воды и одновременное компенсационное закладывание в карьер минеральной массы, примерно в равных объемах, позволит организовать «призму упора» в подводной и надводной частях карьера, повысит устойчивость бортов и предотвратит затопление промышленных и гражданских объектов.

Извлечение металлов из карьерных вод позволит использовать воду как технологическую в процессах промышленного водопользования (обогащение, пылеподавление и др.), что снизит стоимость рекультивационных работ.

Насыщение половины потока технологической воды электролизным кислородом (O₂), который при кавитации переходит в озон О₃, озон, взаимодействуя с водой, образует перекись водорода (H₂O₂), и возвращение ее в карьер, позволит активизировать процесс внутрикарьерного выщелачивания металлов из заложенной минеральной массы и недоизвлеченных запасов полезного ископаемого.

Таким образом, указанная совокупность отличительных признаков позволит повысить экологическую безопасность районов, подтапливаемых водами из отработанных и/или брошенных карьеров путем укрепления их бортов и дна, извлечения металлов, использования очищенной воды в технологических процессах и, кроме того, повысить экономическую эффективность рекультивации за счет дополнительного извлечения промышленно значимых металлов.

Способ осуществляется следующим образом.

Одновременно производится отвод карьерной воды в отстойник и закладка с железнодорожной разгрузочной площадки минеральной массы в затопленную чашу карьера; по системе насосов и трубопроводов карьерная вода поступает в отстойник, далее в электродиффузионно-электросорбционный реактор, где, после выделения металлов, приобретает свойства технологической, далее поток разделяется - одна часть поступает в технологический производственный процесс, а другая часть - в электрокавитационную установку, в которой насыщается электролитным кислородом (О₂), переходящим при кавитации в озон (О₃), и возвращается в карьер для активизации процесса внутрикарьерного выщелачивания металлов из минеральной массы. В состав минеральной массы могут входить некондиционные руды текущей добычи действующего карьера и/или отвальные породы вскрыши; в процесс выщелачивания включаются и недоработанные запасы полезного ископаемого.

Перед началом работ одновременно строятся на противоположных бортах карьера «разгрузочная площадка» и охранная «подпорная насыпь» с системой водорезов для смягчения силы ударной водной волны, которая возникает при разгрузке больших объемов минеральной массы в воду.

Преимущества способа и его технический эффект

1) одновременный отвод воды и закладка выработанного пространства минеральными массами укрепит подводную и надводную часть бортов карьера, обезопасит выполнение работ и исключит прорыв карьерных вод;

2) очистка карьерных вод от металлов позволит вторично использовать ее как технологическую, что снизит затраты производственного водопотребления;

3) часть потока технологической воды, насыщенной активным кислородом, после возврата в карьер активизирует процесс выщелачивания металлов, что позволит минимизировать затраты на приготовление выщелачивающих реагентов;

4) извлечение металлов способом внутрикарьерного выщелачивания увеличивает полноту использования недр, позволит получить дополнительную прибыль и продлить срок эксплуатации карьера;

5) использование попутно добытой некондиционной руды и отвальных объемов пород вскрыши в качестве минеральной массы значительно уменьшит площади земельных отводов под отвалы;

6) рекультивация затопленного агрессивными водами карьера позволит снизить экологическую и социальную напряженность в промышленном районе.

Пример осуществления способа.

Осуществление способа рассматривается на примере затопленного карьера Кургашин, ОАО «Алмалыкский ГМК», расположенного между действующим карьером Кальмакыр и городом Алмалыком (100 тыс.чел.).

На момент остановки работ (1983 г.) и начала затопления глубина карьера составляла 219,7 м, объем чаши карьера 100 млн.м³, запасы руды полностью не отработаны. В настоящее время глубина затопления 168 м, при этом масса карьерных вод составляет 23,6 млн.м³. Коэффициент крепости пород, слагающих борта карьера, по шкале М.М.Протодьяконова составляют: 1-2 для лёссов, 7-9 для известняков, 10-12 для сиенито-диоритов, борта сложены породами, способными к активному физико-химическому выветриванию и разрушению, и как следствие, к выщелачиванию тяжелых металлов в карьерные воды, сейсмичность района составляет 7 баллов по шкале Рихтера.

На фиг.1 изображен ситуационный план действующего и затопленного карьеров.

На фиг.2 - то же, после строительства на противоположных бортах затопленного карьера железнодорожной разгрузочной площадки и охранной насыпи с системой водорезов, установки насосов и трубопроводов, отстойника, электродиффузионно-электросорбционного реактора и электрокавитационной установки.

На фиг.3 изображен совмещенный схематический разрез на тот же момент.

На фиг.: 1 - действующий карьер; 2 - затопленный карьер; 3 - уровень внутри карьерных вод; 4 - отвалы вскрыши; 5 - оползни; 6 - существующие карьерные железнодорожные пути; 7 - железнодорожная разгрузочная площадка; 8 - думпкар некондиционной руды действующего карьера; 9 - рудоспуск; 10 - рыхлые донные отложения; 11 - охранная насыпь; 12 - водорезы; 13 - насосы; 14 - трубопроводы; 15 - отстойник карьерной воды; 16 - электросорбер; 17 - электрокавитационная установка; 18 - новый железнодорожный путь; 19 - граница города; 20 - обогатительный и металлургический комплекс; 21 - река.

1. Используя систему насос-трубопровод, карьерную воду пропускают через реактор, в котором в качестве ионообменного сорбента используется смесь анионо- и катионообменного синтетических сорбентов, воздействие электрическим полем осуществляется раздельно в зонах струйного и свободного течения, при этом в 1-й зоне карьерную воду пропускают через систему чередующихся анодов-катодов (разность потенциалов 1,5-30 В), а во 2-й зоне - через решетку катодов с запитывающими анодами (разность потенциалов 1,3. Смесь анионо- катионообменного синтетических сорбентов содержит анионита 50-90 мас.% и катионита 10-50 мас.%. Воздействие электрического поля осуществляется в постоянном или импульсном режиме. В результате на выходе карьерные воды очищаются от металлов, которые находятся в виде ионов Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Cr³⁺, Hg²⁺, Co²⁺, Cd²⁺) или их аквакомплексов ([Zn(H₂O)_X]²⁺, ([Cu(H₂O)_X]²⁺, ([Pb(H₂O)_X]²⁺).

2. После реактора поток технической воды разделяется: одна часть по системе насос-трубопровод направляется на обогатительную фабрику; вторая часть поступает в электрокавитационный аппарат, в котором в движущихся водных массах, при воздействии на них электрических полей в области сужения и последующего расширения потоков, инициируется процесс кавитации. Насыщенные озоном (15% - 20%) воды по системе трубопроводов направляются обратно в карьер для активации процесса выщелачивания металлов (медь, цинк, золото, серебро) из недоработанных запасов и закладочной массы (внутрикарьерное выщелачивание).

3. Засыпка чаши затопленного карьера закладочной массой происходит одновременно с откачкой карьерных вод, в равных объемах.