СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКИ РУД
METHOD FOR COMBINED DEVELOPMENT OF ORE

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.
4
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∗10 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.
5
Обработку раствора СВЧ излучением производили в микроволновой печи. Воздействие на воду ультразвуком осуществляли магнитострикционным излучателем при частоте 2.5∗10 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.
4
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∗10 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.