Файл: Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди.pdf

н о ет бактерий. Подземное выщелачивание используют на ряде руд­ ников в США (Майами, Рэй), Португалии (Сан-Доминго), Мексике (Кананеа). В СССР в 40—50-х гг. этот вид выщелачивания успешно применяли на нескольких уральских рудниках [242—243].

При оценке возможности применения подземного выщелачивания проводят тщательный анализ горно-технической, гидрогеологиче­ ской и технологической характеристик месторождения, участка, за­ боя.

Рис. 35. Схема наклонного (а) и вертикального (б) отстойников для обесшламлипання руд­ ничных вод:

/ — сливной порог; 2 — шлюзы для осветленной воды; 3 — шлюз для выпуска шлама; 4 — задняя стенка отстойника; 5 — насосы; 6 — шламопровод; 7 — узел приготовления и дози­ ровки флокулянта; 5 — вертикальный отстойник; 9 — горизонтальный отстойник

Горнотехнические характеристики (мощность, минералогический состав, глубина залегания, форма рудного тела, тип и характер лежа­ щей сверху породы) во многом определяют затраты на подготовку системы орошения и сбора раствора.

Наиболее удобны рудные залежи с крутым падением и достаточ­ ной мощностью, а при выщелачивании потерянной руды в старых рудниках — системы с обрушением или магазинированием. В этом случае достаточно равномерная крупность руды создает хорошие условия для циркуляции раствора и воздуха.

Гидрогеологические критерии (пористость и проницаемость руд­ ного тела, трещиноватость окружающих пород, наличие естественных водоупоров, количество и характеристика движения грунтовых вод) определяют условия сбора медьсодержащего раствора и сокращения безвозвратных потерь растворителя.

Технологическая характеристика месторождения отражает извлекаемость меди промышленными растворителями, содержание основных и попутных ценных компонентов, тип вмещающей породы.

Подземное выщелачивание и выщелачивание меди из руды в от­ валах и кучах имеют много общего: успех процесса во многом зависит от обеспечения проницаемости рудного массива, условий селектив­ ности извлечения меди, приемлемой скорости выщелачивания.

104

В зависимости от глубины залегания рудного тела раствор для орошения подают с помощью разбрызгивателей, канав, прудков (при поверхности залегания), скважин, пробуренных с поверхности или из горных выработок, пройденных над рудным телом (при глубоком залегании). Для выщелачивания рыхлого, хорошо проницаемого слоя руды при наличии естественной гидроизоляции обрабатываемого участка используют орошение методом «затопления». Раствор подают в глубь слоя, а медьсодержащий раствор выводят с верхних горизон­ тов. При таком режиме орошения достигается равномерное смачива-

XX

о4 4

Рис. 36 Геометрические схемы сеток бурения нагнетательных (/) и разгрузочных

(2)скважин:

а— квадратная; 6 — треугольная; в — кольцевая; г — сотовая

ние кусков породы и существенно снижаются затраты на проходку скважин, число которых практически сводится к двум (для подачи и вывода раствора). Наиболее типичным способом подачи раствора при подземном выщелачивании будет орошение через скважины.

Как уже отмечалось, показатели выщелачивания во многом зави­ сят от равномерности контакта раствора с обрабатываемой рудой, что, в свою очередь определяется числом скважин, приходящихся на единицу орошаемой поверхности.

Типы сеток бурения скважин показаны на рис. 36 [5, с. 179—81 ]. Выбор их обосновывается технико-экономическими расчетами с уче­ том характеристики рудного тела и затрат на бурение скважин. Рас­ стояние между скважинами выбирают с учетом характеристики обра­ батываемой руды, предполагаемого режима орошения, условий про^ никновения растворителя и др.

В каждой схеме имеются нагнетательные скважины, куда подают рабочий раствор, и разгрузочные, через которые собирают медьсодер­ жащий раствор. Рекомендуется периодически менять назначение

105

скважин, так как это способствует более равномерному выщелачива­ нию рудного тела (в нагнетательные скважины раствор подают под давлением, что вызывает большее распространение его в окружающие массивы).

Наиболее эффективна схема с линейным расположением скважин по квадратной сетке, обеспечивающая достаточно равномерное рас­ пределение раствора. При расположении разгрузочных скважин — по углам квадрата, а нагнетательных скважин — в центре квадрата, несмотря на более высокие капитальные затраты, производительность возрастает в 3—4 раза по сравнению с обратным расположением скважин.

При кольцевом расположении разгрузочных скважин в зависи­ мости от их числа степень заполнения рудного пласта растворителем достигает 70—80% площади образуемого круга. При кольцевом рас­ положении нагнетательных скважин время продвижения раствори­ теля по рудному телу мало зависит от числа разгрузочных скважин. Однако увеличением количества последних удается регулировать характер движения раствора. Кольцевую систему рекомендуют для обработки месторождения, представленного скоплением мелких залежей, при этом более предпочтительно кольцевое расположение разгрузочных скважин.

В связи с использованием достаточно агрессивных растворов наиболее предпочтительно изготавливать обсадные трубы из нержа­ веющей стали. Однако в связи с их высокой стоимостью в последние годы все шире применяют трубы из полиэтилена, реже— из вини­ пласта и фаолита, в связи с их меньшей механической прочностью. Нижнюю часть трубы, заводимой в скважину, иногда оборудуют фильтром для снижения выноса шламов с медьсодержащим раст­ вором.

Проницаемость рудного массива зависит от типа пород (например, для порфировых пород она составила 1,67 м3/(м2-ч) [244]), характера трещиноватости. В ряде случаев используют гидравлическое рыхле­ ние пород через специальные скважины.

Режим орошения (длительность периода подачи раствора и пе­ риода выстаивания для развития окислительных процессов) зависит от вещественного состава руды, ее проницаемости и определяется в каждом конкретном случае.

При подземном выщелачивании медьсодержащий раствор соби­ рают в штреке и из сборных емкостей откачивают насосами на уста­ новку для извлечения меди. Для снижения потерь раствора за счет миграции особенно в трещиноватых породах создают специальную гидроизоляцию выработок.

Управляют процессом изменением графика орошения скважин, на­ пора орошаемого раствора, продолжительности паузы между ороше­ нием, остановкой отдельных скважин. Для поддержания требуемой концентрации меди в конечных растворах целесообразно вести обра­ ботку двух или нескольких участков по смещенному графику или попеременным включением отдельных групп скважин в пределах одного участка.

106

Для успешного Применения подземного выщелачивания необхо­ димо: 1) отсутствие вмещающих пород основного характера; 2) плот­ ность и отсутствие декрептирования окружающих пород; 3) пори­ стость рудного массива; 4) присутствие меди в сравнительно легко извлекаемых формах; 5) достаточное количество пиритсодержащих пород; 6) многократная циркуляция раствора без существенного его загрязнения примесями; 7) наличие запасов дешевой воды.

По сравнению со стандартной технологией при подземном выщела­ чивании себестоимость меди гораздо ниже, интенсивность разработки выше-, а условия труда лучше. При дальнейшем повышении извлече­ ния меди этот способ добычи меди представляется весьма перспек­ тивным, особенно для эксплуатации труднодоступных месторождений.

По данным работ [106, 234], затраты на подземное выщелачива­ ние при выпуске в год 8160 т Си в виде цементного осадка распреде­ ляются следующим образом, долл/т меди (%):

ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ РАСТВОРОВ

Получаемые при выщелачивании забалансового сырья растворы отличаются невысоким содержанием в них меди, повышенной концен­ трацией железа и шламов. В связи с большими объемами бедных рас­ творов способ осаждения их должен быть эффективным и достаточно простым.

Наибольшее распространение в современной практике работы предприятий получили цементация и экстракция с последующим элек­ тролитическим осаждением меди. Другие способы: химическое осаж­ дение, сорбционное концентрирование раствора, электролиз (электро­ диализ) — не вышли за рамки полупромышленных испытаний. Это объясняется следующими причинами.

При химическом осаждении необходимы дорогие реагенты, в про­ тивном случае качество и фильтруемость получаемых осадков оказываются весьма невысокими, что осложняет их последующую пере­ работку. В ряде случаев оборотный раствор загрязняется дополнительнымй примесями, что требует специальных мер для предотвраще­ ния их накопления в замкнутых схемах.

Несмотря на ряд достоинств, использование сорбционного извле­ чения меди сдерживается отсутствием селективных ионитов с большой емкостью, громоздкостью и дороговизной способа.

Электролитическое осаждение при содержании меди в растворе менее 15—20 г/л оказывается нерентабельным. Получение катодной меди в виде грязной губки или порошка имеет небольшие преимуще­

107

ства по сравнению, например, с цементацией. Однако сложность производства, повышенные капитальные затраты и расход электро­ энергии (учитывая нередко удаленное расположение установок от промышленных центров) затрудняет использование этого способа. В последние годы ведутся интенсивные разработки новых конструк­ ций электролизеров и параметров технологии с целью создания эф­ фективного способа электролитического извлечения меди из бедных растворов.

Более заманчиво для обеднения растворов использовать электро­ диализ. Это способ позволяет сконцентрировать металлы и получить чистый оборотный раствор серной кислоты. Однако невысокая элек­ тропроводность исходного раствора обусловливает повышенный рас­ ход электроэнергии, а сложный состав его затрудняет выбор мембран и электродов. Пока ограниченная номенклатура эффективных и дешевых мембран, конструкций электродиализаторов, рассчитанных на большую пропускную способность, дополнительно осложняет промышленную реализацию способа.

Цементация

Осаждение меди цементацией на железе — наиболее распространен­ ный и простой способ извлечения меди из растворов от выщелачива­ ния забалансового сырья. Показатели процесса во многом зависят от способа подготовки раствора, выбора осадителя и используемого аппаратурного оформления.

Подготовка раствора

Типичный состав раствора, получаемого при выщелачивании за­ балансового сырья, следующий: 0,3—3,0 г/л Си; 2—8 г/л Fe (в том числе до 3—5 г/л Fe3 + ); 0,2— 1,0 г/л шлама; pH раствора 1,4—3,2.

Операция подготовки раствора включает восстановление трехва­ лентного железа, осаждение шламов, а также корректировку кислот­ ности.

Трехвалентное железо можно восстановить следующими спосо­ бами: 1) контактированием раствора с тяжелым скрапом; 2) дренажом раствора через пирротиновые фильтры (кусковую пирротиновую руду): 1 кг руды эквивалентен действию 1,5—2,2 кг железного скрапа; 3) обработкой раствора сернистым газом, особенно в присутствии активированного угля х.

Несмотря на эффективность этих способов, промышленное их ис­ пользование весьма ограничено в связи с необходимостью дополни­ тельных капитальных и эксплуатационных затрат.

Более простой способ удаления железа (в том числе и трехвалент­ ного) — его осаждение при поддержании оптимальной кислотности раствора. При pH = 2,5-ч-3,0 содержание трехвалентного железа в растворе невелико в связи с гидролизом при этих условиях.1

1 Пат. (США), № 2188472, 1940.

108