5 дәрістің Мыс кендерін үйінді, жер астында сілтілеу әдістерімен кешенді өңдеу
Дәрістің конспектісі:
Жер астында, үйінді сілтілеу технологиясы өңделетін кеннің минералдық құрамы мен физика-механикалық қасиеттеріне неғұрлым жақын болуы қажет.
Мысалы, карбонатты кендерді күкірт қышқылында сілтілеуге болмайды, өйткені күкірт қышқылының өте көп мөлшері кенқұраушы минералдармен әрекеттесуге шығындалады. Осыған байланысты кеннің құрамында силикаттар, алюмосиликаттар және т.б. күкірт қышқылын көп қажет ететін минералдар болса, мысты сілтілеп алу қымбаттайды. Құрамында сульфид мөлшері төмен мыстың тотыққан және кедей кендері, сонымен қатар мыстың қайталама сульфидтері (CuS, Cu2S) сілтілеу үшін көп мөлшерде күкірт қышқылын қажет етеді. Химиялық және бактериялық сілтілеуге ең жарамдысы (тиімдісі) мысты-колчедан кендері, кейбір жағдайларда бұларды қайта өңдеу күкірт қышқылын тіпті қажет етпейді.
Мыс кендерін экономика жағынан тиімді сілтілеудің ең негізгі факторларының бірі болып кеннің ірілігі табылады. Кен неғұрлым ұсақ болса, соғұрлым ерітіндімен әрекеттесетін беттің көлемі ұлғайып, мыс минералдарының еру жылдамдығы жоғарылай түседі.
Кенді ірілігі жағынан дайындау үйіндіде сілтілеу, перколяциялық және агитациялық сілтілеуде көп мән берген жөн. Бұл түсінікті, өйткені бұл кезде жоғалған немесе баланстан тыс кен емес, ал белгілі бір бағасы бар шикізат өңделінеді, сондықтан техника-экономикалық көрсеткіштері жоғары, нәтижесінде процесс рентабельді болу үшін, оған сәйкес жағдайлар жасалуы қажет.
Мыс минералдарын сілтілеуін жылдамдату үшін (агитациялық сілтілеуден басқалары) кен қабаттарының гидравликалық сінуіне мән берген жөн. Бұның себебі дер уақытында реакция өнімін минералдар мен ерітінді қарымқатынасының зонасынан алып отыруда. Осыған байланысты жер астында және үйіндіде сілтілеуге ерітіндімен әрекеттескен кезде көп мөлшерде шлам түзетін жыныстар мен кендер жарамсыз болып табылады, өйткені түзілген шлам өз алдына қабаттар арасындағы тесіктерді бітеп, ерітіндінің әрі қарай кен қабатына өтуіне бір қатар қиындықтар туғызады.
Процестің жоғары техника-экономикалық көрсеткіштеріне ие болу үшін ерітіндінің активті қышқылдығын, яғни оның құрамындағы бос күкірт қышқылының мөлшерін дұрыс таңдаған жөн. Тотыққан кендерді өңдеуде, бактерия әсері болмағанда, суландырылатын (орошающий) ерітіндінің қышқылдығы қажетті сілтілеу жылдамдығы мен мыс минералдарының таңдамалы еру қажеттілігімен анықталады. Перколяциялық сілтілеу кезінде күкірт қышқылының мөлшері 50 г/дм3-ке дейін жетуі мүмкін.
Сульфидті және аралас кендерді сілтілеу кезінде қышқылды режим неғұрлым қатал сақталу керек, өйткені мыс минералдарының химиялық еруі көп жағдайда олардың бактериялық тотығуымен бірге жүреді, ал бактериялар өзінің өмір сүруі үшін белгілі бір жағдайларды қажет етеді.
Сілтілеу кезінде ерітіндінің көлемі мен құрамы өзгеріп тұрады. Ерітіндінің біраз мөлшері жоғалады және буланады, өңделетін кеннің минералогиялық сипаттамасына байланысты қышқылдың және темір тотығының мөлшері азайып немесе көбейіп тұрады. Ерітіндінің құрамы мен көлемін бірқалыпта ұстап тұру мақсатымен, оларды суландыруға берер алдында регенерациялап (толықтырып) отырады. Регенерациялау (толықтыру) негізінен ерітінді шығымын компенсациялау үшін су қосуда, ерітінді қышқылдығын қажетті рН дәрежесіне дейін көтеруде, Fe2(SO4)3 тотықтырғыштың концентрациясын жоғарылату үшін екі валентті темірді химиялық және бактериялық тотықтыруда немесе гидролиз есебінен темірдің артық мөлшерін тұндыруда негізделген.
Екі валентті темірдің тотығуын тездету үшін кез-келген жағдайда ерітінділерді ауамен аэрациялайды, оның бірнеше әдісі бар. Кейбір кен орындарында кішкене тоғандар орнатылады, онда ерітінді жеткілікті уақытта болып, ауадағы оттегінің диффузиясы арқасында темір тотығады. Келесілерінде үйінділер мен үймелерді суландырған кезде үстінен шашырату қолданады, бұл ерітіндімен ауадағы оттегінің жанасуына мүмкіндік туғызады. Бактериялды тотығуды тездету үшін ерітіндіге азот және фосфор тұздарын қосу практикада кеңінен қолданылады.
Сульфидті және аралас мыс кендерін тиімді сілтілеудің негізгі критериялары:
а) кен құрамында Th. ferrooxidans және үшвалентті күкіртқышқылды темірмен жеңіл ерітілетін немесе тотығатын минералдар болуы керек. Кен құрамында тотығу процесіне тұрақты минералдар болса, процестің жылдамдығы едәуір төмендейді;
б) сыйдыратын (вмещающие) жыныстар төмен қышқылды сіңіретін қасиетке ие болуы керек және олардың құрамында жеткілікті мөлшерде пирит болуы қажет, соған байланысты тотығу кезінде күкірт қышқылы және үш валентті темір сульфаты түзіледі;
в) ерітіндінің едәуір шламдануын және олардың үйінді арқылы өтіп кету жылдамдығын азайту үшін кеннің декриптация дәрежесі үлкен болмауы керек;
г) сілтілеу учаскелері мен үйінділер алаңын орналастыру ерітіндінің жоғалуын және олардың тасымалдау шығынының аздығын қамтамасыз ету қажет;
д) сілтілеу және регенерациялау режимдері суландырудың мерзімділігі мен сілтіленетін ерітінділердің құрамының реттелуін ескеру керек;
е) үшвалентті темір сульфатының мөлшері белгілі шегінен жоғары болмауы керек, өйткені бос күкірт қышқылының жеткіліксіз жағдайында ол гидролизға ұшырап, кен қабатындағы канал мен тесіктерін жауып қалады. Сонымен қатар, үшвалентті темір құрамының жоғары мөлшері темірлі скрап шығынын арттырып цементация процесін қымбаттатады.
Табиғи процесс ретінде мыс кенін жерасты сілтілеу ертеден белгілі және колчедан кен орындарының көбінде байқалады. Кен мен жыныстағы шытынаулар арқылы кенді сулардың циркуляциясы нәтижесінде жоғарыда көрсетілген реакциялар бойынша пирит пен мыс сульфидінің тотығуы және еруі жүреді. Әсіресе қарқынды сілтілеу жерасты өрттері кезінде жүреді.
Кен орындарының жерасты сілтілеумен өңдеудің экономикалық тиімділігі ең алдымен кен мен жыныстың сипатымен, кен денесінің тау-геологиялық түзілуімен, кеннің және жыныстың физикалық қасиеттерімен, пайдалы компоненттердің кеңістікте орналасуымен, кендегі металдың қорымен, мөлшерімен және бағалығымен, алдын-ала дайындау жұмыстарының шығынымен анықталады. Негізінде металды осы әдіспен алудың тиімділігі бастапқы кен денесін дайындау сапасына, ерітінді мөлшеріне және құрамына, ақырында бірлік уақытта металды алудың дәрежесі мен толықтығына тәуелді.
Басқа шарттар бірдей болған кезде, сілтілеу процесінің жақсы жүруін қамтамасыз ететін басты жағдай еріткіштің өңделетін кенмен әрекеті біркелкі және тұрақты болу қажет. Бұған кенді жатқан жерінде ұсатумен, суландырудың және өнімді ерітіндіні жинаудың рационалды жүйесін құруымен қол жеткізеді. Әдеттегідей, кен массивін ұсату үшін жарылыс жасайды.
Мыс құрамды ерітіндіні жинау және суландыру (орошение) жүйесін жобалу кезінде назарға кен денесінің минералогиялық құрамын, қуатын, формасын және жер қыртысында орналасу тереңдігін, сонымен қатар оның үстіндегі жыныстардың түрі мен сипатын алады.
Кен денесінің түзілуіне және жер қыртысында орналасу тереңдігіне байланысты ұнатқталған кенді суландыру үшін жер бетінен қазылған немесе кен денесінің үстіңгі жағынан өткізілген шашыратқыштар, скважина жүйелері, қанау мен кішкене тоғандар қолданылады. Кен қабаты борпылдақ, сұйықтықты жақсы өткізетін, сонымен қатар өңделетін учаскесі табиғи гидроизоляцияланатын болса, суландыру үшін батыру әдісін қолданылады: бастапқы ерітіндіні қабаттың ең түбіне жіберіп, үстіңгі жақтарынан мысқұрамды ерітіндіні шығарып отырады.
Шетелде мысты рудниктіњ үстіңгі жағынан алынған жыныстардан, қиын байытылатын тотыққан және баланстан тыс кендерден бөліп алудың ең кең тараған гидрометаллургиялық әдісі – үйінді сілтілеу.
«Үйінді сілтілеу» жалпы ұғымына арнайы жасалған үйіндіден, сонымен қатар кенорнын ашық әдіспен өңдеп рудниктіњ үстіңгі жағынан алынған жыныстарды және баланстан тыс кендерді жинау кезінде пайда болатын үйінділерден мысты гидрометаллургиялық жолмен алуы кіреді. Негізінде мысты үйіндіден (отвал) және үймелерден (куча) сілтілеу технологиясы бірдей. Екі жағдайында да тау массасынан және кеннен түзілген үйінді немесе үйме бетіне, болмаса олардың ішіне құрамында күкірт қышқылы, темір сульфаты (III) және жиі жағдайда микроорганизмдер бар ерітінді жіберіледі. Ерітінді үйіндінің беті мен массасы бойынша бассейн, дренажды қанау және құбыр торларымен немесе шашырату арқылы теңдей таралады. Булану есесіне соңғы әдіс ерітіндінің көп шығынымен жүреді. Үйінді немесе үйме астынан шығатын мыспен байытылған ерітінді қанау немесе құбырлармен жиналып цементациялық қондырғыға жіберіледі. Мысты бөлгеннен кейін ерітіндіні қайта суландыруға жібереді.
Бірақ экономика жағынан мысты отвалда және үйіндіде сілтілеуін ұйымдастыруының едәуір айырмашылығы бар. Мұны үйінділер мен үймелерде мыс өндіруін ұйымдастырудың қарапайым талдауымен түсіндіруге болады. Мысты үйіндіде сілтілеуге жататынның негізгісі рудниктіњ үстіңгі жағынан алынған жыныстар, яғни балансты бағасы жоқ үйіндіге жіберілетін материалдар. Сирек уақытта сілтілеуге кедей баланстан тыс кендер жіберіледі. Үйіндідегі мыстың мөлшері төмен, шамамен 0,1-0,3 %, және сульфидті минералдардың негізі болып көрсетілген. Үйінді сілтілеуге көбінесе құрамындағы мыстың мөлшері 0,3-2,0 % тең, сондықтан белгілі бір балансты құндылығы бар тотыққан бай кендер бағытталады.
Көп жағдайларда рудниктіњ үстіңгі жағынан алынған жыныстарды карьерден қабаттары су өткізетін табиғи алаңдарға жүктейді. Тек кейбір жағдайларда ерітінділердің ағып кетуін жою үшін үйінділерге арнайы орын дайындайды. Қағида бойынша, үйіндіде сілтілеу кезінде кендерді гидроизоляциясы берік арнайы дайындалған алаңдарға жинайды. Шетелдерде кенді үйіндіге жинау алдында кесектердің тиімді өлшемдеріне дейін бір немесе екі сатыда ұсақтайды. Бұл кезде бірінші сатыдан кейін сілтілеуге жіберілетін ерітінділер үйіндіден жақсы өтүін қамтамасыздандыру үшін кеннің шламсыздануын жүргізеді.
Әдеттегідей, үйіндіде сілтілеуді арнайы дайындалған алаңдарда іске асырады: кейбір жағдайларда өсімдіктерден тазартылған алаңдарды бетонмен қаптап, бетіне гудрон қабатын төсейді, болмаса – өсімдіктерден тазартылған алаңның бетіне құм қабатын төсейді, оның үстіне полиэтилен қабатын жауып, тағыда құммен қаптайды. Осындай дайындалған алаңға бір-бірінен 4-5 м арақашықтықта ағашпен қапталған асбоцемент құбырларын орналастырады. Құбырлардың аяқ жақтары үйіндінің шеттерінен шығып ерітінді жинағышына (бассейнге) бағытталады.
Сілтілеуді үйме үстін қышқыл ерітінділермен суландырып жүзеге асырады, бірақ бұл кезде жиі жағдайда қышқыл концентрациясы үйінділерден сілтілеуге қарағанда анағұрлым жоғары болып 50 г/дм3 H2SO4 дейін жетуі мүмкін. Соңғы жағдайды үймелерде негізінде күкірт қышқылының жоғары шығынын талап ететін тотыққан мыс минералдарының бар болуымен түсіндіруге болады. Үйіндіде сілтілеу США (Блюберд, Тирон, Пэйдж), сонымен қатар Австралияда (Рам Джангл), Оңтүстік Родезияда (Мангула) және басқа елдерде кеңінен тараған әдіс.
Мысты үйіндіде сілтілеудің табысты жүзеге асыру мысалы ретінде Өңтүстік Родезиядағы Мангула кенорнын келтіруге болады.. Құрамында негізінде мыстың тотыққан минералдары (хризоколла, малахит, азурит), сонымен қатар халькозин бар кен алдын-ала екі сатыда ұнтақталып (бірінші сатыда 125 мм-ге дейін) шламнан бөлінеді. Кучаларға жиналатын кеннің ірілігі 16 мм-дей және құрамындағы мыстың орташа мөлшері 1,18-1,25 % болады. Биіктігі 6 м кучалар бетон дренаждарымен жабдықталған. Үйме табанының бойлық осьтан екі жағындағы көлденең еңісі 4 %, ал бойлық еңісі 0,5 % құрайды. Үйме бетон дренаждармен жабдықталған.
Кенді сілтілеуді 50 күн ішінде полихлорвинилдік құбырлар арқылы күкірт қышқылы (15 г/дм3) мен темір сульфатының (III) (6-8 г/дм3) ерітіндісін үйме бетіне шашырату арқылы жүзеге асырады. (III) темір сульфаты кішкене тоғандарда (прудки) бактериялардың қатысуында (II) темір сульфаты ауа оттегімен табиғи тотығуы нәтижесінде пайда болады. Үймені сулау екі сатыда жүргізіледі. Бірінші сатыда 5 күн ішінде ерітінді жаңа кенді сілтілеуге жіберіледі; мыспен байытылғаннан кейін оны бөлек темір жоңқасымен өңдейді. Екінші сатыда сілтілеуден кейін алынған ерітіндіні күкірт қышқылымен қышқылдандырып айналымға жібереді. Нәтижесінде цементациялауға түсетін ерітінді 10 г/дм3-ке дейін мыспен байытылады. Цементациялау процесі бетонды науада (желоб) 2 сатыда жүргізіледі. Бірінші сатыда ерітіндідегі мыстың мөлшері 1 г/дм3-ке дейін төмендейді, ал екінішісінде − 0,1 г/дм3-ке дейін.
Цементациялаудан кейін ерітіндінің құрамындағы темір мөлшері жоғары болғандықтан (30 г/дм3 дейін) айналма ерітіндінің бір бөлігін циркуляциядан шығарып, цементациялаудың екінші сатысында мыссыздандырады және буландыру құрылғысына бағыттайды. Қайта өңдеуге сағатына 200 тонна кен түседі. Сілтіленген кенді үймеден алып отырып жерасты тау қазбаларын тығындау үшін қолданылады. Мысты кучада сілтілеу учаскесін күкірт қышқылымен қамтамасыздандыру мақсатымен осы елде мұнайдан алынатын элементті күкіртте жұмыс істейтін арнайы күкіртқышқылды цехы салынған.
Қазіргі уақытта Қоңрат кенорнында зерттеулер нәтижесінде салынған баланстан тыс кендерді үймелерде сілтілеудің тәжірибе-өндірістік құрылғысы жұмыс істеп тұр. Мыстың тотыққан кенінен тұратын үйіндінің құрамы келесідей, %: Fe 1,46; S 0,17; SiO2 76,32; Al2O3 11.86; СаО 0,17; MgO 0,13; Zn 0,002 және Pb 0,001. Мыс минералдарының 76 % тотықтар түрінде кездеседі, 13 % екіншілік (вторичные), ал 10,6 % біріншілік (первичные) сульфид және 0,4 % сульфаты құрайды. Үйіндідегі кен кесектерінің максималды өлшемі 0,6-1 м, үйіндінің еңісі 1°-қа тең.
Үйінді астынан шығатын ерітіндіні жинау үшін оның екі жағынан тереңдігі 1-1,5 м дренажды қанаулар қазылған. Үйіндінің бетінде тереңдігі 0,5-0,7 м, әр біреуінің ауданы 250-270 м2 болатын 12 шашырататын кішкене тоғандар бар.
Суғаруға жіберілетін ерітінділерді қойылдырғыш камерада ерітіндінің бір бөлігін рециркуляциялауға жіберетін насостың көмегімен дайындап, күкірт қышқылымен қышқылдандырады. Дайындалған ерітінділер полиэтилен құбырлармен үйіндінің бетіне бағытталып, тоғандарға таралады. Үйінді астынан шығатын мысқұрамды ерітінділер жиналып, барабанды цементаторға темірлі скраппен цементациялауға бағытталады. Мыс қойылдырғышта тұндырылғаннан кейін қойылтқан өнім асфальтталған алаңда құрғатылады.
Сілтілеу процесін суғаратын ерітіндінің құрамындағы күкірт қышқылының мөлшері 5 г/дм3, суғару тығыздығы 40 л/т және аралығы 4 тәу шарттарында жүргізеді. Алынған ерітінділердің құрамында 2,5 г/дм3 дейін Сu бар.
Үйіндіні суландыру және кенді сілтілеу нәтижелері грунт арқылы ерітіндімен мыстың айқын жоғалуы болмайтынын дәлелдеді. Бұл баланстан тыс кендердің арнайы дайындалған алаңдарға тасымалдамай өнеркәсіптік сілтілеуін ұйымдастыруға жағдай жасайды.
6 нег. [б. 74-91], 2 нег. [б. 292-302].
Бақылау сұрақтары:
- Мыс кендерін үйіндіде сілтілеудің физика–химиялық негіздері.
- Мыс кендерін үйіндіде сілтілеу процесін өндірісте табысты жүзеге асыру.
- Мыс кендерін жер астында сілтілеу.