Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих пород Нерюнгринского угольного разреза
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)
Автореферат диссертации по теме "Обоснование геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих пород Нерюнгринского угольного разреза"
На правах рукописи
Ивченко Сергей Николаевич
ОБОСНОВАНИЕ ГЕОТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ НАЛЕГАЮЩИХ МИНЕРАЛИЗОВА11ЫЫХ"ПОРОД НЕРЮНГРИНСКОГО УГОЛЬНОГО РАЗРЕЗА
Специальность 25. 00. 22. - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва 2006
Работа выполнена в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Маркелов Сергей Владимирович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Гридин Олег Михайлович; кандидат технических наук Кройтор Радион Васильевич
Ведущая организация: Государственный институт редких
металлов (ФГУП Гиредмет, г. Москва)
Защита состоится «21 »декабря 2006 г. в 13 час. на заседании диссертационного Совета Д. 212.121.08. в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе по адресу:
117485, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, в аудитории 6-87.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГТРУ имени Серго Орджоникидзе
Автореферат разослан «20» ноября 2006 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор
^ -Боровков Ю.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Эффективность работы горнодобывающих и перерабатывающих предприятий в последние десятилетия оценивается по балансу объемов основного получаемого полезного компонента и накапливаемых техногенных отходов минерализованных пород. Особенно актуально это при разработке угольных месторождений.
Складированные отвалы породной массы являются одним из главных источников негативной нагрузки на окружающую среду: атмосфера, земная поверхность, поверхностные и подземные воды. В России к настоящему времени складировано в отвалах свыше 30 млрд. т горных пород, площадь занятых земель составляет сотни км . Первое место по этим показателям занимает Сибирский регион, где и расположен Нерюнгринский угольный разрез.
В связи с постоянно ухудшающим состоянием экологической обстановки в районах действия горных предприятий и снижением эффективности разработки месторождений в' результате ухудшения горно-геологических условий, вовлечение в переработку минерализованных пород налегающей толщи в естественном залегании и складированной в отвалы породной массы (техногенных ресурсов) становится экономически целесообразным.
Вовлечение в переработку геотехнологическими методами больших объемов минерализованной породной массы, считавшейся забалансовой и нерентабельной для эксплуатации, позволяет за сравнительно короткий период в разы увеличить производство металла. ■ . ' ■
Таким образом, реализация технологий подземного и кучного выщелачивания полезных компонентов ( ПК ) позволяет существенно снизить степень нагрузки на окружающую природную среду, а также расширить минерально-сырьевую базу народного хозяйства страны.
Постоянно растущий уровень цен мировых рынков на металлы, особенно на цветные и редкоземельные, требует изыскание новых нетрадиционных подходов по выделению массивов минерализованных пород для геотехнологических способов добычи.
В такой постановке задача по освоению физико-химической геотехнологии комплексного извлечения ценных компонентов из минерализованной породной массы и научное обоснование путей ее реализации, несомненно, актуальна.
Цель работы - обоснование технологий подземного выщелачивания минерализованных осадочных пород угольных разрезов в естественном залегании при переработке горной массы в режиме кучного выщелачивания, на основе изучения эффективности процессов фильтрации и кинетики перехода металлов в раствор, позволяет получить ценные компоненты, уменьшить концентрацию тяжелых металлов и общую минерализацию дренажных вод в процессе естественного выщелачивания, снизить негативную нагрузку на природную среду.
Идея работы основывается на выявлении закономерности формирования максимальных концентраций полезных компонентов на гидрогеохимическом восстановительном барьере, с выделением продуктивного массива в налегающей толще пород угольных разрезов, из которых извлекаются геотехнологическими методами ценные компоненты.
Основные задачи исследования:
- анализ геологического материала по выявлению закономерностей распределения минерализации ценных компонентов по мощности налегающих пород;
- оценка гидродинамических параметров для обоснования метода подземного выщелачивания пород в естественном залегании;
- выявление закономерностей снижения, производительности нагнетательных скважин и разработка новых нагнетательных устройств подачи растворов;
-обоснование кинетики подземного выщелачивания ценных компонентов из минерализованных пород;
-опытное опробование технологического режима кучного выщелачивания из пород техногенных отвалов.
Методы исследований. Для решения поставленных задач проведен комплексный метод исследований, который включал лабораторные, натурные и опытно - промышленные работы.
Применялись спектральный, рентгенофазовый, минералогический и атомноадсорбционный анализы.
Обработка полученных результатов проводилась корреляционным и регрессивным анализом.
Основные защищаемые научные положения
1. Выделение интервала мощности пород повышенной минерализации с учетом геохимического барьера - необходимое условие для подземного выщелачивания ценных полезных компонентов и снижения солевой нагрузки на водную среду при естественном выщелачивании отвальных пород.
2. Нагнетательные щели, сооружаемые методом гидротехнологии, уменьшают интенсивность снижения производительности и отрицательное воздействие фильтрационных сопротивлений, возникающих при работе соответствующих вееров скважин.
3. Интенсивность процесса выщелачивания во времени прямо пропорциональна свободной энергии образования комплексов полезных компонентов в продуктивных растворах и обратно пропорциональна свободной энергии их минеральной фазы.
Научная новизна работы состоит в следующем;
- впервые обосновывается технология подземного выщелачивания ценных компонентов из налегающей минерализованной породной толщи угольного разреза;
- аналитическими исследованиями определена и практическими результатами доказана роль гидрогеохимических процессов в формировании минерализованных пород в зоне контакта с угольными пластами;
- показан метод выявления интервала мощности в налегающей толще пород, учитывающий природный геохимический барьер и контролирующий формирование максимальных содержаний полезных компонентов;
- аналитически установлена и экспериментально подтверждена связь повышенных значений минерализации пород с величинами ЕЬ в процессах окисления метана в водной среде;
- выявлены закономерности снижения производительности нагнетательных скважин в процессе эксплуатации;
- введен показатель проницаемости - произведение значения коэффициента фильтрации на величину давления нагнетания, что позволяет графо-аналитическим методом оценивать коллекторские свойства поровой и трещинной среды породного массива;
- выявлена закономерность снижения осевого давления по длине распространения затопленной гидромониторной струи;
- обоснована зависимость производительности размыва от диаметра насадки, рабочего давления и расстояния до забоя при сооружении нагнетательных и дренажных щелей;
- впервые разработана технология сооружения длинных щелей с использованием гидроразмыва;
- аналитически обосновано и экспериментально подтверждено, что эффективность процесса выщелачивания прямо пропорциональна свободной энергии полезных компонентов в растворах выщелачивания и обратно пропорциональна соответствующей энергии этих компонентов в минеральной фазе;
- впервые определен интегральный коэффициент эффективности процесса выщелачивания, комплексно учитывающий влияние сформированных геохимических и гидродинамических условий на интенсивность перехода полезного компонента в продуктивный раствор.
Достоверность и обоснованность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается результатами теоретических исследований по формированию выщелачивающих растворов, характеризующихся соотношением свободных энергий растворения и образования минеральной фазы; обеспечивается значительным объемом полевых и опытно - промышленных исследований по выщелачиванию ценных полезных компонентов из налегающей породной толщи Нерюнгринского угольного разреза в естественном залегании и из отвалов вскрышных пород; положительными результатами реализации предложенного метода по выявлению мощности с
максимальной минерализацией полезных компонентов, реализацией разработанной методики конструктивных и технологических расчетов при сооружении нагнетательных и дренажных щелей. Все это позволяет горному предприятию получить дополнительную прибыль за счет реализации геотехнологических методов добычи металлов.
Научное значение работы состоит в разработке теории взаимодействия напорных гидромониторных струй при сооружении дренажных и нагнетательных щелей и в обосновании, и создании на этом принципе эффективной химической геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих минерализованных пород.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе комплексных исследований геологических и гидрогеологических условий пород налегающей толщи угольного месторождения Нерюнгри предложены и реализованы конкретные технологические решения по комплексному извлечению ценных металлов методом физико-химической геотехнологией (ФХГТ), позволившие расширить сырьевую базу горного предприятия, эффективно использовать проявления рудной минерализации и снизить отрицательные воздействия на окружающую среду.
Применительно к различным горно-геологическим и гидрогеологическим условиям угольного разреза разработан метод выявления интервала мощности в налегающей толще пород с максимальным содержанием полезных компонентов, определены закономерности снижения производительности нагнетательных скважин в процессе их эксплуатации и показана необходимость сооружения нагнетательных щелей. На основе выявленных закономерностей распространения затопленных струй и сложных струйных течений при сооружении длинных нагнетательных и дренажных щелей разработаны оптимальные условия ведения высокопроизводительных технологических процессов ФХГТ. Применительно к различным горногеологическим и гидрогеологическим условиям угольного разреза, разработаны методики конструктивных и технологических расчетов при гидромониторном сооружении нагнетательных и дренажных щелей.
На основе результатов данной работы под научным руководством и непосредственном участии автора выполнен проект и разработаны методики проведения исследований на опытном геотехнологическом участке.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы при проектировании опытно-промышленного участка по комплексному извлечению методами ФХГТ полезных компонентов из налегающих слабопроницаемых пород Нерюнгринского угольного разреза
Полученные результаты исследований используются при составлении технологического регламента по промышленному внедрению технологии ПВ и КВ на данном месторождении.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении курсов по геотехнологическим методам добычи полезных компонентов в Техническом институте (филиале) ЯГУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях: Международной научной конференции «Биосфера и человек» (Пенза, 2003); «Российская школа по проблемам Науки и технологий; (Миасс, 2003); «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (Якутск, 2003); V Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (Москва, РАЕН, РГТРУ, 2006).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано десять научных трудов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, библиографического списка из 106 наименований. Содержит 113 страниц машинописного текста, включая 21 рисунок, 20 таблиц.
Диссертация выполнена на кафедре «Геотехнологии руд редких и радиоактивных металлов» в РГТРУ имени Серго Орджоникидзе.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору, д.т.н. C.B. Маркелову, заведующему кафедрой профессору, д.т.н. Н.Г. Малухину за постоянное внимание, ценные советы и помощь в выполнении работы на всех этапах.
Автор глубоко признателен сотрудникам Технического института (филиала) Якутского государственного университета им. М.К. Амосова: д.г.-м.н, профессору В.М. Никитину, д.т.н., профессору H.H. Грибу, к.т.н., доценту Ю.А. Шипицыну, а также инженерно-техническим работникам и специалистам ОАО ХК «Якутуголь» за оказанную поддержку при выполнении диссертации.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В связи с потребностью расширения сырьевой базы горно-добывающих предприятий во многих странах учеными и инженерами ведутся исследования по совершенствованию технологии добычи, альтернотивой которой в последний десятилетия является физико-химическая геотехнология.
В решении вопросов ФХГТ внесли свой вклад многие ученые и исследователи - В.Ж. Арене, Н.И. Бабичев, О.С. Брюховецкий, Л.И. Водолазов, О.М. Гридин, В.П. Дробаденко, В.В. Кротков, Д.П. Лобанов, Н.Г. Малухин, В.А. Мамилов, C.B. Маркелов, В.П. Небера, Ю.В. Нестеров, Е.А. Толстое, Г.Х. Хчеян и многие другие.
Изучение и анализ литературных источников свидетельствует, что технология ПВ полезных компонентов из руд естественного залегания реализована на месторождениях забалансовых руд, а не на минерализованных породах с относительно низкими исходными содержаниями металлов.
В публикациях по ФХГТ не рассматриваются:
- методы выделения (картирования) участков с приемлемыми для ПВ содержаниями ценных компонентов в разрезе толщи минерализованных пород;
- технологические решения по сооружению нагнетательных и дренажных щелей способами гидротехнологии;
- способы оценки эффективности протекания процесса выщелачивания в любой момент времени на основе учета и сравнения свободных энергий химических элементов в жидкой и твердой фазах.
Изучение этих областей ФХГТ выдвинуло необходимость постановке аналитических и практических исследований с обоснованием следующих научных положений.
1.Выделение интервала мощности пород повышенной минерализации с учетом геохимического барьера - необходимое условие для подземного выщелачивания ценных полезных компонентов и снижения солевой нагрузки на водную среду при естественном выщелачивании отвальных пород.
Содержание элементов в перекрывающей породной толще, угольного месторождения Нерюнгри, таблица 1 подтверждает возможность комплексной переработки минерализованных осадочных пород с целью получения дополнительной экономической выгоды и существенно уменьшить концентрацию тяжелых металлов, и общую минерализацию дренажных вод, формируемых в процессах естественного' выщелачивания складированных отвалов, снизить негативную нагрузку на природную среду. Геологические и гидрогеологические условия и применяемая на месторождении технология добычи угля позволяют оценивать способы подземного и кучного выщелачивания как единый геотехнологический комплекс по переработке минерализованных пород.
С целью эффективной реализации добычи геотехнологическими методами, проведен комплекс исследований для выявления условий формирования максимального уровня минерализации пород, которые включали изучение следующих показателей: -распределение минерализации в толще налегающих осадочных пород; -изменение окислительно - восстановительного потенциала (Eh) подземных вод.
Таблица 1
Содержание элементов в перекрывающей породной толще, г/т
~\Элементы Показатели4^ Мо V Zn Мп Си Al Se В Be La Li Sr Y Yb Ge Ga
Средн.содер. по мощи. 2,3 61 152 494 62 4600 5,2 29 3,3 19 16,4 67 10 2,2 0,5 2,48
Содер. на контакте с угольными пластами 13,8 152,5 512 494 348 11500 7,5 69,7 7,8 28,5 45,4 142,6 35,2 5,4 1,2 5,7
Полученные параметры, характеризующие гидрогеохимические условия, изучались и анализировались, как факторы, контролирующие процесс образования минерализации. Таким образом исследовался породный материал и подземные воды - факторы, определяющие окислительно - восстановительные условия среды. Вскрышные породы Нерюнгринского месторождения представлены, в основном, крепкими разнозернистыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Все эти литологические разности имеют слоистую текстуру: мощность отдельных слоев колеблется от 0,2 - 0,5 до нескольких метров.
Критерием выделения интервалов по мощности принята величина общей минерализации, как фактор, имеющий технологическую и экономическую ценность.
Химический анализ образцов керна выполнен по 121а— скважинам и породного материала бороздового опробования бортов карьера по в501- профилям, отобранных из усредненных литологических разностей, интервал усреднения составил 25 м, и результаты опробования жидких проб по интервалам от контакта с угольными пластами, представлены на графиках, рис.1 и 2 и в табл.2._
О 25 БО 75 ЮО 125 150 175 200 225 Мощность контакта с угольными пластами, м
Рис.1. Изменение суммарных содержаний металлов в налегающей породной толще в зависимости от мощности контакта с угольными пластами
мощность контакта с угольными пластами, м
Рис. 2. Изменение величины ЕЬ жидкой пробы в зависимости от мощности контакта с угольными пластами
Резкое падение величины минерализации пород - линейная зависимость, прослеживается на расстояниях 100 - 250 м от зоны контакта покрывающих пород с угольными пластами. Абсолютное значение величины снижения составляет 3,5 г /т. В интервале до 75 м отмечается постепенное снижение минерализации, абсолютное значение понижения составляет 0,1 г / т.
Наиболее высокие значения минерализации приурочены, как правило, к породам различного литологического состава с интенсивно развитой трещиноватостью.
Величины окислительно - восстановительного потенциала определялись в процессе. поинтервального опробования подземных вод.
Таблица 2
Результаты опробования твердых и жидких проб по интервалам от контакта с угольными
пластами
Глубина, М, м Содержание полезных компонентов, кг / т Потенциал Eh,в
0
25 8,3 0,04
50 8,8 0,025
75 8,2 0,027
100 4,1 0,05
125 3,5 0,1
150 2,8 0,14
175 2,2 0,18
200 1,8 0,22
225 1,1 0,31
250 0,6 0,38
Эманируемый по коллекторам (зонам трещиноватости ) метан в зависимости: от степени трещиноватости породного массива; количества и скорости вертикальной миграции в водной среде, а также от количества поступления в подземные воды атмосферного кислорода, формирует зональность, зависимую от значений ЕЬ. Резкий скачок снижения ЕЬ отмечается на расстоянии 200 - 250 м от контакта с угольными пластами, в верхней части разреза налегающей толщи. На этом участке пород формируется зона окисления, насыщенная растворенным кислородом атмосферного воздуха.
Снизу по системам трещин водоносный горизонт насыщается эманируемым метаном.
Поинтервальное опробование подземных вод проводили в гидрогеологических скважинах, пробуренных вне зоны развития депрессионной воронки налегающей толщи пород, чтобы исключить влияние высоких скоростей фильтрации жидкости на изменение гидрогеохимических условий.
Результаты, представленные в табл. 2, подтверждают тезис Латимера, что при окислении органических составляющих формируется весьма сложная гидрогеохимическая обстановка, которая на начальных этапах проявляется как окислительная (высокие значения величины ЕЬ), а затем, переходит в сильно восстановительную при продуцировании СО2.
Однако, поступающие при плоско - параллельной фильтрации объемы подземных вод выносят продуцируемый СО2 из зоны контакта с угольными пластами и обеспечивают контроль за развитием мощности восстановительной среды.
Максимальные содержания минерализации пород приурочены к зоне контакта с угольными пластами, мощность которой составляет в среднем 30-35 м, рис.1. В этом интервале мощности удельный вес минерализованных пород составляет »70% в объеме всей налегающей породной толщи, что является благоприятным фактором при отработке их способом ПВ.
Выявленное переслаивание маломощных, невыдержанных по простиранию, прослоев, налегающих на угольные пласты, также является благоприятным для формирования фильтрационного режима в процессе подземного выщелачивания металлов из пород в условиях естественного залегания.
Метод комплексного поинтервального опробования жидких и твердых проб является основой картирования мощностей пород для последующего извлечения из них геотехнологическими способами полезных компонентов.
2. Нагнетательные щели, сооружаемые методом гидротехнологии, уменьшают интенсивность снижения производительности и отрицательное воздействие фильтрационных сопротивлений, возникающих при работе соответствующих вееров скважин.
Практика отработки месторождений подземным выщелачиванием свидетельствует, что наиболее рентабельной и эффективной является технология выщелачивания в естественном залегании без предварительного их разрушения. Создаваемый при этом фильтрационный режим выщелачивающих растворов обеспечивает максимальный контакт их с рудной минерализацией и оптимальные условия для формирования продуктивных растворов.
С целью достижения наиболее приемлемых величин технологических показателей выщелачивания, необходимо учитывать фильтрационные показатели, основными из которых являются: коэффициент фильтрации, приемистость технологических скважин, скорость фильтрации растворов и возникающие при этом фильтрационные сопротивления.
Проведенные исследования в интервале пород с максимальными значениями полезных компонентов, позволили выявить и оценить фильтрационные параметры для обоснования геотехнологической схемы отработки.
Нагнетание технической воды проводилось непрерывно при трех ступенях давления Р - 0,2; 0,4 и 0,6 МПа. Результаты представлены в таблица 3 и на графике, рис. 3
Таблица 3
Результаты нагнетания воды в скважины опытного блока
Литологии м3/сут Кф, м/сут
Р=0,2МПа Р=0,4 МПа Р=0,6 МПа
Алевролиты 0,11 0,2 0,5 0,2 • 10"3
Глинистые среднезернистые песчаники 23,0 47,0 90,0 0,5 • Ю-2
Слабоглинистые мелкозернистые песчаники 3,0 6,1 13,0 4- 10"*
0,2 0,4 0,6
Давление нагнетания (Р), МПа
• средним слои - верхний слой
Рис. 3. Изменение приемистости (С?) скважин от давления нагнетания (Р)
Взяв за основу методологию Ч. Джекоба для расчета и сравнения значений коэффициентов фильтрации, нами предложен метод оценки значений К,|, при графическом построении зависимости = ( Р ), показатели которой, в свою очередь, функционально связаны со
значениями повышения ( понижения) уровня. Исходя из таких предпосылок и преобразовав одну из составляющих зависимости Дюпюи - Тима, получим:
Ф10-С
где О. - количество жидкости, нагнетаемой в скважины, м3 / сут;
10 -рабочая длина скважины, м;
Р -давление нагнетания, м вод.ст.;
С -тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.
Формула (1) дает возможность качественно и количественно сравнить величины Кф. Откуда следует, что начальные наиболее пологие отрезки зависимостей С> = £ ( Р ), рис. 3, в интервале значений Р = 0,2 +0,4 МПа (для нижнего и верхнего слоя) соответствуют коэффициентам трещинной фильтрации, а верхние - с большей величиной тангенса угла наклона к оси абсцисс и не пропорциональным, по сравнению с начальными отрезками прямой увеличением С?, соответствуют суммарной величине трещинной и поровой фильтрации, при Р = 0,4 +0,6 МПа. Разница величин углов наклона отрезков каждой прямой, в этом случае, соответствует относительным значениям поровой фильтрации породного массива.
По данным геологических исследований, минерализация в этих литологических разностях приурочена как к трещинам, так и связана с глинистым цементом, в основном, с рассеянными в нем органическими включениями.
Все это в комплексе определяет необходимость создания гидродинамического режима равномерной порово-трехцинной фильтрации выщелачивающих растворов. В связи с этим проведены исследования по выявлению раздельных значений Кф для трещинной и поровой сред породного массива.
В скважину 3 верхнего ряда и в скважину 13 нижнего ряда, рис.4, проводилось попеременное нагнетание воды под давлением 0,2 и 0,4 МПа Нагнетание проводилось до установления стационарного режима фильтрации, контролируемого по объемам дренажа воды из скважин 4 и 11, который устанавливался, соответственно, через 8 и 12 суток непрерывной подачи воды, остальные скважины были закрыты.
Рис. 4. Схема размещения технологических скважин в опытном блоке подземного выщелачивания Примечание: 1-Ш - литологические разности пород; 10 - технологические скважины; 1 -номер скважины; «+» - нрд-нетательные скважины; «-» - разгрузочные скважины; 16 - цементная пробка (паккер); 17 - полиэтиленовый шланг; 18 - дренажная канава; 19, 20 - коллектор для сбора (подачи) раствора
После прекращения нагнетания воды через каждые 30 сек фиксировался расход, дренирующий из сг'уважин 4 и 11. Результаты наблюдений приведены на графиках, рис.5.
Время дренажа (I), мин
Рис.5, Зависимость величины дренажа воды от времени, после прекращения подачи
Левая - наиболее крутая ветвь графика, линейная зависимость, соответствует области трещинной фильтрации. Правая — более пологая, также линейная зависимость, соответствует области поровой фильтрации. При прекращении подачи воды, в начальный период времени (более короткий), происходит дренаж из трещин, а затем дренируют поры и капилляры (процесс более длительный). Причем, режимы поровой фильтрации для двух слоев практически идентичны, что свидетельствует об относительном равенстве их фильтрационных показателей.
Исследуемые слои различаются лишь интенсивностью трещиноватости (количеством трещин на единицу объема горной массы), что отмечается при визуальном исследовании кернового материала.
Так как крутизна отрезка прямой, характеризующей снижение интенсивности дренажа жидкости из скважины, находится в пропорциональной зависимости от степени трещиноватости породного массива, то, сравнив отношение тангенсов углов наклона отрезков прямых, соответствующих породам определенной литологической разности, получим, что степень трещиноватости верхнего слоя в 5 раз превышает соответствующий показатель нижнего слоя.
Процесс ПВ руд в фильтрационном режиме во многом определяется качеством работы нагнетательных скважин, которые должны обеспечивать необходимый расчетный уровень гидродинамического режима. Однако, практика ПВ свидетельствует, что процессы химической и физической кольматации порово-трещинного объема пород обеспечивают условия для закономерного снижения приемистости нагнетательных систем.
На рис. 6 приведены зависимости изменения приемистости скважин 2 и 9 во времени при подаче в породный массив кислых рабочих растворов. Обе кривые приведены к давлению в системе нагнетания 0,4 МПа._
ч
"к
■Скв.9 ■ Скв.2
4,5
Время,мес.
Рис. 6. Снижение приемистости нагнетательных скважин во времени
Для оценки снижения проницаемостей верхнего (скв. 2) и среднего слоев (скв. 9) необходимо сравнить показатели раствороприемистости этих скважин за равный временной отрезок их эксплуатации. Требование это обусловлено тем, что на заключительном этапе проведения эксперимента снижение приемистости скважин в единицу времени для этих слоев, в среднем, составило 0,078 и 0,065 м / сут за 6™ месяцев режимных наблюдений.
В теории и практике гидродинамики подземных вод доказано, что при одновременной работе створа (ряда) нагнетательных скважин между ними формируются застойные « мертвые» зоны, в которых практически отсутствует движение жидкости, рис.7. Образование таких зон обусловлено искривлением части радиальных потоков, движущихся от скважин во встречном направлении.
Рис. 7. Схема формирования мертвых (застойных зон при фильтрации растворов)
Примечание: ХУЛУ - мертвые (застойные) зоны; -у. - направление движения растворов;
к_ - расстояние от скважины до границы застойных зон.
Увеличение пути фильтрации крайних линий тока способствует возникновению дополнительных фильтрационных сопротивлений, что также приводит к снижению суммарной приемистости всех скважин нагнетательного ряда.
Исходя из условий формирования «застойных» зон между нагнетательными и дренажными скважинами, формула Аренса - Гайдина для расчета фильтрационного сопротивления при работе одиночной технологической скважины, преобразована нами с учетом одновременной работы ряда равнозначных скважин:
к = я-к'1-Р. (2)
Я-Ь
где Я — величина фильтрационного сопротивления; п — количество скважин в ряду, шт.; к - коэффициент фильтрации пород, м / сут; 1С1М - рабочая длина скважины, м;
Р -давление нагнетания, м вод. ст.;
<7-удельный расход, м2/сут; •
Ь- усредненное расстояние от скважин в веере (в ряду) до границы «застойных» зон, м.
Из анализа формулы (2) следует, что чем больше размеры застойных зон и, соответственно, меньше величина Ь, фильтрационное сопротивление жидкости возрастает.
Чтобы исключить влияние застойных зон на формирование дополнительных фильтрационных сопротивлений и с целью повышения приемистости скважин, предложена и реализована на практике конструкция нагнетательных и дренажных систем в виде щелей.
Щели сооружались средствами гидротехнологии в результате гидроразмыва. В связи с этим необходимо было решить принципиальную технологическую схему размыва:
- в незатопленной среде свободными гидромониторными струями;
- в затопленной среде, затопленными струями.
Создать условия незатопленного забоя в стесненных условиях щели оказалось достаточно сложно. Поскольку пропускная способность оконтуривающих щель скважин не всегда позволяла удалять из щели отработанную воду и размытую горную породу. Хотя, как показали
предварительные опытные работы, производительность гидроразмыва незатопленными струями превышала эффективность затопленных более чем в два раза.
Кроме того, технология сооружения отрезной щели осложнялось еще и тем, что ствол гидромонитора в процессе размыва постепенно опускался вниз и при длине щели около 8 метров, забой оказывался ниже устья скважины почти на 1м. При таком размыве оказалось очень сложно транспортировать по скважине (смывать) размытую породу, т.к. эксплуатационная щель сразу же после начала размыва по почве имела отрицательный уклон. В связи с этим, в результате предварительных работ, выявилось ряд задач, которые должны были экспериментально исследованы:
1. Начальный угол заложения скважин, оконтуривающих отрезную щель.
2. Величина прогиба ствола гидромонитора в зависимости от его длины.
3. Производительность гидромонитора по размыву и время сооружения отрезной щели.
Был разработан и изготовлен опытный стенд по исследованию затопленных струй, рис.8. Стенд состоит из трубы диаметром 400мм и длиной 2,6 метра (1). По оси трубы размещается гидромонитор (2) со сменной насадкой (3). Ствол гидромонитора (2) соединен посредством полиэтиленовый шланга (4) с центробежным насосом (5) ЦН-105-98. Ствол гидромонитора может перемещаться по оси стенда через сальниковый уплотнитель (6) и центратор (7). На противоположной сторое трубы-корпуса (1) установлен щит (8) с вмонтированными медицинскими иглами (9) диаметром 0,7мм. Каждая из пяти игл соединена с монитором (10). Корпус (1) снабжен сливным патрубком (11).
Проведение исследований проводилось в следующем порядке. После установки на стволе гидромонитора насадки (3) определенного диаметра и рабочего давления по монитору (12) центробежного насоса, изменялось расстояние выходного сечения насадки до измерительного щита (8). Расстояние до щита (8) изменяется как: 0,15; 0,5; 1,0; 2,0 метров, а давление: 7-105; 10-Ю5; 14-Ю5; 30-Ю5 Па. Для каждого расстояния фиксировалось давление по оси гидромониторной струи. Результаты опытов "представлены на рис.9.
Основные опытные исследования по размыву отрезных щелей проводились на вскрытом уступе в реальном массиве борта угольного разреза, на опытном блоке ПВ.
Ствол гидромонитора устанавливался на машине ЗИЛ-130 (1) с поднимающейся платформой (2), рис. 10. Отработанная вода с твердым из отрезных щелей по желобу (3) стекала в зумпф (4) с мерными рейками (5). Осветленная вода поступала в зумпф (6) центробежного насоса (7) и откуда под давлением к гидромонитору.
Опыты проводились в следующем порядке. Насадки для исследований принимались следующих диаметров: с!=10; 15; 18; 21мм. Давление на гидромониторе изменялось от 7 до 20 ат.
Определялось время, за которое ствол гидромонитора (8) углублялся в разрезную щель на глубину 1=20м (по отметке на стволе гидромонитора). Производительность размыва определялась
Ь й 2,0 «• »
Радиас размыва 1?, и
Рис.9. Уменьшение осевого давления по длине затопленной струи
Рис. 10. Технологическая схема ведения работ по сооружению разрезной щели
по объему твердого, осевшего в зумпфе (4). Кроме того, были проведены исследования при неизменном давлении (Р=10105 Па) и различного диаметра насадок.
Результаты опытов на рис.11, как зависимость производительности гидроразмыва от
Рис. 11. Зависимость производительности гидроразмыва от давления и диаметра насадки
Обработка опытных данных позволила представить производительность гидромонитора от расходно-напорных параметров в виде выражения:
JP — р
2 g-
P°g . (3)
где со - площадь поперечного сечения насадки, м2;
Р - давление на насадке, Па;
Р*р - критическое (размываемое) давление на забое, Па
р0 - плотность воды, кг/м3
Например, производительность гидроразмыва при диаметре насадки с1=18мм и давлении Р=10ат (10105Па) составит
W 4 V 1000-9,81 ' (4)
При высоте отрезной щели Ь=2м, ширине Ь=100мм и длине 1=20м, время ее сооружения составляет
_ V 2-20-0,1
Т =— =-— = 3,61ч = 217мин
QT 1,107 ^ (5)
С целью повышения надежности работы гидротранспорта, скважины бурились с наклоном а = 8°. Кроме того, насадки устанавливались под углом 30° к стволу гидромонитора с тем, чтобы прогиб ствола был меньше с одной стороны и сооружение щели проводилось при прямом и обратном ходу ведения гидроразмыва в скважине. При прямом начальном размыве, насадки поворачивались кверху, и щель проходилась на всю свою глубину. Обратным ходом, ствол поворачивался на 180 и насадка направлялась к низу, тем самым уже по расширенной щели выносилось разрушенное твердое.
Для давления на насадке Р=1 Оат и диаметра насадки d=l 8мм - расход воды
Q — Uj2g-^—- • 0,785</3 Ро8
Q = 0,95 - J2g 10 "1Q5 - 0,785 - (l8 • 10"3)а = 0,0108
V 1000-9,81 V ' /
(6)
При размыве щели через нижнюю скважину, щелевое пространство соединялось (сбивалось) со щелью, образованной при работе гидромонитора в верхней скважине. Далее щели оборудовались аналогично нагнетательным скважинам.
3. Интенсивность процесса выщелачивания во времени прямо пропорциональна свободной энергии образования комплексов полезных компонентов в продуктивных растворах и обратно пропорциональна свободной энергии их минеральной фазы.
Для разработки технологии комплексного извлечения полезных компонентов из минерализованных пород налегающей толгци угольного разреза способом подземного выщелачивания, проведен комплекс исследований, который включал следующие стадии работ: - обоснование и выбор участка опытных работ, и схемы расположения технологических скважин; -горная и технологическая подготовка блока ПВ;
-бурение, оборудование и обвязка технологических скважин, сооружение и подключение емкостей для приготовления рабочих и сбора продуктивных растворов, а также переработке ( сорбции) их; -проведение геотехнологической стадии, обусловленной формированием и поддержанием гидродинамических и геохимических условий по переходу металлов в продуктивные растворы.
В процессе геотехнологической стадии оценивались: технология ПВ металлов через веера скважин, пробуренных в борту уступа разреза и гидродинамический режим их эксплуатации;
характер кинетики выщелачивания ПК; гидротехнология сооружения нагнетательных и дренажных устройств (вертикальные щели).
Так как максимальные содержания ПК на Нерюнгринском месторождении приурочены к зоне контакта налегающих пород с угольными пластами, мощность которой составляет 35-50 м , то опытный блок был заложен в осадочных отложениях, на расстоянии »10 м от продуктивного угольного пласта.
Блок ПВ состоял из 5— вееров скважин, по 3 скважины в веере ,рис.4. Вертикальное расположение нагнетательных и дренажных вееров скважин позволяет формировать плоскопараллельный режим фильтрации растворов, который должен обеспечивать равномерную проработку невыдержанных пс, мощности и простиранию переслаивающихся литологических разностей.
При горизонтальном расположении нагнетательных и дренажных рядов скважин л отологические разности о относительно высокими значениями Кф прорабатываются более игггенсивно выщелачивающими растворами. Это приводит к неравномерной степени выщелачивания, а на заключительной стадии процесса формирует потоки продуктивных растворов с минимальными концентрациями ПК, которые являются факторами разубоживания и понижения содержания металлов.
Для сбора части продуктивного раствора, не перехватываемого дренажными веерами скважин и дренируемого через стенку уступа разреза, пройдена с уклоном « 0.001 дренажная канавка, в которую собирается эта часть растворов. Основной объем дренируемых продуктивных растворов поступает из скважин в сборный коллектор. Для предотвращения фильтрации и потери части растворов на днище канавки укладывается полиэтиленовая пленка.
Продуктивные растворы, поступающие из опытного блока ПВ и экспериментальной установки КВ собираются в емкость объемом 3 м3, из которой перекачиваются в сорбционную емкость (1 м3 ), заполненную активированным древесным углем БАУ (из березовой древесины), размер гранул -2 +1,2 мм. Получаемый химический концентрат в дальнейшем планируется реализовывать на гидрометаллургические предприятия.
Опытный блок характеризуется следующими параметрами: ширина-9 м, длина-22, высота-5 м ( с учетом растекания растворов ); объем породной массы-990 м , плотность-2,2 т / м3; масса пород- 2187 т. Исходя из этих показателей и содержаний металлов в опробуемом интервале мощности, рассчитаны исходные запасы полезных компонентов в блоке ПВ, таблица 4.
Таблица 4
Содержание компонентов в продуктивных растворах опытного блока
Элемент Содержания в растворах, мг / л
Максимальное Среднее
Бор 32,5 8,3
Бериллий 0.22 0,07
С'фонций 6,9 4,8
Германий 0,2 0,07
Галлий 0,78 0,3
Иттрий 4,85 1,86
Иттербий 0,37 0,14
Лантан 2,84 1,29
Литий 4,7 1,75
Средняя приемистость одной нагнетательной скважины, учитывая процессы кольматации, изменения величин давлений подачи, а также увеличение пути фильтрации растворов с 2х- до 4х м, составила 5,7 м3 / сут , а суммарная приемистость 633 скважин - 34,4 м3 / сут; продолжительность эксперимента в летнем сезоне - 20 недель ( 4,6 мес.).
Оценка вещественного состава и содержаний металлов в породах налегающей толщи позволила выделить 16^ основных полезных компонентов, которые, исходя из
.гидрогеохимических условий (рН - ЕЬ), формируемых сернокислотным геотехнологическим режимом, образуют относительно устойчивые комплексы миграции в продуктивных растворах.
Нагнетание рабочих растворов под давлением 0,6 МПа (на начальной стадии) проводилось одновременно в два веера скважин ( + ). Два крайних и центральный веера (-) оборудовались в качестве разгрузочных, дренаж растворов из которых осуществлялся через полиэтиленовые шланги непосредственно в приемный коллектор и дренажную канавку. В зависимости от продолжительности работ и с учетом выявленного влияния процессов кольматации на изменение приемистости нагнетательных скважин, достигнуто фактическое значение величины ж : т = 2,2. Концентрация серной кислоты в рабочих подаваемых растворах на начальной стадии выщелачивания составила 15 г / л, ЕЬ « 0,4 в, процесс проводился без добавления окислителя до ж : т - 0,8.
Величина рН в дренажных растворах через 10-15 суток (по различным разгрузочным скважинам) установилась на уровне 1,8 - 2,0. Скорость продвижения зоны закисления составила 0,5 - 0,7 (коэффициент запаздывания) от средней расчетной скорости фильтрации, равной 0,3 м / сут. Химический анализ продуктивных растворов выполнялся раз в сутки первые две недели. В дальнейшем интервал отбора проб составлял 2 раза / нед. в течении месяца, а затем раз / нед. до окончания эксперимента.
После достижения величины ж : т = 0,8, процесс выщелачивания продолжался с добавлением в рабочие растворы окислителя - пероксида водорода (Н2О2) с концентрацией 2,53,0 г / л, что привело к повышению концентраций практически всех полезных компонентов в продуктивном растворе. При этом, величина ЕЬ увеличилась с 0,4 - 0,45 до 0,6 - 0,7в. Концентрация кислоты в подаваемых растворах после достижения ж : т - 0,8 была повышена до 20 г / л, а величина рН продуктивных растворов поддерживалась на уровне 1,2 - 1,4.
Наиболее характерные кривые, характеризующие кинетику выщелачивания ПК, представлены на рис. 12-17 ( Рис. 5.1,5.2, 5.4-5.7)
Рис. 12, Кинетика выщелачивания молибдена
/ \
1 \
у \ \
/ \
J \
ч
У ч V
V
Время, нед.
Рис.13. Кинетика выщелачивания ванадия
Рис. 14. Кинетика выщелачивания меди
Рис. 15. Кинетика выщелачивания марганца
г \
/ \
/ \ к
4 \
*
15 ют го'
Время.нед,
Рис. 16. Кинетика выщелачивания цинка
Г
Л- / !
г
1 в 10 1 в 20
Рис. 17. Кинетика выщелачивания скандия
Также переходили в продуктивный раствор в режиме сернокислотного выщелачивания: бор, стронций, лантан, литий, бериллий, иттрий, иттербий, германий и гафний. Однако, частота и количество химических анализов этих компонентов в растворах выщелачивания выполнялись не с достаточной периодичностью, чтобы достоверно охарактеризовать кинетику процесса. В табл.5 приведены максимальные и усредненные значения этих компонентов в растворах.
Таблица 5
Содержание компонентов в продуктивных растворах опытного блока
Элемент Содержания в растворах, мг / л
Максимальное Среднее
Бор 32,5 8,3
Бериллий 0.22 0,07
Стронций 6,9 4,8
Германий 0,2 0,07
Галлий 0,78 0,3
Иттрий 4,85 1,86
Иттербий 0,37 0,14
Лантан 2,84 1,29
Литий 4,7 1,75
Коэффициенты извлечений германия, галлия, иттрия, иттербия, лантана лития находятся в интервале 5,7 - 13 %, а суммарное их количество, перешедшее в выщелачивающий раствор, составило 25, 95 кг.
Следует отметить, что содержания иттербия, лития и галлия в растворах выщелачивания на момент окончания экспериментальных работ находились на уровне средних значений и даже превышали их. Таким образом, можно констатировать, что для получения более высоких значений коэффициентов извлечения необходима большая величина ж : т, которая не была достигнута в эксперименте. Без применения окислителя содержание редких земель в растворах ПВ находилось на уровне мкг / л.
Содержание в породе, запасы в блоке ПВ, среднее содержание в продуктивных растворах, количество металла, перешедшее в раствор, коэффициент извлечение, анализируемых в процессе опытных работ ПК, приведены в табл.6.
Таблица 6
Параметры выщелачивания опытного блока
\Элементы
Параметры4^ Мо V Хп Мп Си А1 Бс В Ве Ьа и Бг У УЬ ве Са
Запасы, кг 30,2 332,9 1119,7 2515 761 25150,5 16,4 152,4 17 62,3 99,7 311.8 77 11,8 2,6 12.5
Содержание, г/т 13.8 152,5 512 1150 348 11500 7,5 69.7 7,8 28,5 45,6 142,6 35,2 5.4 1.2 5,7
Среднее содер. в р-ре, мг / л 28 35 210 121,2 136 274 0,25 8,3 0,07 1,2 1,75 4,8 1,86 0,14 0,07 0,3
Извлечено в раствор, кг 24,2 168,4 1010,3 582 654,3 1318 1,2 39.6 0,37 6,2 8,4 23,1 8,9 0,67 0,34 1?44
Коэффициент извл.(г), % 80,0 50,6 90,5 23,0 86,0 5,2 7,3 26,0 1,6 0,0 8,5 7,4 11,6 5,7 13,0 11,5
Прогнозные объемы пород с повышенным содержанием металлов, приуроченные к вскрытой части разреза с кровлей угольного пласта (периметр 5, 4 км), при среднем интервале
мощности » 35 м и глубине бурения скважин « 22 м, пригодные для отработки способом ПВ,
составляют: 5400 м х 30 м х 22 м » 3.5 • 10б м3 (7,8 • 106 т). Прогнозные ресурсы металлов, с
у четом содержаний, табл.1, составляют, т :
Мо-108 Sc-59 Sr- 1112
V- 1190 В - 544 Y - 275
Zn - 3994 Be-61 Yb-42
Mn — 8970 La-222 Ce-9,5
Cu-2715 Li-356 Ga-45.
Al-89700
В летнем сезоне проведены опытные работы по КВ металлов из налегающих (вскрышных) пород, складированных отвалов.
Учитывая параметры площадки (10х10м)и полученные: высота кучи 2, 5 м , угол откоса » 60° . коэффициент разрыхления 1,2, плотность породной массы 2,2 т / м3, к выщелачиванию было подготовлено 365 т породной массы ( объем кучи 198 м3). Запасы полезных компонентов в выщелачиваемой породной массе и полученные геотехнологические показатели, исходя из усредненных содержаний в складированных отвалах, приведены в табл.7.
Таблица 7
Параметры кучного выщелачивания металлов
Металлы Параметру Мо V Zn Мп Cu Sc Be В Al Li Sr Y Yb La Ge Ga
Содерж., г /т 2,3 61 152 141,1 62 5,2 3,3 29 4600 16,4 67 10 2,2 19 0,5 2,48
Запасы,кг 0,84 22,3 55,5 51,5 22,6 1,9 1,2 10,6 1679 6,0 24,5 3,7 0,8 6,9 0,18 0,9
Содерж. в растворах, мг/л: Макс. Мин. 10 1 25 7 60 4 21 8 50 10 0,25 0,15 0,03 0,15 150 15 0,24 0,11 L9 0,18 0,48 0,2 0,06 0,01 21 0,02 0,02 0,15 0,09
Извлечено в раствор,кг 0,62 4,1 22,5 12,5 20,4 0,175 0,01 34,3 0,28 1,25 0,129 0,04 0,17 - 0,1
Коэф. извл.,% 74 18.4 40,5 24,2 90,4 9,2 0,83 3,4 4,7 5,1 3,5 5,0 2,46 - 11,1
В отвальных породах в объеме 1415,8 • 10б м3 (1231 • 106т) при среднем содержании, прогнозные ресурсы металлов для отработки кучным выщелачиванием составляют, т: Мо-2831 Бс-6401 Бг - 82477
V- 75091 В -35699 У - 12310
гп- 187113 Ве-40623 УЬ - 27082
Мп-173694 Еа-23389 Се-615
Си- 76322 20188 0а-3053.
А1 - 5, 6 • 10б
Трудоемкость определения и учета многих показателей процесса разрушения твердой фазы обусловили выбор нами иного методического подхода к расчету свободной энергии реакции растворения.
Расчет свободной энергии системы твердое тело - жидкость учитывает влиянии на процесс таких показателей, как величина зарядов (валентностей), взаимодействующих ионов, и их радиусов. За основу нами взята геоэнергетическая теория А.Е.Ферсмана, в которой энергия
.кристаллической решетки является основным параметром для построения физико-химических закономерностей в данной системе взаимодействия.
Основываясь на научных разработках и учитывая необходимость доступных методов расчета энергии кристаллической решетки, А.Е.Ферсман создал и обосновал теорию, позволяющую оценить «пай» энергии, который вносит каждый ион в гетерополярное соединение при его образовании из ионов, находящихся в бесконечности относительно друг друга и назвал этот показатель эком: ЭКк- энергетический коэффициент катиона; ЭКа- соответственно, аниона. Если известны эти величины, то энергия кристаллической решетки ( по Ферсману ):
и = 256,1-(а-ЭКк +Ь-ЭКа), (7)
где а и Ь- число катионов и анионов в молекуле;
256,1- коэффициент Капустинского для перевода энергии в ккал / г-молекулу
вещества.
Обоснования Ферсмана, что ЭК- величина энергии, которую вносит каждый ион в процесс образования комплексного соединения, позволяет с приемлемым уровнем достаточности определить величину энергии затраченной для образования этого комплекса в растворах выщелачивания.
Представленные зависимости обоснованы для грамм- молекулы вещества. Чтобы адаптировать расчетные аналитические показатели величин свободной энергии (в) для практических целей подземного и кучного выщелачивания введены коэффициенты, которые характеризуют уменьшение (увеличение) фактических содержаний металлов в растворах и твердой фазе по отношению к величине г- мол. В формулу (7) введен коэффициент Кр_ учитывающий фактическую мольную долю концентрации компонента в м3 продуктивного раствора, соответственно, для минеральной (твердой) фазы коэффициент Кип, учитывающий фактическое содержание этого компонента в 1 т породной массы. Принимая во внимание показатели К и К„ш, величины свободной энергии можно определить из следующих формул:
°р-р=кр-р-ир-р> (8)
где Ср.р- показатель свободной энергии вещества продуктивного раствора, ккал / г-мол; ир_р - расчетная величина энергии растворения вещества, ккал / г-мол;
Кр-р - Доля вещества в продуктивном растворе по отношению г-мол.
=К11Ш-(\-£)-иша, (9)
где Ста- показатель свободной энергии вещества твердой фазы, ккал / г-мол; С/„„ - энергия кристаллической решетки вещества ккал / г-мол;
Ктя - характеризует отношение количества вещества в т породной массы к г-мол этого вещества; '
е - коэффициент извлечения (перехода в выщелачивающий раствор) на время определения свободной энергии вещества минеральной фазы, д. ед. '
Для оценки эффективности протекания процесса выщелачивания вводится интегральный показатель Ия, который комплексно учитывает влияние геохимических и гидродинамических условий на интенсивность перехода полезного компонента в раствор и определяется по формуле:
. ;; (ю)
действительной при значении г < 50 -55 %. .
Таким образом, наибольшей эффективности процесса выщелачивания соответствует значение И. = 1,0. Чем больше значение показателя Ил отличается от 1,0 (в меньшую сторону), тем менее эффективно протекает процесс разрушения минеральной фазы активными выщелачивающими растворами. Повышение значений И, обеспечивается методами
интенсификации - путем изменения геотехнологического (гидродинамического и геохимического) режима выщелачивания.
Оценим значение показателя Ив на примере выщелачивания молибдена и цинка на момент времени равном 6 неделям и достигнутом значении ж : т » 0,6.
По результатам геологических исследований, большая часть этих металлов (более 90% ) представлена в виде MoSi и ZnS. С учетом зависимости (7), энергия кристаллической решетки составит:
UМо = 256,1 ( 8,5 + 2,3 ) = 2765,88 ккал / г-мол - для молибдена;
Uzn - 855 ккал / мол - для цинка.
Из табл. 1 следует, что содержание молибдена в опытном блоке 13,8 г/т, цинка 512 г/ т.
Молекулярная масса MoSj и ZnSi составляет 160 и 97 г-мол. Тогда значение К,т - 13.8 / 160 = 0,086 - для молибдена и 5,3 для цинка.
Величина свободной поверхностной энергии твердого тела до начала выщелачивания (9) составила:
G,m = 0,086 х Umo = 0,086 х 2765,88 = 327, 9 ккал - для молибдена;
(?,„„= 5,3 X Uz„= 5,3 х 855 = 5044,5 ккал - цинка.
Определим величину е. Общее количество растворов с содержанием молибдена 1 мг / л составило: 0,11 м3 / т х 2187 т = 240,6 м3. Такая же величина объема раствора соответствовала и среднему содержанию 4 мг / л. Тогда количество выщелоченного молибдена, за этот период, составило: 1 мг / л X 240.6 м3 + 4 мг / л X 240,6 м3 = 1,2 кг, а значение е = 1,2 / 30,2 = 0,0397.
Соответственно, эта величина для цинка равна 0,0329.
В продуктивном растворе молибден находится, в основном, в виде комплекса НМ0О4 , а цинк , соответственно, ZnS04, Исходя из этого, расчетная величина Up-p (7) для молибдена составит 4046,3 8 ккал / г - мол, для цинка - 73 6,6 ккал / мол.
На расчетное время (6 недель эксплуатации) содержание молибдена в продуктивном растворе составляло 4 г / м3, а цинка 110 г / м3, тогда величина Кр-р — 4 / 161 = 0,025 - для молибдена и 0,68 для цинка.
Расчетные величины свободной энергии растворенных веществ (8 ):
Gp.p = 0,025 х 4046,3 8 = 101.2 ккал - для молибдена;
Gp.p - 0,68 х 736,6 = 501,6 ккал - для цинка.
Величины Gnm , на рассматриваемое время выщелачивания, уменьшаются с учетом коэффициента извлечения (9) и составят:
G„,e = 237, 9 • ( 1 - 0,0397 ) = 228,5 ккал - для молибдена;
G,m = 5044, 5 • ( 1 - 0,0329 ) = 4878,5 ккал - для цинка.
Тогда показатель И„ (10) равен: 101,2 ккал / 228,5 ккал = 0,44 - для молибдена и 501,6 ккал / 4878,5 = 0,1 - для цинка.
Значения интегрального показателя Ив свидетельствуют, что минерализация цинка является более трудновскрываемой (на начало выщелачивания) по сравнению с молибденовой. К природным условиям, обеспечивающим устойчивость минералов цинка к выщелачивающим растворам, следует отнести:
- приуроченность минерализации к глинистым слабопроницаемым литологиям, процесс выщелачивания которых контролируется законами диффузионного массопереноса;
- структурные особенности минерализации, выполняющей поры и микротрещины породного массива, и перекрытой сопутствующими полезными компонентами, разрушение (выщелачивание) которых является необходимой подготовительной стадией для последующего выщелачивания цинка;
- полученные величины показателя И„ для молибдена и цинка свидетельствуют о потенциальном резерве повышения эффективности процесса выщелачивания после достижения ж : т « 0,6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации дано новое решение актуальной для горнодобывающей промышленности задачи - обоснование геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих минерализованных пород угольных разрезов, позволяющей расширить сырьевую базу, обеспечить ресурсосбережение и экологическую защиту окружающей среды.
Основные научные результаты, выводы и рекомендации:
1. Аналитически обосновано и практически подтверждено, что в интервале контакта налегающих пород с угольными пластами формируется гидрогеохимический барьер в результате эманации метана, растворении и окислении его и продуцировании диоксида углерода.
2. Установлено, что понижение окислительно - восстановительного потенциала до 0,2 -0,04 в способствует концентрированию в 30 - 35 метровом интервале мощности относительно высоких содержаний (в 3 - 5 раз выше средних) полезных компонентов в порово-трещшшом породном массиве.
3. Экспериментально установлено, что фильтрационные параметры: коэффициенты фильтрации порово-трещинного породного массива и величины приемистости технологических скважин, позволяют формировать единый гидродинамический режим при подземном выщелачивании металлов из переслаивающихся минерализованных пород естественного залегания.
4. Фильтрационные сопротивления, возникающие при эксплуатации технологических скважин и влияющие на снижение их производительности, не формируются при использовании в качестве нагнетательных и дренажных систем вертикальных щелей, пройденных способом гидротехнологии.
5. Производительность нагнетательных щелей не зависит от процессов кольматации породного массива и обеспечивает поддержание необходимых скоростей фильтрации выщелачивающих растворов в течении всего периода их эксплуатации.
6. Экспериментально установлено, что уменьшение осевого давления по длине распространения затопленной гидромониторной струи при расчетах должно определяться по предлагаемой зависимости с учетом длины струи и диаметра насадки гидромонитора и и начальной скорости вылета струи из насадки.
7. Установлено, что производительность гидроразмыва зависит от диаметра насадки гидромонитора (при показателе степени 2), рабочего давления (при показателе степени 1,6) и степени размываемости пород.
8. Интегральный показатель Ив, равный отношению величин свободных энергий полезных компонентов в продуктивном растворе и твердой фазе, комплексно учитывает и зависит от изменения геохимических и гидродинамических условий процесса выщелачивания.
9. Экспериментальные работы по подземному и кучному выщелачиванию 16 полезных компонентов из пород налегающей толщи в сернокислотном режиме подтвердили возможность реализации данной технологии в промышленном масштабе.
В объеме пород, вскрытой части разреза! по контакту с угольным пластом прогнозные ресурсы полезных компонентов для технологи! подземного выщелачивания составляют от 9,5 т (Се) до 89700 т (А1). Прогнозные ресурсы полезных компонентов для технологии кучного выщелачивания, сосредоточенные в складированных отвалах вскрышных пород, в среднем, в 50 раз превышают минеральные ресурсы для подземного выщелачивания.
Технологии подземного и кучного выщелачивания являются единым технологическим процессом, основные параметры которого составляют:
- концентрация серной кислоты в рабочих растворах - 10 г / л;
- содержание окислителя (Н2О2) - 3 г / л;
- отношение жидкого к твердому - 3 - 5 м3 / т.
Конечный продукт реализации - химконцентрат, сорбированный на угле.
10. Технологию добычи угля и геотехнологические способы получения полезных компонентов следует рассматривать как единый технологический комплекс по эффективной безотходной переработке минерального сырья.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Отходы обогащения каменных углей - сырьевая база редких металлов //Ресурсы недр: экономика, геополитика, геотехнология и геоэкология, литосфера и геотехника // Сборник материалов Международной научно-практической конференции // Пенза, РИО ПГСХА. 2003 // Соавторы: Гриб H.H., Никитин В.М. С. 33 - 35.
2. Прогноз нарушения равновесия природной среды при освоении угольных месторождений // Сб. материалов Международной научной конференции « Биосфера и человек» // Пенза, 2003. // Соавторы: Гриб H.H., Никитин В.М; С. 38 -39.
3. Применение математического аппарата Марковской нелинейной статистики для оценки трещиноватости углевмещающих пород по геофизическим данным // Горный журнал, 2004, №8 // Соавторы: Гриб H.H., Скоморошко Ю.Н. С. 87 - 89.
4. Перспективы разработки техногенных образований углеобогащения в Южной Якутии // XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. Тезисы докладов // Миасс: МСНТ, 200 // Соавторы: Гриб H.H., Никитин В.М.. С. 75
5. К вопросу извлечения драгоценных и редких металлов из отходов обогащения каменных углей Нерюнгринского месторождения // Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых // Материалы республиканской научно-практической конференции 27-29 августа 2003 года, г. Якутск, часть 1 // Изд-во ЯГУ. С. 40 -41.
6. Перспективы разработки техногенных образований обогащения коксующихся углей в Южной Якутии// Наука и технологии: Сборник научных трудов РАН, 2003, С. 211 -225.
7. О перспективах извлечения благородных металлов и редкоземельных элементов из отходов обогащения Нерюнгринской обогатительной фабрики // Горный информационно-аналитический бюллетень //Региональное приложение //Якутия, 2005, вып. 1,С.Ю1 -106.
8. Теоретическое обоснование процесса формирования продуктивных растворов в порово-трещинном рудном массиве // М.: Геология и разведка, 2006, № 2//Соавторы: Лобанов Д.П., Малухин Н.Г., Маркелов C.B., НебераВ.П., Сай, С. 45-48.
9.. Свободная энергия — геотехнологический параметр управления процессом выщелачивания // Сб. Материалов V Международной научно - практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» // Москва, РГГРУ, РАЕН, апрель 2006, С. 152.
10. Двойная пористость пород - фактор формирования фильтрации в подземном выщелачивании // Сб. Материалов V Международной научно - практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых»// Москва, РГГРУ, РАЕН, апрель 2006, С. 151.
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Подписано в печать 26.09.2006. Формат 60x84/16. Бумага тип. №2. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ N8 745. Издательство ТИ (ф) ЯГУ, 678960, г. Нерюнгри, ул. Кравченко, 16.
Отпечатано в типографии ООО «Печатный дом», г. Нерюнгри, ул. Южно-Якутская, 22.
Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ивченко, Сергей Николаевич
Введение.
Глава 1. Физико-химическая геотехнология скальных пород. Цель, идея, задачи и методы исследования.
1.1. Краткая характеристика физико-химической геотехнологии скальных руд.
1.2. Цель, идея, задачи и методы исследования.
Глава 2. Природные условия, определяющие формирование минерализации в отложениях, перекрывающих угольные пласты.
2.1. Геологическая характеристика месторождения.
2.2. Гидрогеологические и геокриологические условия месторождения.
2.3. Гидрогеохимические условия, контролирующие минерализацию осадочных пород и подземных вод.
Глава 3. Фильтрационные параметры, характеризующие гидродинамический режим подземного выщелачивания металлов.
3.1. Методика проведения исследований.
3.2. Изменение приемистости нагнетательных скважин.
3.3. Обоснование технологии процесса размыва пород при сооружении нагнетательных и дренажных щелей.
3.4. Проведение опытных работ по сооружению нагнетательных и дренажных щелей.
Глава 4. Свободная энергия - параметр эффективности выщелачивания.
4.1. Теоретические особенности растворения.
4.2. Метод расчета свободной энергии выщелачивания.
4.3. Оценка эффективности процесса выщелачивания.
Глава 5. Обоснование технологий подземного и кучного выщелачивания полезных компонентов из минерализованных пород.
5.1. Выбор и подготовка опытного блока ПВ.
5.2. Кинетика подземного выщелачивания полезных компонентов.
5.3. Исследование технологии кучного выщелачивания металлов.
Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих пород Нерюнгринского угольного разреза"
Актуальность работы. Эффективность работы горнодобывающих и перерабатывающих предприятий в последние десятилетия оценивается по балансу объемов основного получаемого полезного компонента и накапливаемых техногенных отходов минерализованных пород. Особенно актуально это при разработке угольных месторождений.
Складированные отвалы породной массы являются одним из главных источников негативной нагрузки на окружающую среду: атмосфера, земная поверхность, поверхностные и подземные воды. В России к настоящему времени складировано в отвалах свыше 30 млрд. т горных пород, площадь занятых земель составляет сотни км2. Первое место по этим показателям занимает Сибирский регион, где и расположен Нерюнгринский угольный разрез.
В связи с постоянно ухудшающим состоянием экологической обстановки в районах действия горных предприятий и снижением эффективности разработки месторождений в результате ухудшения горно-геологических условий, вовлечение в переработку минерализованных пород налегающей толщи в естественном залегании и складированной в отвалы породной массы (техногенных ресурсов) становится экономически целесообразным.
Вовлечение в переработку геотехнологическими методами больших объемов минерализованной породной массы, считавшейся забалансовой и нерентабельной для эксплуатации, позволяет за сравнительно короткий период в разы увеличить производство металла.
Таким образом, реализация технологий подземного и кучного выщелачивания полезных компонентов (ПК) позволяет существенно снизить степень нагрузки на окружающую природную среду, а также расширить минерально-сырьевую базу народного хозяйства страны.
Постоянно растущий уровень цен мировых рынков на металлы, особенно на цветные и редкоземельные, требует изыскание новых нетрадиционных подходов по выделению массивов минерализованных пород для геотехнологических способов добычи.
В такой постановке задача по освоению физико-химической геотехнологии комплексного извлечения ценных компонентов из минерализованной породной массы и научное обоснование путей ее реализации, несомненно, актуальна.
Цель работы - обоснование технологий подземного выщелачивания минерализованных осадочных пород угольных разрезов в естественном залегании при переработке горной массы в режиме кучного выщелачивания, на основе изучения эффективности процессов фильтрации и кинетики перехода металлов в раствор, позволяет получить ценные компоненты, уменьшить концентрацию тяжелых металлов и общую минерализацию дренажных вод в процессе естественного выщелачивания, снизить негативную нагрузку на природную среду.
Идея работы основывается на выявлении закономерности формирования максимальных концентраций полезных компонентов на гидрогеохимическом восстановительном барьере, с выделением продуктивного массива в налегающей толще пород угольных разрезов, из которых извлекаются геотехнологическими методами ценные компоненты.
Основные задачи исследования:
• анализ геологического материала по выявлению закономерностей распределения минерализации ценных компонентов по мощности налегающих пород;
• оценка гидродинамических параметров для обоснования метода подземного выщелачивания пород в естественном залегании;
• выявление закономерностей снижения производительности нагнетательных скважин и разработка новых нагнетательных устройств подачи растворов;
• обоснование кинетики подземного выщелачивания ценных компонентов из минерализованных пород;
• опытное опробование технологического режима кучного выщелачивания из пород техногенных отвалов.
Методы исследований. Для решения поставленных задач проведен комплексный метод исследований, который включал лабораторные, натурные и опытно - промышленные работы. Применялись спектральный, рентгенофазовый, минералогический и атомноадсорбционный анализы.
Обработка полученных результатов проводилась корреляционным и регрессивным анализом.
Основные защищаемые научные положения
1. Выделение интервала мощности пород повышенной минерализации с учетом геохимического барьера - необходимое условие для подземного выщелачивания ценных полезных компонентов и снижения солевой нагрузки на водную среду при естественном выщелачивании отвальных пород.
2. Нагнетательные щели, сооружаемые методом гидротехнологии, уменьшают интенсивность снижения производительности и отрицательное воздействие фильтрационных сопротивлений, возникающих при работе соответствующих вееров скважин.
3. Интенсивность процесса выщелачивания во времени прямо пропорциональна свободной энергии образования комплексов полезных компонентов в продуктивных растворах и обратно пропорциональна свободной энергии их минеральной фазы.
Научная новизна работы состоит в следующем:
• впервые обосновывается технология подземного выщелачивания ценных компонентов из налегающей минерализованной породной толщи угольного разреза;
• аналитическими исследованиями определена и практическими результатами доказана роль гидрогеохимических процессов в формировании минерализованных пород в зоне контакта с угольными пластами;
• показан метод выявления интервала мощности в налегающей толще пород, учитывающий природный геохимический барьер и контролирующий формирование максимальных содержаний полезных компонентов;
• аналитически установлена и экспериментально подтверждена связь повышенных значений минерализации пород с величинами ЕЬ в процессах окисления метана в водной среде;
• выявлены закономерности снижения производительности нагнетательных скважин в процессе эксплуатации;
• введен показатель проницаемости - произведение значения коэффициента фильтрации на величину давления нагнетания, что позволяет графо-аналитическим методом оценивать коллекторские свойства поровой и трещинной среды породного массива;
• выявлена закономерность снижения осевого давления по длине распространения затопленной гидромониторной струи;
• обоснована зависимость производительности размыва от диаметра насадки, рабочего давления и расстояния до забоя при сооружении нагнетательных и дренажных щелей;
• впервые разработана технология сооружения длинных щелей с использованием гидроразмыва;
• аналитически обосновано и экспериментально подтверждено, что эффективность процесса выщелачивания прямо пропорциональна свободной энергии полезных компонентов в растворах выщелачивания и обратно пропорциональна соответствующей энергии этих компонентов в минеральной фазе;
• впервые определен интегральный коэффициент эффективности процесса выщелачивания, комплексно учитывающий влияние сформированных геохимических и гидродинамических условий на интенсивность перехода полезного компонента в продуктивный раствор.
Достоверность и обоснованность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается результатами теоретических исследований по формированию выщелачивающих растворов, характеризующихся соотношением свободных энергий растворения и образования минеральной фазы; обеспечивается значительным объемом полевых и опытно -промышленных исследований по выщелачиванию ценных полезных компонентов из налегающей породной толщи Нерюнгринского угольного разреза в естественном залегании и из отвалов вскрышных пород; положительными результатами реализации предложенного метода по выявлению мощности с максимальной минерализацией полезных компонентов, реализацией разработанной методики конструктивных и технологических расчетов при сооружении нагнетательных и дренажных щелей. Все это позволяет горному предприятию получить дополнительную прибыль за счет реализации геотехнологических методов добычи металлов.
Научное значение работы состоит в разработке теории взаимодействия напорных гидромониторных струй при сооружении дренажных и нагнетательных щелей и в обосновании, и создании на этом принципе эффективной химической геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих минерализованных пород.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе комплексных исследований геологических и гидрогеологических условий пород налегающей толщи угольного месторождения Нерюнгри предложены и реализованы конкретные технологические решения по комплексному извлечению ценных металлов методом физико-химической геотехнологией (ФХГТ), позволившие расширить сырьевую базу горного предприятия, эффективно использовать проявления рудной минерализации и снизить отрицательные воздействия на окружающую среду.
Применительно к различным горно-геологическим и гидрогеологическим условиям угольного разреза разработан метод выявления интервала мощности в налегающей толще пород с максимальным содержанием полезных компонентов, определены закономерности снижения производительности нагнетательных скважин в процессе их эксплуатации и показана необходимость сооружения нагнетательных щелей. На основе выявленных закономерностей распространения затопленных струй и сложных струйных течений при сооружении длинных нагнетательных и дренажных щелей разработаны оптимальные условия ведения высокопроизводительных технологических процессов ФХГТ. Применительно к различным горногеологическим и гидрогеологическим условиям угольного разреза, разработаны методики конструктивных и технологических расчетов при гидромониторном сооружении нагнетательных и дренажных щелей.
Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Ивченко, Сергей Николаевич
Выводы:
1. Экспериментальные работы по подземному и кучному выщелачиванию 16 полезных компонентов из пород налегающей толщи в сернокислотном режиме подтвердили возможность реализации данной технологии в промышленном масштабе.
2. В объеме пород, вскрытой части разреза, по контакту с угольным пластом прогнозные ресурсы ПК для технологии ПВ составляют от 9,5 т (ве) до 89700 т (А1). Прогнозные ресурсы полезных компонентов для технологии КВ, сосредоточенные в складированных отвалах вскрышных пород, в среднем, в 50 раз превышают минеральные ресурсы для ПВ.
3. Технологии подземного и кучного выщелачивания необходимо рассматривать как единый технологический процесс, основные параметры которого составляют:
- концентрация серной кислоты в рабочих растворах - 10 г / л;
- содержание окислителя (Н2О2) - 3 г / л;
- отношение жидкого к твердому - 3 - 5 м3 / т.
Конечный продукт реализации - химконцентрат, сорбированный на угле.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации дано новое решение актуальной для горнодобывающей промышленности задачи - обоснование геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих минерализованных пород угольных разрезов, позволяющей расширить сырьевую базу, обеспечить ресурсосбережение и экологическую защиту окружающей среды.
Основные научные результаты, выводы и рекомендации:
1. Аналитически обосновано и практически подтверждено, что в интервале контакта налегающих пород с угольными пластами формируется гидрогеохимический барьер в результате эманации метана, растворении и окислении его и продуцировании диоксида углерода.
2. Установлено, что понижение окислительно - восстановительного потенциала до 0,2 - 0,04 в способствует концентрированию в 30 - 35 метровом интервале мощности относительно высоких содержаний (в 3 - 5 раз выше средних) полезных компонентов в порово-трещинном породном массиве.
3. Экспериментально установлено, что фильтрационные параметры: коэффициенты фильтрации порово-трещинного породного массива и величины приемистости технологических скважин, позволяют формировать единый гидродинамический режим при подземном выщелачивании металлов из переслаивающихся минерализованных пород естественного залегания.
4. Фильтрационные сопротивления, возникающие при эксплуатации технологических скважин и влияющие на снижение их производительности, не формируются при использовании в качестве нагнетательных и дренажных систем вертикальных щелей, пройденных способом гидротехнологии.
5. Производительность нагнетательных щелей не зависит от процессов кольматации породного массива и обеспечивает поддержание необходимых скоростей фильтрации выщелачивающих растворов в течении всего периода их эксплуатации.
6. Экспериментально установлено, что уменьшение осевого давления по длине распространения затопленной гидромониторной струи при расчетах должно определяться по предлагаемой зависимости с учетом длины струи и диаметра насадки гидромонитора и и начальной скорости вылета струи из насадки.
7. Установлено, что производительность гидроразмыва зависит от диаметра насадки гидромонитора (при показателе степени 2), рабочего давления (при показателе степени 1,6) и степени размываемости пород.
8. Интегральный показатель Ив1 равный отношению величин свободных энергий полезных компонентов в продуктивном растворе и твердой фазе, комплексно учитывает и зависит от изменения геохимических и гидродинамических условий процесса выщелачивания.
9. Экспериментальные работы по подземному и кучному выщелачиванию 16 полезных компонентов из пород налегающей толщи в сернокислотном режиме подтвердили возможность реализации данной технологии в промышленном масштабе.
В объеме пород, вскрытой части разреза, по контакту с угольным пластом прогнозные ресурсы полезных компонентов для технологии подземного выщелачивания составляют от 9,5 т (ве) до 89700 т (А1). Прогнозные ресурсы полезных компонентов для технологии кучного выщелачивания, сосредоточенные в складированных отвалах вскрышных пород, в среднем, в 50 раз превышают минеральные ресурсы для подземного выщелачивания.
Технологии подземного и кучного выщелачивания являются единым технологическим процессом, основные параметры которого составляют:
- концентрация серной кислоты в рабочих растворах - 10 г / л;
- содержание окислителя (Н2О2) - 3 г / л;
- отношение жидкого к твердому - 3 - 5 м3 / т.
Конечный продукт реализации - химконцентрат, сорбированный на угле.
10. Технологию добычи угля и геотехнологические способы получения полезных компонентов следует рассматривать как единый технологический комплекс по эффективной безотходной переработке минерального сырья.
Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ивченко, Сергей Николаевич, Москва
1.Абрамович А.Д. Теория турбулентных струй // М.: Наука, 1986.
2. Аксельруд Г.А. Теория диффузионного извлечения вещества из пористых тел // Л.: ЛГУ, 1959
3. Албул С.П. Рудопоисковая гидрогеохимия // М.: УДН, 1969.
4. Алекип O.A. Основы гидрогеохимии // Л.: Гидрометеоиздат, 1970.
5. Альтмуль А.Д. Гидравлические сопротивления // М.: Недра, 1982.
6. Алътовский М.Е., Швец В.М. К вопросу о номенклатуре химического состава подземных вод // Вопрсы гидрогеологии и инженерной геологии, №14 // М.: Госгеолтехиздат, 1956.
7. Алътовский М.Е. Значение природных условий, физико химических и биохимических процессов в формировании подземных вод // Тр. Лаб. гидрогеол. проблем АН СССР, 1958, т. 16.
8. Арене В.Ж. Физико химическая геотехнология // М.: МГГУ, 2002.
9. Арене В.Ж., Гайдин A.M. Геолого гидрогеологические основы геотехнологических методов добычи полезных ископаемых // М.: Недра, 1978.
10. Бабушкин В.Д., Плотников И.И., Чуйко В.М. Методы изучения фильтрационных свойств неоднородных пород//М.: Недра, 1974.
11. Бартон П. Б. Некоторые пределы возможного состава рудообразующих растворов. В кн.: Термодинамика геохимических процессов // М.: изд-во иностр. лит., 1960.
12. Бахманов Г.С. Исследование шага перестановки гидромонитора на производительность гидроотбойки // Сб. Технология добычи угля подземным способом //1974, №2.
13. Бахуров В.Г., Вечеркин С.Г., Луценко И.К. Подземное выщелачивание урановых руд//М.: Атомиздат, 1969.
14. Бахуров В.Г., Руднева И.К. Химическая добыча полезных ископаемых //М.: Недра,1972.15 .Бек М. Химия равновесий реакций комплексообразования// М.: Мир, 1973.
15. Бернал Дж., Фаулер Р. Структура воды и ионных растворов// « Успехи физ. наук», 1934, т. 14, вып. 5.
16. Бикбаев Л.Ш. О характере распространения технологических растворов при подземном выщелачивании руд без предварительного дробления // М.: « Геология и разведка», 1981. деп. № 1297-81.
17. Блох А.М. Связанная вода минеральных систем и роль вмещающих толщ как генераторов природных растворов // Автореферат дис. // М., 1972.
18. Бровин К.Г., Шмаргювич Е.М., Натальченко Б.И. Термодинамические основы геотехнологической оценки полиэлиментных пластово инфильтрационных месторождений // Сов. геология, 1989, № 10.
19. Брусиловский С.А. О миграционных формах элементов в природных водах // В кн.: Гидрохимическии материалы, т. 35 // М.: изд-во АН СССР, 1963.
20. Бэр Я., Заслаески Д., Ирмей С. Физико математические основы фильтрации воды // М.: Мир, 1971.
21. Веригин H.H. Методы определения фильтрационных свойств горных пород // М.: Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962.23 .Вернадский В.И. Очерки геохимии// Изд-во АН СССР, 1953.
22. Водолазов Л.И., Дробаденко В.П., Лобанов Д.П., Малухин Н.Г. Геотехнология. Кучное выщелачивание бедного минерального сырья // М.: МГГА, 1999.
23. Гаррелс P.C., Краст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия // М.: Мир, 1968.
24. Германов А.И. Кислород подземных вод и его геологическое значение //Известия АН СССР. Сер. геол., 1956, №6.
25. Геотехнологические методы разработки месторождений редких и радиоактивных металлов // Учебное пособие // Осмоловский И.С., Маркелов С.В., Лобанов П.Д., Назаркин В.П. II М.: МГРИ, 1989.
26. Голубев B.C., Гарибянц A.A. Гетерогенные процессы геохимической миграции// М.: Недра, 1968.
27. Гриб H.H., Ивченко С.Н., Никитин В.М. Прогноз нарушения равновесия природной среды при освоении угольных месторождений // Сб. материалов Международной научной конференции « Биосфера и человек» // Пенза, 2003.
28. Гриб H.H., Скоморошко Ю.Н., Ивченко С.Н., и др. Применение математического аппарата Марковской нелинейной статистики для оценки трещиноватости углевмещающих пород по геофизическим данным // Горный журнал, 2004.
29. Гриб H.H., Ивченко С.Н., Никитин В.М. Перспективы разработки техногенных образований углеобогащения в Южной Якутии // XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. Тезисы докладов // Миасс: МСНТ, 2003.
30. Гарбуз ГЛ. Исследование взаимодействия высоконапорной струи воды с угольным массивом при щелевой схеме разрушения // Кандидатская диссертация//М., 1975.
31. Дельтува A.A., Мухин А.П. Проект разработки тонких пологих пластов при помощи специального гидроагрегата // Тр. Первой Всесоюзной научно -технической конференции по гидравлической добыче угля // Углетехиздат, 1959.
32. Еременко В.Я. Формы нахождения тяжелых металлов в некоторых природных водах // В кн.: « Гидрохимическии материалы», т. 36 // Л.: Гидрометеоиздат, 1964.
33. Жукенко В.А. Интенсификация выемки морских и континентальных отложений земснарядами при спутном взаимодействии разрыхляющих струй со всасывающим потоком // Докторская диссертация // М.,1990.
34. Зажин Н.Г. Некоторые статистически характеристики природных газов // « Тр. Всесоюз. науч. исслед. ин- та ядерной геофизики и геохимии », вып. 10,1971.
35. Ивченко С.Н. Перспективы разработки техногенных образований обогащения коксующихся углей в Южной Якутии // Наука и технологии: Сборник научных трудов РАН, 2003.
36. Ивченко С.Н. О перспективах извлечения благородных металлов и редкоземельных элементов из отходов обогащения Нерюнгринской обогатительной фабрики // Горный информационно-аналитический бюллетень //Региональное приложение //Якутия, 2005, вып. 1.
37. Кириченко А.И. Химические способы добычи полезных ископаемых // М.: АН СССР, 1958.
38. KanycmuHCKuii А.Ф. Физическая химия металлургических процессов // Госметаллургиздат, 1933.
39. Коржинский Д. С. Фильтрационный эффект в растворах и его значение в геологии // Изв. АН СССР, серия геол, 1947, №2.
40. Крайнов С.Р., Швец В.М. Основы геохимии подземных вод // М,: Недра, 1980.
41. Кроткое В.В., Лобанов Д.П., Нестеров Ю.В. и др. Горно химическая геотехнология добычи урана// М.: ГЕОС, 2001.
42. Куприн А.И. Безнапорный гидротранспорт //М.: Недра, 1980.
43. Кокотов Ю. А., Пасечник В. А. Равновесие и кинетика ионного обмена// Д.: Химия, 1970.
44. Лаверов Н.П., Лисицын А.К, Нестеров Ю.В. и др. Подземное выщелачивание полиэлиментных руд // Под ред. академика Н.П. Лаверова // М.: изд во Академии горных наук, 1988.
45. Ларионов ЭТ., Николаева Н.М., Пирожков A.B. Формы нахождения урана и железа в природных водах и растворах выщелачивания // Геология и геофизика, 1977, №2.
46. Лисицын А.К. Гидрогеохимическая модель инфильтрационной рудообразующей системы // Геохимия, 1966, №3.
47. Латимер В.М. Окислительные состояния элементов и их потенциалов в водных растворах// М.: ИЛ, 1954.
48. Левич В.Г. Физико химическая гидродинамика // М.: изд-во АН СССР, 1952.
49. Лобанов П.Д Разработка и внедрение подземной системы выщелачивания урана из плохопроницаемых руд в пульсационно -фильтрационном режиме // Кандидатская диссертация // М.: МГРИ, 1982.
50. Лобанов П.Д., Маркелов C.B., Дудукалов П.Д. Совершенствование системы улавливания продуктивных растворов при разработке месторождений скального типа методом подземного выщелачивания // М: « Горно-металлургич. промышл», 1985, №2.
51. Лобанов П.Д., Дудукалов П.П., Пучков Н. А. О повышении раствороприемистости ( раствороотдачи ) нагнетательных и дренажных скважин при выщелачивании руд в блоках // М.: Геология и разведка, 1984, деп. №1690-84.
52. Лобанов Д.П., Малухин Н.Г., Маркелов C.B., Небера В.П., Сай, Ивченко С.Н. Теоретическое обоснование процесса формирования продуктивных растворов в порово- трещинном рудном массиве // М.: Геология и разведка, 2006, №2.
53. Логунов В.Н., Вакулина ДБ., Лухтина ЛД. и др. Сводный геологический отчет по Нерюнгринскому каменноугольному месторождению // Нерюнгри, 1987, том 1, книга 1-2.
54. Лезгинцев Г.М. Гидромеханизация разработки россыпей и методы расчетов//М.: Наука, 1968.
55. Маркелов C.B., Малухин Н.Г., Лобанов П.Д. Ресурсосбережение и экология в процессах инженерной геотехнологии при освоении урановых месторождений // Под общей и научной редакцией проф. Д.П. Лобанова // М.: РАН, ВИНИТИ, 2003.
56. Матвеева Л.А. Механизм разрушения алюмосиликатных и силикатных минералов. Кора выветривания // М.: 1974, вып. 14.
57. Мейсон Б. Основы геохимии// М.: Недра, 1970.
58. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики // М.: Недра, 1974.
59. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов // JI.: Химия, 1976.
60. Методика расчета гидромониторной выемки угля // ВНИИ Гидроуголь, 1969.
61. Руководство по проектированию безнапорного гидротраснспорта угля, породы и их смесей // М.: Госгортехиздат, 1962.
62. Нестеров Ю.В. Теоретические и экспериментальные исследования, разработка, технологические и экологические совершенствования и внедрение процессов подземного выщелачивания и концентрирование металла // Докторская диссертация//М., 1985.
63. Нестеров Ю.В., Султанов Ю. К вопросу матеметического описания кинетики процесса подземного выщелачивания // М.: ГМП, 1978, №10.
64. Определение горно геологических параметров добычи при оценке целесообразности разработки скальных руд подземным выщелачиванием // Тедеев М.Н., Долгих П.Ф., Капканщиков A.M. и др.// М.: ГМП, 1980, №7.
65. Опыт работы по добыче полезного ископаемого способом подземного выщелачивания руды // Алексеенко П.Д., Дорожкин В.И., Кроткое В.В. и др. // М.: ГМП, 1971, №9.
66. Осмоловский И.С., Маркелов C.B., Лобанов ПД. Комплекс исследований по оценке параметров процесса подземного выщелачивания металлов // Геология и разведка, 1984, № 6.
67. Перельман А.И. Геохимия эпигенетических процессов ( зона гипергенеза ) // М.: Недра. 1969.
68. Питьева К.Е. Гидрогеохимия// Изд-во МГУ, 1978.
69. Посохов E.B. Общая гидрогеохимия// JL: Недра, 1975.
70. Приклонский В.А., Лаптев Ф.Ф. Физические свойства и химический состав подземных вод // M-JI.: Госгеолиздат, 1949.
71. Прогноз качества подземных вод в связи с их охраной от загрязнения. Ф.И.Тютюнова, И.Я.Пантелеев, Т.И Пантелеева и др. // М.: Наука, 1978.
72. Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов // Под ред. М.И. Фазлуллнна II М.: Издательский дом « Руда и металлы», 2005, т.2.
73. Расторгуев A.B. Численные методы расчета фильтрации минерализованных подземных вод // ТР. ВНИИ ВОДГЕО // М., 1990.
74. Рафалъский Р.П. Химия процесса подземного выщелачивания металлов // М.: Атомная энергия, т. 44, вып. 3,1978.
75. Ребиндер П.А. Избранные труды// М.: Наука, 1978-1979, т. 1 и 2.
76. Сауков A.A. Геохимия.-М.: Наука, 1975
77. Сжин-Бекчурин А.И. Формирование подземных вод северо-востока Русской платформы и западного склона Урала // М.: изд- во АН СССР, 1949.
78. Смирнов Я.Б. Электрохимическая характеристика подземных вод // В.кн.: Материалы к научно технической конференции // М., 1965.
79. СмолдыревА. Е. Трубопроводный транспортам.: Недра, 1980.
80. Справочник гидрогеолога// М.: Госгеолтехиздат, 1962.
81. Сыроватко М.В. Гидрогеология и инженерная геология при освоении угольных месторождений // М.: Госгортехиздат, 1960.
82. Толстое Е.А. Физико химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в кызылкумском регионе // М.: МГГУ, 1999.
83. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания // Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.И. и др. II М.: Недра, 1987.
84. Филатов К.В. Гравитационная гипотеза формирования химического состава подземных вод платформенных депрессий // М., Изд-во АН СССР. 1956.
85. Федорова Т.К. Физико-химические процессы в подземных водах // М: Недра, 1985.
86. Ферсман А.Е. Геохимия, т. 1-4// Изд-во АН СССР, 1955.
87. Хныкин В. Ф. Разрушение горных пород гидромониторными струями на открытых разработках // М.: Наука, 1969.
88. Ходьков А.Е., Валуконис Г.Ю. Формирования и геологическая роль подземных вод // Л., Изд-во ЛГУ, 1968.
89. Цяпко И. Ф. Современное состояние гидродобычи угля в Кузбассе // Тр. ВНИИ Гидроуголь, вып. XI, 1967.
90. Шавловский С.С. Основы динамики струй при разрушении горного массива//М.: Наука, 1980.
91. Шварцев СЛ. Гидрогеохимия зоны гипергенеза // М.: Недра, 1978.
92. Шелоганов В.И. Исследование процесса безнапорного гидротранспортирования кусковатых полускальных пород в условиях угольных карьеров // Кандидатская диссертация // М., 1968.
93. Явление глубокого проникновения атмосферного кислорода в гидросферу // А.И.Германов, А.К.Лисицын, Г.А. Волков и др. II Сб. Открытия СССР в 1989г// М.: ВИНИПИ, 1990.
94. Эфрос Д. Р. Исследование фильтрации неоднородных систем // М.: Гостоптехиздат, 1961.
95. Grib N., Iwshenko S., Grib D. Factors determining contemporary gas-bearing capacity of Nerungrinsky coalfield II VII International conference "New ideas in earth sciences": Abstracts. Volume 2, Moscow 2005.
96. Laugungsverfahren zum Abbau mitallhaltiger Ablagerungen // Dawydow,W., Markelow S., Liebert,F., Sysojew,V.II Patentschrift 208 646, E 21 с 41/06, Deutschland, 1984.
97. Verfahren zur in-situ Laugung von Metall aus geringdurchlassigen Erzschichten // Patentschrift 148 653, E 21 В 43/28, Deutschland, 1981 // Hartmann L., Abdulmanow I., Markelow S., Lobanow D., Putschkow N.
98. Verfahren zur in-situ Laugung von Erzen zur Gewinnung von Metall / Patentschrift 200 188, E 21 c 41/06, Deutschland, 1983 // Mattes K., Markelow S., Rudakow V., Sysojew V.
99. Values of the constants in the Debye-Huckel equations for activity coefficients // Manov G., Bates R., Hamer W. // " I. Amer. Chem. Soc.", 1943/
-
Ивченко, Сергей Николаевич
-
кандидата технических наук
-
Москва, 2006
-
ВАК 25.00.22
- Разработка геолого-геофизической типизации пород кровли угольных пластов по устойчивости и обрушаемости
- Разработка и обоснование рациональной технологии флотации труднообогатимых коксующихся углей Южно-Якутского бассейна
- Обоснование параметров технологии отработки приконтурных запасов карьеров системами разработки с обрушением
- Обоснование параметров технологии выемки приконтурных запасов карьеров системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород
- Изменение состояния массива горных пород вследствие сейсмического воздействия промышленных взрывов
