Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей"

На правах рукописи

АБДРАХМАНОВ ИЛЬЯС АХМЕТОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УЧАЛИНСКОГО И УЗЕЛЬГИНСКОГО РУДНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Рыльникова Марина Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Зубков Альберт Васильевич

кандидат технических наук Семигин Ростислав Иванович

Ведущая организация: ОАО «Гайский горно-обогатительный комбинат».

Защита диссертации состоится 14 декабря 2006 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова» по адресу: 455000, Челябинская область, г.Магнитогорск, пр.Ленина, д. 38, малый актовый зал. Факс: (3519) 23-57-60,29-84-26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова».

Автореферат разослан «13» ноября 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

О.Е. Горлова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

На большинстве медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей, осваиваемых Учалинским ГОКом, эксплуатационные запасы находятся в стадии доработки. В среднесрочной перспективе будут разрабатываться резервные месторождения — Ново-Учалинское, Озерное, Западно-Озерное, Чебачье, которые обеспечат градообразующее предприятие сырьем на ближайшие 70 лет. Эти месторождения характеризуются сложными горнотехническими условиями разработки и низким содержанием полезных компонентов. Перспектива успешной работы предприятия определяет необходимость непрерывного совершенствования технологических процессов добычи и переработки разносортных руд в части повышения уровня извлечения и расширения номенклатуры извлекаемых в концентраты цветных, благородных и редких металлов. При этом также актуально стоит вопрос восполнения минерально-сырьевой базы комбината за счет вовлечения в эксплуатацию техногенного сырья, что будет способствовать повышению эффективности производства и снижению экологической нагрузки в регионе. Учитывая, что резервные месторождения будут преимущественно разрабатываться подземным способом, наиболее перспективным направлением утилизации отходов является закладка ими выработанного пространства после предварительного извлечения ценных компонентов.

В этой связи изыскание технологий, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения природных и сопутствующих им техногенных месторождений, представленных неравномерным по качеству минеральным сырьем, с обеспечением устойчивого развития предприятия в изменяющихся экономических условиях является актуальной научно-практической задачей, требующей решения.

• Цель работы — изыскание возможности существенного повышения эффективности разработки медно-колчеданных месторождений и обеспечения устойчивого развития предприятия при изменяющемся качестве сырья путем повышения полноты и комплексности освоения недр.

Идея работы состоит в том, что повышение полноты, комплексности и эффективности освоения месторождений медно-колчеданных руд при изменяющемся качестве сырья обеспечивается рациональным сочетанием физико-технических и физико-химических процессов в едином технологическом цикле добычи и переработки кондиционных, бедных руд и отходов их с извлечением цветных, благородных и редких металлов и утилизацией отходов в закладке выработанного пространства.

Задачи исследований: - анализ горно-геологических и горнотехнических особенностей разработки месторождений Учалинского ГОКа, вещественного состава руд и техногенного минерального сырья;

- систематизация природных и техногенных образований медно-колчеданного сырья в соответствии с особенностями вещественного состава и условиями разработки;

- установление закономерностей и факторов, повышающих полноту и комплексность освоения медно-колчеданных месторождений комбинированной геотехнологией;

- обоснование технологии утилизации отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд в закладке выработанного пространства;

- разработка методики выбора технологической схемы комплексного освоения медно-колчеданных месторождений и сопутствующих им техногенных образований;

- обоснование принципов комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд и разработка технологических рекомендаций по повышению полноты и комплексности использования природного и техногенного минерального сырья.

Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований была выбрана комбинированная физико-техническая и физико-химическая геотехнология комплексного освоения медно-колчеданных месторождений и сопутствующих техногенных месторождений Учалинского горно-обогатительного комбината.

Методы исследований

В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ горно-геологических и горнотехнических условий освоения месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей, опыта разработки техногенных месторождений и переработки техногенного сырья; геолого-минералогические исследования и химический анализ; физическое моделирование; компьютерное геотехнологическое моделирование; технико-экономическую оценку и экономико-математический анализ.

Положения, выносимые на защиту

1. В ухудшающихся горно-геологических и изменяющихся экономических условиях сохранение эффективности освоения медно-колчеданных месторождений и обеспечение устойчивого развития предприятий достигается реализацией комбинированной геотехнологии в общем технологическом цикле добычи руды и переработки сопутствующих отходов при комплексном извлечении полезных компонентов и использовании отходов в закладке выработанного пространства.

2. Технологические решения по освоению медно-колчеданных месторождений с переработкой отходов добычи и обогащения руд, соответствующие выявленным особенностям природных и техногенных образований и базирующиеся на сочетании физико-химических и физико-технических процессов горных работ, повышают извлекаемую ценность руды на 20-40 %, расширяют номенклатуру и объем товарной продукции горного производства.

3. Закладочная смесь на основе хвостов переработки добываемых медно-колчеданных руд, пиритного концентрата и известкового вяжущего обладает

высокими реологическими характеристиками, пластичностью, что позволяет создавать искусственный массив, обеспечивающий подземную добычу в широком диапазоне горнотехнических условий.

Научная новизна работы:

1. Классификация природных и техногенных георесурсов медно-колчеданных месторождений по особенностям вещественного состава, условиям образования, залегания и хранения, позволяющая обосновывать условия и параметры технологии их комплексного использования.

2.Методика выбора технологической схемы комплексного освоения месторождений медно-колчеданного сырья, включающая алгоритм и экономико-математическую модель и отличающаяся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований.

3.Установлена возможность формирования искусственного массива на основе отходов выщелачивания хвостов обогащения медно-колчеданных руд с ме-ханоактивацией части отходов выщелачивания (до 25 %), повышающей прочность массива в среднем на 30 % для очистной выемки руды камерами увеличенных размеров.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в разработке принципиально нового подхода к обоснованию геотехнологической стратегии комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд, заключающегося в формировании единой технологической схемы разработки балансовых руд и некондиционных запасов с вовлечением в промышленную эксплуатации отходов горнообогатительного производства.

Реализация работы: результаты исследований внедрены на Учалинском, Узельгинском, Молодежном, Талганском месторождениях, а также в проектные решения по разработке Ново-Учалинского месторождения.

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях «О развитии горно-металлургической промышленности России» (Екатеринбург, 2002), «Новые направления и методы поисков месторождений полезных ископаемых» (Челябинск, 2004), VIII Съезде горнопромышленников Урала (Учалы, 2004), научно-практической конференции, посвященной 285 — летию государственного горного надзора (Санкт-Петербург,

2004), Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004,

2005), III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск -Учалы, 2005), Третьем съезде горнопромышленников России (Москва, 2005).

Основные результаты диссертаций опубликованы в Непечатных! работах.

Объем и структура работы г

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из. 101 наименования и содержит 172 стр., 51 рис., 30 табл.

Личный вклад автора: постановка задачи, обоснование основных положений формирования стратегии комплексного освоения медно-коЛчеданных месторождений, методика проведения исследований геотехнологических процессов и анализ их результатов, разработка алгоритма выбора технологической схемы комплексного освоения медно-колчеданных месторождений и его реализация для условий перспективного Ново-У чал и некого месторождения.

Автор выражает благодарность чл.-корр. РАН Д.Р.Каплунову, профессору В.Н.Калмыкову за поддержку и ценные советы при выполнении работы, а также сотрудникам отдела Теории проектирования освоения недр ИПКОН РАН, кафедры Подземной разработки месторождений полезных ископаемых МГТУ, специалистам Учалинского ГОКа за помощь в организации и проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Понятие комплексного освоения недр как новое прогрессивное направление в области наук о Земле нашло научное обоснование в трудах академиков Н.В.'Мельникова, М.И. Агошкова, К Л. Трубецкого, В. А, Чантурия и развито последователями их научных школ.

' Настоятельная необходимость развития идей и практики комплексного освоения рудоносных провинций медно-колчеданного сырья Урала определила принятие в качестве методологической базы исследований принципа комплексного освоения недр комбинированной геотехнологией. Созданию научных основ и разработке комбинированных'геотехнологий комплексного освоения медно-колчеданных месторождений посвящены труды чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова и В.Л. Яковлева, проф., д.т.н. Ю.В. Волкова, A.B. Зубкова, П.Э. Зуркова, В.Н. Калмыкова, М.В. Рыльниковой и других.

Развитие комбинированной геотехнологии возможно двумя путями:

- совершенствованием применяемых технологических решений с обоснованием их рациональных параметров для повышения полноты, комплексности освоения недр и обеспечения экологической и промышленной безопасности горных работ;

- созданием принципиально новых инновационных геотехнологий и технологических схем освоения недр, основанных на проведении научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ с целью качественного изменения технических и экономических показателей горного производства, получения новых видов продукции- При этом под принципиально новыми геотехнологиями понимается совокупность способов, методов, процессов и операций воздействия на горный массиа или минеральную массу, которая до сего времени не была известна в горном производстве, либо известную совокупность, основанную на ранее не применяющихся в, горном деле-нриемах воздействия на недра Земли и составляющие их компоненты.

К принципиально новым геотехнологиям в диссертации отнесены:

— комбинированная геотехнология на основе сочетания открытых, подземных горных работ и физико-химических способов добычи минерального сырья с получением товарных металлов и их соединений;

химическое выщелачивание руд и техногенных отходов горнометаллургического производства с последующим использованием кеков выщелачивания для закладки выработанного пространства подземных камер твердеющей смесью.

На основе анализа горно-геологических и горнотехнических условий разработки медно-колчеданных месторождений и вещественного состава сырья установлено, что для реализации концепции комплексного освоения месторождений усовершенствованными и принципиально новыми технологиями горным предприятиям по добыче и переработке медно-колчеданного сырья необходимы:

— наиболее полная оценка и экономически оправданное извлечение из недр основных и попутных полезных ископаемых, в том числе, различных по составу и качеству, а также попутных компонентов из добытой горной массы на всех стадиях ее добычи и переработки с получением товарных металлов и их соединений;

— рациональное использование в промышленных и хозяйственных целях вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения руд;

— решение экологических проблем путем применения малоотходных технологий, сокращения объемов накопленных и текущих твердых отходов, очистки сбрасываемых шахтных и дренажных вод с извлечением ионов тяжелых металлов в товарные концентраты для предотвращения их миграции в окружающую среду;

— использование в хозяйственных целях пустот, создаваемых в результате извлечения из недр полезных ископаемых.

Стратегия комплексного освоения медно-колчеданных месторождений должна предусматривать, наряду с комплексным использованием добываемых полезных ископаемых, также вовлечение в эксплуатацию различных по составу техногенных образований и применение в процессе промышленного освоения месторождения различных способов и технологий разработки в соответствии с конкретными горно-геологическими условиями отдельных рудных участков и залежей природного и техногенного сырья. Это может быть совместное или последовательное применение открытой, подземной и физико-химической геотехнологий, использование процессов выщелачивания для извлечения цветных, редких и благородных металлов из отходов обогатительного и металлургического передела руд (рис. 1). Обязательным условием реализации технологической схемы комплексного освоения является использование отходов выщелачивания в технологии закладки отработанных подземных камер.

Исследованиями особенностей вещественного состава некондиционного природного и техногенного медно-колчеданного сырья Учалинского ГОКа было показано, что бедные руды и отходы их переработки, накопленные на предприятии в больших объемах, содержат широкий спектр ценных компонентов. Анализ особенностей вещественного состава этих георесурсов и исследования их на обогатимость свидетельствуют о том, что как базовые компоненты — медь, цинк,

так и благородные, редкие металлы и рассеянные элементы из бедных руд сложного вещественного состава и техногенных отходов могут быть эффективно извлечены только выщелачиванием, что определяет необходимость включения в технологическую схему освоения медно-колчеданных месторождений процессов физико-химической геотехнологии. ^^^

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема комплексного освоения природных и сопутствующих техногенных месторождений: 1 — земснаряд; 2 — пульповод; 3 - обогатительная фабрика; 4 — дозирующий бункер; 5 — доставка компонентов шихты из склада (6); 7 — окомкователь; 8 — система конвейеров; 9, 10 — временный склад окатышей; 11 — приемный бункер; 12 — штабель окатанного материала; 13 — выработки для сбора продуктивного раствора; 14 — комплекс переработки продуктивного раствора; 15 - консольный штабелеукладчик; 16 и 18 - формируемый и выщелачиваемый штабель окатанного материала; 17 — склад отходов выщелачивания (после извлечения полезных компонентов); 19 - система орошения; 20 - прудки продуктивного и маточного растворов; 21 - закладочный комплекс; 22 — копер; 23 - искусственный массив на основе твердеющей закладочной смеси; 24 — массив окатышей; 25 - формируемый массив гидравлической закладки

На основе анализа вещественного состава природных и техногенных георесурсов медно-колчеданных месторождений была разработана их классификация в зависимости от условий образования, залегания и хранения в свете перспектив применения комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии. Выделенные в классификации признаки определяют требования к технологии добычи и комплексного использования георесурсов различного вида. На базе разработанной классификации определены перспективы вовлечения природных и техногенных георесурсов медно-колчеданных месторождений в эксплуатацию комбинированной геотехнологией (табл. 1) и разработана методика исследований параметров комбинированной геотехнологии.

Методика предусматривала: исследование процессов физико-химической геотехнологии на примере некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений, текущих отходов обогащения Учалинской обогатительной фабрики и просып и рентгенометрической сепарации; изыскание технологий формирования искусственного массива на основе отходов выщелачивания; разработку математической геотехнологической модели освоения медно-колчеданных месторождений и исследования влияния показателей эффективности функционирования горнотехнических систем в изменяющихся горно-геологических и экономических условиях.

Таблица 1

Характеристика природных и техногенных георесурсов медно-колчеданных месторождений в свете

перспектив их комплексного освоения

Процессы образования Характеристика сырья по условиям эксплуатации Основные технологии разработки и направления комплексного использования Перспективы вовлечения в эксплуатацию комбинированной геотехнологией на основе сочетания физико-технических и физико-химических геотехнологий

Природные Балансовые запасы месторождений Разработка физ.-техн. способами, обогащение флотационным методом с получением в качестве готовой продукции концентратов Основная часть балансовых запасов месторождения извлекается и перерабатывается флотационным методом или физико-химическими геотехнологиями

Балансовые запасы за контуром разработай Не отрабатываются по условиям безопасности или ввиду убыточности. Сочетание процессов открытых и подземных горных работ с освоением сложных участков физико-химическими технологиями с поверхности или из существующих выработок

Забалансовые запасы, бедные и некондиционные руды Оставление в недрах ввиду убыточности технологий разработки известными методами Вскрытие запасов из существующих выработок для выщелачивания; переработка продуктивных растворов с получением товарных концентратов; выщелачивание и обогащение руды на месте залегания; добыча обогащенной в недрах руды сложного вещественного состава для гидро- и пирометаллургические процессы переработки

Техногенные Отвалы бедных РУД В результате окисления при хранении не подлежат обогащению флотацией. ОткрытаДдДобыча, сепарация, раздельное складирование руд различного качественного состава. Переработка руды физико-химической технологией. Кучное выщелачивание бедных руд с утилизацией отработанного сырья в подземном пространстве

Хвосты обогатительных фабрик Складирование и долговременное хранение в хвосгохранилищах. Использование в составе закладочной смеси без доизвлечения ценных компонентов. Сухое складирование на специально подготовленных полигонах и подземных выработках, выщелачивание на поверхности и в выработанном пространстве, утилизация в составе закладочной смеси материала, прошедшего технологический цикл переработки физико-химическими методами

Специфические отходы производства Складирование на дневной поверхности в отдельных отвалах, либо в отвалах и хранилищах других отходов производства. Разработка технологических схем с применением процессов физико-химической геотехнологии. Утилизация в выработанном пространстве после доизвлечения ценных компонентов из просыпей, невостребованных (пиритных) концентратов и др.

Минерализованные промышленные стоки Локализация в коллекторах, отработанных карьерах. Очистка до норм ПДК и сброс в природные водоемы. Использование в обороте обогатительных фабрик. Глубокая очистка с извлечением широкого спектра ценных компонентов, сброс в природные водоемы. Использование в качестве химического агента и транспортирующей среды при выщелачивании

Выработанное пространство Использование карьеров в качестве хранилищ отходов горно-обогатительного производства. Закладка горных выработок. Самолокализация подземных пустот Использование в качестве хранилищ различного назначения, а также в качестве технологического пространства для реализации физико-химических процессов, закладка отходами выщелачивания

Исследования возможности выщелачивания некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений проводились в лабораторных условиях на представительных пробах руды в течение 150 суток. Предварительное дробление руды не производилось. Крупность исходной пробы руд — 250 мм. Выщелачивание проводилось в перколяционном режиме и под затоплением 2%-ным раствором H2S04. Контролируемые в ходе эксперимента параметры: содержание ценных компонентов в исходных пробах, значения рН и Eh среды; коэффициент фильтрации; концентрация элементов в продуктивном растворе. Через каждые 10 суток продуктивные растворы изымались из оборота. В растворах анализировалось содержание ценных компонентов.

Анализ результатов выщелачивания руды Молодежного месторождения в статическом и фильтрационном режимах выявил достаточно высокие показатели извлечения металлов (рис. 2,а). За весь период выщелачивания извлечение меди в раствор составило в статическом режиме 42,5 %, цинка - 34 %, в перколяционном режиме - меди - 65,6 %, цинка — 23,2 %. Максимальное содержание меди в растворе было зафиксировано на 20-е сутки выщелачивания руды в перколяционном режиме и составило 6 г/дм3. Это позволяет рекомендовать переработку руды методом выщелачивания на месте залегания.

Извлечение меди и цинка из руды Узельгинского месторождения выщелачиванием в течение 150 суток составило 40,5 % и 22 % соответственно (рис. 2,6). Возможность переработки таких руд методами физико-химической геотехнологии с извлечением широкого спектра ценных компонентов обуславливает необходимость изыскания эффективных методов интенсификации процесса сернокислотного выщелачивания. Полученные продуктивные растворы с содержанием меди до 6,65 г/дм3 возможно перерабатывать методом экстракция-электролиз с получением рафинированной катодной меди в рамках горно-перерабатывающего комплекса.

Эксперимент по выщелачиванию окомкованных текущих хвостов обогащения показал, что за 110 суток извлечение меди в раствор составило 62 %, цинка - 42,5 % (рис. 2,в). При перколяционном выщелачивании другого вида техногенных отходов — некондиционной фракции рентгенометрической сепарации было установлено, что благоприятные фильтрационные свойства и отсутствие кольматации имеет массив, сложенный фракцией +3 мм. Суммарное содержание меди в этом классе составляет 67 %, цинка - 86,7 %, селена - 83,64 %, теллура - 68 %, таллия - 67 %, золота - 71,5 %, серебра - 82,66 %. Поэтому, для вовлечения просыпи рентгенометрической сепарации в промышленную эксплуатацию методом кучного выщелачивания было предложено включение в цикл переработки операции грохочения по классу 3 мм. Показатели извлечения металлов приведены на рис. 2,г.

Проведенными исследованиями показана возможность переработки техногенных отходов Учалинского горно-обогатительного комбината с получением многокомпонентных продуктивных растворов. Для повышения эффективности разработки месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей систе-

мами с твердеющей закладкой выработанного пространства, а также ввиду необходимости утилизации отходов, полученных после выщелачивания, проведены исследования технологии формирования искусственных массивов на их основе и известково-шлакового вяжущего.

В эксперименте изменялся расход: извести - 80; 120; 160 и 200 кг/м3, лиг-носульфоната натрия технического от 0,5 до 2,5 кг/м3, хвостов обогащения; активированных путем измельчения хвостов, вводимых в состав смеси - 0, 10, 25, 40 и 100%. Проводились испытания прочностных и деформационных характеристик образцов (предел прочности на сжатие, коэффициент Пуассона и модуль упругости), а также реологических характеристик. Контролировалось содержание в воде для приготовления закладочных смесей ионов растворимых солей (не более 5000 мг/дм3) и сульфата иона Б04 - до 2700 мг/дм3. а) б)

в)

¡? 80

5 20

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Продолжительность выщелачивания, сут.

-Железо -Селен

-Медь -Теллур

-Цинк -Золото

- Серебро

Я 60

10 20 30 40 50 60 Продолжительность выщелачивания, сут.

-Железо -Селен

-Медь -Теллур

-Цинк -Золото

- Серебро

Рис. 2. Динамика выщелачивания ценных компонентов из природного и техногенного медно-колчеданного сырья: а, б) - некондиционная руда Молодежного и Узельгинского месторождений; в) — окомкованные текущие хвосты Учалинской обогатительной фабрики; г) — просыпь рентгенометрической сепарации

Доказана возможность приготовления твердеющей закладочной смеси из негашеной извести и отходов выщелачивания текущих хвостов. Закладочные смеси на основе хвостов переработки добываемых медно-колчеданных руд, пи-ритного концентрата и известкового вяжущего дают широкий набор механических характеристик для различных горнотехнических условий разработки (рис.3,4).

3

о

II

о

10 20 30 «

Е)ммя-лирламм, суг.

50

во

Коэффициент Пуассона

Модуль упругости

Рис. 3 Динамика набора прочности в образцах на Рис. 4. Значения деформационных

основе известкового вяжущего и текущих хвостов характеристик в образцах закладки на

после выщелачивания при расходе извести 80 кг/м*, основе известкового вяжущего и текущих

текущих хвостов 1650 кг/м3 (1), с долей механоак- , • хвостов после выщелачивания на 60 сутки тивированных хвостов 10 % (2), 25 % (3), 40 % (4) и

Механоактивация части хвостов обогащения (до 25 %) путем тонкого измельчения перед приготовлением закладочной смеси позволяет увеличить прочность закладочного массива в среднем на 30%. Высокое значение коэффициента Пуассона и пластичность определяют несущую способность искусственных целиков на основе закладки такого состава даже при 5—7 кратном превышении предела прочности, что позволяет получить закладочный массив с устойчивой высотой вертикального обнажения до 60 м и увеличить пролет горизонтального обнажения до 15 - 20 м. Использование отходов выщелачивания, которые не требуют дополнительного дробления, измельчения или обезвоживания, а могут быть сразу направлены в смеситель, позволит существенно упростить структуру закладочного комплекса, снизить себестоимость закладочных работ, повысить полноту и комплексность освоения недр, решить вопросы экологии.

Для определения области применения различных вариантов комбинированной геотехнологии в изменяющихся горно-геологических и экономических условиях были выявлены факторы, оказывающие значимое влияние на экономические показатели функционирования горнодобывающего предприятия. Определение динамики финансовых потоков при освоении запасов производилось для условий Ново-Учалинского месторождения с проектной годовой производительностью подземного рудника 2,5 млн.т. Исследования выполнялись путем геотехнологического моделирования с использованием методов экономико-математического анализа. При этом варьировалось содержание полезных компонентов в руде по приведенной меди от 1,82 до 3,5% и изменение их распределения по глубине месторождения (равномерное, возрастающее с глубиной и убывающее). Цена 1 т меди варьировалась в пределах 2500 — 7000 долл. Геотехнологические параметры: высота подэтажа — 40, 50, 60 м, ширина камер — 10,15,20 м, варианты способов выемки — валовый и селективный с переработкой в едином и раздельных циклах обогащения. Рассматривалась возможность подземного выщелачивания залежей руд некондиционного качества.

100 % (5)

Анализ результатов моделирования показал, что при среднем содержании условной меди по месторождению 1,82 % и при падении содержания полезных компонентов с глубиной месторождения от 3,5 до 1,82 %, отработка запасов даже при достаточно высокой биржевой цене на медь неэффективна.

Еще большее снижение дохода предприятия при эксплуатации месторождения происходит при одновременном снижении содержания полезных компонентов в руде и падении биржевой стоимости металлов. Соответственно повышение цены меди до 7500 долларов за тонну позволяет сохранить финансовые показатели и обеспечить рентабельность добычи даже в случае снижения содержания полезных компонентов в руде по условной меди до 1,82%. В случае падения стоимости меди до 4500 долл./т отработка месторождения традиционными физико-техническими технологиями не рентабельна^

Падение цены с 7000 до 4500 $/т приводит к критическому уровню доходности освоения месторождения даже в случае возрастания содержания условной меди по глубине месторождения до 3,5%. В то время как сохранение биржевой стоимости металла на уровне 7000 $/т, или ее повышение до 7500 $/т, обеспечивают рентабельную отработку запасов месторождения даже в случае снижения по глубине месторождения содержания металлов в руде по условной меди от 3,5 до 1,82%. Дополнительное вовлечение в разработку методом подземного выщелачивания залежей некондицонных руд в объеме 200 или 300 тыс. т руды в год позволяет повысить общий совокупный доход от освоения месторождения соответственно на 25 и 35 % (рис. 5).

ной меди 2,5% и цене меди 7$/кг; 2 - при содержании условной меди 2,5% и падении цены меди до 5$/кг; 3, 4 - то же, но с переработкой некондиционных руд в объеме 300 и 350 тыс.т/год подземным выщелачиванием

Сравнение вариантов валового и селективного способов выемки руды при подземной разработке запасов месторождения камерными системами с закладкой в случае наличия разносортных руд показало, что применение селективной выемки с разделением рудопотоков на 2 сорта, несмотря на увеличение затрат на 15

% по сравнению с валовой выемкой, позволяет повысить совокупный доход от освоения месторождения на 4,6%. Применение при селективной выемке для закладки выработанного пространства твердеющей смеси на основе извести и отходов выщелачивания влечет дополнительное увеличение доходности предприятия на 25% за счет удешевления стоимости возведения закладочного массива и получения дополнительной товарной продукции при выщелачивании отходов обогащения в выработанном пространстве отработанного Учалинского карьера после полного завершения в нем горных работ.

Исследованиями доказана возможность обеспечения устойчивой финансовой деятельности предприятия с сохранением уровня доходности освоения месторождения в случае снижения содержания цветных металлов по глубине и падения их биржевой цены за счет внедрения технологии кучного выщелачивания отходов обогащения в выработанном пространстве карьера с получением элюа-тов сорбции благородных и редких металлов с последующим применением кеков выщелачивания для закладки выработанного пространства.

Многообразие вариантов реализации процессов комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии в расширенном геотехнологическом цикле разработки природных и сопутствующих им техногенных месторождений с последующей утилизацией отходов в закладке обуславливает необходимость разработки алгоритма выбора единой технологической схемы комплексного освоения месторождений природного и техногенного медно-колчеданного сырья, представленного на рис. 6.

В соответствии с алгоритмом, повышение полноты, комплексности и эффективности освоения месторождений медно-колчеданных руд при изменяющемся качестве сырья обеспечивается в результате рационального сочетания физико-технических и физико-химических процессов добычи и переработки кондиционных и бедных руд, отходов их добычи и переработки с извлечением цветных, благородных и редких металлов и утилизацией отходов в закладке выработанного пространства.

Представленный алгоритм и экономико-математическая модель были использованы для обоснования условий освоения перспективного Ново-Учалинского месторождения. Технологическая схема предусматривает реализацию концепции комплексного освоения медно-колчеданных месторождений с использованием для строительства пускового комплекса горно-капитальных выработок действующего Учалинского рудника; разработкой балансовых запасов подземной технологией системами разработки с твердеющей закладкой, а забалансовых рудных тел - методом подземного выщелачивания; вовлечением в отработку методом кучного выщелачивания сопутствующих техногенных образований с утилизацией отходов горно-обогатительного производства для закладки выработанного пространства подземных камер (рис. 7).

Вскрытие месторождения предложено производить наклонным стволом, оснащенным конвейерным подъемом, что позволит в случае необходимости увеличить производственную мощность рудника, в том числе за счет вовлечения в эксплуатацию залежей близлежащих месторождений.

Рис. 6. Алгоритм выбора технологической схемы комплексного освоения медно-колчеданного месторождения и сопутствующих техногенных образований

к ....... > 4 ш

1

Рис. 7. Технологическая схема комплексного освоения Ново-Учалинского медно-колчеданного месторождения

Отработку основных запасов месторождения рекомендуется вести высокопроизводительной этажно-камерной системой разработки с применением современной самоходной техники с подэтажной двухстадийной выемкой руды и применением комбинированной закладки. Для закладки камер первой очереди в соответствии с результатами выполненных исследований рекомендуется использовать твердеющую закладку на основе извести и отходов выщелачивания хвостов обогащения и пиритного концентрата с добавлением при формировании несущего слоя тонкоизмельченных шлаков медной плавки.

Принципиальная схема технологии выщелачивания отходов горнообогатительного производства в выработанном пространстве карьера (рис. 8) включает: работы по подготовке сырья к выщелачиванию; кучное выщелачивание меди и других ценных компонентов; переработку продуктивных растворов, приготовление из отходов выщелачивания на закладочном комплексе твердеющей смеси для подачи в выработки подземного рудника. В одновременной работе в основании карьера находятся штабели, размещаемые на южном и северном флангах. Размеры куч в плане определяются площадью основания карьера, высота укладываемого штабеля — 12м. За сезон на площадке отрабатывается 2 штабеля. По завершении отработки штабелей кучного выщелачивания производится их расформирование, погрузка в автотранспорт и транспортирование на закладочный комплекс. Отработанное сырье используется для погашения подземных пустот твердеющей, гидравлической или сухой закладкой.

Рис. 8. Кучное выщелачивание окомкованных хвостов обогащения в отработанном Учалин-ском карьере: 1 — вентиляционный штрек, 2 — вентиляционно-ходовой восстающий, 3 - доставочный штрек, 4 — рудоспуск; 5 — откаточный штрек; 6 — штабель окатанного материала; 7 — система орошения; 8 - искусственная потолочина; 9 - прудок для сбора продуктивного раствора

Для компенсации потери доходности предприятия в период падения цен на мировом рынке металлов целесообразно в проекте рассмотреть вариант отработки залежей или локальных участков некондиционных руд методом подземного выщелачивания (рис. 9). Для этого необходимо заблаговременно предусмотреть

Рис.9. Отработка локально рудного тела подземным выщелачиванием: I — вентиляционно-ходовой восстающий; 2 - буровой штрек, 3 - штрек для подачи раствора выщелачивания; 4 — выработки для сбора и транспортировки продуктивного раствора; 5 — прудок накопитель

Значительный эффект от реализации данных технологии позволит ускорить окупаемость капитальных затрат на строительство подземного рудника, а также способствовать поддержанию требуемого уровня доходности разработки месторождения в период снижения качества и биржевой ценности минерального сырья.

Реализация технологии выщелачивания отходов с их последующим использованием для закладки выработанного пространства позволит дополнительно получить эффект за счет снижения затрат на приготовление закладочной смеси на 60 % за счет отказа от цементной закладки, что в общей стоимости эксплуатационных затрат составит 12 % при доле закладочных работ в структуре себестоимости 20 Значение чистой дисконтированной прибыли от реализации

технологии комплексного использования отходов добычи и переработке руды месторождения Ново-Учалинское при горизонте расчета 25 лет составит 5609,1 млн.р., индекс доходности — 21,08 при сроке окупаемости 1 год и внутренней норме доходности более 100 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи — разработана технология комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд Учалинского и Узельгинского полей и сопутствующих им техногенных образований, обеспечивающая существенное повышение эффективности их разработки и устойчивое развитие горного предприятия в изменяющихся экономических и горно-геологических условиях. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Доказано, что стратегия комплексного освоения медно-колчеданных месторождений должна предусматривать, наряду с комплексной разработкой и переработкой кондиционных руд, вовлечение в промышленную эксплуатацию некондиционных руд и техногенного сырья применением комбинированных геотехнологий, адаптированных к конкретным горно-геологическим условиям. Это возможно путем сочетания процессов открытого, подземного и физико-химического способов добычи для комплексного извлечения цветных, редких и благородных металлов.

2. Предложена классификация природных и техногенных георесурсов медно-колчеданных месторождений по особенностям вещественного состава, условиям образования, залегания и хранения, позволяющая обосновывать условия и параметры технологии их комплексного использования.

3. Выбор геотехнологической стратегии освоения месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей базируется на разработанной методике, включающей алгоритм и экономико-математическую модель и отличающейся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований. Реализацией алгоритма для условий Ново-Учалинского месторождения доказано, что с уменьшением среднего содержания условной меди по месторождению до 1,82 % и падения цен на медь до 4500 долл. за тонну, вовлечение в разработку методом выщелачивания некондиционных руд (не менее 300 тыс. т в год) и техногенных отходов (не менее 1,5 млн. т в год) позволяет компенсировать снижение индекса доходности и сохранить устойчивые финансовые показатели деятельности предприятия.

4. Показана эффективность выщелачивания некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений. Извлечение меди из руды Молодежного месторождения за 150 суток выщелачивания составило 65,6 %, Узельгинского — 40 %; цинка, соответственно, - 23,2 % и 21 %. Установлен высокий уровень извлечения серебра из руды Молодежного месторождения - 68 %. Из руды Узельгинского в раствор переходят селен, серебро и теллур на 17,5%, 5% и 3,5% соответственно.

5. Для реализации технологии кучного выщелачивания отходов сепарации предложено производить отсев фракции -3 мм, представленной глинистыми минералами с низким содержанием ценных компонентов. На класс +3 мм приходится 67% всей меди, цинка - 86,7 %, селена - 83,64 %, теллура - 68 %, талия - 67 %, золота - 71,5 %, серебра - 82,66 %. Выщелачиванием отходов сепарации фракцией +3 мм за 60 суток возможно извлечь в продуктивный раствор 54 % меди, 41,5% цинка и 26 % селена.

6. Исследованиями продуктивных растворов выщелачивания некондиционных руд и техногенных отходов было показано достаточно высокое содержание в них: меди - до 6 г/дм3, кадмия - до 65 мг/дм3, марганца - 55 мг/дм3, селена -до 78 мг/ дм3, никеля - до 62 мг/дм3, кобальта - 1,06 мг/дм3, германия - 1,05 мг/дм3, палладия - 0,97 мг/дм3, платины - 0,12 мг/дм3, теллура - 0,094, скандия -0,17 мг/дм3 и других. С учетом извлечения ценных компонентов из полученных продуктивных растворов методами гидрометаллургии извлекаемая ценность сырья увеличивается в 1,5 раза.

7. Доказана возможность приготовления твердеющей закладки из отходов сернокислотного выщелачивания текущих хвостов обогащения. Закладочная смесь на основе известкового вяжущего и текущих хвостов обогащения с расходом извести 80 кг/м3 обеспечивает достаточно высокие значения прочности массива (2,6 МПа в возрасте 60 сут.) и наибольшее значение модуля деформации и коэффициента Пуассона. Это предопределяет высокую несущую способность искусственных целиков на основе закладки такого состава, даже при 5-7 кратном превышении предела прочности. Механоактивация части текущих хвостов (до 25 %) позволяет увеличить прочность образцов закладки в среднем на 30 % и получить закладочный массив с устойчивой высотой вертикального обнажения до 60 м.

8. Предложена технологическая схема освоения Ново-Учалинского месторождения, предусматривающая использование для вскрытия запасов горнокапитальных выработок действующего Учалинского рудника; разработку балансовых запасов этажно-камерной системой с твердеющей закладкой, а забалансовых - методом подземного выщелачивания; кучное выщелачивание в отработанном Учалинском карьере отходов переработки руд и утилизацию кеков выщелачивания для закладки выработанного пространства подземных камер.

9. Расширение технологического цикла освоения месторождения путем включения технологий извлечения ценных компонентов из отходов методом кучного выщелачивания в отработанном карьере с их последующим использованием для закладки выработанного пространства обеспечивает достаточно высокие экономические показатели: индекс доходности — 21,08 при сроке окупаемости капитальных затрат 1 год. '

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Рыльникова М.В., Илимбетов А. Ф., Абдрахманов И.А. и др. Технологии в едином комплексе // Металлы Евразии. - №5. — 2006. - С. 40-42.

2. Абдрахманов И.А. Опыт хозяйственной деятельности ОАО «Учалинский ГОК» в условиях рыночной экономики // Геологическая служба и горное дело Башкоторстана на рубеже веков: Материалы Республиканской научно-практической конференции: Уфа, 13-14 октября 2000 года. - Уфа: Tay. - 2000. — С. 312-315.

3. Рыльникова М.В., Илимбетов А.Ф., Абдрахманов И.А. Проблемы и перспективы комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Урала // Недропользование - 21 век. - 2006. - №1. - С. 67-70.

4. Каплунов Д.Р., Илимбетов А.Ф., Абдрахманов И.А. Обоснование долгосрочной стратегии комплексного освоения медно-рудных месторождений Башкоторстана // Горный журнал. - 2004. - №6. - С. 12-15.

5. Абдрахманов И.А. Учалинский горно-обогатительный комбинат // Вклад Урала в горное производство России за 300 лет. Екатеринбург: Изд-во Уральской государственной горно-геологической академии. - 2000. - С. 510-524.

6. Абдрахманов И.А. Промышленное внедрение комбинированной геотехнологии на месторождениях Учалинского и Узельгинского рудных полей // Материалы Международной научно-технической конференции Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения. Магнитогорск: МГТУ. - 2006. -С. 15-18. *

7. Абдрахманов И.А., Чадченко A.B. За горизонтами медно-колчеданных руд // Уфа: Табигат. - 2004. - № з. - С. 7-10.

8. Абдрахманов И.А., Иванов A.A., Чадченко A.B. Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы ОАО «Учалинский ГОК» // Учалинский горно-обогатительный комбинат на рубеже XXI века. Уфа. - 1999. — С. 109-114.

9. Учалинский горно-обогатительный комбинат на рубеже XXI века. Монография: И.А. Абдрахманов, П.И. Пирожок, A.B. Чадченко и др. Уфа: Полиграфком-бинат. - 2000. - 328 с.

10. Абдрахманов И.А. Учалинский горно-обогатительный комбинат / Горное производство цветной металлургии Урала / Под ред. B.C. Хохрякова: Изд-во Уральской гос. горн.-геол. акад. — Екатеринбург. - 2004. - С. 129-194.

11. Рыльникова М.В., ИлимбетЬв А.Ф., Абдрахманов И.А. Проблемы и перспективы комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Южного Урала // Материалы Международной научно-технической конференции Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения. Магнитогорск: МГТУ. -2006.-С. 22-28.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Абдрахманов, Ильяс Ахметович

Введение.

1. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий освоения месторо/кдений Учалинского и Узельгинского рудных полей.

1.1. Горнем еолсмические, геомеханические и горнотехничеекие условия разработки природных месторождений и накопленных техногенных образований.

1.2. Способы разработки месторождений Учалинского ГОКа и технология переработки медно-колчеданных руд.

1.3. Вещественный состав медно-колчеданных руд и отходов их переработки.

1.4. Анализ перспективных направлений освоения месторождений медно-колчеданных руд и отходов их переработки.

1.5. Цель, задачи и методы исследований.

2. Проблема комплексного освоения месторо/вдений медно-колчеданных руд и предпосылки к ее решению.

2.1. Постановка проблемы комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд.

2.2 Изучение закономерностей вещественного состава природного и техногеиною минерального сырья Учалинского ГОКа.

2.3. Систематизация природных и техногенных образований медно-колчеданпого сырья в соответствии с особенностями вещественного состава и условиями разработки.

2.4 Принципы комплексного освоения месторождений медно-колчеданных

Выводы по 2 главе.

3. Исследования процессов комбинированной физико-технической и физико-химической геотехноло1ии.

3.1 Исследования закономерностей выщелачивания некондиционных медно-колчеданных руд с комплексным извлечением ценных компонентов.

3.2. Изучение закономерностей выщелачивания ценных компонентов из отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд.

3.3. Обоснование технологии формирования закладочных массивов на основе отходов выщелачивания техногенного медно-колчеданного сырья.

3.4. Разработка методики выбора технологической схемы комплексного освоения месторождений природного и техногенного медно-колчеданного сырья.

3.5. Исследование показателей функционирования предприятия в зависимости от технологической схемы комплексного освоения месторождений в изменяющихся горно-геологических и экономических условиях.

Выводы по 3 главе.

4. Разработка технологических рекомендаций по освоению Ново-Учалинского месторождения и оценка их экономической эффективности.

4.1. Технологическая схема комплексного освоения Иово-Учалинскою месторождения.

4.2. Технология подземного выщелачивания некондиционных руд.

4.3. Технология кучного выщелачивания отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд.

4.4. Оценка экономической эффективности рекомендуемых технолог ических решений.

Выводы по 4 главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологии комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей"

На большинстве медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узелыинского рудных полей, осваиваемых Учалинским ГОКом, эксплуатационные запасы находятся к стадии доработки. В среднесрочной перспективе будут разрабатываться резервные месторождения - Ново-Учалинское, Озерное, Западно-Озерное, Чебачье, которые обеспечат градообразующее предприятие сырьем на ближайшие 70 лет. Эти месторождения характеризуются сложными горнотехническими условиями разработки и низким содержанием полезных компонентов. Перспектива успешной работы предприятия определяет необходимость непрерывною совершенствования технологических процессов добычи и переработки разносортных руд в части повышения уровня извлечения и расширения номенклатуры извлекаемых в концентраты цветных, блаюродных и редких металлов. При этом также актуально стоит вопрос восполнения минерально-сырьевой базы комбината за счет вовлечения в эксплуатацию техп01енн010 сырья, что будет способствовать повышению эффективности производства и снижению экологической нагрузки в регионе. Учитывая, что резервные месторождения будут преимущественно разрабатываться подземным способом, наиболее перспективным направлением утилизации отходов является закладка ими выработанного пространства после предварительного извлечения ценных компонентов.

В этой связи, изыскание технологий, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения природных и сопутствующих им техногенных месторождений, представленных неравномерным но качеству минеральным сырьем, с обеспечением устойчивою развития предприятия в изменяющихся экономических условиях является актуальной научно-практической задачей, требующей решения.

Цель - изыскание возможности существенного повышения эффективности разработки медно-колчеданных месторождений и обеспечения устойчивою развития предприятия при изменяющемся качестве сырья путем повышения полноты и комплексности освоения недр.

Идея работы состоит в том, что повышение полноты, комплексности и эффективности освоения месторождений медно-колчеданных руд при изменяющемся качестве сырья обеспечивается в результате рациональною сочетания физико-технических и физико-химических процессов добычи и переработки кондиционных и бедных руд, отходов их добычи и переработки с извлечением цветных, благородных и редких металлов и утилизацией отходов в закладке выработанного пространства.

Задачи исследований:

1. Анализ юрно-геологических и юрнотехнических особенностей разработки месторождений Учалипскою ГОКа и вещественного состава руд и техногенного минерального сырья.

2. Систематизация природных и техногенных образований медно-колчеданного сырья в соответствии с особенностями вещественною состава и условиями разработки.

3. Установление закономерностей и факторов, повышающих полноту и комплексность освоения медно-колчеданных месторождений комбинированной геотехнологией.

4. Обоснование технологии утилизации отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд в закладке выработанною пространства.

5. Разработка методики выбора технологической схемы комплексного освоения природных и техно! енных месторождений медно-колчеданного сырья.

6. Обоснование принципов комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд и разработка технолошческих рекомендаций по повышению полноты и комплексности использования природного и техногенною минеральною сырья.

Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований была выбрана комбинированная физико-техническая и физико-химическая I еотехпология комплексною освоения природных и сопутствующих техногенных месторождений Учалипскою юрно-обогатительною комбината.

Методы исследований

В работе иснользован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ горно-геологических и горнотехнических условий освоения месторождений Учалинскою и Узельгинского рудных полей, опыта разработки техно1енных месторождений и переработки техногенного сырья; геолою-мипералогические исследования и химический анализ; физическое моделирование; компьютерное геотехнологическое (экономико-математическое) моделирование; технико-экономическую оценку.

Положения, выносимые на защиту

1. В ухудшающихся горно-геологических и изменяющихся экономических условиях сохранение эффективности освоения медпо-колчеданных месторождений и обеспечение устойчивою развития предприятий достигается реализацией комбинированной геотехпологии в общем технологическом цикле добычи руды и переработки сопутствующих отходов при комплексном извлечении полезных компонентов и использовании отходов в закладке выработанного пространства.

2. Технологические решения по освоению медно-колчеданных месторождений с переработкой отходов добычи и обогащения руд, соответствующие выявленным особенностям природных и техногенных образований и базирующиеся на сочетании физико-химических и физико-технических процессов горных работ, повышают извлекаемую ценность руды на 20-40 %, расширяют номенклатуру и объем товарной продукции I орного производства.

3. Закладочная смесь на основе хвостов переработки добываемых медно-колчеданных руд, пиритною концентрата и известкового вяжущего обладает высокими реологическими характеристиками, пластичностью, что позволяет создавать искусственный массив, обеспечивающий подземную добычу в широком диапазоне горнотехнических условий.

Научнаи новизна работы:

1. Классификация природных и техногенных георссурсов медно-колчеданных месторождений по особенностям вещественного состава, условиям образования, залегания и храпения, позволяющая обосновать условия и параметры технологии их комплексного использования.

2. Методика выбора технологической схемы комплексного освоения месторождений медно-колчедапного сырья, включающая алгоритм и экономико-математическую модель и отличающаяся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований.

3. Установлена возможность формирования искусственною массива на основе отходов выщелачивания хвостов обогащения медно-колчедапных руд с механоактивацией части отходов выщелачивания (до 25 %), повышающей прочность массива в среднем на 30 % для очистной выемки руды камерами увеличенных размеров.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в: разработке принципиально новою подхода к обоснованию геотехнологической стратегии комплексною освоения месторождений медно-колчеданных руд, заключающеюся в формировании единой технологической схемы разработки балансовых руд и некондиционных запасов с вовлечением в промышленную эксплуатации отходов горно-обогатительною производства.

Реализация работы: результаты исследований внедрены на Учалинском, Узелыинском, Молодежном, Талганском месторождениях, а также в проектные решения по разработке Ново-Учалинского месторождения.

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «О развитии горнометаллургической промышленности России» (Екатеринбург, 2002), «Новые направления и методы поисков месторождений полезных ископаемых» (Челябинск, 2004), VIII Съезде горнопромышленников Урала (Учалы, 2004), научно-практической конференции, посвященной 285 - летию i осударственного горно1 о надзора (Санкт-Петербург, 2004), Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004, 2005), III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехпология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск -Учалы, 2005), Третьем съезде горнопромышленников России (Москва, 2005). Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименования и содержит 172 стр., 51 рис., 30 табл.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Абдрахманов, Ильяс Ахметович

Выводы по 4 главе

1. Разработана технологическая схема комплексного освоения Ново-Учалинског о медно-ко.тчеданпот о месторождения, предусматривающая использование горно-капитальных выработок действующих близлежащих рудников для вскрытия запасов, разработкой балансовых запасов подземной технолог ней системами с твердеющей закладкой, а забалансовых рудных 1ел - методом подземного выщелачивания.

2. Рекомендовано включение в цикл освоения Пово-Учалипскою месторождения технологии кучного выщелачивания отходов обогащения с использованием кеков выщелачивания для закладки выработанною пространства подземных камер. При этом выщелачивание целесообразно производить в отработанном Учалипском карьере для исключения изъятия дополнительных земель.

3. Произведена технико-экономическая оценка предложенных технолог ическнх решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи - разработана технология комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд Учшшнского и Узельгинского полей и сопутствующих им техногенных образований, обеспечивающая существенное повышение эффективности их разработки и устойчивое развитие горного предприятия в изменяющихся экономических и горногеологических условиях. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Доказано, что стратегия комплексного освоения медно-колчеданных месторождений должна предусматривать, наряду с комплексной разработкой и переработкой кондиционных руд, вовлечение в промышленную эксплуатацию некондиционных руд и техногенного сырья применением комбинированных гсотсхнологий, адаптированных к конкретным горногеологическим условиям. Это возможно путем сочетания процессов открытого, подземного и физико-химического способов добычи для комплексного извлечения цветных, редких и благородных металлов.

2. Предложена классификация природных и техногенных гсоресурсов медно-колчеданных месторождений по особенностям вещественного состава, условиям образования, залегания и хранения, позволяющая обосновывать условия и параметры технологии их комплексного использования.

3. Выбор геотехнологической стратегии освоения месторождений Учалинского и Узелыинского рудных нолей базируется на разработанной методике, включающей алгоритм и экономико-математическую модель и отличающейся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований. Реализацией алгоритма для условий Ново-Учалинского месторождения доказано, что с уменьшением среднего содержания условной меди по месторождению до 1,82 % и падения цен на медь до 4500 долл. за тонну, вовлечение в разработку методом выщелачивания некондиционных руд (не менее 300 тыс. т в год) и техногенных отходов (не менее 1,5 млн. т в юд) позволяет компенсировать снижение индекса доходности и сохранить устойчивые финансовые показатели деятельности предприятия.

4. Показана эффективность выщелачивания некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений. Извлечение меди из руды Молодежною месторождения за 150 суток выщелачивания составило 65,6 %, Узелыинского - 40 %; цинка, соответственно, - 23,2 % и 21 %. Установлен высокий уровень извлечения серебра из руды Молодежного месторождения -68 %. Из руды Узельгинского в раствор переходят селен, серебро и теллур на 17,5%, 5% и 3,5% соответственно.

5. Для реализации технологии кучного выщелачивания отходов сепарации предложено производить отсев фракции -3 мм, представленной глинистыми минералами с низким содержанием ценных компонентов. В классе +3 мм суммарное содержание ценных компонентов составляет: меди-67 %, цинка - 86,7 %, селена - 83,64 %, теллура - 68 %, талия - 67 %, золота -71,5 %, серебра - 82,66 %. Выщелачиванием отходов сепарации фракцией +3 мм за 60 суток возможно извлечь в продуктивный раствор 54 % меди, 41,5 % цинка и 26 % селена.

6. Исследованиями продуктивных растворов выщелачивания некондиционных руд и техногенных отходов было показано достаточно высокое содержание в них: меди - до 6 г/дм3, кадмия - до 65 мг/дм3, марганца - 55 мг/дм3, селена - до 78 мг/ дм3, никеля - до 62 мг/дм3, кобальта - 1,06 мг/дм3, германия - 1,05 мг/дм3, палладия - 0,97 мг/дм3, платины - 0,12 мг/дм3, теллура - 0,094 мг/дм3 , скандия - 0,17 мг/дм3 и других. С учетом извлечения ценных компонентов из полученных продуктивных растворов методами гидрометаллургии извлекаемая ценность сырья увеличивается в 1,5 раза.

7. Доказана возможность приготовления твердеющей закладки из отходов сернокислотного выщелачивания текущих хвостов обогащения. Закладочная смесь на основе известкового вяжущего и текущих хвостов обогащения с расходом извести 80 кг/м3 обеспечивает достаточно высокие значения прочности массива (2,6 МПа в возрасте 60 сут.) и наибольшее значение модуля деформации и коэффициента Пуассона. Эго предопределяет высокую несущую способность искусственных целиков на основе закладки такого состава, даже при 5-7 кратном превышении предела прочности. Механоактивация части текущих хвостов (до 25 %) позволяет увеличить прочность образцов закладки в среднем на 30 % и получить закладочный массив с устойчивой высотой вертикальною обнажения до 60 м.

8. Предложена технологическая схема освоения Ново-Учалинскою месторождения, предусматривающая использование для вскрытия запасов юрно-капитальных выработок действующею Учалинскою рудника; разработку балансовых запасов этажно-камерной системой с твердеющей закладкой, а забалансовых - методом подземного выщелачивания; кучное выщелачивание в отработанном Учалинском карьере отходов переработки руд и утилизацию кеков выщелачивания для закладки выработанного пространства подземных камер.

9. Расширение технологического цикла освоения месторождения путем включения технологий извлечения ценных компонентов из отходов методом кучного выщелачивания в отработанном карьере с их последующим использованием для закладки выработанного пространства обеспечивает достаточно высокие экономические показатели: индекс доходности - 21,08 при сроке окупаемости капитальных затрат 1 год.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Абдрахманов, Ильяс Ахметович, Магнитогорск

1. Арене В.Ж. Физико-химическая геотехнология: Учебное пособие. -М: Издательство МГГУ, 2001. 656с.

2. A.A. Гусев. Ор1анизация оборотного водоснабжения и складирование хвостов обогащения // Горный журнал, 2004. №6. -С. 59-62.3. Белан, 1997

3. В.Г. Белоусов, А.Е. Зубков, А.Д. Мельников, И.Б. Моисеев, H.A. Дятлов, В.А. Доронин. Перспективы развития Узельгинского подземного рудника// Горный журнал, 2004. №6. С. 45-47.

4. Вахрушева З.Г. Некоторые данные о рудах и геохимических ореолах колчеданных месторождений Урала // Геология, геохимия и полезные ископаемые Урала. Свердловск: УПИ, 1977. Выи. 1. С. 14-24.

5. Волков Ю.В., Соколов И.В. Подземная разработка медпоколчеданных месторождений Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2006.-232 с.

6. Г.И. Дамасская, С.С. Тихонов, В.А. Щербак, «Использование железа, содержащегося в окисленных рудах, для цементации меди». Бюллетень ЦИИН,№16, 1962 г.

7. Г.Ф. Азов. Комплексное использование минерального сырья на Учалинском ГОКе // Горный журнал, 2004. №6. С. 63 65.

8. КГеомехаиическое обоснование параметров очистной выемки при доработке Учалинского месторождения подземным способом: Отчет о НИР/МГМА.-Магнитогорск, 1997.

9. Геомеханическое обоснование порядка и конструктивных параметров систем разработки Учалинскою: Отчет о НИР / МГМА. -Магнитогорск. 1998. Тема 97-03.

10. Гидродинамические и физико-химические основы горных пород /Под ред. Веригина H.H. М.: Недра, 1997. - 126 с.

11. Гидрометаллургия // Под ред. Б.Н. Лаекорина. М.: Металлургия, 1978.-464 с.

12. Горное производство цветной металлургии Урала / Под ред. B.C. Хохрякова: Изд-во Уральской юс. юрно-геол. акад. Екатеринбург. 2004. 653 с.

13. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкой. М.: Изд-во Академии юрных наук, 1997.-478 е.: ил. ISBN 5-7892-0008-7.

14. Д.Р. Каплунов, А.Ф. Илимбетов, И.А. Абдрахманов. Обоснование долгосрочной стратегии комплексного освоения медно-рудных месторождений Башкоторстана. М.: Горный журнал. 2004. - №6. - С. 12-15.

15. Добыча металлов способом выщелачивания // В.П. Новик-Качан, Н.В. Губкин, Д.Т. Десятников и др. Издательство Цветметипформации, 1970.

16. И.А. Абдрахманов, A.A. Иванов, A.B. Чадченко. Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы ОАО «Учалинский

17. ГОК» // Учалинский горно-обогатительный комбинат на рубеже XXI века: Уфа, 1999.-С. 109-114.

18. И.А. Абдрахманов. Учалинский горно-обогатительный комбинат // Вклад Урала в горное производство России за 300 лет. Издательство Уральской государственной горно-геологической академии // Екатеринбург-2000. С. 510-524.

19. И.А. Абдрахманов. Учалинский горно-обогатительный комбинат / Горное производство цветной металлургии Урала / Под ред. B.C. Хохрякова: Изд-во Уральской гос. горно-геол. акад. Екатеринбург.2004.-С. 129-194.

20. И.А. Абдрахманов, A.B. Чадченко. За горизонтами медно-колчеданных руд // Уфа: Табигат. 2004. - №3. - С. 7.

21. Исмагилов М.И., Исмагилова М.З. Зональность колчеданных руд Озерного месторождения и изотопный состав серы сульфидов // Вопросы минералогии, геохимии и генезиса полезных ископаемых Южного Урала / БФАН СССР. Уфа, 1982. С. 34-40.

22. Исмагилов М.И. Озерное месторождение // Медноколчедапные месторождения Урала. Геологическое строение / Свердловск: УНЦ АН СССР, 1988. С. 58-64.

23. Исследование параметров и режимов технологии выщелачивания техногенных отходов Бурибаевского ГОКа / Отчет по НИР. рук-ль работ Рыльникова М.В. Магнитогорск: ЗАО «Маггеоэксперт».2005.-С. 205.

24. Историческая справка и обзор зарубежной практики кучногои подземного выщелачивания/ Б. Д. Халезов, Н. А. Ватомин, В. А. 11еживых и др.// ГИАБ. 2002. - № 4. - С. 139-143.

25. Исследование и разработка технологии извлечения цинка и редких металлов из медно-пиритною иромиродукта Сибайской обогатительной фабрики идрометаллургическим способом: Отчет о НИР / МГМИ. № ГР 80031669. - Екатеринбург, 1992.

26. К.Н. Трубецкой, В.H. Уманец, M.Б. Никитин. Классификация техногенных месторождений и основные факторы их комплексного использования //Комплексное использование минерального сырья. -1987.-№12.-с. 18-23.

27. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. - 560 е.: ил. ISBN 5-8216-0046-4.

28. Караметьянц М.Х. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М.: Химия, 1968.-471 с.

29. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. М.: Химия, 1983. - 286 с.

30. Кинетика процессов растворения / И.А. Каковский, Ю.М. Поташников. «Металлургия», 1975. - 224с.

31. Кинетика электродных процессов / Фрумкин А.П., Багоцкий B.C., Иофа З.А., Кабанов Б.11. М.: МГУ, 1952. - 319 с.

32. Комбинированные процессы переработки руд цветных металлов / С.И. Митрофанов и др. М.: Недра, 1984.

33. Колотов C.B. Структура и зональность медно-колчеданною месторождения Молодежное: Автореф. дис. канд. 1еол.-мин. наук. Екатеринбург: УрО АН СССР, 1992. 20 с.

34. Колмогоров Н. Расточительное обогащение // Металлы Евразии. -2001. №5.-С 56-59.

35. Курбанов II.K. Геологическая позиция и структурные условия локализации медно-колчеданного оруденения в пределах рудною поля Молодежною (Южный Урал) // Труды ЦНИГРИ. М.: Недра, 1967. Вып. 67. С. 100-118.

36. Кучное выщелачивание на коунрадском руднике/ Б. Д. Халезов, Б. М. Томкин, Н. А. Быков и др.// Цветная металлургия. 1976. - № 5. - С. 33.45.Крыпатов, 1997.

37. М.В. Рыльникова, А.Ф. Илимбетов, И.А. Абдрахманов. Проблемы и перспективы комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Урала // Недропользование 21 век, 2006. - №1. С. 1619.

38. М.В. Рыльникова, А. Ф. Илимбетов, Р. Ш. Маннанов, И.А. Абдрахмапов. Технологии в едином комплексе // Металлы Евразии. -№5. 2006. - С. 40-42.

39. Матюшенко Г.А. Разработка технологии формирования и комплексною освоения техногенных месторождений на основе отходов переработки медно-колчеданных руд // Дисс. па соиск. уч. ст. канд. техн. паук. Магнитогорск, 2006. 171с.

40. Масленников В.В. Литогенез и колчеданообразование. Миасс: ИМин УрО РАН, 2006. 384 с.

41. Медиоколчедапиые месторождения Урала. Геологическое строение / В.А. Прокин, Ф.П. Буслаев, М.И. Исмагилов и др. Свердловск: УрО АН СССР, 1988.248 с.

42. Меднорудные месторождения типы и условия образования / Под ред. А.И. Кривцова и др. М.: Недра, 1987. 197 с.

43. Минеральные ресурсы Учалинского горно-обогатительного комбината / И.Б. Серавкин, П.И. Пирожок, В.Н. Скуратов и др. Уфа: Башк. кн. изд., 1994. - 328 с.

44. Мировая горная промышленность 2004-2005: история, достижения, перспективы. М.: НТЦ «Горное дело», 2005. С. 222-244.

45. Мипяев Б.К. Разработка медно-колчеданных месторождений. М.: Недра, 1980.-232 с.

46. Монтянова А.Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозопе. М.: Издательство «Горная книга», 2005. - 597 с.

47. Набойченко С.С., Юнь A.A. Расчеты гидрометаллургических процессов. М.: МИСиС, 1995.-428 с.

48. Основы стратегии освоения минеральных ресурсов Урала / В.Л. Яковлев, С.И. Бурыкин, Н.Л. Стахеев. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999.-279 с.

49. Пахомов и др. Стратегия развития горнопромышленного комплекса Урала // ренгтон-Урал. 1997. - №8-С. 31-35.

50. Пирожок П.И., Злотник-Хоткевич А.Г. Новые данные о генезисе Учалинского месторождения // Доклады СССР, 1978. Т. 242. №2. С. 390-393.

51. Подземныс системы выщелачивания металлов / Лунев Л.И., Рудаков И.Е.-М., 1974.-79 с.

52. Подземпое выщелачивание урановых руд / Бахуров В.Г., Вечеркин С.Г., Луценко И.К. М.: Атомиздат, 1969. - 320 с.

53. Полупромышленные испытания выщелачивания забалансовой руды Коунрадекого месторождения: Труды института «Унипромедь», вып. XX. Свердловск, 1977.-С. 133.

54. Прокин В.А., Попов Б.А., Ярошгц П.Я. и др. Молодежное месторождение // Медноколчеданные месторождения Урала. Геологическое строение / Свердловск: УрО АН СССР. 1988. С. 78-85.

55. Промышленные испытания выщелачивания забалансовой руды Коунрадскою месторождения/ Б. Д. Халезов, Б. М. Томкин, Г. Д. Буров и др.: Труды института Унипромедь, вып. XX. Свердловск, 1977. - С. 133.

56. Пшеничный Г.Н., Волькипштейн М.Я., Николайченко Ю.С. и др. Ново-Учалинское медно-цинково-колчеданное месторождение Южного Урала. Уфа: УНЦ РАН, 1999.395 с.

57. Радченко Д.Н. Разработка комбинированной геотехнологии освоения месторождений медно-колчеданных руд с комплексным использованием отходов их переработки // Дисс. на соиск. научн. ст. канд. техн. наук. Магнитогорск 2004 г. - с. 155.

58. PaiiiioiiopT М.С. Состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы Урала // Известия ВУЗов. Горное образование. 2000. -№3.-С. 37-64.

59. Реконструкция Учалинской обогатительной фабрики в условиях рыночной экономики / И.А. Абдрахманов, P.A. Ягудип, У.Д. Яумбаев, Ю.П. Григорьев, A.A. Гусев, A.B. Зимин, Е.П. Калинин, Ф.Г. Хамидуллина, 2002.

60. Рудницкий В.Ф. Положение колчеданных залежей в разрезе вулканогенно-осадочных пород Узельгинского рудного поля (Южный Урал) // Геология руд. месторождений. 1983. №1. С. 40-49

61. Радушсв А. В., Гусев В. Ю., Набойченко С. С. Возможности жидкостной экстракции для повышения комплексности использования сырья и улучшения качества меди: Международный конгресс. 300 лет Уральской металлургии. Изд-во УГТУ-УПИ, 2001. - С .74.

62. C.LU. Курбашалеев. Природоохранная деятельность Учалинского ГОКа // Горный журнал, 2004. №6. С. 70-75.

63. Соколов И.В., Мишенин А.П., Антипин Ю.Г. Технология доработки Учалинского месторождения подземным способом // Цветная металлургия: Бюл. ПТИ. 1990. №8. С. 1-3.

64. Структурный и магматический контроль колчеданного оруденения Башкирии / П.Ф. Сопко, A.C. Бобохов, И.Б. Серавкин и др. М.: Наука, 1975.226 с.

65. Сырьевая база подземного и кучного выщелачивания/ Б. Д. Халезов, Н. А. Ватолин, В. А. Неживых и др.// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.:Изд-во МГТУ, 2002. -№ 5. - С. 142147.

66. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2003. 262 с.

67. Трубецкой К.Н., Уманец Б.Н. Комплексное освоение техногенных месторождений//Горный журнал. 1992.-№1.-С. 12-16.

68. Трубецкой К.Н. Развитие новых направлеггий в комплексном освоении недр. М.: ИПКОН АН СССР, 1990

69. Трубецкой К.П., Галченко Ю.П., Бурцев Л.И. Экологические проблемы освоения недр при устойчивом развитии природы и общества. М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2003. 262 с.

70. Условия формирования и метаморфизм колчеданных руд. М.: Научный мир, 2004. 344 с.

71. Усовершенствование технологии выщелачивания забалансовх руд/ Б. Д. Халезов, В. А. Неживых, В. К. Шмакова и др.// Цветная металлургия. 1976. - № 7. - С. 39.

72. Учалинское медно-цинково-колчеданное месторождение Уральского типа / И.Б. Серавкин и др. Уфа: БНЦ УрО РАН, 1992. 175 с.

73. Учалинский трпо-обогатительный комбинат на рубеже XXI века. Монография: И.А. Абдрахмапов, П.И. Пирожок, A.B. Чадченко и др. Уфа: Полиграфкомбинат; 2000. 328 с.

74. Физико-химическая гидродинамика // Левич В.Г. М.: Физматгиз, 1959.-699 с.

75. Ферсман А.Е. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1958. - Т.4. 98.Чановый процесс выщелачивания: Технология и схемы переработки руд цветных металлов // С.И. Полькин, Э.В. Адамов, В.В. Панин и др. Биогеотехнология металлов. - М.: Недра, 1985. - С. 243.

76. Черняк A.C. Химическое обогащение руд. М.: Недра, 1987. - 196 с.

77. Шадрунова И.В., Радченко Д.Н. Утилизация дисперсных отходов юрно-металлургического комплекса / IV Конгресс обогатителей стран CI1Г: Материалы Конгресса. Т. 1. - М.: Альтекс, 2003. - С. 198-200.

78. Шадрунова И. В., Рыльникова М. В. История горного дела: Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ им. Г. И.Носова, 1999. - 80с.