Снижение экологической опасности рудных штабелей кучного выщелачивания золотоносных руд

Акименко, Дмитрий Олегович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Снижение экологической опасности рудных штабелей кучного выщелачивания золотоносных руд
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Снижение экологической опасности рудных штабелей кучного выщелачивания золотоносных руд"

На правах рукописи

АКИМЕНКО Дмитрий Олегович

СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ РУДНЫХ ШТАБЕЛЕЙ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТОНОСНЫХ РУД

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

005551594

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет Горный».

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Официальные оппоненты:

Титова Тамила Семёновна доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения императора Александра I», кафедра «Техносферная и экологическая безопасность», заведующая кафедрой

Ковалевская Алла Станиславовна кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)», кафедра Инженерной защиты окружающей среды, доцент

Ведущая организация - НПК «Механобр-техника» (ЗАО).

Защита диссертации состоится 18 июня 2014 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106,Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. №1303.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 18 апреля 2014 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ Л СИДОРОВ

диссертационного совета Ч^// Дмитрий Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в России ежегодно перерабатывается свыше 5 млн.т. золотосодержащего рудного сырья методом кучного выщелачивания (КВ). Объем добычи золота КВ динамично возрастает и, на 2011 год, по данным ОАО «Иргиредмет», составляет более 5% от общей годовой добычи в России.

Реализация 34 статьи ФЗ «Об охране окружающей среды» предусматривает проведение мероприятий по охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности при строительстве и эксплуатации зданий, строений, сооружений и иных объектов путем разработки и применения, наиболее эффективных средозащитных технологий.

Поэтому, главной экологической задачей является предотвращение потери продуктивных растворов в результате эрозийных и инфильтрационных процессов из тела рудного штабеля.

Несмотря на достаточную изученность процесса КВ в мире, опыт применения эффективных средозащитных мероприятий для северных регионов России остается недостаточным для полного предотвращения негативного техногенного воздействия, которое может на длительное время определить состояние окружающей среды в районе расположения золотодобывающих предприятий.

Экологические проблемы развития и внедрения технологии КВ золота нашли отражение в трудах ученых разных стран (Хохряков A.B., Фазлуллин М.И., Зил Д., Хатчисон И., Кил Д., Овсейчук B.JI., Волощук С.Н., Крупинин И.Я., Водолазов JT.И., Дробаденко В.П., Минеев Г.Г., Леонов С.Б., Милованов JT.B., Банденок Л.И.).

Однако, несмотря на существующие средозащитные мероприятия, до сих пор не разработано технологических решений,

позволяющих с максимальной эффективностью и минимальным техногенным воздействием вести процесс выщелачивания в условиях северных регионов России.

Цель работы - снижение негативного воздействия рудных штабелей КВ на окружающую природную среду, за счет внедрения технологии гидроизоляции их оснований.

Идея работы: гидроизоляцию оснований рудных штабелей следует производить путем экструзионного нанесения нагретой полимерной смеси в вязкотекучем состоянии на спланированную поверхность.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• оценка негативного воздействия рудных штабелей КВ Воронцовского месторождения на компоненты окружающей среды;

• анализ существующих способов снижения негативного воздействия технологии КВ на компоненты окружающей среды;

• разработка технологии гидроизоляции оснований и снижение экологической опасности рудных штабелей КВ Воронцовского месторождения;

• обоснование выбора полимерного материала для формирования гидроизоляционного покрытия в условиях северных регионов с учетом технологических особенностей объекта КВ Воронцовского месторождения;

• эколого-экономическое обоснование эффективности предлагаемого способа гидроизоляции, включающее прогноз изменения состояния окружающей природной среды в результате внедрения средозащитной технологии.

Методы исследований. В качестве основных методов исследований применялись:

• системно-структурный анализ зоны воздействия объектов кучного выщелачивания на природную среду;

• аналитические и экспериментальные методы исследований в лабораторных и полевых условиях;

• системный анализ промышленных методов снижения экологической опасности техногенных массивов;

• методы физического и численного моделирования.

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности формирования атмохимических ореолов и гидрохимических потоков загрязнений в районе воздействия рудных штабелей КБ Воронцовского золоторудного месторождения в зависимости от форм нахождения загрязняющих компонентов в теле рудного штабеля, миграционной способности загрязнителей, технологических особенностей процесса выщелачивания, природной и технической защищенности компонентов природной среды.

2. Получены зависимости эксплуатационных характеристик гидроизоляционного слоя из полимерных материалов в оплавленном совместно с грунтами состоянии (механической прочности, стойкости к растрескиванию, устойчивости к воздействию агрессивных сред с учетом температурного режима эксплуатации) от концентрации модификатора, температурного режима формирования и толщины наносимого покрытия.

Основные защищаемые положения:

1. Формирование структуры атмохимических ореолов и гидрохимических потоков загрязнения в районе воздействия площадки КВ окисленных руд Воронцовского месторождения определяется технологическими особенностями процесса выщелачивания, химическим составом перерабатываемых руд, климато-географическими характеристиками района расположения объекта, устойчивостью металлоцианидных комплексов, объемом потерь продуктивного раствора при инфильтрации.

2. Снижение экологической опасности процесса КВ должно достигаться на этапе строительства основания рудного штабеля путем последовательной укладки водоупорного слоя глин (Кф = 10"8-10" м/сут) толщиной 0,2-0,4 м, подстилающего слоя песка средней крупности толщиной 0,15-0,2 м, экструзионно нанесенного слоя полимерной смеси в оплавленном состоянии и последующим формированием дренажного (защитного) слоя толщиной 0,1-0,15 м на основе крупнозернистого песка.

3. Повышение надежности экранирования оснований рудных штабелей достигается формированием гидроизоляционного покрытия толщиной от 3,0 до 6,0 мм на основе полиэтилена низкого и высокого давления, с внесением модификатора (полиизобутилен), в температурном диапазоне переработки полимерного гранулята 180-190°С.

Практическая значимость работы:

• выполнена оценка техногенной нагрузки на компоненты природной среды в районе расположения рудных штабелей КВ Воронцовского золоторудного месторождения;

• разработано технологическое решение по минимизации воздействия на природную среду рудных штабелей КВ;

• определены рациональные параметры формирования гидроизоляционного покрытия оснований рудных штабелей КВ;

• произведено эколого-экономическое обоснование предлагаемого метода формирования гидроизоляционного покрытия.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием значительного объема исходных данных и применением современных методов анализа. Полученные результаты подтверждены комплексом лабораторных и натурных экспериментов. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии XXI века» (Москва, 2009 г; 2011 г), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г.Томск, 2011г.), на Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2010 г; 2011г.; 2013 г.), на Международной научной

конференции «52 th Students Scientific session» (Польша, г. Краков 2011 г.).

Личный вклад автора заключается в: постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; в проведении экологических исследований в зоне функционирования рассматриваемого объекта; выполнении анализа и выявлении наиболее опасных технологических узлов и оборудования; в обоснованном выборе полимерного материала для экструзионного формирования гидроизоляционного покрытия; в оценке эколого-экономической эффективности предлагаемой средозащитной технологии.

Реализация работы:

• разработанные технические предложения по экструзионному формированию полимерного покрытия на основе вторичных полимеров предложены для использования в ООО «ИнКом «Энергоцветмет», ОАО «РУСАЛ ВАМИ»;

• научные и практические результаты работы могут быть использованы в учебном процессе Горного университета при подготовке специалистов горно-геологического профиля, в частности при проведении занятий по дисциплинам «Экология», «Горное дело и окружающая среда», «Рекультивация нарушенных земель».

Публикации. По теме работы опубликовано 5 печатных трудов, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, получен 1 патент.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 183 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 36 таблиц и список литературы из 78 наименований.

Автор благодарен профессору М.А. Пашкевич за научное руководство работой и ценные научные консультации, а также коллективу кафедры Геоэкологии Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы актуальность, основная цель и идея, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассматриваются основные проблемы разработки и эксплуатации месторождений полиметаллических руд методом КВ, приведена краткая история развития технологии КВ в РФ, показана необходимость разработки средозащитных мероприятий, позволяющих снизить экологическую опасность рудных штабелей КВ, как наиболее опасных объектов рассматриваемой технологии.

Во второй главе проведена оценка воздействия рудных штабелей КВ на компоненты окружающей среды, с учетом особенностей технологического процесса Воронцовского золоторудного месторождения.

В третьей главе рассматривается предлагаемая технология гидроизоляции основания рудного штабеля, а так же приводится обоснование выбора полимерного материала для формирования защитного покрытия в условиях района расположения Воронцовского месторождения.

Четвертая глава посвящена обоснованию эколого-экономической эффективности технологии, предлагаемой к внедрению.

В заключении сформулированы основные научные и практические выводы по работе.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях.

1. Формирование структуры атмохимических ореолов и гидрохимических потоков загрязнения в районе воздействия площадки КВ окисленных руд Воронцовского месторояедения определяется технологическими особенностями процесса выщелачивания, химическим составом перерабатываемых руд, климато-географическими характеристиками района

расположения объекта, устойчивостью металлоцианидных комплексов, объемом потерь продуктивного раствора при инфильтрации.

В мировой практике золотодобычи с каждым годом наибольшее применение находит технология КВ. В Российской Федерации в настоящее время эксплуатируется 28 промышленных установок кучного выщелачивания с суммарной производительностью более 5 млн. тонн руды в год.

Технология КВ - это экологически опасный процесс, так как основным реагентом, применяемым при выщелачивании золота, является высокотоксичный ЫаС1Ч. Открытое орошение рудного штабеля выщелачивающим раствором, сопровождается выделением паров синильной кислоты (НСИ), что определяет опасность и токсичность данной технологии. Годовые потери цианида на участке выщелачивания Воронцовского месторождения составляют до 14,1 т/год. Экологическая опасность технологии КВ, также, определяется негативным воздействием на природные воды при инфильтрационных и водно-эрозионных процессах.

В целях определения реального уровня загрязненности природной среды в районе Воронцовского месторождения были проведены мониторинговые полевые и лабораторные исследования состояния воздушного бассейна и поверхностных водотоков.

Оценка состояния атмосферного воздуха базируется на результатах расчета рассеивания выбросов от объектов и сооружений участка КВ Воронцовского золоторудного месторождения с использованием программного комплекса УПРЗА «Эколог» версии 3.0, согласованной с Главной геофизической обсерваторией (ГГО) им. А.И. Войекова.

Анализ полученных данных позволил сделать следующие выводы:

1. Определение уровня загрязнения воздушного бассейна вблизи промышленной площадки Воронцовского месторождения должно производиться посредством оценки состояния атмосферного воздуха на границе санитарно-защитной зоны. Наибольшую опасность в процессе выщелачивания представляют пары НСГЧ. Площадь воздействия токсичного реагента превышает размер установленной санитарно-защитной зоны (рисунок 1), со значением коэффициента контрастности Кк= 1,5-2, при среднесуточной допустимой концентрации ПДКСС. = 0,01 мг/м3. Отмеченные

превышения, как правило, приурочены к дням с неблагоприятными метеорологическими условиями, способствующими накоплению загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы.

2. Результаты химического анализа перерабатываемых окисленных руд показали, что основными, сопутствующими целевому компоненту элементами, являются: Ре, Со, Ав, №, 7п, Си, РЬ, Сё, Мп. В соответствии с данными, приведенными в сравнительной таблице 1, наибольшую опасность представляют следующие элементы: Ав, Ре, РЬ, Со, Си, Мп.

3. Устойчивость цианидных комплексов (рисунок 2) в зависимости от показателя рН подземных и поверхностных вод, характеризующихся обычно нейтральной или слабокислой средой, будет различной. Комплексы, образованные с Сё, 7л\, №, Си, будут неустойчивы, полностью распадаясь при рН = 5-9. Комплексы Ре и РЬ, являясь наиболее устойчивыми, будут полностью распадаться при рН < 2. Таким образом, разложение цианидных комплексов в компонентах окружающей среды способствует их загрязнению цианидами и экотоксичными тяжелыми металлами.

4. Результаты гидрохимических исследований выявили наличие гидрохимического потока загрязнения в водотоке-приемнике сточных вод р. Каква, контрастного по содержанию: Аз (8,4 ПДК), Со (4,2 ПДК), Ре (2,4 ПДК), РЬ (1,3 ПДК).

5. Объем потерь цианидного раствора через основание рудного штабеля в период с 2004 года по 2013 год составлял до 1179 м3/год.

6. Состояние почв характеризуется как удовлетворительное, тем не менее, присутствуют локальные очаги загрязнения тяжелыми металлами на территориях, примыкающих к промышленной площадке объекта КВ Воронцовского месторождения, что может быть обусловлено процессами перемещения загрязнителей с территории предприятия в результате водных и ветровых эрозионных процессов и осаждением их в почве.

В настоящее время на объекте КВ Воронцовского месторождения ведется строительство рудного штабеля третьей очереди. Ввод в эксплуатацию данного объекта позволит повысить производительность предприятия до 900 тыс. тонн в год по руде.

ямса

Рисунок 1 - Ореолы рассеивания паров НСИ от рудного штабеля Воронцовского месторождения

¿€. / АЛео. 2

Таблица 1 - Результаты количественного анализа водной вытяжки окисленных руд Воронцовского месторождения

Определяемый элемент Концентрация элемента в пдкр.х ПДКхп

мг/л

Аё <0,01 - -

Аи 0,07 - -

Аэ 1,73 0,05 0,05

гп 0,01 0,01 5

щ 1 40 85

¥е 1,87 0,1 0,3

Са 28 180 -

Мп 0,03 0,01 0,1

N1 0,01 0,01 0,1

Си 0,03 0,001 1

РЬ 0,04 0,006 0,03

С<1 <0,01 0,005 0,001

Со 0,14 0,01 0,1

пэнд

§ в.

' 6мм

"Змм

11мм

Давление, МПа

Рисунок 3 - Распределение повреждений второго рода к общей площади образцов полиэтилена высокого давления (1,0; 3,0; 6,0 мм) при действии различных нагрузок

О 20 40 60 80 100

Степень распада комплекса, %

Рисунок 2 - Влияние рН среды на степень распада комплексов цианида с "тяжелыми"

металлами

пэвд

°'2 0,4 0,6

!'2 1,5 Давление, МПа

• 6мм

■ Змм

I 1мм

2,5

Рисунок 4 - Распределение повреждений второго рода к общей площади образцов полиэтилена низкого давления (1,0; 3,0; 6,0 мм) при действии различных нагрузок

Результатом строительства и введения в эксплуатацию штабеля станет увеличение суммарной площади земель, отведенных для организации процесса выщелачивания, и, как следствие, увеличение нагрузки на компоненты окружающей среды.

2. Снижение экологической опасности процесса КВ должно достигаться на этапе строительства основания рудного штабеля путем последовательной укладки водоупорного слоя глин (Кф = 10 -10"7 м/сут) толщиной 0,2-0,4 м, подстилающего слоя песка средней крупности толщиной 0,15-0,2 м, экструзионно нанесенного слоя полимерной смеси в оплавленном состоянии и последующим формированием дренажного (защитного) слоя толщиной 0,1-0,15 м на основе крупнозернистого песка.

Процесс КВ сопровождается загрязнением грунтов, подстилающих рудный штабель, а также подземных вод тяжелыми металлами и соединениями цианидов. Для предотвращения негативного влияния при строительстве штабеля формируются непроницаемые геохимические барьеры различного состава и конструкций.

В результате анализа существующих и применяемых способов гидроизоляции оснований рудных штабелей КВ были выделены три вида оснований с применением в качестве гидроизоляционного материала природных глин, битума, геомембран.

Несмотря на то, что все способы, применяемые в настоящее время, обеспечивают повышение защищенности грунтовых вод, каждый из них имеет ряд недостатков.

Минералы глин при эксплуатации экрана подвергаются воздействию повышенных температур и агрессивного фильтрата. Совместное воздействие двух этих факторов приводит к изменению структурного состояния водоупорного материала с последующим растворением глинистых минералов в щелочной среде. В этой связи прочность материала с течением времени снижается, что повышает риск инфильтрации растворов в грунтовые воды.

Способ гидроизоляции с применением геомембран является достаточно трудоемким и дорогостоящим (стоимость геомембран до

400 руб/м2). При этом формирование такого покрытия предполагает сшивание уже готового листового материала, что позволяет говорить, о наличии швов, определяющих повышенный риск появления дефектов в целостном покрытии при воздействии климатических, геологических и техногенных факторов, что является недопустимым.

Главными недостатками способа формирования гидроизоляционного слоя на основе битума является токсичность применяемых материалов и склонность к разрушению при воздействии агрессивных жидких сред. Кроме того битумные материалы размягчаются уже при 30-35°С, что снижает их прочность.

В настоящее время на Воронцовском месторождении применяется геомембрана толщиной 0,4 мм, что, как показали результаты наблюдений, не дает полного предотвращения потери цианид содержащих растворов. Проведенные мониторинговые исследования позволили установить размер потерь продуктивных растворов, который за период с 2004 года по 2013 год составлял до 1178 м3/год.

В этой связи была разработана и предложена к внедрению технология формирования гидроизоляционного покрытия на основе вторичных полимеров с экструзионным нанесением смеси на подготовленную поверхность основания штабеля.

Изоляция основания штабеля КВ производится путем приготовления гидроизоляционной смеси полиэтиленов низкого и высокого давления, ее разогреву и экструзионной укладке на подготовленную поверхность основания штабеля. Подготовка поверхности заключается в её расчистке от крупных кусков грунта, корней растений и других неоднородностей. На спланированную поверхность для ее дальнейшего выравнивания предварительно наносится слой перемятой глины толщиной 0,2-0,4 м. Глину распределяют в сухом или полусухом виде прямо на подготовленном основании, увлажняют 2-3 раза и переминают ручной трамбовкой или другими средствами. Далее формируется подстилающий слой из песков средней крупности, толщина которого составляет 0,15-0,2 м. Слой песка средней крупности

позволяет снизить нагрузку на первый гидроизоляционный слой в процессе нанесения полимерного покрытия, и его последующей эксплуатации.

Полимерная смесь приготавливается путем перемешивания гранулята на месте ее нанесения, после чего ее загружают в бункер экструзионно-литьевой машины, где ее подвергают электротермическому нагреву до требуемой температуры. Температурный диапазон переработки смеси, состоящей из ПЭВД и ПЭНД, устанавливается экспериментальным методом. После нагрева смесь подается шнеком в экструдерную головку и в вязкотекучем состоянии наносится на подготовленную поверхность основания штабеля полосами 2 - 2,5 м, с взаимным перекрытием на 0,15-0,2 м. Перекрытие полос укладываемой полимерной смеси позволяет обеспечить целостность всего покрытия, а так же исключить необходимость сшивания покрытия, как в случае применения геомембран.

На следующем этапе на остывший гидроизоляционный слой наносится дренажный слой из крупнозернистого материала (песок) толщиной 0,1 - 0,15 м. Сформированный дренажный слой выполняет защитную функцию, исключая прямой контакт укладываемой агломерированной руды с полимерным покрытием, предотвращая возможные механические повреждения в процессе отсыпки рудного штабеля. Также, за счет нанесения слоя крупнозернистого песка обеспечивается равномерность распределения создаваемой рудным штабелем нагрузки. Для достижения наибольшей устойчивости штабеля толщина дренажного слоя варьируется в зависимости от средней крупности агломерата.

Предлагаемая технология позволяет:

• снизить стоимость гидроизоляционных работ за счет вовлечения в переработку вторичных полимеров;

• снизить экологическую опасность промышленных массивов, за счет снижения влияния инфильтрационных процессов;

• получить экономический эффект за счет предотвращения потерь ценного компонента.

Минимизация потерь продуктивных растворов на 99% при существующих потерях до 1178м3/год обеспечит эколого-

экономический эффект в размере 2486 рублей в пересчете на тонну руды, при этом капитальные затраты на строительство основания снижаются более чем на 8 млн. рублей.

С учетом особенностей технологии КВ Воронцовского месторождения основной проблемой функционирования формируемого покрытия является воздействие статических и динамических нагрузок при строительстве и эксплуатации рудного штабеля, агрессивной щелочной среды и перепада температур, наблюдающегося в течение календарного года.

Для обоснования выбора полимерных материалов, удовлетворяющих особенностям технологии КВ и климато-географическим характеристикам района Воронцовского месторождения был проведен комплекс лабораторных исследований, включавший:

• исследование изменения прочностных свойств полимеров в зависимости от температуры их переработки;

• исследование поведения покрытия при действии деформаций сжатия, растяжения, изгиба;

• испытание материала покрытия на прочность и ударный изгиб (вязкость);

• исследование влияния отрицательных температур на свойства гидроизоляционного материала;

• исследование изменения физико-механических свойств полимерных материалов при введении модификатора;

• исследование изменения физико-механических свойств полимерной смеси с учетом влияния агрессивных сред и температуры.

В качестве исследуемых материалов использовались вторичные гранулированные полиэтилены высокого давления (ПЭВД) и низкого давления (ПЭНД), а так же полипропилен (ПП).

Для нахождения рационального диапазона температуры переработки полимерного сырья были изготовлены образцы покрытия, на основе каждого, отдельно взятого, полимера, полученные при различных температурах в диапазоне от 120 до 220°С. Диапазон температур переработки принимался на основе анализа данных опубликованных в открытой печати, с учетом температур плавления исследуемых базовых полимеров. При испытании на прочность к образцам прикладывалась растягивающая нагрузка и определялся показатель прочности при растяжении ов.

Проведенные эксперименты показали, что изготовление покрытия при различных температурах сопровождается нелинейным изменением прочности формируемого материала, и оптимальные значения температур переработки полимерного гранулята лежат в интервале 180-190°С.

В процессе строительства рудного штабеля, гидроизоляционное покрытие испытывает не только напряжения связанные с растяжением, но и сжимающие напряжения, создаваемые строительной техникой и рудным штабелем.

При определении нарушения целостности структуры покрытия в результате приложения сжимающей нагрузки образцы полимерных материалов (1,0; 3,0; 6,0 мм) помещались в специально изготовленные емкости между слоев песка со средней крупностью частиц 0,58 мм, моделируя условия укладки полимерного покрытия в гидроизоляционное основание. После чего к образцу прикладывалась сжимающая нагрузка для создания давления в образце от 0,2 до 2,5 МПа. Реальные давления, создаваемые строительными механизмами на колесном и гусеничном ходу, не превышают 0,71 МПа, в то время как рудный штабель создает давление в основании 0,2 МПа. Далее определялось количество повреждений первого и второго рода на поверхности испытуемого образца.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при испытании образцов толщиной 3,0 и 6,0 мм нарушение целостности образцов полиэтиленов (рисунки 3,4) наблюдаются при давлении 1,7 МПа, в случае образцов полипропилена (рисунок 5) появление сквозных повреждений отмечается при давлении 2 МПа.

Таким образом, испытуемые образцы полиэтиленов и полипропилена толщиной 3,0 и 6,0 мм имеют достаточный запас прочности. Порог устойчивости, к образованию повреждений второго рода, покрытия на основе испытуемых полимеров превышает расчетные нагрузки, создаваемые строительными механизмами и рудным штабелем, в 2,4 - 2,8 раза.

После начала эксплуатации рудного штабеля, в процессе выщелачивания на Воронцовском месторождении, гидроизоляционное покрытие будет подвергаться воздействию агрессивной щелочной среды и нагрузке в результате неравномерности распределения рудного материала. Совокупное воздействие двух этих факторов может являться причиной растрескивания полимерного покрытия.

Определение растрескивания исследуемых образцов покрытия проводилось в соответствии с ГОСТ 12020-72. По результатам проведенного исследования было установлено, что наибольшей устойчивостью к воздействию щелочной среды из трех исследуемых материалов обладает полиэтилен высокого давления. Так, при зафиксированном изменении массы ПП (+ 0,01 %) уже на второй неделе эксперимента и ПЭНД (- 0,01 %) на четвертой неделе, изменение массы ПЭВД было зафиксировано на 16 неделе эксперимента и составило +0,01 %. Наименьшей устойчивостью к воздействию агрессивных щелочных сред обладает ПП. К концу шестнадцатой недели показатель деформации растрескивания образцов полипропилена составил еРаСтпп = 3,853* Ю"3, когда значения для ПЭВД и ПЭНД соответственно достигли 0,11хЮ"3 и 1,495x10"3.

В условиях северных регионов одним из определяющих факторов воздействия на полимерное гидроизоляционное покрытие является температурный режим его эксплуатации. Для определения влияния температуры на прочностные свойства полимерного покрытия к образцам прикладывалась ударная нагрузка, в диапазоне температур испытания от -30 до 60°С с рабочим шагом 10°С.

В ходе эксперимента определялись значения ударной вязкости испытуемого образца (ап). Результаты эксперимента графически представлены на рисунке 6.

Полипропилен (ПП)

в.

0 и

п к 5 И

с. а о С

■ 6мм

<3мм

8 1мм

Рисунок 5 - Распределение повреждений второго рода к общей площади образцов полипропилена (1,0; 3,0; 6,0 мм) при действии различных нагрузок

се Л Ь и о ь<

В! «

а.

ч >>

38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2

1—^-*=

образец не разрушается

„Т._____________.Т образец не разрушается

■ПП

-ПЭВД

-ПЭНД

* I I-

"Т-1-1

-30 -20

-10

20 30

40 50

Температура, С

Рисунок 6 - Зависимость изменения ударной вязкости а„ образцов полимерных

материалов от температуры

Таблица 2 - Сравнительные характеристики образцов ПЭВД, ПЭНД и их смесей полученные по результатам комплекса исследований

Измеряемая величина / материал ав, МПа £раСТх1°3 Ударная вязкость а„, кДж/м2 (погрешность измерения ± 1 %)

-30°С -20°С -10°С 0°С 10°С 20°С 30°С 40°С 50°С 60°С

ПЭВД 13,15 0,11 35,1 35,3 35,3 35,4 н/р н/р н/р н/р н/р н/р

ПЭНД 21,92 1,495 25,6 25,8 26,4 26,3 26,3 26,4 н/р н/р н/р н/р

Смесь №1(77/20) 19,83 0,761 27,8 28,1 28,5 28,6 28,6 29,2 н/р н/р н/р н/р

Смесь №2(97/2) 16,24 0,11 34,4 34,6 34,7 34,9 35,2 н/р н/р н/р н/р н/р

Таблица 3 - Результаты исследования образцов ПЭВД, ПЭНД и смесей при различных концентрациях вводимой присадки.

Концентрация Ов, МПа (погрешность измерения ± 1 %)

модификатора, % ПЭВД ПЭНД Смесь №1 Смесь №2

б/м 13,15 21,92 19,83 16,24

1 13,73 21,98 19,79 16,31

2 13,22 21,89 19,81 16,23

3 13,14 21,93 19,83 16,25

Время, недели

Рисунок 7 - Влияние добавки полиизобутилена на устойчивость к растрескиванию ПЭВД в 1 % растворе ИаОН

ПЭВД

0,11 од

5 | 0,09

« 5 0,08 »5 03 '

а § 0,07

I- ь 0,06

§ 8. 0,05 й 0,04 а 0,03 0,02 0,01

» без

модификатора ——1%

модификатора —»—2%

модификатора —•—3%

модификатора

Смесь полиэтиленов высокого и низкого давления

(77/20)

-без

модификатора ■1%

модификатора

■3%

модификатора

Время, недели

Рисунок 9 - Влияние добавки полиизобутилена на устойчивость к растрескиванию смеси ПЭВД и ПЭНД в 1 % растворе N3011

пэнд

-без

модификатор ■1%

модификатор

■2%

модификатор

■3%

модификатор^

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Время, недели

Рисунок 8 - Влияние добавки полиизобутилена на устойчивость к растрескиванию ПЭНД в 1 % растворе ЫаОН

Смесь полиэтиленов высокого и низкого давления

(97/2)

■без

модификатора -1%

модификатора

-2%

модификатора

■3%

модификатора

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Время, недели

Рисунок 10 - Влияние добавки полиизобутилена на устойчивость к растрескиванию смеси ПЭВД и ПЭНД в 1 % растворе ЫаОН

Из приведенной графической зависимости видно, что образцы ПП обладают наименьшими показателями ударной вязкости. Разрушение образцов ПП отмечается во всем диапазоне температур испытаний, с низким показателем ударной вязкости от 2,8±0,028 кДж/м2, при температуре минус 30°С, до 12,1±0,121 кДж/м2 при температуре 60°С. Разрушение ПЭВД в диапазоне температур от 10 до 60°С не наблюдается, разрушение образцов отмечается при нулевом значении температуры с относительно высоким показателем ударной вязкости 35,4±0,354 кДж/м2. В результате испытания образцов ПЭНД также отмечается диапазон температур (30-60°С), в котором не происходит разрушение образцов. С понижением температуры до минус 30°С образцы ПЭНД разрушаются в интервале значений ударной вязкости 26,4 — 25,6 кДж/м2 с погрешностью измерения ±1 %.

Таким образом, по результатам проведенного комплекса исследований было доказано, что наиболее пригодными материалами для формирования гидроизоляционного покрытия при строительстве основания рудного штабеля и его круглогодичной эксплуатации в условиях северных регионов, являются полиэтилены высокой и низкой плотности. Полипропилен как изоляционный материал при отрицательных температурах имеет повышенную хрупкость, что является недопустимым условием использования данного материала в условиях района расположения Воронцовского месторождения.

Результаты испытания образцов всех исследуемых полимеров позволяют говорить о необходимости формирования гидроизоляционного слоя толщиной 3,0-6,0 мм в диапазоне оптимальных температур переработки ПЭВД и ПЭНД при экструзировании180 - 190°С.

Состав полимерной смеси был установлен на основе теоретических исследований и подтвержден экспериментально.

Смесь включает:

• вторичный ПЭВД - 77-97 мае. %;

• вторичный ПЭНД - 2-20 мае. %;

• полиизобутилен - 1-3 мае. %.

Состав смеси уточняется и корректируется в зависимости от климатических условий и литологических особенностей, подстилающих экран пород.

Согласно проведенным исследованиям было установлено, что эластичность материала тем выше, чем меньше содержание в общем объеме смеси ПЭНД. Полученные результаты представлены в сравнительной таблице 2.

Проведенные исследования показали, что при совокупном воздействии агрессивной среды (КаОН) и нагрузки, предлагаемое покрытие имеет склонность к растрескиванию и снижению водоупорных свойств. Исследование возможной модификации полиэтиленов и их смесей с целью повышения устойчивости формируемого гидроизоляционного покрытия проводилось путем введения в полимерный материал полиизобутилена [-С(СН3)2СН2-]П. Результаты исследования представлены на рисунках 7-10.

Из приведенных зависимостей видно, что эффект от внесения модификатора при увеличении его концентрации имеет неоднородный характер. Оптимальной концентрацией вводимого полиизобутилена для ПЭВД является 1 %, для ПЭНД - 3 % и полимерных смесей - 3 и 1 % соответственно (рисунки 9,10). Наименьший эффект, от введения добавки, наблюдается при концентрации полиизобутилена 2 %.

С учетом требования к эксплуатационным характеристикам гидроизоляционного покрытия, увеличение стойкости к растрескиванию должно сопровождаться сохранением, как минимум, исходных механических свойств испытуемых образцов.

Принятым критерием для оценки постоянства механических свойств ПЭВД и ПЭНД при изменении состава и внешних условий являлся показатель прочности при растяжении исследуемых материалов (ов, МПа). Сравнительные результаты значений ов для образцов ПЭВД, ПЭНД, а так же смесей в модифицированном и исходном состоянии, полученных при температуре 180°С, представлены в таблице 3.

Полученные результаты позволяют говорить о том, что при подборе рецептуры формируемого покрытия, в зависимости от климато-географических и технологических особенностей

разрабатываемого месторождения, полиизобутилен можно применять в качестве корректирующего компонента рецепта, позволяющего повысить прочностные характеристики перерабатываемых вторичных полимеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи оценки и снижения негативного воздействия объекта КВ Воронцовского месторождения на природные воды путем разработки технологии гидроизоляции оснований рудных штабелей.

Основные научные и практические выводы:

1. На основе результатов исследования состояния окружающей среды в районе Воронцовского месторождения были установлены перечень основных загрязнителей, факторы негативного воздействия технологии КВ золотоносных руд и уровень загрязнения атмосферного воздуха и грунтовых вод зоны воздействия объекта выщелачивания.

2. Анализ существующих методов экранирования показал, что для повышения технической защищенности грунтовых вод в районе расположения Воронцовского месторождения необходима разработка новой технологии гидроизоляции оснований рудных штабелей с учетом технологических особенностей процесса кучного выщелачивания и климато-географических характеристик района расположения рассматриваемого объекта.

3. Разработан и научно обоснован способ гидроизоляции оснований рудных штабелей КВ, заключающийся в подготовке основания и последующем экструзионном нанесении полимерной смеси на основе вторичных полиэтиленов в модифицированном состоянии.

4. Обоснован выбор полимерных материалов и их массового соотношения при формировании гидроизоляционного покрытия в условиях северных регионов с учетом технологических особенностей объекта КВ Воронцовского месторождения. Так же

рассмотрен вопрос о возможной модификации полимерного материала путем введения в него полиизобутилена.

5. Эколого-экономическими расчетами определен эффект от применения предлагаемой технологии изоляции оснований рудных штабелей КВ на основе определения суммарной величины предотвращенных ущербов от воздействия на компоненты природной среды, а так же капитальных затрат на строительство основания, составляющий более 15 млн. рублей в первый год внедрения.

НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пашкевич М.А. Разработка технологии изоляции при подготовке площадок кучного выщелачивания / М.А. Пашкевич, Д.О. Акименко // Записки Горного института, т. 203 «Проблемы рационального природопользования». - СПб.: Горный университет, 2013. - с.75-78.

2. Пашкевич М.А. Разработка технологии формирования гидроизоляционного покрытия на основе отходов полиэтилена и полипропилена / М.А. Пашкевич, Д.О. Акименко // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 6, ч.2. - Тула: ТулГУ, 2013. - с. 228-233.

3. Пат. 2444628 Российской Федерации, МПК Е21С 41/32. Способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений полезных ископаемых /Пашкевич М.А., Смирнов Ю.Д., Петрова Т.А., Корельский Д.С., Ковшов C.B., А.В. Иванов, Акименко Д.О.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Горный университет». -№2010133351/03; заявл. 09.08.10; опубл. 10.03.2012, Бюл. №7.

РИЦ Горного университета. 17.04.2014. 3.309. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Акименко, Дмитрий Олегович, Санкт-Петербург

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

0420145^797

АКИМЕНКО Дмитрий Олегович

СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ РУДНЫХ ШТАБЕЛЕЙ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТОНОСНЫХ РУД

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Пашкевич Мария Анатольевна

Санкт-Петербург - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СУЛЬФИДНЫХ РУД МЕТОДОМ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ.........................................................10

1.1 КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ, СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ОПЫТА.......................................................................................................................10

1.2 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ...........15

1.3 УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА...............................................................................35

1.4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ...........................................37

1.5 ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.................................................................................................39

1.5.1 ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ СЕТЬ....................................................................41

1.5.2 КЛИМАТ........................................................................................................44

1.5.3 ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА МЕСТОРОЖДЕНИЯ.........47

1.5.4 ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ...................................................................................48

1.5.5 ХАРАКТЕРИСТИКА РУДНОГО ПОЛЯ....................................................51

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1..................................................................................................52

ГЛАВА 2 ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОБЪЕКТА КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЗОЛОТА ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА КОМПОНЕНТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ....................................54

2.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУДЫ.................................................................54

2.1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА РУД ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ, ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ ПО ТЕХНОЛОГИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ............................................................................................54

2.1.2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РУДЫ...................................62

2.1.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РУДЫ......................................62

2.2 ПЕРЕРАБОТКА ОКИСЛЕННЫХ И ЗАБАЛАНСОВЫХ РУД......................64

2.2.1 ПЕРЕРАБОТКА ОКИСЛЕННЫХ РУД ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ..............................................................................................64

2.2.2 ПЕРЕРАБОТКА ОКИСЛЕННЫХ ЗАБАЛАНСОВЫХ РУД....................66

ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.........................................................66

2.3 ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ОКИСЛЕННЫХ РУД ВОРОНЦОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МЕТОДОМ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ.........67

2.4 АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ НА КОМПОНЕНТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ............71

2.4.1 ХИМИКО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦИАНИДОВ.........79

2.4.2 УСТОЙЧИВОСТЬ ЦИАНИДОВ В КОМПОНЕНТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.....................................................................................................................83

2.4.3 ЗАВИСИМОСТЬ ВОДНОГО БАЛАНСА ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ КЛИМАТО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ..................................................................................................................................87

2.4.4 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ЦИАНИДОВ ВОРОНЦОВСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.....................89

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2................................................................................................100

ГЛАВА 3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОСНОВАНИЙ РУДНЫХ ШТАБЕЛЕЙ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ....................................101

3.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ ....................................................................................................................................105

3.2 ИССЛЕДОВАНИЕ НАРУШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ СТРУКТУРЫ ПОКРЫТИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРИЛОЖЕНИЯ СЖИМАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ

....................................................................................................................................122

3.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АГРЕССИВНЫХ СРЕД НА ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ..........................................................................................................131

3.4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ..............................................................140

3.5 ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИССЛЕДУЕМЫХ ПОЛИМЕРОВ ПРИ ВВЕДЕНИИ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ПРИСАДОК........144

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3................................................................................................152

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУЗИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОСНОВАНИЙ РУДНЫХ ШТАБЕЛЕЙ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ....................................154

4.1 МИГРАЦИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ТЕРРИТОРИИ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ.............................................................................154

4.2 ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ НА ПОВЕРХНОСТНЫЕ ВОДЫ........................................................................................................................160

4.3 ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ НА

ПРИПОВЕРХНОСТНЫЕ СЛОИ ЛИТОСФЕРЫ.................................................163

4.4 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОРГАНИЗАЦИИ СРЕДОЗАЩИТНОГО МЕРОПРИЯТИЯ..............................................................167

4.4.1 РАСЧЕТ ПРЕДОТВРАЩЕННОГО УЩЕРБА.........................................167

4.4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ ОСНОВАНИЙ РУДНЫХ ШТАБЕЛЕЙ КУНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ.........................................................................170

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4................................................................................................172

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................174

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................176

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В настоящее время в РФ ежегодно перерабатывается свыше 5 млн.т. золотосодержащего рудного сырья методом кучного выщелачивания (КВ). Объем добычи золота КВ динамично возрастает и, на 2011 год, по данным ОАО «Иргиредмет», составляет более 5 % от общей годовой добычи в России.

Наиболее значительной техногенной нагрузке подвергаются компоненты природной среды на участках атмосферного выщелачивания, поскольку основным ингредиентом рабочего раствора является высокотоксичный реагент NaCN, определяющий опасность технологии КВ. Поэтому, главной экологической задачей является предотвращение потери продуктивных растворов в результате эрозийных и инфильтрационных процессов из тела рудного штабеля.

Экологические проблемы развития и внедрения технологии КВ золота нашли отражение в трудах ученых разных стран (Хохряков A.B., Фазлуллин М.И., Зил Д., Хатчисон И., Кил Д., Овсейчук B.JL, Волощук С.Н., Крупинин И.Я., Водолазов Л.И., Дробаденко В.П., Минеев Г.Г., Леонов С.Б., Милованов Л.В., Банденок Л.И.).

эффективностью и минимальным техногенным воздействием вести процесс выщелачивания в условиях северных регионов РФ.

Цель работы: снижение негативного воздействия рудных штабелей КВ на окружающую природную среду, за счет внедрения технологии гидроизоляции их оснований.

Основная идея работы: гидроизоляцию оснований рудных штабелей следует производить путем экструзионного нанесения нагретой полимерной смеси в вязкотекучем состоянии на спланированную поверхность.

Основные задачи исследований:

Научная новизна работы:

- установлены закономерности формирования атмохимических ореолов и гидрохимических потоков загрязнений в районе воздействия рудных штабелей КВ Воронцовского золоторудного месторождения в зависимости от форм нахождения загрязняющих компонентов в теле рудного штабеля, миграционной способности загрязнителей, технологических особенностей процесса выщелачивания, природной и технической защищенности компонентов природной среды;

получены зависимости эксплуатационных характеристик гидроизоляционного слоя из полимерных материалов в оплавленном совместно с грунтами состоянии (механической прочности, стойкости к растрескиванию, устойчивости к воздействию агрессивных сред с учетом температурного режима эксплуатации) от концентрации модификатора, температурного режима формирования и толщины наносимого покрытия.

Методы исследований:

• системно-структурный анализ зоны воздействия объектов кучного выщелачивания на природную среду;

• аналитические и экспериментальные методы исследований в лабораторных и полевых условиях;

• системный анализ промышленных методов снижения экологической опасности техногенных массивов;

• методы физического и численного моделирования.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и

рекомендаций обеспечена использованием значительного объема исходных данных и применением современных методов анализа. Полученные результаты подтверждены комплексом лабораторных и натурных экспериментов. Приведенные в работе аналитические и экспериментальные результаты согласуются и дополняют новейшие данные, опубликованные другими авторами.

Практическая значимость работы:

• разработано технологическое решение по минимизации воздействия на природную среду рудных штабелей КВ;

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных, российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновации и высокие технологии XXI века» (г.Москва, 2009 г; 2011 г), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, 2011 г.), на Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2010 г; 2011 г; 2013 г.), на Международной научной конференции «52th Students Scientific session» (г. Краков, 2011 г.).

Реализация работы:

• научные и практические результаты работы используются в учебном процессе Горного Университета при подготовке специалистов горногеологического профиля, в частности при проведении занятий по дисциплинам «Экология», «Горное дело и окружающая среда», «Рекультивация нарушенных земель».

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СУЛЬФИДНЫХ РУД МЕТОДОМ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

1.1 КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ, СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО

ОПЫТА

В последние десятилетия двадцатого века российская золотодобывающая промышленность столкнулась с проблемами связанными с истощением запаса богатых, легкодобываемых и легкоперерабатываемых руд. Рентабельность существующих на тот момент предприятий золотодобычи была снижена в результате повышения стоимости энергоресурсов и транспортных услуг.

В сложившейся ситуации первоочередным становился вопрос вовлечения в переработку забалансовых и бедных руд, отходов золотодобычи содержащихся в отвалах и хвостохранилищах, снижение капитальных затрат при строительстве фабрик, а также экологическая безопасность и экономическая целесообразность новых технологий [1].

Такой технологией стало кучное выщелачивание (КВ), имевшее ряд преимуществ перед существовавшими технологиями цианирования золотоносных руд (уголь в пульпе, автоклавное выщелачивание) таких как:

- относительная простота ведения процесса выщелачивания;

- малооперационность технологических процессов;

- низкие капитальные затраты при строительстве;

- низкие эксплуатационные затраты на всем сроке работы установок;

- быстрое введение в эксплуатацию;

- возможность осуществления переработки забалансовых и бедных полиметаллических руд, а так же накопившихся отходов золотодобычи, ранее заскладированных в отвалах и хвостохранилищах.

Технология кучного выщелачивания металлов была известна еще в XVII

веке.

На шахтах Венгрии извлекали медь из подотвальных медьсодержащих вод еще в середине XVII века, а испанские горняки делали то же самое, пропуская кислые растворы через крупные кучи окисленных медных руд на берегах Рио Тинто в 1752 году.

Первая установка цианидного выщелачивания была сконструирована и запущена на руднике Краун Майн, Новая Зеландия. В США первый опыт применения технологии кучного выщелачивания состоялся в 1891 году, когда были запущены установки в Меркуте, штат Юта и Калумете, штат Калифорния.

Благодаря применению цианирования, производство золота в Южной Африке возросло с 300 унций в 1890 г. до 300000 унций в 1893 г. В период с 1892 по 1905 гг производство золота в США увеличилось с 1,7 млн. унций до 4,6 млн. унций, и это существенно, поскольку большая часть прироста была получена за счет переработки руд, плохо поддававшихся гравитационному обогащению и амальгамации, а так же за счет повторной обработки хвостов, образовавшихся ранее [2].

Помимо дешевизны процесса, эффект от внедрения технологии кучного выщелачивания оказался настолько высоким, что данная технология стала применяться практически повсеместно и очень быстро заместила все другие известные способы выщелачивания.

Кучное выщелачивание, позволяло вовлекать в отработку крупные месторождения с бедными (1-1,5 г/т) рудами и стало главным фактором развития золотодобычи в США, Австралии, Канаде, Мексике, Бразилии, Чили и других странах и дало им возможность за двадцать лет в 2-3 раза увеличить добычу золота. В настоящее время примерно половина мировой добычи золота приходится на технологию кучного выщелачивания [2].

Наглядная зависимость изменения объемов производства золота ведущими странами в последнее десятилетие двадцатого века представлена в таблице 1.

Таблица 1 - Добыча золота в мире за период 1989-1999 г.г.

Страна 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1

Информация о работе

Акименко, Дмитрий Олегович
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2014
ВАК 25.00.36

Диссертация

Снижение экологической опасности рудных штабелей кучного выщелачивания золотоносных руд - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы