Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых

 

Изобретение относится к способам извлечения полезных ископаемых способом подземного выщелачивания. Способ предусматривает вскрытие рудного тела чередующимися рядами закачных и откачных скважин, закачку в закачные скважины выщелачивающего раствора и откачивание через откачные скважины продуктивного раствора. Закачку в закачные скважины выщелачивающего раствора начинают с максимальной концентрации реагента в выщелачивающем растворе, которую поддерживают постоянной в течение начального периода. Затем непрерывно уменьшают концентрацию реагента в соответствии с математической зависимостью, включающей длину кратчайшей ленты тока выщелачивающего раствора между ближайшими закачной и откачной скважинами, скорость фильтрации вдоль кратчайшей ленты тока раствора, время выщелачивания, заданный интервал сутки, постоянные коэффициенты и расстояние между скважинами в ряду. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам извлечения полезных ископаемых (урана, меди, редкоземельных и других металлов) способом подземного выщелачивания, который заключается в подаче в рудное тело через систему закачных скважин выщелачивающего раствора и извлечении через откачные скважины продуктивного раствора, содержащего полезный продукт. Последний затем отделяется методом сорбции с помощью ионообменных смол или другими известными способами. Прошедший обработку раствор регенерируется до заданного содержания реагента и вновь закачивается в рудное тело.

Известны способы подземного выщелачивания [1] Эти способы безопаснее и в ряде случаев экономичнее традиционных способов добычи полезных ископаемых. Однако нерегулируемая по времени подача выщелачивающего раствора приводит к перерасходу реагента и объема раствора, а также к значительному по времени изменению содержания полезного продукта в продуктивном растворе. Это удорожает добычу и усложняет процесс извлечения полезного продукта.

Известно немало способов подземного выщелачивания [2-5] (последний из которых принят в качестве прототипа), в которых закачка и откачка соответственно выщелачивающего и продуктивного растворов производится через систему закачных и откачных скважин, расположенных чередующимися линейными рядами. При этом параметры выщелачивающего раствора, главным образом расход и качественный состав, регулируются по времени. Однако известные методы регулирования нельзя признать эффективными, поскольку они не обеспечивают необходимой стабилизации содержания полезного продукта в продуктивном растворе, снижения расхода реагента и объема раствора, роста добычи полезных ископаемых.

Целью изобретения является повышение производительности, экономичности и улучшение экологических характеристик добычи полезных ископаемых способом подземного выщелачивания.

Это достигается тем, что процесс закачки начинают с максимальной концентрации С (г/л) реагента в выщелачивающем растворе, которую поддерживают постоянной в течение начального периода Т_c(сут) в соответствии зависимостью: где ; l длина кратчайшей ленты тока выщелачивающего раствора между ближайшими закачной и откачной скважинами, м; V_ф скорость фильтрации вдоль кратчайшей ленты тока раствора, м/сут, τ_i=T_с+ndτ время, сут, n = 1,2,3...dτ заданный временной интервал, сут, К₁, К₂, К₃, К₄ постоянные коэффициенты, получаемые из уравнения (2) по результатам лабораторных исследований кернового материала, взятого из рудного тела, а при бурении скважин выдерживают соотношение: l_i/b 1/7 1/8 где b расстояние между ближайшими рядами откачных и закачных скважин, l_i расстояние между ближайшими скважинами каждого ряда.

На чертеже представлена схема расположения скважин для закачки выщелачивающего и откачки продуктивного растворов, картина течения раствора в рудосодержащей породе, где 1 закачные скважины, 2 откачные скважины, 3 - ленты тока раствора, 4 кратчайшая лента тока между ближайшими закачной и откачной скважинами, b расстояние между ближайшими рядами откачных и закачных скважин, l_i расстояние между ближайшими скважинами в каждом ряду.

Пример. Изобретение использовалось при разработке уранового месторождения Уванас в Казахстане, которое характеризуется следующими усредненными данными: средняя мощность рудосодержащего пласта 10 м; пласт находится в границах верхнего и нижнего водоупоров, которые представлены мощными глинистыми отложениями; объемный вес горнорудной массы 1660 кг/см³; эффективная пористость 30%
Рудное тело было вскрыто чередующимися рядами закачных и откачных скважин, как показано на фиг.1. Здесь же показана рассчитанная на ЭВМ картина течения раствора в рудном теле. На керновом материале, взятом из рудного тела в лабораторных условиях, определялись коэффициенты К₁, К₂, К₃, К₄, характеризующиеся динамику взаимодействия реагента с рудосодержащей породой. Коэффициенты расчитывались по уравнению (2) при различных значениях l, C, V_ф. Процесс закачки начинали с максимальной концентрации реагента в выщелачивающем растворе, которую поддерживали постоянной в течение начального периода, а затем концентрацию реагента непрерывно уменьшали в соответствии с уравнением (1). В качестве реагента использовалась серная кислота с добавками окислителей и комплексообразователей. Начальная концентрация реагента в выщелачивающем растворе составляла 20 г/л.

При разработке месторождения Уванас было испытано несколько вариантов сетей скважин. Оптимальным оказалось соотношение
l_i/b 1/7
Приведенные зависимости получены в результате обобщения данных по различным месторождениям гидрогенного типа, поэтому данный способ может быть использован для добычи путем подземного выщелачивания самых разнообразных полезных ископаемых и прежде всего металлов (Сu, U, Re, Sc, Mo, V и др.). Накопленный большой опыт применения данного способа показывает, что он позволяет поддерживать стабильную экономически наиболее целесообразную концентрацию полезных компонентов в продуктивном растворе при значительном сокращении времени отработки месторождения, расхода реагента и соответствующем уменьшении затрат. Например, при разработке месторождения Уванас время отработки одного из блоков, разбуренного предлагаемым способом, было уменьшено на 44,4% при этом удельный расход кислоты снизился на 13% а себестоимость отработки единичной площади уменьшилась на 46,6% Особо следует отметить, что применение данного способа, гарантирующего значительное уменьшение расхода реагента и объема раствора, сводит к минимуму отрицательное воздействие на окружающую среду.

Формула изобретения

1. Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых, включающий вскрытие рудного тела чередующимися линейными рядами закачных и откачных скважин, закачку в закачные скважины выщелачивающего раствора с регулированием его параметров и откачивание через откачные скважины продуктивного раствора, отличающийся тем, что процесс начинают с максимальной концентрации реагента в выщелачивающем растворе, которую поддерживают постоянной в течение начального периода и затем непрерывно уменьшают концентрацию реагента в соответствии с зависимостью

где T_с время начального периода, сут;
C максимальная концентрация реагента, г/л;

l длина кратчайшей ленты тока выщелачивающего раствора между ближайшими закачной и откачной скважинами м;
V_ф скорость фильтрации вдоль кратчайшей ленты тока раствора, м/т сут;
τ_i=T_с+ ndτ время, сут;
n = 1,2,3...dτ заданный временной интервал, сут;
K₁, K₂, K₃, K₄ постоянные коэффициенты, получаемые из уравнений (2) по результатам лабораторных исследований кернового материала, взятого из рудного тела.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при бурении скважин выдерживают соотношение
l_i/b 1/7 1/8,
где b расстояние между ближайшими рядами откачных и закачных скважин;
l_i расстояние между ближайшими скважинами в каждом ряду.

РИСУНКИ

Рисунок 1