Способ освоения месторождений руд нетугоплавких металлов

Изобретение относится к горно-металлургической промышленности и может быть использовано при освоении месторождений руд нетугоплавких металлов, высвобождаемых термическим или высокочастотным энергетическим воздействием. При данном способе открытую, или подземную, либо комбинированную отработку рудных месторождений осуществляют в автоматизированном режиме с извлечением готовых или черновых металлов непосредственно из выемочных элементов кондиционной руды, с последующей раздельной выемкой временно некондиционной, некондиционной и убогой руды и пустой породы. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности освоения металлорудных месторождений, заключающейся в обеспечении компактности и непрерывности производства металлов, в повышении полноты использования недр и добытого минерального сырья, производительности труда, экономичности и экологичности производства, в получении готовой продукции непосредственно в процессе отработки рудного массива, в снижении капитальных и эксплуатационных затрат, в создании условий для организации автоматизированного горно-металлургического производства.

 

Изобретение относится к горно-металлургической промышленности и может быть использовано при разработке рудных месторождений.

Известны способы освоения рудных месторождений с добычей рудной массы и последующей ее переработки на обогатительной фабрике с получением концентратов или на металлургическом заводе, например, ртутных или штуфорных руд некоторых других металлов с получением готовой продукции [1].

Основным недостатком традиционных способов получения металлов является осуществление относительно большого числа промежуточных технологических процессов и операций, которые в большинстве случаев разобщены во времени и в производственном пространстве.

Наиболее близкими по выполняемой функции и техническому результату являются способы скважинного подземного выщелачивания [2], а также способ освоения месторождения твердых полезных ископаемых с выделением добычных и породных блоков в отрабатываемом уступе или зоне и с использованием селективной выемки полезных ископаемых [3].

Основными недостатками подземного выщелачивания является отсутствие селективности и невысокая полнота извлечения полезных компонентов в минеральный раствор, а также необходимость последующего извлечения из него полезных компонентов, главным образом металлов. Недостаток открытого кучного выщелачивания заключается в необходимости добычи рудной массы, ее транспортировке, формировании минеральных куч, технологическом получении минерального раствора и извлечении из него металла.

Недостатком способа освоения месторождения твердых полезных ископаемых с выделением добычных и породных блоков в отрабатываемом уступе или зоне и с использованием селективной выемки полезных ископаемых является необходимость последующей обогатительной и металлургической переработки.

Технический результат - повышение эффективности освоения рудных месторождений нетугоплавких металлов, главным образом рудных месторождений полиметаллов: свинца, меди, олова, цинка и некоторых других, температура плавления которых не превышает 1200-1520°C.

Данный результат достигается тем, что в способе освоения месторождений руд нетугоплавких металлов, включающем последовательное выделение рудных и природных блоков в пределах эксплуатационных блоков отрабатываемого добычного горизонта, получение опережающей текущей и оперативной экспресс-информации, необходимой для осуществления ограниченного числа технологических процессов и, прежде всего, при селективной выемке разнотипных горных пород, опережающую отработку породных блоков и выемочных элементов, расположенных со стороны висячего блока рудного тела, раздельную отработку выемочных элементов, производят предварительную дифференциацию отрабатываемого рудного тела или его части, выделяя выемочные элементы, представленные соответственно кондиционной, временно некондиционной, некондиционной и убогой рудой, а также пустой породой, на основе показателей качества горных пород - содержания в них металлов и сопутствующих полезных компонентов, крупности их частиц, прочности, плотности и теплофизических свойств горных пород, отработку кондиционных рудных выемочных элементов осуществляют тонкими слоями, непосредственную автоматизированную выплавку из них металлов осуществляют с использованием специализированного манипулятора универсального мобильного агрегата на основе автоматизировано получаемой и обрабатываемой экспресс-информации помощью специального манипулятора универсального агрегата, при этом отработку кондиционных рудных элементов с тонковкрапленными нетугоплавкими металлами осуществляют в автоматизированном режиме с предварительным разупрочнением мощными энергетическими наносекундными импульсами и последующей выплавкой чернового металла в восстановительной среде, например CO или H₂, которые подают непосредственно на забой по специальному каналу того же манипулятора, при этом происходит восстановление металла по общей схеме: MeO+CO=Me↓, + CO₂ или MeO+H₂=Me↓+H₂O, выделяющийся при окислительно-восстановительной реакции газ CO₂ или H₂O, обладая высокой потенциальной энергией, дополнительно дезинтегрирует горную породу.

На основе сопоставимого анализа с прототипом установлены отличия заявляемого способа, заключающегося в комплексе: глубокой дифференциации рудного массива, разделении его на мелкие выемочные элементы, исходя из содержания в них полезных компонентов, главным образом нетугоплавких металлов, их крупности и характера распределения в каждом слое и его элементах; в автоматизированной выплавке нетугоплавких металлов из кондиционных рудных элементов; в возможности применения данного способа при открытой, подземной и комбинированной отработке месторождений руд нетугоплавких металлов. Заявленный способ автоматизированной отработки месторождений руд нетугоплавких металлов с непосредственной их выплавкой из массивов выемочных элементов при отработке рудных блоков соответствует условиям новизны.

Способ включает следующие элементы: рудные тела и породные блоки, разнообразные по морфологическим, генетическим и параметрическим особенностям, углам падения, содержанию нетугоплавких металлов, например свинца в галените; вмещающие и вмещаемые породы; универсальный мобильный агрегат, который оснащают несколькими рабочими органами - специализированными манипуляторами для получения, обработки и передачи экспресс-информации о физико-технических, химических и технологических свойствах рудного слоя выемочных элементов, как для предварительной агломерации тонковкрапленных нетугоплавких металлов, так и для рудных элементов, содержащих крупно- и среднезернистые полезные компоненты, непосредственной выплавки металлов, отработки выемочных элементов после выплавки из них металлов; программно-компьютерный технологический узел для автоматизированного управления работой агрегата, который оборудуют несколькими специализированными манипуляторами.

Способ осуществляют следующим образом. Осуществляют последовательное выделение рудных и природных блоков в пределах эксплуатационных блоков отрабатываемого добычного горизонта. Формируют получение опережающей текущей и оперативной экспресс-информации, необходимой для осуществления ограниченного числа технологических процессов и, прежде всего, при селективной выемке разнотипных горных пород. Осуществляют опережающую отработку породных блоков и выемочных элементов, расположенных со стороны висячего блока рудного тела. Выполняют раздельную отработку выемочных элементов. Производят предварительную дифференциацию отрабатываемого рудного тела или его части, выделяя выемочные элементы, представленные соответственно кондиционной, временно некондиционной, некондиционной и убогой рудой, а также пустой породой, на основе показателей качества горных пород - содержания в них металлов и сопутствующих полезных компонентов, крупности их частиц, прочности, плотности и теплофизических свойств горных пород. Осуществляют отработку кондиционных рудных выемочных элементов тонкими слоями. Непосредственную автоматизированную выплавку из них металлов осуществляют с использованием специализированного манипулятора универсального мобильного агрегата на основе автоматизировано получаемой и обрабатываемой экспресс-информации с помощью специального манипулятора универсального агрегата. Отработку кондиционных рудных элементов с тонковкрапленными нетугоплавкими металлами осуществляют в автоматизированном режиме с предварительным разупрочнением мощными энергетическими нано-секундными импульсами и последующей выплавкой чернового металла в восстановительной среде, например CO или H₂, которые подают непосредственно на забой по специальному каналу того же манипулятора, при этом происходит восстановление металла по общей схеме: MeO+CO=Me↓, + CO₂ или MeO+H₂=Me↓+H₂O, выделяющийся при окислительно-восстановительной реакции газ CO₂ или H₂O, обладая высокой потенциальной энергией, дополнительно дезинтегрирует горную породу.

Производят автоматизировано выплавку нетугоплавких металлов из кондиционных рудных выемочных элементов с помощью специализированного рабочего органа манипулятора универсального мобильного агрегата, оборудованного устройством высокочастотного электромагнитного излучения, например лазерного или(и) термоустройством, при помощи которых оперативно реализуют физико-металлургическую и пирометаллургическую выплавку металла непосредственно из массива рудного блока. Выплавку тонковкрапленных металлов осуществляют с предварительной их агломерацией, используя устройство высокочастотного электромагнитного излучения. По окончании выплавки металла автоматизировано производят раздельную отработку каждого рудного слоя, последовательно отделяя выемочные элементы - кондиционные, временно некондиционные, убогие и породные с использованием манипулятора, позволяющего реализовать механический способ автоматизированного разрушения горной породы отрабатываемого слоя посредством, например, скалывания, либо среза, или обычного рыхления в зависимости от их прочности. Образуемую при этом горную массу посортно отгружают в средства ее доставки соответственно - к накопительным емкостям для временно некондиционной рудной массы, к складам некондиционной и убогой рудной массы, в породные отвалы.

Заявляемый способ освоения месторождений руд нетугоплавких металлов позволяет обеспечить в комплексе компактное горно-металлургическое производство, обеспечивающее повышение полноты использования недр и добытого минерального сырья, производительности, экономичности и экологичности, получение готовой продукции непосредственно в процессе отработки рудного массива, снижение капитальных и эксплутационных затрат, технологических операций и сроков создания автоматизированных горно-металлургических производств. Может быть использован при открытых, подземных и комбинированных физико-технических способах разработки месторождений руд нетугоплавких металлов.

Источники информации

1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли. / Под ред. Трубецкого / М.: Академия горных наук, 1997. - С.325-328.

2. Докукин В.В., Самойлов А.Г. Об эффективности добычи золота способом подземного выщелачивания // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. - 2009 - № 6. - С.49-54.

3. Патент РФ № 2209973, E21C 41/26.

4. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения (справочник). М.: Металлургия, 1970.

Способ освоения месторождений руд нетугоплавких металлов, включающий последовательное выделение рудных и природных блоков в пределах эксплуатационных блоков отрабатываемого добычного горизонта, получение опережающей текущей и оперативной экспресс-информации, необходимой для осуществления ограниченного числа технологических процессов и, прежде всего, при селективной выемке разнотипных горных пород, опережающую отработку породных блоков и выемочных элементов, расположенных со стороны висячего блока рудного тела, раздельную отработку выемочных элементов, отличающийся тем, что производят предварительную дифференциацию отрабатываемого рудного тела, или его части, выделяя выемочные элементы, представленные соответственно кондиционной, временно-некондиционной, некондиционной и убогой рудой, а также пустой породой, на основе показателей качества горных пород - содержания в них металлов и сопутствующих полезных компонентов, крупности их частиц, прочности, плотности и теплофизических свойств горных пород, отработку кондиционных рудных выемочных элементов осуществляют тонкими слоями, непосредственную автоматизированную выплавку из них металлов осуществляют с использованием специализированного манипулятора универсального мобильного агрегата на основе автоматизировано получаемой и обрабатываемой экспресс-информации с помощью специального манипулятора универсального агрегата, при этом отработку кондиционных рудных элементов с тонковкрапленными нетугоплавкими металлами осуществляют в автоматизированном режиме с предварительным разупрочнением мощными энергетическими наносекундными импульсами и последующей выплавкой чернового металла в восстановительной среде, например CO или H₂, которые подают непосредственно на забой по специальному каналу того же манипулятора, при этом происходит восстановление металла по общей схеме: МеО+СО=Ме↓, + CO₂ или МеО+H₂=Ме↓+H₂O, выделяющийся при окислительно-восстановительной реакции газ CO₂ или H₂O, обладая высокой потенциальной энергией, дополнительно дезинтегрирует горную породу.