Способ подземного выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд

СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЬКОБАЛЬТОВЫХ РУД Способ подземного выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд относится к области геологии и может быть использован при геологической добыче цветных металлов. Месторождение делят на рудные блоки и последовательно их отрабатывают. Вскрывают рудное тело системой закачных и откачных выработок. Откачные и закачные выработки располагают вкрест движению подземных вод. Подают в закачные выработки выщелачивающий раствор. Через откачные выработки поднимают продукционный раствор и перерабатывают. При этом откачку никелькобальтсодержащего раствора ведут в интервале значений рН не менее 3,0, что позволяет обеспечить выпадение в осадок переведенных в раствор балластных примесей, которые представлены, в основном, ионами железа и алюминия при выщелачивании в недрах, что позволяет снизить затраты на выщелачивание никель-кобальтовых руд на месте залегания и улучшить экологическую обстановку на месте производства работ. Гребнев Геннадий Сергеевич, Савеня Николай Васильевич, Савеня Михаил Николаевич, Суклета Сергей Александрович (RU) Шмидт Н.Г. (RU) Область техники Изобретение относится к горному делу, а именно к геологическим способам добычи руд цветных металлов. Геотехнические методы добычи цветных металлов являются наиболее перспективными, позволяющими без нанесения существенного урона окружающей среде отрабатывать рудные залежи и техногенные образования, где содержание ценных компонентов невелико, а отработка их традиционными методами нерентабельна. Предшествующий уровень техники Известен патент "Выщелачивание урановой руды на месте залегания" (US 3309140, кл.299-4,1967), согласно которому вскрытие рудного тела осуществляют системой откачная скважина - закачные скважины с последующей подачей выщелачивающего раствора через закачные скважины, а откачку продуктивного раствора - через откачные. Недостатком способа является невозможность ведения процесса выщелачивания в случае частично обводненного рудного горизонта. Известен способ выщелачивания металлов из руд (SU 1491076 кл. Е 21 В 43/28), согласно которому продуктивный горизонт вскрывают системой откачных и закачных скважин и последовательно подают в закачные скважины пластовою воду и кислород, затем - раствор серной кислоты, двухвалентного железа и кислорода, выдерживают раствор в контакте с продуктивным горизонтом до нейтрализации кислоты и окисления двухвалентного железа, подают серную кислоту и откачивают через откачные скважины продукционный раствор. Недостатком способа является его многостадийность и трудность регулирования величины рН продуктивного раствора. Известен способ подземного и кучного выщелачивания сульфидных медьсодержащих полиметаллических руд, при котором выщелачивание проводят раствором серной кислоты в присутствии соединений меди, железа и др. (SU 1308639, кл. С 22 В 3/08). Недостатком данного способа является повышенная концентрация кислоты в продукционном растворе, приводящая к невысокому извлечению полезных компонентов в процессе дальнейшей переработки. Известен способ извлечения металлов из колчеданных руд (RU 2075522, МПК 6 С 22B3/08,C22B3/18; C22B15:00, С 22 В 19:00, публ. 1997 г.) при котором проводят выщелачивание колчеданных руд,содержащих карбонатные материалы. Вследствие высокой кислотомкости таких руд возникают трудности с достижением необходимого значения величины рН продукционного раствора, что приводит к значительным потерям извлекаемых компонентов. Известен способ подземного выщелачивания полезных ископаемых (RU 2073790,МПК 6 Е 21 В 43/28, публ. 1997 г.) при котором рудное тело вскрывают чередующимися рядами откачных и закачных скважин, подают в закачные скважины выщелачивающий раствор и откачивают через откачные скважины продукционный раствор. Закачку раствора начинают с максимальной концентрацией выщелачивающегося реагента с последующим е снижением. Недостатком данного способа является значительное время отработки месторождения и трудности при переработке растворов с высоким содержанием выщелачивающего реагента на этапе его подачи с повышенной концентрацией. Известен способ извлечения никеля, кобальта и других неблагородных металлов из латеритных руд с использованием кучного выщелачивания (RU 2355793, МПК С 22 В 23/00; С 22 В 3/08, опубл. 2008.06.10), при котором первый штабель руды выщелачивают раствором кислоты повышенной концентрации. Если величина рН выходящего раствора более 2,0, раствор направляют на извлечение никеля. Если же величина рН менее 2,0, то этот раствор может быть направлен на следующий рудный штабель для повышения величины рН. Недостатком способа является громоздкость технологической схемы, сложность управления процессом выщелачивания и образование большого количества отходов. Наиболее близким по технической сущности к заявленному является принятый за прототип способ подземного выщелачивания руд цветных металлов (RU 2293844, МПК Е 21 В 43/28, опубл. 2007.01.20),согласно которому на месте извлечения окисленной никель-кобальтовой руды сооружают закачные и откачные горные выработки. Подают выщелачивающие растворы кислоты в закачные выработки с закислением и последующей отработкой рудного тела, выводят продуктивный раствор через откачные выработки, при этом закисление сернокислыми растворами с их выстаиванием в рудном теле ведут при рН не более 1,5, а вывод продукционных растворов осуществляет при рН не более 1,0. Недостатками данного технического решения являются значительные затраты на выщелачивание никель-кобальтовых руд; ухудшение экологической ситуации на месте производства работ. Это связано с тем, что при закислении сернокислыми растворами с их выстаиванием в рудном теле при рН не более 1,5 происходит выщелачивание никеля, при этом одновременно в раствор переходит значительное количество (от 10 до 30 г/дм 3) трхвалентного железа и 1-3 г/дм 3 алюминия, которые необ-1 023060 ходимо выводить на операции железоотчистки с использованием известняка, оксида кальция, магния,брусита, доломита при значениях рН в интервале 3,5-4,5. Это, в свою очередь, влечет за собой дополнительные технологические операции по отделению образующейся твердой фазы от никельсодержащего продуктивного раствора и е размещения и хранения с использованием значительных площадей, что предоставляет собой значительные трудности, а выведение продуктивных растворов при рН не более 1,0 ещ более усугубляет эту ситуацию. Раскрытие изобретения Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа подземного выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд. Техническим результатом предлагаемого технического решения является снижение затрат на выщелачивание никель-кобальтовых руд на месте залегания и улучшение экологической обстановки на месте производства работ. Предлагаемое изобретение отличается от ближайшего аналога тем, что месторождение делят на рудные блоки и последовательно их отрабатывают, при этом откачные и закачные выработки располагают вкрест движению подземных вод и ведут откачку никель-кобальтсодержащего раствора при значении рН не менее 3,0, что позволяет обеспечить выпадание в осадок балластных примесей, представленных, в основном, ионами железа и алюминия, переведенных в раствор при выщелачивании в недрах. Для достижения заявленного технического результата согласно способу подземного выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд, включающему вскрытие рудного тела системой закачных и откачных выработок, подачу в закачные выработки выщелачивающего раствора, подъем через откачные выработки продукционного раствора и его переработку, согласно изобретению, месторождение делят на рудные блоки и последовательно их отрабатывают, при этом откачные и закачные выработки располагают вкрест движению подземных вод и ведут откачку никель-кобальтсодержащего раствора при значении рН не менее 3.0. При этом при величине рН продукционного раствора менее величины рН гидратообразования балластных примесей его откачку переносят в новые откачные выработки, располагаемые по и против потока движения подземных вод, а ранее использованные откачные выработки применяют в качестве наблюдательных; при отработке рудного блока, примыкающего к контуру месторождения, откачные выработки располагают в безрудной зоне; при величине рН продукционного раствора менее 3,0 осуществляют его подачу в закачные выработки и последующий подъем из откачных выработок, располагаемых в безрудной зоне; при величине продукционного раствора менее 3,0 его подают на безрудный штабель с последующей переработкой профильтровавшихся через него растворов; по окончании отработки рудных блоков проводят их промывку пластовыми водами при величине рН в интервале 2,0-3,0; при появлении в наблюдательных выработках некондиционных содержаний никеля и кобальта закачку выщелачивающего раствора переносят в последние. На заключительной стадии осуществляют водную отмывку отрабатываемых блоков. Краткое описание чертежей Предлагаемый способ поясняется рисунками и таблицами. На фиг. 1-6 показаны принципиальные схемы последовательного изменения назначения рядов закачных и откачных выработок рудных блоков, располагаемых по и против движения подземных вод, в зависимости от величины рН и содержания никеля и кобальта в продукционном растворе в процессе выщелачивания, а также возможные схемы снижения кислотности продукционных растворов и их кондиционирования, в частности на фиг. 1 показана схема расположения закачных, откачных и не вовлечнных в отработку новых выработок при кондиционных содержаниях никеля и кобальта и величине рН продукционного раствора в выработках ряда 2 не менее 3.0; на фиг. 2 - схема расположения закачных, откачных и наблюдательных выработок при величине рН продукционного раствора в выработках ряда 2 менее 3,0; на фиг. 3 - схема расположения закачных, откачных и выведенных из отработки закачных выработок при появлении в выработках ряда 2 некондиционных содержаний по никелю и кобальту; на фиг. 4 - расположение закачных, откачных и наблюдательных выработок смежного с контуром месторождения рудного блока при величине рН продукционного раствора в выработках ряда 3 менее 3,0; на фиг. 5 - схема расположения закачных и откачных выработок при величине рН продукционного раствора в откачном ряду 2 менее 3,0; на фиг. 6 - схема расположения закачных и откачных выработок и безрудного штабеля при величине рН продукционного раствора в откачном ряду 2 менее 3,0.- новые выработки, не вовлечнные в обра- закачные выработки, выведенные из отработки. ботку; - наблюдательные выработки; Табл. 1 - зависимость содержания Ni, Co, Fe, Al в продукционном растворе от величины рН. Табл. 2 - результаты изменения содержаний никеля и кобальта в растворе в зависимости от исходного значения рН раствора и величины Ж:Т. Лучший вариант осуществления изобретения Подлежащее отработке месторождение окисленных никель-кобальтовых руд делят на рудные блоки и пробуривают систему закачных и откачных выработок, располагаемых вкрест движению подземных вод, подают в закачные выработки раствор серной кислоты, откачивают на поверхность продукционный раствор, величина рН которого не менее 3,0 (фиг. 1). Это вызвано тем, что при величинах рН. более 3,0 балластные примеси выпадают в осадок, образуя гидроксиды металлов, а никель и кобальт при этом остаются в растворе даже при значениях рН, равных 7,0-8,0. Это позволяет, контролируя и поддерживая оптимальную величину рН откачиваемого на поверхность продукционного раствора, очищать его от балластных примесей, существенно затрудняющих его дальнейшую переработку, упростить технологическую схему и избежать строительства шламохранилища для сбора и хранения балластных примесей,что значительно сокращает трудозатраты и позволяет снизить загрязнение окружающей среды. По мере выщелачивания величина рН продукционного раствора снижается и при достижении е менее 3,0 содержание балластных примесей возрастает, ухудшая тем самым качественные показатели продукционного раствора. Это приводит к необходимости переноса откачки в новые смежные откачные выработки, а используемые ранее откачные выработки использовать в качестве наблюдательных для контроля полноты отработки выщелачиваемой части рудного блока (фиг. 2). При появлении в наблюдательных выработках некондиционных содержаний никеля и кобальта считают эту часть рудного блока отработанной и переносят в них подачу выщелачиваемого раствора (фиг. 3). Уменьшение концентрации никеля и кобальта в наблюдательных скважинах свидетельствует о том,что рудный блок между 1 и 2 рядом истощился, т.е. даже при подаче в него свежих выщелачивающих растворов концентрация никеля низка, таким образом, для полной отработки рудного блока между рядами 2 и 3 следует подавать свежие выщелачивающие растворы именно в него (ряд 2). При отработке рудного блока, примыкающего к контуру месторождения, откачные скважины сооружают в его безрудной зоне. Перенос откачных выработок на новое место при понижении величины рН продукционного раствора менее 3,0 осуществляют как в направлении движения потока подземных вод, так и в противоположном направлении (фиг. 4). При этом для ускорения отработки месторождения используют одновременно оба направления. Для погашения избыточной кислотности продукционных растворов возможно использование вмещающих (безрудных) пород, обладающих повышенной реагентомкостью. С этой целью безрудную зону месторождения разбуривают системами закачных и откачных выработок и подают в закачные выработки продукционные растворы, величина рН которых менее 3,0 с любой стадии выщелачивания отрабатываемого блока месторождения (фиг. 5). Очищенные растворы из откачных выработок подают на переработку. Аналогичным вариантом погашения кислотности продукционных растворов является использование сооружаемых на поверхности штабелей безрудных пород. Откачиваемые из рудного блока продукционные растворы подают на безрудный штабель известными способами, собирают и направляют очищенные продукционные растворы из его нижней части на переработку (фиг. 6). По окончании отработки рудного блока проводят отмывку сорбированных породой никеля и кобальта, используя подкисленные подземные воды с величиной рН в интервале 2,0-3,0. Возможность осуществления предлагаемого технического решения иллюстрируют схемы расположения рядов закачных и откачных выработок в процессе подземного выщелачивания и примеры, поясняющие возможность осуществления заявляемых параметров процесса. Зависимость содержания никеля, железа и алюминия от величины рН продукционного раствора иллюстрирует пример 1. Пример 1. Исходный продукционный раствор, полученный при выщелачивании окисленной никелевой руды и содержащей, г/л: Ni - 1,9; Со - 0,02; Fe - 4,6; Al - 1,2; значения рН и Eh 1,2 и 600 мВ, соответственно, обрабатывали при перемешивании на магнитной мешалке известняком. В процессе нейтрализации кислотности замеряли значения рН и Eh, отбирали пробы и анализировали их (табл. 1). Как видно из данных табл. 1, при величине рН в интервале 3,0-7,0 содержания никеля и кобальта практически не меняются, а содержания железа и алюминия (основных балластных примесей) снижаются до значений, позволяющих извлекать никель и кобальт известными способами с высокими экономическими показателями. Аналогичная картина (процесс нейтрализации) наблюдается при подземном выщелачивании во время движения выщелачивающих растворов от закачной к откачной выработке. При появлении в откачной выработке значений рН продукционного раствора менее 3,0, сопровождающемся существенным уве-3 023060 личением содержаний железа и алюминия (основных мешающих процессу переработки растворов элементов), откачку ведут из новых откачных выработок, что позволяет повысить величину рН извлекаемого продукционного раствора и очистить его от мешающих примесей. Возможность нейтрализации продукционных растворов путем их фильтрации через безрудные вмещающие породы при условии удержания никеля и кобальта в растворе при подземном выщелачивании окисленных никель-кобальтовых руд иллюстрирует пример 2. Пример 2. К навескам проб безрудной вмещающей породы массой по 100 г каждая добавили аликвоты продукционного раствора, содержащего, г/л: Ni - 1,9; Со - 0,02; Fe - 4,6; Al - 1,2 до Ж:Т = 5, 10 и 15. Исходная величина рН продукционного раствора составляла 1,4, 2,0 и 2,5. Время контакта - 10, 20 и 40 суток при периодическом перемешивании. По истечении каждого отрезка времени определяли содержания никеля и кобальта, замеряли показатели рН и Eh раствора (табл. 2). Как видно из данных (табл. 2) практически при всех исходных величинах рН продукционных растворов и значениях Ж:Т после контакта их с безрудной вмещающей породой, представленной серпентинитами, показатели рН достигают значений 3,0 и более при дополнительном извлечении никеля. При этом происходит очистка продукционных растворов от основных мешающих процессу переработки примесей - железа и алюминия. Далее навеску безрудной вмещающей породы после контакта с продукционным раствором в течение 30 суток по примеру 2 разделили на жидкую и твердую фазы. Твердую фазу обработали подкисленной до величины рН 2,0 пластовой водой, не содержащей никеля и кобальта, при отношении Ж:Т = 2,0. Содержания никеля, кобальта, железа, алюминия в растворе соответственно составили, г/л: Ni - 0,842; Со- 0,084; Fe - 0,044; Al - 0,023. Как видно из результатов анализа, проведение на заключительной стадии выщелачивания операции отмывки подкисленной водой с величиной рН 2,0 позволяет извлекать дополнительное количество никеля и кобальта и улучшать экологическую ситуацию на месте проведения работ. Аналогичный результат получен при использовании подкисленной воды до величины рН 3,0. Такая же картина наблюдается в случае нейтрализации продукционных растворов с величиной рН менее 3,0 путем их пропускания через безрудный штабель породы, сооруженный на поверхности. Таким образом, приведенные схемы отработки месторождения окисленных никель-кобальтовых руд и примеры осуществления заявленных параметров процесса показывают возможность осуществления предлагаемого способа выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд и демонстрируют преимущества, такие как снижение содержания балластных элементов, а значит и отсутствие необходимости выведения из продукционных растворов балластных элементов переводом в твердую фазу, что сопряжено с затратами на дополнительные реагенты и размещение твердых отходов; складирования твердых отходов, что положительно влияет на экологическую обстановку в месте проведения работ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подземного выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд, включающий вскрытие рудного тела системой закачных и откачных выработок, подачу в закачные выработки выщелачивающего раствора, подъем через откачные выработки продукционного раствора и его переработку, отличающийся тем, что месторождение делят на рудные блоки и последовательно их отрабатывают, при этом откачные и закачные выработки располагают вкрест движению подземных вод и ведут откачку никелькобальтсодержащего раствора при значении рН не менее 3,0. 2. Способ подземного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что при величине рН продукционного раствора менее 3,0 его откачку переносят в новые откачные выработки, располагаемые по и против потока движения подземных вод, а ранее использованные откачные выработки применяют в качестве наблюдательных. 3. Способ подземного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что при отработке рудного блока,примыкающего к контуру месторождения, откачные выработки располагают в безрудной зоне. 4. Способ подземного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что при величине рН продукционного раствора менее 3,0 осуществляют его подачу в закачные выработки и последующий подъем из откачных выработок, располагаемых в безрудной зоне. 5. Способ подземного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что при величине продукционного раствора менее 3,0 его подают на безрудный штабель с последующей переработкой профильтровавшихся через него растворов. 6. Способ подземного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что по окончании отработки рудных блоков проводят их промывку пластовыми водами при величине рН в интервале 2,0-3,0. 7. Способ подземного выщелачивания по п.2, отличающийся тем, что при появлении в наблюдательных выработках некондиционных содержаний никеля и кобальта закачку выщелачивающего раствора переносят в последние.