Инженерно-геологическое обоснование параметров кучного выщелачивания золота из бедных песчано-глинистых руд

На сегодняшний день наиболее экономически целесообразной технологией для извлечения ценных компонентов из низкосортных руд является технология кучного выщелачивания. Основной принцип технологии кучного выщелачивания заключается в миграции раствора выщелачивания через неподвижный объем руды, таким образом, по пути движения раствора происходит окисление металлов за счет их взаимодействия с химическими реагентами, в результате чего металлы преобразуются в легкорастворимые соединения, из которых легко извлечь полезный компонент. В процессе кучного выщелачивания в зависимости от режима эксплуатации происходит изменение инженерно-геологических параметров, таких как физико-механические свойства слагающих грунтов, уровень водонасыщения, уплотнение под действием вышележащих пород, что непосредственно влияет на устойчивость массива грунтов и развитие деформационных процессов. С целью получения более достоверного прогноза геомеханической и инженерно-геологической обстановки на площадке кучного выщелачивания было произведено численное моделирование напряженно-деформированного состояния горных пород в соответствии с расчетной схемой, учитывающей изменение физико-механических свойств горных пород в результате уплотнения, насыщения массива растворами цианида и осадками. В результате чего разработана методика обоснования оптимальных геотехнических параметров и фильтрационного режима эксплуатации штабелей кучного выщелачивания (КВ) и управления их устойчивостью, учитывающая специфику функционирования сложных инженерно-геологических сооружений техногенного происхождения, подверженных процессу выщелачивания.

Маринин М. А., Карасев М. А., Поспехов Г. Б., Поморцева А. А., Сушкова В. И. Инженерно-геологическое обоснование параметров кучного выщелачивания золота из бедных песчано-глинистых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 9. – С. 22–37. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_9_0_22.

Маринин Михаил Анатольевич¹ — канд. тех. наук, доцент, e-mail: marinin_ma@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-5575-9343,
Карасев Максим Анатольевич¹ — д-р техн. наук, доцент, e-mail: Karasev_MA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-8389-0807,
Поспехов Георгий Борисович¹ — канд. геол-мин. наук, доцент, e-mail: pospehov@spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-9090-5150,
Поморцева Анастасия Александровна¹ — аспирант, e-mail: a.a.pomortseva@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7911-7011,
Сушкова Вероника Ивановна¹ — ведущий специалист, e-mail: s171560@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-4247-6499,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Сушкова В.И., e-mail: s171560@stud.spmi.ru.

1. Трубецкой К. Н., Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В. Принципы обоснования параметров устойчивого и экологически сбалансированного освоения месторождений твердых полезных ископаемых // Горный информационно аналитический бюллетень. — 2014. — № 2. — С. 3—10.

2. Чантурия В. А., Вайсберг Л. А., Козлов А. П. Приоритетные направления исследований в области переработки минерального сырья // Обогащение руд. — 2014. — № 2. — С. 3—9. DOI: 10.17580/or.2014.02.01

3. Шумилова Л. В., Хатькова А. Н., Черкасов В. Г. Альтернативные варианты подготовки техногенных отходов к выщелачиванию металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 3-2. — С. 173—181. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_173.

4. Иваник С. А., Илюхин Д. А. Флотационное выделение элементарной серы из золотосодержащих кеков // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — С. 202—208. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.202.

5. Alexandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Romashev A., Aburova V., Prokhorova E. Extraction of low-dimensional structures of noble and rare metals from carbonaceous ores using low-temperature and energy impacts at succeeding stages of raw material transformation // Minerals. 2023, vol. 13, no. 1, pp. 84—112. DOI: 10.3390/min13010084.

6. Соколов И. В., Антипин Ю. Г., Рожков А. А., Соломеин Ю. М. Экогеотехнология добычи бедных руд с созданием условий для попутной утилизации отходов горного производства // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 289—296. DOI: 10.31897/ PMI.2023.21.

7. Ларичкин Ф. Д., Войтеховский Ю. Л., Воробьев А. Г., Гончарова Л. И. Особенности обоснования параметров кондиций рентабельного извлечения ценных редкоземельных составляющих многокомпонентного минерального сырья // Горный журнал. — 2016. — № 1. — С. 49—53. DOI: 10.17580/gzh.2016.01.10.

8. Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов: в 2 т. / Под ред. М. И. Фазлуллина. Т. 1: Уран. — М.: ИД «Руда и Металлы», 2005. — 407 с.

9. Санакулов К. С. Эффективное использование техногенных отходов при кучном выщелачивании золота. — Навои: Типография НГМК, 2021. — 379 с.

10. Голик В. И., Разоренов Ю. И., Бригида В. С., Бурдзиева О. Г. Механохимическая технология добычи металлов из хвостов обогащения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 6. — С. 175—183. DOI: 10.18799/24131830/2020/6/2687.

11. McBride D., Gebhardt J., Croft N., Cross M. Heap leaching: Modeling and forecasting using CFD technology // Minerals. 2018, vol. 8, no. 1, article 9. DOI: 10.3390/MIN8010009.

12. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А. Методология инженерно-геологического изучения гидрогеомеханических процессов в техногенно-нарушенных массивах при разработке МПИ // Горный информационно аналитический бюллетень. — 2014. — № 8. — С. 123—131.

13. Petersen J. Heap leaching as a key technology for recovery of values from low-grade ores. A brief overview // Hydrometallurgy. 2016, vol. 165, pp. 206—212. DOI: 10.1016/j. hydromet.2015.09.001.

14. Глазунов В. В., Бурлуцкий С. Б., Шувалова Р. А., Жданов С. В. Повышение достоверности 3D-моделирования оползневого склона на основе учета данных инженерной геофизики // Записки Горного института — 2022 — Т. 257 — С. 771—782. DOI: 10.31897/PMI.2022.86.

15. Лушников Я. В., Багазеев В. К. Определение физико-механических свойств окатышей при формировании штабеля кучного выщелачивания // Известия вузов. Горный журнал. — 2013. — № 8. — С. 124—127.

16. Татауров С. Б. Экспериментально-теоретические исследования и обоснование геотехнологии формирования штабеля из окомкованных золотосодержащих руд для улучшения его фильтрационных свойств // Записки Горного института. — Т. 189. — С. 168—174.

17. Toro N., Ghorbani Y., Turan M. D., Robles P., Gálvez E. Gangues and clays minerals as rate-limiting factors in copper heap leaching: a review // Metals. 2021, vol. 11, pp. 1539—1554. DOI: 10.3390/met11101539.

18. Дементьев В. Е., Татаринов А. П., Гудков С. С. Основные аспекты технологии кучного выщелачивания золотосодержащего сырья // Горный журнал. — 2001. — № 5. — С. 53—55.

19. Robertson S. W., van Staden P. J., Cherkaev A., Petersen J. Properties governing the flow of solution through crushed ore for heap leaching // Hydrometallurgy. 2022, vol. 208, pp. 1—17. DOI: 10.10165/j.hydromet.2021.105811.

20. Argimbaev K. R. Investigations of the deposit geological structure impact on the technogenic accident risk at the mining plant // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018, vol. 13, no. 7, pp. 1713—1717.

21. Reyes A., Garma P., Parra D. 3D slope stability analysis of heap leach pads using the limit equilibrium method. Peru, 2014, pp. 257—271.

22. Wei L., Zhang Y., Zhao Z., Zhong X., Liu S. Analysis of mining waste dump site stability based on multiple remote sensing technologies // Remote Sensing. 2018, vol. 10, no. 12, pp. 2025—2045. DOI: 10.3390/rs10122025.

23. Ponomarenko T., Nevskaya M., Marinina O. An assessment of the applicability of sustainability measurement tools to resource-based economies of the commonwealth of independent states // Sustainability. 2020, vol. 12, no. 14, pp. 5582—5589. DOI:10.3390/su12145582.

24. Smith M., Parra D., Asociados A. Leach pad cost benchmarking / Proceedings of Heap Leach Solutions. Peru, 2014, 9 p.

25. Пашкевич М. А., Алексеенко А. В., Нуреев Р. Р. Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 155—167. DOI: 10.31897/ PMI.2023.32.

26. Petrova T. A., Rudzisha E, Alekseenko A. V., Bech J., Pashkevich M. A. Rehabilitation of disturbed lands with industrial wastewater sludge // Minerals. 2022, vol. 12, no. 3, pp. 1—19. DOI: 10.3390/MIN12030376.

27. Господариков А. П., Ефимов Д. А. Технико-технологические аспекты использования валков с профилем в форме треугольника Рело в дробящих агрегатах на рудоподготовительном переделе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 10-2. — С. 117—126. DOI: 10.25018/0236-1493-2022-102-0-117.

28. Mostaghimi P., Tollit B. S., Neethling S. J., Gorman G. J., Pain C. C. A control volume finite element method for adaptive mesh simulation of flow in heap leaching // Journal of Engineering Mathematics. 2014, vol. 87, no. 1, pp. 111—121. DOI: 10.1007/S10665-013-9672-3.

29. Miao X., Narsilio G. A., Wu A., Yang B. 3D dual pore-system leaching model. Part 1: Study on fluid flow // Hydrometallurgy. 2017, vol. 167, pp. 173—182. DOI: 10.1016/j.hydromet. 2016.11.015.

30. Brinkgreve R. B. J. PLAXIS 3D 2017. Material Models Manual, Netherlands, 2018. 212 p.

31. Протосеня А. Г., Алексеев А. В., Вербило П. Э. Прогноз напряженно-деформированного состояния и устойчивости лба забоя тоннеля при пересечении нарушенных зон грунтового массива // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 252—260. DOI: 10.31897/PMI.2022.26.

32. Smith I. M., Griffith D. V. Programming the finite element method. John Wiley & Sons, Chisester, U.K, 2nd edition, 1982. 351 p.

33. Schanz T., Vermeer P. A., Bonnier P. G. The Hardening Soil Model: Formulation and verification / Beyond 2000 in Computational Geotechnics. 1999, pp. 281—290.

34. Деменков П. А., Трушко О. В., Комолов В. В. Прогноз оседания поверхности земли при сооружении котлована вблизи застройки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2019. — № 2. — С. 300—309.

35. Schaap M. G., Van Genuchten M. Th. A modified mualem-van genuchten formulation for improved description of the hydraulic conductivity near saturation // Vadose Zone Journal. 2006, vol. 5, pp. 27—34. DOI: 10.2136/vzj2005.0005.

36. Mostaghimi P., Tollit B. S., Neethling S. J., Gorman G. J., Pain C. A control volume finite element method for adaptive mesh simulation of flow in heap leaching // Journal of Engineering Mathematics. 2014, vol. 87, pp. 111—121. DOI: 10.1007/S10665-013-9672-3.

37. Thenepalli T., Chilakala R., Habte L., Tuan L., Kim C. S. A Brief note on the heap leaching technologies for the recovery of valuable metals // Sustainability. 2019, vol. 11, no. 12. article 3347. DOI: 10.390/SU1112334730.