Опыт полевых опытно-фильтрационных работ в штабеле кучного выщелачивания песчано-глинистых руд

Коэффициент фильтрации является одним из ключевых параметров при проектировании штабелей кучного выщелачивания. Управление этим параметром и контроль способствуют грамотному поддержанию технологических характеристик процесса. Описан опыт проведения полевых опытно-фильтрационных исследований в условиях штабеля кучного выщелачивания песчано-глинистых руд, базирующийся на методе В.М. Насберга поинтервальных опытно-фильтрационных работ и адаптированный для условий штабеля. Предложенный метод позволяет оценить изменение коэффициента фильтрации как по глубине, так и в плане на промышленном участке кучного выщелачивания. Исследования показали, что технология укладки штабеля значительно влияет на формирование зон как с пониженными значениями коэффициента фильтрации (менее 0,1 м/сут), так и с повышенными (более 100 м/сут). Исследования подтверждают необходимость формирования штабеля по схемам, которые учитывают естественную сегрегацию материала. Распределение крупного класса по горизонтальным слоям штабеля незначительно увеличивает скорость фильтрации. Зоны с вертикальным распределением крупного класса способствуют увеличению скорости фильтрации, определяют направление потока растворов и сокращают время его контакта с окомкованной рудой, что приводит к неполному выщелачиванию полезного компонента. Контролируемая сегрегация и агломерация способствует эффективному извлечению металлов. Принятые схемы укладки материала должны обеспечивать равномерность фильтрационных характеристик при заданной плотности орошения и избегать появления зон с низкими и высокими значениями этих параметров.

Маринин М. А., Поспехов Г. Б., Сушкова В. И., Поморцева А. А., Мосейкин В. В. Опыт полевых опытно-фильтрационных работ в штабеле кучного выщелачивания песчано-глинистых руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 8. – С. 51–62. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_8_0_51.

Маринин Михаил Анатольевич¹ — канд. тех. наук, доцент, e-mail: marinin_ma@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-5575-9343,
Поспехов Георгий Борисович¹ — канд. геол-мин. наук, доцент, e-mail: pospehov@spmi.ru, ORCID ID: 0000-0001-9090-5150,
Сушкова Вероника Ивановна¹ — аспирант, e-mail: s235054@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-4247-6499,
Поморцева Анастасия Александровна — ведущий специалист, ООО «Газпром инвест», e-mail: a.a.pomortseva@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7911-7011,
Мосейкин Владимир Васильевич — д-р техн. наук, профессор, НИТУ МИСИС, e-mail: moseykin@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0002-2286-1480,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Маринин М.А., e-mail: marinin_ma@pers.spmi.ru.

1. Иванков С. И., Троицкий А. В., Скобелев К. Д. Современные тенденции создания технологии переработки и утилизации отходов обогащения горно-обогатительной отрасли // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. — 2021. — № 2. — С. 2—39. DOI: 10.36535/0869-1002-2021-02-1.

2. Marinina O. A., Kirsanova N. Y., Nevskaya M. A. Circular economy models in industry: developing a conceptual framework // Energies. 2022, vol. 24, no. 15, pp. 9376—9386. DOI: 10.3390/ en15249376.

3. Рыбак Я., Хайрутдинов М. М., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Тюляева Ю. С. Ресурсосберегающие технологии освоения месторождений полезных ископаемых // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 3(49). — С. 406—415. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-3-406-415.

4. Чантурия В. А., Шадрунова И. В., Горлова О. Е., Колодежная Е. В. Развитие технологических инноваций глубокой и комплексной переработки техногенного сырья в условиях новых экономических вызовов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2020. — № 1. — С. 159—171. DOI: 10.46689/2218-5194-2020-1-1-159-171.

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. Litvinova T., Kashurin R., Zhadovskiy I., Gerasev S. The kinetic aspects of the dissolution of slightly soluble lanthanoid carbonates // Metals. 2021, vol. 11, no. 11, article 1793. DOI: 10.3390/ met11111793.

7. 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.

8. Рудзиш Э. Р., Петрова Т. А. Перспективы использования нетрадиционных мелиорантов для формирования растительного покрова на рекультивируемых территориях // Горный журнал. — 2023. — № 9. — С. 75—82. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.11.

9. Якубовский М. А., Павличенко М. В., Логинов Е. В. Опыт проведения работ технической рекультивации земель, нарушаемых в процессе разработки месторождения песчано-гравийного материала // Рациональное освоение недр. — 2022. — № 3(65). — С. 66—74. DOI: 10.26121/ RON.2022.38.25.007.

10. 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.

11. Jia L., Huang J., Ma Z., Liu X., Chen X., LI J., He L., Zhao Z. Research and development trends of hydrometallurgy: An overview based on Hydrometallurgy literature from 1975 to 2019 // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020, vol. 30, no. 11, pp. 3147—3160. DOI: 10.1016/ S1003-6326(20)65450-4.

12. Козырев Б. А., Сизяков В. М. Кучное выщелачивание красного шлама формиатным методом // Обогащение руд. — 2021. — № 4. — С. 40—45. DOI: 10.17580/or.2021.04.07.

13. Валиев Н. Г., Пропп В. Д., Абрамкин Н. И., Камболов Д. А. Практика применения выщелачивания металлов из некондиционного сырья и отходов обогащения руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 12-1. — С. 17—30. DOI: 10.25018/0236_14 93_2023_121_0_17.

14. Ghorbani Y., Franzidis J.-P., Petersen J. Heap Leaching technology—current state, innovations, and future directions: A review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2016, vol. 377, pp. 73—119. DOI: 10.1080/08827508.2015.1115990.

15. Дементьев В. Е., Дружинина Г. Е., Гудков С. С. Кучное выщелачивание золота и серебра. — Иркутск: Иргиредмет, 2004. — 352 с.

16. Toro N., Ghorbani Y., Turan M. D., Robles P., Gálvez E. Gangues and clays minerals as ratelimiting factors in copper heap leaching: A review // Metals. 2021, vol. 11, no. 10, pp. 1539—1554. DOI: 10.3390/met11101539.

17. Leiming W., Shenghua Y., Aixiang W. Ore agglomeration behavior and its key controlling factors in heap leaching of low-grade copper minerals // Journal of Cleaner Production. 2021, vol. 279, article 123705. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.123705.

18. Петраков Д. Г., Пеньков Г. М., Золотухин А. Б. Экспериментальное исследование влияния горного давления на проницаемость песчаника // Записки Горного института. — 2022. — Т. 254. — С. 244—251. DOI: 10.31897/PMI.2022.24.

19. Голик В. И., Разоренов Ю. И., Комащенко В. И., Бурдзиева О. Г. Экспериментальное исследование качества дробления руд для подземного выщелачивания // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2021. — Т. 332. — № 6. — С. 160—166. DOI: 10.18799/24131830/2021/06/3246.

20. Татауров С. Б. Обоснование геотехнологических процессов кучного выщелачивания золота с криогенными преобразованиями минерального сырья: Автореф. дис. докт. техн. наук. СПб.: СПбГУ, 2011. — 41 с.

21. Тчаро Х., Тчаро Я. А., Мирсамиев Н. А. Новые подходы к повышению фильтрационных свойств штабелей кучного выщелачивания // Вестник евразийской науки. — 2023. — Т. 15. — № 6. https://esj.today/PDF/32NZVN623.pdf.

22. Wang L., Zhang X., Yin S., Zhang X., Liu P., Ilankoon I. M. S. K. Three-dimensional characterisation of pore networks and fluid flow in segregated heaps in the presence of crushed ore and agglomerates // Hydrometallurgy. 2023, vol. 219, article 106082. DOI: 10.1016/J.Hydromet.2023.106082.

23. Apelt T., Forrester K., Short M., Stefan L. Determination ofoptimum heap height from column leach tests: 1. Model development and initial results // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2017, vol. 126, no. 3, pp. 146—156. DOI: 10.1080/03719553.2016.1196520.

24. 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.

25. van Staden P. J., Petersen J. The effects of simulated stacking phenomena on the percolation leaching of crushed ore, Part 1: Segregation // Minerals Engineering. 2018, vol. 128, pp. 202—214. DOI: 10.1016/J.Mineng.2018.08.045.

26. Русанов И. Ф., Русанова Н. И. Влияние условий формирования откоса на сегрегацию материалов по крупности на его поверхности // Сборник научых трудов Донбасского государственного технического университета. — 2019. — № 13(56). — С. 27—33.

27. Пчелкин Г. Д., Кустов В. В., Кустов А. В. Экспериментальные исследования влияния свойств рыхлых пород на характеристику откоса насыпного техногенного формирования // Горный вестник. — 2012. — № 95. — С. 219—223.

28. 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.

29. Воробьев А. Е., Тчаро Х. Основные факторы, определяющие эффективность орошения штабеля КВ // Вестник евразийской науки. — 2019. — Т. 11. — № 1. — С. 59.

30. Кутепов Ю. Ю., Карасев М. А. Изучение и прогноз уплотнения фосфогипса в отвалах для обоснования их вместимости // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 61—67. DOI: 10.17580/ gzh.2023.05.09.

31. Веригин Н. Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород. — M.: Госстройиздат, 1962. — 180 с.

32. Saldaña M., Gálvez E., Robles P., Castillo J., Toro N. Copper mineral leaching mathematical models — A review // Materials. 2022, vol. 15, no. 5, article 1757. DOI: 10.3390/ma15051757.

33. Морозов К. В., Демёхин Д. Н., Котлов C. Н., Абашин В. И. Шахтные экспериментальные исследования фильтрационных свойств горных пород на глубоких горизонтах месторождений калийных солей для создания водозащитных перемычек // Горный журнал. — 2023. — № 5. — С. 25—31. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.04.

34. Iovlev G. A., Protosenya A. G., Petrov N. E. Determination of parameters of soil constitutive models based on field test data // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2024, vol. 60, pp. 528—534. DOI: 10.1007/s11204-024-09925-3.

35. Маринин М. А., Карасев М. А., Поспехов Г. Б., Поморцева А. А., Кондакова В. Н., Сушкова В. И. Комплексное изучение фильтрационных свойств окомкованных песчано-глинистых руд и режимов фильтрации в штабеле кучного выщелачивания // Записки Горного института. — 2023. — Т. 259. — С. 30—40. DOI: 10.31897/PMI.2023.7.

36. Справочное руководство гидрогеолога. Т. 2. — М.-Л.: Недра, 1967. — 360 с.