» » Вклад ученых в теорию выщелачивания металлов

Вклад ученых в теорию выщелачивания металлов

07.08.2016

Использование подземного выщелачивания было предсказано академиком А.Е. Ферсманом: «Сильные кислые растворы будут растворять тяжелые металлы, давая готовые соли для электролитических заводов».
Применение выщелачивания для добычи цветных металлов известно с XVI в. (Испания). Широкое промышленное освоение его связано с добычей меди на руднике «Кананея» в Мексике (1924 г.) и на Урале (1930—1942 гг.). Последнее время подземное выщелачивание применяют для добычи руд урановой группы.
В настоящее время подземное выщелачивание в промышленных масштабах применяется для добычи цветных металлов в США, России, Франции, Японии, Австралии, Германии и других странах. Еще в 1974 г. этим методом было получено 20 % мировой добычи меди. В настоящее время его доля оценивается величиной до 80 %. Только в США подземным выщелачиванием ежегодно добывают 300 тыс. т меди и 4 тыс. т урана. Возможность применения этого метода определяется в основном минералогическим составом руды и составом породообразующих минералов.
Выщелачивание металлов в промышленных масштабах применили в период первой мировой войны (1915—1918 гг.) для добычи меди в США, Южной Америке, Японии и других странах. Единства взглядов на феномен перевода металлов из сульфидных минералов в растворы нет. Одни исследователи отводят ведущую роль химическим процессам, другие — электромеханическим и бактериальным.
В последнее время исследования по выщелачиванию меди и урана через скважины без предварительного дробления получили дальнейшее развитие. В штате Аризона (США) начата отработка крупного месторождения на глубине 335 м, содержащего до 1 % меди в окисленных формах. Отработка его обычными способами нецелесообразна. Через скважины, пробуренные с поверхности в месторождение, подается вода 160—240 л/мин под давлением (70— 105 кг/см ), в 2,5 раза превышающим давление налегающих пород. Когда между подающими и принимающими скважинами устанавливается циркуляция, в воду вводят до 3% серной кислоты (H2SO4). Извлечение меди из растворов производится электролитическим путем.
При выщелачивании металлов из руд в карбонатных породах достигнуть эффективного рентабельного выщелачивания кислыми растворами весьма трудно, поэтому заслуживает внимания опыт выщелачивания окисленных свинцово-цинковых руд аммиаком в Ираке. Извлечение окисленного цинка составило 92 %, а свинца — только 8 %.
В связи со значительным ухудшением качества минерального сырья выгодно вести его переработку не традиционными методами обогащения и металлургии, а методами гидрометаллургии, базирующимися на растворении полезного компонента активными реагентами.
Эта концепция получила развитие в методах геотехнологии с выщелачиванием металлов, в которых отказались от свойственного обогащению и частично — гидрометаллургии тонкого измельчения руд, производя извлечение полезного компонента на месте его естественного залегания.
Проблемами выщелачивания занимаются ведущие научно-исследовательские организации различных отраслей хозяйства (МГГА, ВНИПИПТ, СКГТУ, Унипромедь, МГГУ, ЦНИГРИ и т.д.). Им посвятили свои труды Н.П. Лаверов, К.Н. Трубецкой, В.А. Чантурия, В.Ж. Аренс, В.К. Бубнов, М.А. Кунаев, Д.П. Лобанов, Ю.Н. Нестеров, Г.В. Седельникова, М.И. Тедеев, М.И. Фазлуллин, В.А. Шестаков, К.К. Хулелидзе и др.
Исследования вопросов выщелачивания, составляющих проблему доработки месторождений потерянных и забалансовых руд, начались немногим более 50 лет назад.
Теоретические основы гидрометаллургии были разработаны И.Н. Плаксиным, С.Б. Леоновым, академиком РАН В.А. Чантурия. Одной из составляющих частей геотехнологии с выщелачиванием являются физико-химические процессы извлечения металлов из упорных сульфидов. Они получили развитие как альтернатива существующим методам получения металлов, использование которых опасно для окружающей среды и дорого.
Наибольшие успехи достигнуты при выщелачивании меди, урана и золота, что отмечено в трудах таких ученых, как А.П. Зефиров, А.И. Калабин, В.П. Новик-Качан, Б.В. Невский, В.Г. Бахуров, И.К. Луценко, С.Г. Вечеркин, Л.И, Лунев, И.Е. Рудаков, Р.П. Петров, Н.Н. Хабиров, В.К, Бубнов, М.Н. Тедеев и др.
Существенный вклад в теорию выщелачивания свинца и цинка из сульфидных руд внесли ученые СКГМИ (СКГТУ): И.А. Остроушко, К.К. Хулелидзе, А.П. Городничев, Ю.И. Кондратьев, В.Н. Келин, С.Э. Ростованов и др.
Геолого-минералогическое изучение северокавказских месторождений, в т.ч. по геотехнологическим принципам, дано в работах Г.В. Хетагурова и Э.М. Цириховой, Г.А. Тварчелидзе, Д.В. Рундквиста, Э.И. Кутнерова, Л.А. Варданянца, Г.Д. Ажгирея, Г.М. Ефремова и др.
В горно-добывающих отраслях технологически развитых стран получают развитие геотехнологические методы добычи металлов из техногенных месторождений химическим растворением. Реагентами выщелачивания являются химические реагенты и природные компоненты: вода, воздух и рудовмещающие породы.
По данным Мак-Грегора (США), на урановом руднике Стенброк забои с потерянными рудами промывали водой, ее pH снижался до 2,3 благодаря бактериальному окислению сульфидов. После первой промывки извлечение в раствор составило 70 %. Так добывали 6,5 % добычи рудника.
Л.Ф. Мерс описал процесс выщелачивания потерянных руд водой на руднике Питч (США). Высота выщелачиваемого слоя достигала 100 м.
На руднике Майами (США) водой выщелачиваются содержащие медь породы после систем с массовым обрушением. Содержание меди в растворах — 0,3 %.
На руднике Мегген (Германия) окисление сульфидов обеспечивается кислородом воздуха. Благодаря пириту шахтные воды растворяют цинк и железо. Вода поступает с поверхности в количестве до 15 тыс. м3 в сутки. В сутки добывают около 3 т цинка и 2 т железа.
Во Франции используют урансодержащие воды дебитом 20—30 м3/ч с содержанием 100 мг/дм
В США продуктивные растворы содержат до 20 мг/дм3 урана. На руднике Амброзия-Лейк в сутки добывали 70 кг U3O8. В 14 шахтах запада США получали до 150 м /мин природных растворов с содержанием до 12 мг/дм3 U3O9.
Н.В. Шаншес и А.П. Юдицкий сообщают о выщелачивании меди водой на Дегтярском руднике из потерянных при технологии слоевого обрушения руд. Содержание меди в растворе за сутки достигало 14 мг/дм3.
Промышленное выщелачивание балансовых руд впервые в мировой практике осуществлено на урановом месторождении Восток (Северный Казахстан) (рис. 3.11).
Вклад ученых в теорию выщелачивания металлов

Вопросам выщелачивания потерянных сульфидных руд посвящены работы ученых СКГМИ. В своих работах И.А. Остроушко рассматривает проблемы изыскания и внедрения способов извлечения металлов, оставленных в отработанных пространствах рудников, и очистки шахтных вод рудников Садонского комбината. Им разработаны научные основы технологий добычи металлов выщелачиванием.
А.Н. Камболов дал теоретическое обоснование технологии интенсификации процессов кучного выщелачивания упорных по-лисульфидных руд на основе электрохимической активации шахтных стоков. Им определено, что эффективность выщелачивания упорных полиметаллических сульфидных хвостов обусловлена наличием природных окислителей и возникновением новых фаз загрязнения минерала под влиянием физико-химических процессов.
Н.Е. Козырев обосновал экономическую эффективность выщелачивания при подземной разработке потерянных руд и разработал методику экономической оценки и целесообразности извлечения полезных компонентов из отходов горного производства с использованием выщелачивания руд.
А.А. Сыса доказал, что механохимическая активация руд позволяет усилить эффективность процессов извлечения вредных примесей из рудничных стоков. Им разработана и развита модель процесса выщелачивания как стационарного и одномерного процесса. Разработана новая схема переработки забалансовых руд, включающая операцию механоактивации в высокоскоростных барабанных мельницах.
Е.Н. Козырев показал, что решение проблемы рационального использования потерянных руд находится на основе разработанной стратегии воспроизводства минерального сырья непосредственно в литосфере. Воспроизводство минерального сырья должно базироваться на принципах предварительной геохимической подготовки, а также обеспечения техногенного рудообразования путем перераспределения в горном массиве полезных компонентов (рис. 3.12).