Кучное выщелачивание

Кучное выщелачивание — это промышленный процесс добычи полезных ископаемых , используемый для извлечения драгоценных металлов , меди , урана и других соединений из руды с использованием ряда химических реакций, которые поглощают определенные минералы и повторно отделяют их после их отделения от других земных материалов. Подобно добыче на месте , добыча с кучным выщелачиванием отличается тем, что руда помещается на вкладыш, а затем химикаты добавляются в руду через капельные системы, тогда как при добыче на месте эти вкладыши отсутствуют и продуктивный раствор вытягивается вверх для получения минералов. Кучное выщелачивание широко используется в современных крупных горнодобывающих предприятиях, поскольку оно позволяет получать желаемые концентраты с меньшими затратами по сравнению с традиционными методами обработки, такими как флотация, перемешивание и чановое выщелачивание. ^[1]

Кроме того, отвальное выщелачивание является важной частью большинства операций по добыче меди и определяет качество добываемого материала наряду с другими факторами.

Из-за рентабельности, которую отвальное выщелачивание оказывает на процесс добычи, т.е. оно может существенно способствовать экономической рентабельности процесса добычи, выгодно включать результаты операции выщелачивания в общую экономическую оценку проекта. ^[2]

Этот процесс имеет древнее происхождение; Один из классических методов производства меди (сульфата железа) заключался в том, чтобы складывать в кучу железный пирит и собирать из кучи фильтрат , который затем кипятили с железом для получения сульфата железа (II) . ^[3]

Процесс

Слева: рудная мелочь без агломерации. Справа: рудная мелочь после агломерации. Улучшение перколяции в результате агломерации.

Добытую руду обычно измельчают на небольшие куски и складывают на непроницаемой площадке для выщелачивания, облицованной пластиком или глиной, где ее можно орошать выщелачивающим раствором для растворения ценных металлов. Хотя для орошения иногда используются спринклеры, чаще используют капельное орошение, чтобы минимизировать испарение , обеспечить более равномерное распределение выщелачивающего раствора и избежать повреждения обнаженного минерала. Затем раствор просачивается через кучу и выщелачивает как цель, так и другие минералы. Этот процесс, называемый «циклом выщелачивания», обычно занимает от одного или двух месяцев для простых оксидных руд (например, большинства золотых руд) до двух лет для никелевых латеритных руд. Затем выщелачивающий раствор, содержащий растворенные минералы, собирается, обрабатывается на технологической установке для извлечения целевого минерала и в некоторых случаях осаждения других минералов и возвращается в кучу после корректировки уровня реагентов. Максимальное извлечение целевого минерала может составлять от 30% от выщелачивания из отвалов рядовых рудников. сульфидные медные руды до более 90% для руд, которые легче всего выщелачивать, некоторые руды оксидного золота.

Основными вопросами, которые необходимо решить в процессе кучного выщелачивания, являются: ^[4]

Могут ли инвестиции в дробление руды быть оправданы потенциальным увеличением извлечения и скорости извлечения?
Как следует изменять концентрацию кислоты с течением времени, чтобы получить раствор, который можно будет экономично обрабатывать?
Как форма кучи влияет на извлечение и качество раствора?
Какой тип восстановления можно ожидать при любых данных обстоятельствах, прежде чем качество выщелачивающего раствора упадет ниже критического предела?
Какого восстановления (измеримого показателя) можно ожидать?

В последние годы добавление агломерационного барабана улучшило процесс кучного выщелачивания, сделав его более эффективным. Агломератор с вращающимся барабаном работает, собирая измельченную мелочь руды и агломерируя ее в более однородные частицы. Это значительно облегчает просачивание выщелачивающего раствора через кучу, пробиваясь через каналы между частицами.

Добавление агломерационного барабана также дает дополнительное преимущество, заключающееся в возможности предварительного смешивания выщелачивающего раствора с мелочью руды для получения более концентрированной и однородной смеси и позволяет начать выщелачивание до отвала. ^[5]

Несмотря на то, что за последние несколько лет в проектировании кучного выщелачивания достигнут значительный прогресс благодаря использованию новых материалов и усовершенствованных аналитических инструментов, промышленный опыт показывает, что существуют значительные преимущества от расширения процесса проектирования за пределы хвостовика и на саму каменную отвалу. Характеристика физических и гидравлических (гидродинамических) свойств руды для выщелачивания направлена на непосредственное измерение основных свойств руды, а именно:

Связь между высотой отвала и объемной плотностью руды (профиль плотности)
Взаимосвязь между объемной плотностью и перколяционной способностью (профиль проводимости)
Связь между объемной плотностью, пористостью и ее компонентами (микро и макро)
Связь между содержанием влаги и перколяционной способностью (кривая проводимости)
Связь между вышеупомянутыми параметрами и методами подготовки руды (добыча, дробление, агломерация, выдержка и способ размещения)

Теоретический и численный анализ, а также эксплуатационные данные показывают, что эти фундаментальные механизмы контролируются масштабом, размерностью и неоднородностью, и все это отрицательно влияет на масштабируемость металлургических и гидродинамических свойств от лаборатории до поля. Отказ от этих механизмов может привести к ряду практических и финансовых проблем, которые будут проявляться на протяжении всего срока службы кучи, влияя на финансовую отдачу от операции. Благодаря процедурам, выходящим за рамки обычно используемых металлургических испытаний, и интеграции данных, полученных в ходе трехмерного мониторинга в реальном времени, получается более полная репрезентативная характеристика физико-химических свойств среды отвала. Это улучшение понимания приводит к значительно более высокой степени точности с точки зрения создания действительно репрезентативной выборки среды в куче. ^[6]

Придерживаясь приведенных выше характеристик, можно получить более полное представление о средах кучного выщелачивания, что позволит отрасли отойти от фактического подхода «черного ящика» к физико-химически инклюзивной модели промышленного реактора.

Драгоценные металлы

Измельченную руду орошают разбавленным щелочным раствором цианида . Раствор, содержащий растворенные драгоценные металлы в продуктивном растворе, продолжает просачиваться через измельченную руду до тех пор, пока не достигнет вкладыша в нижней части отвала, где он стекает в пруд-накопитель (содержащий раствор). После отделения драгоценных металлов от насыщенного раствора разбавленный раствор цианида (теперь называемый «бесплодным раствором») обычно повторно используется в процессе кучного выщелачивания или иногда отправляется на промышленную установку очистки воды , где остаточный цианид обрабатывается и обрабатывается. остатки металлов удаляются. В районах с очень большим количеством осадков, таких как тропики, в некоторых случаях образуется излишек воды, который затем после очистки сбрасывается в окружающую среду, что может привести к загрязнению воды , если очистка не будет проведена должным образом. ^{[ нужна ссылка ]}

Производство одного золотого кольца этим методом может привести к образованию 20 тонн отходов. ^[7]

На этапе экстракции ионы золота образуют комплексные ионы с цианидом:

{\ce {{Au+ (s)}+ 2CN^- (aq) -> Au(CN)2^- (aq)}}

Рекуперация золота легко достигается с помощью окислительно-восстановительной реакции:

{\ce {{2Au(CN)2^{-}(aq)}+Zn(s)->{Zn(CN)4^{2}-(aq)}+2Au(s)}}

Наиболее распространенными методами удаления золота из раствора являются либо использование активированного угля для его избирательного поглощения, либо процесс Меррилла-Кроу , при котором цинковый добавляется порошок, чтобы вызвать осаждение золота и цинка. Прекрасным продуктом может быть либо сплав Доре (золото-серебряные слитки), либо цинково-золотой шлам, который затем перерабатывается в другом месте.

Медные руды

Этот метод аналогичен описанному выше цианидному методу, за исключением того, что серная кислота используется для растворения меди из руд . Кислота рециркулируется из контура экстракции растворителем (см. « Экстракция растворителем – электродобыча» , SX/EW) и повторно используется на площадке выщелачивания. Побочным продуктом является сульфат железа(II) , ярозит , который получается как побочный продукт выщелачивания пирита , а иногда даже та самая серная кислота, которая нужна для процесса. Выщелачиванию можно подвергать как оксидные, так и сульфидные руды, хотя циклы выщелачивания сильно различаются, а для сульфидного выщелачивания требуется бактериальный или биологический компонент.

В 2011 году в результате выщелачивания, как кучного, так и на месте , было произведено 3,4 миллиона метрических тонн меди, что составляет 22 процента мирового производства. ^[8] Крупнейшие предприятия по кучному выщелачиванию меди находятся в Чили, Перу и на юго-западе США.

Хотя кучное выщелачивание является дешевым процессом, степень его извлечения обычно составляет 60-70%. Обычно это наиболее выгодно с низкосортными рудами. Руды с более высоким содержанием обычно подвергаются более сложным процессам измельчения, где более высокая степень извлечения оправдывает дополнительные затраты. Выбор процесса зависит от свойств руды.

Конечным продуктом является катодная медь.

Никелевые руды

Этот метод представляет собой метод кислотного кучного выщелачивания, аналогичный методу медного выщелачивания, в котором используется серная кислота для растворения целевых минералов из измельченной руды вместо раствора цианида . Требуемое количество серной кислоты намного выше, чем для медных руд, до 1000 кг кислоты на тонну руды, но чаще встречается 500 кг. Первоначально метод был запатентован австралийской горнодобывающей компанией BHP, а в настоящее время коммерциализируется компанией Cerro Matoso в Колумбии, дочерней компанией, находящейся в полной собственности BHP; Вале в Бразилии; и европейский никель для горных латеритовых месторождений Турции, рудника Тальвиваара в Финляндии, на Балканах и Филиппинах. В настоящее время в промышленном масштабе не существует предприятий по кучному выщелачиванию никелевого латерита, но в Финляндии действует сульфидная HL.

Извлечение никеля из растворов выщелачивания намного сложнее, чем из меди, и требует различных стадий удаления железа и магния, при этом в процессе образуются как остатки выщелоченной руды («рипиос»), так и химические осадки из рекуперационной установки (в основном остатки оксидов железа, магния и т. д. ). сульфат и сульфат кальция ) примерно в равных пропорциях. Таким образом, уникальной особенностью кучного выщелачивания никеля является необходимость наличия хвостохранилища.

Конечным продуктом могут быть осадки гидроксида никеля (NHP) или смешанные осадки гидроксидов металлов (MHP), которые затем подвергаются традиционной плавке для получения металлического никеля.

Урановые руды

Аналогично кучному выщелачиванию оксида меди, также используется разбавленная серная кислота. Rio Tinto коммерциализирует эту технологию в Намибии и Австралии ; французская компания по производству ядерного топлива Orano с двумя шахтами в Нигере и Намибии; и несколько других компаний изучают его осуществимость.

Конечным продуктом является желтый кек , который требует значительной дальнейшей переработки для получения топливного сырья.

Аппарат

В то время как большинство горнодобывающих компаний перешли от ранее принятого метода разбрызгивания к просачиванию медленно капающих химикатов, включая цианид или серную кислоту, ближе к реальному рудному пласту, ^[9] Площадки кучного выщелачивания не слишком изменились за прошедшие годы. По-прежнему существует четыре основные категории площадок: обычные, отвалы для выщелачивания, засыпки долин и двухпозиционные площадки. ^[10] Обычно каждая прокладка имеет только один геомембранный вкладыш минимальной толщиной 1,5 мм, обычно толще.

Обычные подушки простейшей конструкции используются преимущественно на плоских или пологих участках и удерживают более тонкие слои измельченной руды. Площадки отвального выщелачивания вмещают больше руды и обычно позволяют обрабатывать менее ровную местность. Насыпи долины — это подушки, расположенные на дне или на уровне долины, которые могут удерживать все, что в нее попадает. Накладки «вкл/выкл» предполагают значительно большую нагрузку на колодки, а также их снятие и перезагрузку после каждого цикла.

Многие из этих шахт, глубина выемки которых ранее составляла около 15 метров, теперь для добычи материалов копают глубже, чем когда-либо прежде, примерно на 50 метров, а иногда и больше, а это означает, что для того, чтобы вместить весь перемещаемый грунт, подушки должны будут удерживать более высокий вес обусловлен тем, что большее количество измельченной руды содержится на меньшей площади (Lupo 2010). ^[11] При этом увеличение нарастания приводит к потенциальному снижению выхода или качества руды, а также к потенциальным слабым местам в крепи или зонам повышенного нарастания давления. Это скопление все еще может привести к проколам вкладыша. По состоянию на 2004 год ткани для подушек, которые могли бы уменьшить потенциальные проколы и их утечку, все еще обсуждались из-за их тенденции увеличивать риски, если на амортизацию приходится слишком большой вес на слишком большой поверхности (Тиль и Смит, 2004). ^[12] Кроме того, некоторые футеровки, в зависимости от их состава, могут вступать в реакцию с солями в почве, а также с кислотой, образующейся в результате химического выщелачивания, что влияет на эффективность футеровки. Это может быть усилено с течением времени. ^{[ нужна ссылка ]}

Экологические проблемы

Эффективность

Добыча с кучным выщелачиванием хорошо подходит для больших объемов низкосортных руд, поскольку для извлечения эквивалентного количества минералов требуется меньшая металлургическая обработка (измельчение) руды по сравнению с измельчением. Значительное снижение затрат на обработку компенсируется снижением выхода обычно примерно на 60-70%. Сумма общего воздействия на окружающую среду, вызванного кучным выщелачиванием, часто ниже, чем при использовании более традиционных методов. ^{[ нужна ссылка ]} Использование этого метода также требует меньшего энергопотребления, что многие считают экологической альтернативой.

Государственное регулирование

В Соединенных Штатах Общий закон о горном деле 1872 года давал права на разведку и добычу полезных ископаемых на землях, являющихся общественным достоянием ; первоначальный закон не требовал рекультивации после добычи (Вуди и др., 2011). Требования по рекультивации добытых земель на федеральных землях зависели от требований штата до принятия Закона о федеральной земельной политике и управлении в 1976 году. В настоящее время добыча полезных ископаемых на федеральных землях должна иметь одобренный правительством план добычи и рекультивации, прежде чем можно будет начать добычу. Требуются восстановительные облигации. ^[13] Добыча полезных ископаемых на федеральных, государственных или частных землях регулируется требованиями Закона о чистом воздухе и Закона о чистой воде .

Одним из решений, предлагаемых для решения проблем мелиорации, является приватизация земли, которая будет разрабатываться (Вуди и др., 2011).

Культурные и социальные проблемы

С ростом движения защитников окружающей среды также возросло понимание социальной справедливости, и в горнодобывающей промышленности в последнее время наблюдаются аналогичные тенденции. Общества, расположенные вблизи потенциальных мест добычи полезных ископаемых, подвергаются повышенному риску подвергнуться несправедливости, поскольку на их окружающую среду влияют изменения, вносимые в заминированные земли – как государственные, так и частные – что в конечном итоге может привести к проблемам в социальной структуре, идентичности и физическом здоровье (Фрэнкс 2009). ^[14] Много ^{[ ВОЗ? ]} утверждают, что, перераспределяя мощность шахт через местных жителей, это разногласие можно смягчить, поскольку обе группы интересов будут иметь общий и равный голос и понимание будущих целей. Однако часто бывает трудно совместить корпоративные интересы горнодобывающей промышленности с местными социальными интересами, и деньги часто являются решающим фактором успеха любых разногласий. Если сообщества могут чувствовать, что у них есть действительное понимание и власть в вопросах, касающихся их местной окружающей среды и общества, они с большей вероятностью будут терпеть и поощрять положительные выгоды, которые дает добыча полезных ископаемых, а также более эффективно продвигать альтернативные методы кучного выщелачивания. горнодобывающую промышленность, используя свои глубокие знания местной географии (Franks 2009).

Примеры

См. также

Ссылки

^ Петерсен, Дж., и Диксон, Д.Г. (2002). Термофильное кучное выщелачивание халькопиритового концентрата. Горное дело , 15 (11), 777-785.
^ Буффар, Сильви К. и Дэвид Г. Диксон. «Исследование гидродинамики процессов кучного выщелачивания». Металлургические операции и операции с материалами B 32.5 (2001): 763-776.
^ Промышленная Англия в середине восемнадцатого века, Nature , Том, 83, № 2113, четверг, 28 апреля 1910 г.; стр. 267.
^ Роман, Рональд Дж., Блэр Р. Беннер и Джордж Беккер. «Диффузионная модель кучного выщелачивания и ее применение для масштабирования». ТРАНС СОЦ МИН АНГЛ, AIME 256.3 (1974): 247–252.
^ «Агломерационные барабаны в процессе кучного выщелачивания» . ФЕЭКО Интернешнл, Инк . Проверено 21 февраля 2013 г.
^ Гусман-Гузман, А., Ю. Касерес Эрнандес, О., Шривастава, Р., и У. Джонс, Дж. (2014). Интегрированное управление процессом для повышения эффективности кучного выщелачивания. Доклад, представленный на Второй международной конференции по решениям кучного выщелачивания, Лима, Перу.
^ Гейдж Б. и Г. 2008. Американское возмущение . США: Хьюман Райтс Вотч.
^ Геологическая служба США, Ежегодник минералов, 2011 г. - Медь , 2012 г.
^ Краут, Ричард Г. 1991. Система контролируемой перколяции и метод добычи с кучным выщелачиванием. Патент США 5005806. 9 апреля 1991 года.
^ Тиль, Ричард и Марк Э. Смит, 2004 г. Обзор практики решения проблем проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22(5): 555-568.
^ Лупо, Джон Ф. 2009. Проектирование системы футеровки для площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 28(12): 163-173.
^ Тиль, Ричард и Марк Э. Смит, 2004 г. Обзор практики решения проблем проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22(5): 555-568.
^ Невадское подразделение полезных ископаемых, Современная горнодобывающая рекультивация. Архивировано 2 июля 2013 г. в Wayback Machine .
^ Фрэнкс, Дэниел 2009 г. Как избежать конфликта между шахтерами и сообществом: от диалога к общему будущему. В: Жак Вирц и Крис Моран, Материалы первого международного семинара по экологическим проблемам в горнодобывающей промышленности. Энвиромин 2009, Сантьяго, Чили, (xx). 30 сентября – 2 октября 2009 г.

Внешние ссылки

[1] Петерсен, Дж., и Диксон, Д.Г. (2002). Термофильное кучное выщелачивание халькопиритового концентрата. Горное дело , 15 (11), 777-785.

[2] Буффар, Сильви К. и Дэвид Г. Диксон. «Исследование гидродинамики процессов кучного выщелачивания». Металлургические операции и операции с материалами B 32.5 (2001): 763-776.

[3] Промышленная Англия в середине восемнадцатого века, Nature , Том, 83, № 2113, четверг, 28 апреля 1910 г.; стр. 267.

[4] Роман, Рональд Дж., Блэр Р. Беннер и Джордж Беккер. «Диффузионная модель кучного выщелачивания и ее применение для масштабирования». ТРАНС СОЦ МИН АНГЛ, AIME 256.3 (1974): 247–252.

[5] «Агломерационные барабаны в процессе кучного выщелачивания» . ФЕЭКО Интернешнл, Инк . Проверено 21 февраля 2013 г.

[6] Гусман-Гузман, А., Ю. Касерес Эрнандес, О., Шривастава, Р., и У. Джонс, Дж. (2014). Интегрированное управление процессом для повышения эффективности кучного выщелачивания. Доклад, представленный на Второй международной конференции по решениям кучного выщелачивания, Лима, Перу.

[7] Гейдж Б. и Г. 2008. Американское возмущение . США: Хьюман Райтс Вотч.

[8] Геологическая служба США, Ежегодник минералов, 2011 г. - Медь , 2012 г.

[9] Краут, Ричард Г. 1991. Система контролируемой перколяции и метод добычи с кучным выщелачиванием. Патент США 5005806. 9 апреля 1991 года.

[10] Тиль, Ричард и Марк Э. Смит, 2004 г. Обзор практики решения проблем проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22(5): 555-568.

[11] Лупо, Джон Ф. 2009. Проектирование системы футеровки для площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 28(12): 163-173.

[12] Тиль, Ричард и Марк Э. Смит, 2004 г. Обзор практики решения проблем проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22(5): 555-568.

[13] Невадское подразделение полезных ископаемых, Современная горнодобывающая рекультивация. Архивировано 2 июля 2013 г. в Wayback Machine .

[14] Фрэнкс, Дэниел 2009 г. Как избежать конфликта между шахтерами и сообществом: от диалога к общему будущему. В: Жак Вирц и Крис Моран, Материалы первого международного семинара по экологическим проблемам в горнодобывающей промышленности. Энвиромин 2009, Сантьяго, Чили, (xx). 30 сентября – 2 октября 2009 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]