Обоснование технологии комплексного освоения медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узельгинского рудных полей

На большинстве медно-колчеданных месторождений Учалинского и Узелыинского рудных полей, осваиваемых Учалинским ГОКом, эксплуатационные запасы находятся к стадии доработки. В среднесрочной перспективе будут разрабатываться резервные месторождения — Ново-Учалинское, Озерное, Западно-Озерное, Чебачье, которые обеспечат градообразующее предприятие сырьем на ближайшие 70 лет. Эти месторождения характеризуются сложными горнотехническими условиями разработки и низким содержанием полезных компонентов. Перспектива успешной работы предприятия определяет необходимость непрерывною совершенствования технологических процессов добычи и переработки разносортных руд в части повышения уровня извлечения и расширения номенклатуры извлекаемых в концентраты цветных, блаюродных и редких металлов. При этом также актуально стоит вопрос восполнения минерально-сырьевой базы комбината за счет вовлечения в эксплуатацию техп01енн010 сырья, что будет способствовать повышению эффективности производства и снижению экологической нагрузки в регионе. Учитывая, что резервные месторождения будут преимущественно разрабатываться подземным способом, наиболее перспективным направлением утилизации отходов является закладка ими выработанного пространства после предварительного извлечения ценных компонентов.

В этой связи, изыскание технологий, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения природных и сопутствующих им техногенных месторождений, представленных неравномерным, но качеству минеральным сырьем, с обеспечением устойчивою развития предприятия в изменяющихся экономических условиях является актуальной научно-практической задачей, требующей решения.

Цель — изыскание возможности существенного повышения эффективности разработки медно-колчеданных месторождений и обеспечения устойчивою развития предприятия при изменяющемся качестве сырья путем повышения полноты и комплексности освоения недр.

Идея работы состоит в том, что повышение полноты, комплексности и эффективности освоения месторождений медно-колчеданных руд при изменяющемся качестве сырья обеспечивается в результате рациональною сочетания физико-технических и физико-химических процессов добычи и переработки кондиционных и бедных руд, отходов их добычи и переработки с извлечением цветных, благородных и редких металлов и утилизацией отходов в закладке выработанного пространства.

Задачи исследований:

1. Анализ юрно-геологических и юрнотехнических особенностей разработки месторождений Учалипскою ГОКа и вещественного состава руд и техногенного минерального сырья.

2. Систематизация природных и техногенных образований медно-колчеданного сырья в соответствии с особенностями вещественною состава и условиями разработки.

3. Установление закономерностей и факторов, повышающих полноту и комплексность освоения медно-колчеданных месторождений комбинированной геотехнологией.

4. Обоснование технологии утилизации отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд в закладке выработанною пространства.

5. Разработка методики выбора технологической схемы комплексного освоения природных и техно! енных месторождений медно-колчеданного сырья.

6. Обоснование принципов комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд и разработка технолошческих рекомендаций по повышению полноты и комплексности использования природного и техногенною минеральною сырья.

Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований была выбрана комбинированная физико-техническая и физико-химическая I еотехпология комплексною освоения природных и сопутствующих техногенных месторождений Учалипскою юрно-обогатительною комбината.

Методы исследований.

В работе иснользован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ горно-геологических и горнотехнических условий освоения месторождений Учалинскою и Узельгинского рудных полей, опыта разработки техно1енных месторождений и переработки техногенного сырьягеолою-мипералогические исследования и химический анализфизическое моделированиекомпьютерное геотехнологическое (экономико-математическое) моделированиетехнико-экономическую оценку.

Положения, выносимые на защиту.

1. В ухудшающихся горно-геологических и изменяющихся экономических условиях сохранение эффективности освоения медпо-колчеданных месторождений и обеспечение устойчивою развития предприятий достигается реализацией комбинированной геотехпологии в общем технологическом цикле добычи руды и переработки сопутствующих отходов при комплексном извлечении полезных компонентов и использовании отходов в закладке выработанного пространства.

2. Технологические решения по освоению медно-колчеданных месторождений с переработкой отходов добычи и обогащения руд, соответствующие выявленным особенностям природных и техногенных образований и базирующиеся на сочетании физико-химических и физико-технических процессов горных работ, повышают извлекаемую ценность руды на 20−40%, расширяют номенклатуру и объем товарной продукции I орного производства.

3. Закладочная смесь на основе хвостов переработки добываемых медно-колчеданных руд, пиритною концентрата и известкового вяжущего обладает высокими реологическими характеристиками, пластичностью, что позволяет создавать искусственный массив, обеспечивающий подземную добычу в широком диапазоне горнотехнических условий.

Научнаи новизна работы:

1. Классификация природных и техногенных георссурсов медно-колчеданных месторождений по особенностям вещественного состава, условиям образования, залегания и храпения, позволяющая обосновать условия и параметры технологии их комплексного использования.

2. Методика выбора технологической схемы комплексного освоения месторождений медно-колчедапного сырья, включающая алгоритм и экономико-математическую модель и отличающаяся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований.

3. Установлена возможность формирования искусственною массива на основе отходов выщелачивания хвостов обогащения медно-колчедапных руд с механоактивацией части отходов выщелачивания (до 25%), повышающей прочность массива в среднем на 30% для очистной выемки руды камерами увеличенных размеров.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в: разработке принципиально новою подхода к обоснованию геотехнологической стратегии комплексною освоения месторождений медно-колчеданных руд, заключающеюся в формировании единой технологической схемы разработки балансовых руд и некондиционных запасов с вовлечением в промышленную эксплуатации отходов горно-обогатительною производства.

Реализация работы: результаты исследований внедрены на Учалинском, Узелыинском, Молодежном, Талганском месторождениях, а также в проектные решения по разработке Ново-Учалинского месторождения.

Апробация работы:

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «О развитии горнометаллургической промышленности России» (Екатеринбург, 2002), «Новые направления и методы поисков месторождений полезных ископаемых» (Челябинск, 2004), VIII Съезде горнопромышленников Урала (Учалы, 2004), научно-практической конференции, посвященной 285 — летию i осударственного горно1 о надзора (Санкт-Петербург, 2004), Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2004, 2005), III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехпология: Масштабы и перспективы применения» (МагнитогорскУчалы, 2005), Третьем съезде горнопромышленников России (Москва, 2005). Основные результаты работы опубликованы в 11 печатных работах.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименования и содержит 172 стр., 51 рис., 30 табл.

Выводы по 4 главе.

1. Разработана технологическая схема комплексного освоения Ново-Учалинског о медно-ко.тчеданпот о месторождения, предусматривающая использование горно-капитальных выработок действующих близлежащих рудников для вскрытия запасов, разработкой балансовых запасов подземной технолог ней системами с твердеющей закладкой, а забалансовых рудных 1ел — методом подземного выщелачивания.

2. Рекомендовано включение в цикл освоения Пово-Учалипскою месторождения технологии кучного выщелачивания отходов обогащения с использованием кеков выщелачивания для закладки выработанною пространства подземных камер. При этом выщелачивание целесообразно производить в отработанном Учалипском карьере для исключения изъятия дополнительных земель.

3. Произведена технико-экономическая оценка предложенных технолог ическнх решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи — разработана технология комплексного освоения месторождений медно-колчеданных руд Учшшнского и Узельгинского полей и сопутствующих им техногенных образований, обеспечивающая существенное повышение эффективности их разработки и устойчивое развитие горного предприятия в изменяющихся экономических и горногеологических условиях. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Доказано, что стратегия комплексного освоения медно-колчеданных месторождений должна предусматривать, наряду с комплексной разработкой и переработкой кондиционных руд, вовлечение в промышленную эксплуатацию некондиционных руд и техногенного сырья применением комбинированных гсотсхнологий, адаптированных к конкретным горногеологическим условиям. Это возможно путем сочетания процессов открытого, подземного и физико-химического способов добычи для комплексного извлечения цветных, редких и благородных металлов.

2. Предложена классификация природных и техногенных гсоресурсов медно-колчеданных месторождений по особенностям вещественного состава, условиям образования, залегания и хранения, позволяющая обосновывать условия и параметры технологии их комплексного использования.

3. Выбор геотехнологической стратегии освоения месторождений Учалинского и Узелыинского рудных нолей базируется на разработанной методике, включающей алгоритм и экономико-математическую модель и отличающейся рассмотрением единого технологического цикла, сочетающего физико-технические и физико-химические процессы разработки природных месторождений и сопутствующих им техногенных образований. Реализацией алгоритма для условий Ново-Учалинского месторождения доказано, что с уменьшением среднего содержания условной меди по месторождению до 1,82% и падения цен на медь до 4500 долл. за тонну, вовлечение в разработку методом выщелачивания некондиционных руд (не менее 300 тыс. т в год) и техногенных отходов (не менее 1,5 млн. т в юд) позволяет компенсировать снижение индекса доходности и сохранить устойчивые финансовые показатели деятельности предприятия.

4. Показана эффективность выщелачивания некондиционных руд Молодежного и Узельгинского месторождений. Извлечение меди из руды Молодежною месторождения за 150 суток выщелачивания составило 65,6%, Узелыинского — 40%- цинка, соответственно, — 23,2% и 21%. Установлен высокий уровень извлечения серебра из руды Молодежного месторождения -68%. Из руды Узельгинского в раствор переходят селен, серебро и теллур на 17,5%, 5% и 3,5% соответственно.

5. Для реализации технологии кучного выщелачивания отходов сепарации предложено производить отсев фракции -3 мм, представленной глинистыми минералами с низким содержанием ценных компонентов. В классе +3 мм суммарное содержание ценных компонентов составляет: меди-67%, цинка — 86,7%, селена — 83,64%, теллура — 68%, талия — 67%, золота -71,5%, серебра — 82,66%. Выщелачиванием отходов сепарации фракцией +3 мм за 60 суток возможно извлечь в продуктивный раствор 54% меди, 41,5% цинка и 26% селена.

6. Исследованиями продуктивных растворов выщелачивания некондиционных руд и техногенных отходов было показано достаточно высокое содержание в них: меди — до 6 г/дм3, кадмия — до 65 мг/дм3, марганца — 55 мг/дм3, селена — до 78 мг/ дм3, никеля — до 62 мг/дм3, кобальта — 1,06 мг/дм3, германия — 1,05 мг/дм3, палладия — 0,97 мг/дм3, платины — 0,12 мг/дм3, теллура — 0,094 мг/дм3, скандия — 0,17 мг/дм3 и других. С учетом извлечения ценных компонентов из полученных продуктивных растворов методами гидрометаллургии извлекаемая ценность сырья увеличивается в 1,5 раза.

7. Доказана возможность приготовления твердеющей закладки из отходов сернокислотного выщелачивания текущих хвостов обогащения. Закладочная смесь на основе известкового вяжущего и текущих хвостов обогащения с расходом извести 80 кг/м3 обеспечивает достаточно высокие значения прочности массива (2,6 МПа в возрасте 60 сут.) и наибольшее значение модуля деформации и коэффициента Пуассона. Эго предопределяет высокую несущую способность искусственных целиков на основе закладки такого состава, даже при 5−7 кратном превышении предела прочности. Механоактивация части текущих хвостов (до 25%) позволяет увеличить прочность образцов закладки в среднем на 30% и получить закладочный массив с устойчивой высотой вертикальною обнажения до 60 м.

8. Предложена технологическая схема освоения Ново-Учалинскою месторождения, предусматривающая использование для вскрытия запасов юрно-капитальных выработок действующею Учалинскою рудникаразработку балансовых запасов этажно-камерной системой с твердеющей закладкой, а забалансовых — методом подземного выщелачиваниякучное выщелачивание в отработанном Учалинском карьере отходов переработки руд и утилизацию кеков выщелачивания для закладки выработанного пространства подземных камер.

9. Расширение технологического цикла освоения месторождения путем включения технологий извлечения ценных компонентов из отходов методом кучного выщелачивания в отработанном карьере с их последующим использованием для закладки выработанного пространства обеспечивает достаточно высокие экономические показатели: индекс доходности — 21,08 при сроке окупаемости капитальных затрат 1 год.