Моделирование теплового режима рудного штабеля при кучном выщелачивании золота в холодном климате

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-102-108

М.В. Каймонов , А.И. Матвеев, Д.В. Хосоев
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация
Russian Mining Industry №1 / 2025 p. 102-108

Резюме: Изложены результаты исследований, основной целью которых в практическом плане является широкое внедрение технологии кучного выщелачивания на территориях со сложными климатическими условиями: наличием криолитозоны и продолжительным зимним периодом. Основной сдерживающий фактор применения способов в регионах холодного климата заключается в том, что эффективность процесса выщелачивания золотосодержащих руд любого типа в значительной степени зависит от температурных условий рудного штабеля и выщелачивающего раствора, что, в свою очередь, обуславливает сезонность (только в летние месяцы) работы золотодобывающих предприятий, использующих технологию кучного выщелачивания. Для всех имеющихся в моделируемой области материалов необходимо задать соответствующие физические свойства. Также для всех используемых в модели условий теплообмена необходимо определить параметры граничных условий. Моделирование фильтрации выщелачивающих растворов в программе Frost. Термо основано на широко апробированном уравнении фильтрации грунтовых вод, выведенном из закона Дарси. Решение уравнения теплопроводности в трехмерной постановке осуществляется численно с помощью явного метода конечных разностей. Согласно результатам компьютерного моделирования в ПК Frost 3D аварийное разрушение теплоизоляционного покрытия поверхности штабеля приводит к промерзанию пород тела штабеля на значительную глубину. Проведены расчёты теплового режима рудного штабеля при различных условиях теплоизоляции его поверхности. Наиболее оптимальным вариантом теплоизоляции бортов штабеля является следующий: борта (откосы) нижнего яруса штабеля теплоизолировать снегом толщиной 1 м; борта (откосы) верхних ярусов штабеля теплоизолировать плёнкой с воздушным прослоем 3 см.

Ключевые слова: кучное выщелачивание, криолитозона, рудный штабель, теплоизоляция, глубина промерзания, тепловой режим, 3D-моделирование

Благодарности: Работа выполнена в рамках проекта научно-исследовательских работ на оборудовании Центра коллективного пользования Федерального исследовательского центра Якутского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук. Результаты исследования получены в рамках Программы комплексных научных исследований в РС (Я), направленных на развитие производительных сил и социальной сферы на 2021–2024 гг. (проект №4, этап 2, ЕГИСУ НИОКТР №АААА-Б-17-217060520052-0).

Для цитирования: Каймонов М.В., Матвеев А.И., Хосоев Д.В. Моделирование теплового режима рудного штабеля при кучном выщелачивании золота в холодном климате. Горная промышленность. 2025;(1):102–108. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-1-102-108

Информация о статье

Поступила в редакцию: 13.11.2024

Поступила после рецензирования: 09.01.2025

Принята к публикации: 10.01.2025

Информация об авторах

Каймонов Михаил Васильевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-2506-8349; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Матвеев Андрей Иннокентьевич – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-4298-5990; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Хосоев Доржо Владимирович – младший научный сотрудник, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Medina D., Anderson C.G. A review of the cyanidation treatment of copper-gold ores and concentrates. Metals. 2020;10(7):897. https://doi.org/10.3390/met10070897

2. 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;37(2):73–119. https://doi.org/10.1080/08827508.2015.1115990

3. Mellado M.E., Cisternas L.A., Lucay F.A., Gálvez E.D., Sepúlveda F.D. A posteriori analysis of analytical models for heap leaching using uncertainty and global sensitivity analyses. Minerals. 2018;8(2):44. https://doi.org/10.3390/min8020044

4. Ordóñez J.I., Condori A., Moreno L., Cisternas L.A. Heap leaching of caliche ore. modeling of a multicomponent system with particle size distribution. Minerals. 2017;7(10):180. https://doi.org/10.3390/min7100180

5. 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;208:105811. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105811

6. 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;259:30–40. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.7 Marinin M.A., Karasev M.A., Pospehov G.B., Pomortseva A.A., Kondakova V.N., Sushkova V.I. Comprehensive study of filtration properties of pelletized sandy clay ores and filtration modes in the heap leaching stack. Journal of Mining Institute. 2023;259:30–40. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.7

7. Хабиров В.В., Забельский В.К., Воробьёв А.Е. Прогрессивные технологии добычи и переработки золотосодержащего сырья. М.: Недра; 1994. 268 с. Режим доступа: https://www.geokniga.org/books/2420 (дата обращения: 17.12.2024).

8. Игнатов А.А. Физико-химические процессы горного производства: математические модели выщелачивания руд и оттаивания мерзлых пород. М.: Наука; 1986. 96 с.

9. Татауров С.Б. Трансформация и переработка золотосодержащего сырья в криолитозоне. М.: Горная книга; 2008. 318 с.

10. Татаринов С.М., Хомутов А.В., Косякова О.В., Седых В.И. Применение кучного выщелачивания золота в условиях Крайнего Севера. Цветные металлы. 2010;(11):44–46. Режим доступа: https://rudmet.net/journal/488/article/4755/ (дата обращения: 17.12.2024). Tatarinov S.M., Khomutov A.V., Kosyakova O.V., Sedykh V.I. Usage of heap leaching of gold in the conditions of High North. Tsvetnye Metally. 2010;(11):44–46. (In Russ.) Available at: https://rudmet.net/journal/488/article/4755/ (accessed: 17.12.2024).

11. Ковалёв В.Н., Муслимов Б.А., Клепиков А.С. Математическое моделирование кучного выщелачивания золота в зонах многолетней мерзлоты. Горный журнал. 2013;(7):37–40. Режим доступа: https://rudmet.net/journal/1212/article/20548/ (дата обращения: 17.12.2024). Kovalev V.N., Muslimov B.A., Klepikov A.S. Mathematical modeling of gold heap leaching in permafrost zones. Gornyi Zhurnal. 2013;(7):37–40. (In Russ.) Available at: https://rudmet.net/journal/1212/article/20548/ (accessed: 17.12.2024).

12. Кашуба С.Г., Лесков М.И. Кучное выщелачивание в российской практике – обзор опыта и анализ перспектив. Золото и технологии. 2014;(1):10–14. Режим доступа: https://zolteh.ru/technology_equipment/kuchnoe_vyshchelachivanie_v_rossiyskoy_praktike_obzor_opyta_i_analiz_perspektiv/ (дата обращения: 17.12.2024). Kashuba S.G., Leskov M.I. Heap leaching in the Russian practice: a review of experience and analysis of prospects. Zoloto i Tekhnologii. 2014;(1):10–14. (In Russ.) Available at: https://zolteh.ru/technology_equipment/kuchnoe_vyshchelachivanie_v_rossiyskoy_praktike_obzor_opyta_i_analiz_perspektiv/ (accessed: 17.12.2024).

13. McBride D., Gebhardt J.E., Croft T.N., Cross M. Modeling the hydrodynamics of heap leaching in sub-zero temperatures. Minerals Engineering. 2016;90:77–88. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2015.11.005

14. McBride D., Gebhardt J., Croft N., Cross M. Heap leaching: Modelling and forecasting using CFD technology. Minerals. 2018;8(1):9. https://doi.org/10.3390/min8010009

15. Попов В.И., Каймонов М.В. Определение оптимальных параметров процесса выщелачивания в рудном штабеле при отрицательных температурах окружающей среды. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(S24):292–298. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-11-24-292-298 Popov V.I., Kaimonov M.V. Determination of the optimal parameters of the process of leaching in stack of ore with negative temperatures of the environment. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017;(S24):292–298. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-11-24-292-298

16. Перльштейн Г.З. Водно-тепловая мелиорация мерзлых пород на Северо-Востоке СССР. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние; 1979. 304 с.

17. Павлов А.В. Расчет и регулирование мерзлотного режима почвы. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние; 1980. 240 с.

18. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства компонентов природной среды в криолитозоне. Новосибирск: Изд-во СО РАН; 2004. 145 с.

19. Фельдман Г.М., Тетельбаум А.С., Шендер Н.И., Гаврильев Р.И. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии. Якутск: Ин-т мерзлотоведения; 1988. 240 с.

20. Курилко А.С., Ермаков С.А., Хохолов Ю.А., Каймонов М.В., Бураков А.М. Моделирование тепловых процессов в горном массиве при открытой разработке россыпей криолитозоны. Новосибирск: Гео; 2011. 139 с. Режим доступа: https://igds.ysn.ru/themes/IGDS/images/Monografii/Kurilko.pdf (дата обращения: 17.12.2024).