Скважинное подземное выщелачивание меди

А.И. Заболоцкий, ООО «УГМК-Холдинг»

Т.И. Ситникова, И.Э. Ященко, ОАО «Уралгидромедь»; К.А. Заболоцкий, УГГА

Предварительные результаты отработки опытно-промышленных блоков на Гумешевском месторождении

А.И. Заболоцкий, ООО «УГМК-Холдинг»
Т.И. Ситникова, И.Э. Ященко, ОАО «Уралгидромедь»; К.А. Заболоцкий, УГГА

Статья посвящена предварительному обобщению результатов опытно-промышленных испытаний способа сква-жинного выщелачивания меди из окисленных руд Гумешевского месторождения. На месторождении выделено три природных типа руд. Анализ показателей отработки проведен для пяти блоков, представляющих эти типы руд. В целом констатируется: опытно-промышленные испытания на месторождении показали полную состоятельность скважинного способа подземного выщелачивания окисленных и полуокисленных руд в зоне техно-генеза (нарушенный горными работами массив) и в экологически напряженном районе.

По остаточным запасам и прогнозным ресурсам только окисленных руд, составляющим около 300 тыс. т меди, Гумешевское месторождение имеет высокую потенциальную ценность. Очередная «жизнь» месторождения началась с момента выдачи ОАО «Уралгидромедь» лицензии на геологическое изучение и разработку. Несмотря на все трудности кризисного десятилетия, недропользователь проводил работы по разведке месторождения, поиску эффективных технологий добычи и переработки руд.

Первоначально разведка велась под горный способ отработки. На этой стадии к разработке технологии обогащения были привлечены весьма авторитетные фирмы: «Уотокум-пу» (Финляндия), СУМЗ, а также английская и канадская фирмы. Отрабатывались технологические схемы гравитационного, флотационного, магнитного обогащения, гидрометаллургического передела в вариантах чанового, автоклавного и кучного выщелачивания. Несмотря на все усилия, был сделан вывод: добыча окисленных руд Гумешевского месторождения открытым способом с последующей заводской переработкой - нерентабельна.

В начале 2002 г. были начаты работы по оценке возможности отработки месторождения способом подземного выщелачивания (ПВ). Были проведены лабораторные исследования технологии выщелачивания и переработки растворов, лабораторные и полевые исследования фильтрационных свойств, моделирование процесса ПВ в натурных условиях, инженерно-экологические изыскания, разработан проект опытно-промышленных испытаний, прошедший апробацию в Государственной экологической экспертизе.

С 2004 года ведется опытно-промышленная добыча способом скважинного подземного выщелачивания сернокислыми растворами с производительностью до 5.0 тыс.т. катодной меди в год.

При геологическом изучении месторождения в зоне окисления по вещественному составу выделено четыре природных типа руд:

1. Скарноиды - образования, сложенные песчано-глинистым, дресвяно-песчано-глинистым материалом. Цвет от желтовато-бурого до коричневого. Обломочная фракция представлена кварцево-кремнистыми в различной степени ожелезненными с редкими бурожелезняковыми стяжениями. Глинистая составляющая часто преобладает и представлена железистыми охрами с примесью делюви-ально-элювиальных глин. Эта зона наиболее окислена и в целом обеднена медью. Содержание кислоторастворимой меди - пониженное. Расположена в основном выше уровня грунтовых вод. По содержанию меди и фильтрационным свойствам этот тип предварительно отнесен к категории забалансовых руд.

2. Бурые железняки с прослоями глинизированных вмещающих пород. Состав дресвяно-глинистый, глинисто-щебенистый. Обломочная составляющая представлена бурыми железняками, ожелезненными кварцитоподобными породами, джаспероидами, в виде желваков, стяжений и жеод. Глинистая составляющая представлена каолинитами с примесью серицита и талька, охристыми глинами. Медная минерализация представлена малахитом в виде примазок, пленочек, корочек, почковидных наростов, купритом в виде вкраплений, сростков, аморфных масс, реже встречается хризоколла и вторичные сульфиды меди. Этот тип руд наиболее представителен по запасам, характеризуется более высокими содержаниями меди и расположен преимущественно ниже уровня грунтовых вод.

3. Дезинтегрированные первичные руды, частично окисленные. Дресвяно-щебенистые и глинисто-щебенистые ок-варцованные скарны,  железненные с вкраплением пирита, халькопирита, с примазками медной зелени, включениями куприта, редко самородной меди. «Сульфидная сы-пучка» дресвяно-песчанистая, глинисто-дресвянистая. Цвет от светло-серого до черного. Состав: сажистые и мелкозернистые агрегаты пирита, халькопирита, вторичные сульфиды меди, кварц. Этот тип руд располагается вблизи и непосредственно в зоне западного контакта кварцевых диоритов и мраморов в нижней части рудного тела (ниже 60 м). Характеризуется высокими содержаниями валовой меди, при этом содержание кислоторастворимой меди колеблется в широких пределах. Располагается ниже уровня грунтовых вод.

4. В результате проведения добычных работ (подземных и открытых) в течение длительного периода сформировался техногенный тип руды, представленный перемещенной и обрушенной горнорудной массой - «смешанная руда». На отдельных участках горнорудная масса, вследствие проведения подземных добычных работ на горизонтах от 54 м до 145 м и ниже, претерпела обрушение и проседание и дополнительную дезинтеграцию. Основные типы руд перемешались и представляют собой илисто-дресвяно-щебенистые образования. Состав: обломки рудных скарнов, вкрапленных сульфидных руд, шахтная крепь, бурый железняк, скарнированные диориты.

Опытно-промышленные испытания проводятся на 6-ти блоках. По содержанию кислоторастворимой меди блок 1+2 заметно беднее остальных, за исключением блока 5, представленного двумя типами руд (2 и 3). Блок 3 выделяется от всех остальных по содержанию валовой меди, но по содержанию кислоторастворимой меди блоки 3, 4 и 6 примерно равноценны.

Динамика технологических показателей отработки опытно-промышленных блоков представлена на рис. в виде графиков изменения основных технологических показателей содержания меди в растворах, степени извлечения и удельного расхода кислоты во времени. На графиках помесячные показатели приведены, начиная с 2005 г., хотя опытно-промышленная отработка была начата в апреле 2004 года. Данные 2004 г. учтены на начало 2005 года.

Отметим некоторые особенности реального ведения процесса выщелачивания на всех блоках. Начиная с апреля 2004 г. в блоки была подана кислота. В конце 2004 г. и в течение января-марта 2005 года кислота в недра не подавалась, хотя проработка блоков оборотными растворами продолжалась. В этот же период переработка продуктивных растворов проводилась частично - 35.. .40% от общего объема. С апреля по сентябрь 2005 г. переработка растворов не проводилась вообще.

Такой режим применен целенаправленно для оценки возможности получения более кондиционных растворов путем наращивания концентрации меди и накопления массы меди в продуктивных растворах в режиме оборота растворов без переработки (на практике таким приемом при выщелачивании урана пользуются исключительно при закислении блоков). Главная опасность такого процесса заключается в вероятности потери полезного компонента при повторном цикле выщелачивания. Такая вероятность, конечно, имеет место, но для процесса выщелачивания меди она существенно ниже, хотя бы по той причине, что фактор выпадения меди в раствор по окислительно-восстановительному механизму практически отсутствует. Гидролиз меди происходит при рН=5.5, что также требует существенной нейтрализации растворов. Поэтому для выщелачивания меди такой механизм вполне может использоваться на практике и значение эксперимента нельзя недооценить.

Режим выщелачивания первой половины 2005 года сказался на графиках основных показателей, которые приобрели нелогичную в традиционном понимании форму. Так, при пиковом росте концентрации меди на блоках №1+2 наблюдался рост удельного расхода кислоты, хотя обычно происходит наоборот.

Аналогично рост концентраций меди не сказался на росте степени извлечения. Ясно, что фактически извлечение из недр имело место, и кислота расходовалась небесполезно, но учет показателей ведется по товарной продукции, которая в этот период отсутствовала. Подобные явления имеют место и на блоках 4 и 6.

Вследствие того, что блоки находятся на разных стадиях отработки для удобства сравнения в табл. 2 даны итоговые характерные показатели отработки, а также некоторые их производные: извлечение при Ж/Т=1 (%/ЖТ), извлечение за месяц (%/мес), добыча за месяц из 1т ГРМ (кг/месТРМ), среднее содержание меди в растворах, приведенное к 1% извлечения.

Объединенные блоки 1 и 2, отрабатывающие наименее благоприятный тип руд - выветрелые скарноиды - тем не менее, имеют сравнительно неплохие показатели. Так, при явно худших показателях по удельному расходу кислоты, интенсивности добычи, среднему содержанию, этот блок экономичнее блоков 4 и 6 по извлечению на единицу Ж/Т, вполне конкурирует со всеми блоками по среднему содержанию, приведенному к 1% извлечения. Извлечение на блоке растет без затухания, содержание меди находится на хорошем уровне, хотя и медленно падает, удельный расход кислоты держится на одном экономически приемлемом уровне. Общий вывод по блокам: 1+2: их предварительное отнесение к забалансовому может быть преждевременным.

Блок 3, отрабатывающий третий тип руд - частично окисленные первичные руды - и блок 5, отрабатывающий 2-й и 3-й типы руд, имеют схожие показатели. Практически по всем параметрам эти блоки выглядят более технологичными: удельный расход минимальный, интенсивность добычи и содержание меди максимальные. Графики изменения основных показателей практически идеальны: закономерный рост степени извлечения при практически стабильном удельном расходе и закономерном снижении концентрации меди в растворах.

Одно только обстоятельство нарушает идиллию в отнесении руды третьего типа к благоприятным для выщелачивания. Степень извлечения перевалила далеко за 100%, что сигнализирует о какой-то системной ошибке расчетов. На самом деле ошибки нет, есть факт, который в производственном учете не отражен. А факт заключается в том, что в зоне развития третьего типа руд есть еще один тип - в форме подземных вод, содержащих промышленно значимые содержания растворенной меди.

Первые анализы откачных растворов из этих блоков показывали содержания меди до 6 г/л. Нам не доводилось ранее сталкиваться с подобными фактами ни на практике, ни в литературе. Можно предполагать, что такие «жидкие руды» распространены и на других месторождениях. Но впервые промышленная значимость таких растворов установлена скорее всего на Гумешевском месторождении.

Природа таких вод не вполне ясна в плане роли и значения техногенеза в их образовании. То, что на границе окисленных и первичных руд происходят процессы растворения и переотложения меди и других компонентов, в том числе при участии бактерий, не секрет. На Гумешевском месторождении, нарушенном многочисленными горными выработками, эти процессы могли усилиться за счет привносимого кислорода. Насколько этот фактор сработал, да и достоверные запасы растворенной меди на сегодняшний день не установлены. Но не вызывает сомнений то, что их влияние на показатели отработки весьма весомо. При правильном их учете блоки, отрабатывающие первичные, частично окисленные руды, уже не будут иметь столь оптимистичных показателей.

Блоки 4 и 6, отрабатывающие бурожелезняковый тип руд, по показателям отработки проявляют достаточно существенные различия, но интенсивность обработки их растворами различается в два раза. Блоки находятся в отработке одинаковое время, но блок 4 отрабатывается в менее интенсивном режиме, по показателю Ж/Т он отстает от блока 6 в два раза. При одинаковом содержании кислоторастворимой меди такой режим теоретически должен обеспечивать более высокие содержания меди в растворах. Но этого не наблюдается: среднее содержание меди в растворах примерно одинаково.

Естественно, среднее содержание, приведенное к проценту извлечения, на блоке 4 соответственно в два раза выше, но при имеющей место тенденции падения содержания в растворах при дальнейшей отработке и этот показатель будет стремиться к выравниванию. По показателю (%/ЖТ) блоки работают одинаково, т.е. аналогичный уровень извлечения будет достигнут при аналогичных уровнях Ж/Т, но время отработки блока 4 будет в два раза дольше.

Причинами такого неадекватного поведения может быть нерациональная система вскрытия блока 4 или неоптимальность гидродинамического режима. Блок 4, имеющий горнорудной массы в два раза больше, отрабатывается в среднем четырьмя откачными скважинами, в то время как блок 6 - в среднем шестью скважинами. Очевидно, что сеть скважин на блоке 4 недостаточно плотная, чтобы обеспечивать равномерную проработку блока.

По результатам отработки проанализированных блоков завершается разработка ТЭО кондиций. Предприятие будет переходить к промышленной отработке и вести разведку флангов месторождения. Не вдаваясь в детали, отметим, что предприятие работает на объекте, расположенном в экологически напряженном районе вот уже 5-й год. Тем не менее, при постоянном, всестороннем и тщательном экологическом контроле, осуществляемом компетентными организациями, предприятие не имеет принципиальных нареканий.

Проведенный анализ дает возможность сформулировать ряд следующих очевидных положений: 1. На Гумешевском месторождении выделяются три природных типа руд и один техногенный:

- выветрелые, высокоглинистые, слабопроницаемые, относительно бедные скарноиды;

- бурые железняки, слабоглинизированные, хорошопрони-цаемые, рядовые по содержанию меди;

- первичные полуокисленные, слабоглинистые с преимущественно трещинной проводимостью рядовые и местами богатые за счет зоны вторичного обогащения;

- техногенные обрушенные руды, представляющие смесь разных природных типов руд.

2. На опытно-промышленной стадии проводятся испытания первых трех типов руд, четвертый будет опробован в ходе промышленной отработки.

3. Существенно улучшают показатели отработки и экономику добычи руд переходного третьего типа подземные воды, содержащие медь в концентрациях промышленного уровня. По предварительным оценкам объем таких растворов может претендовать на самостоятельный тип руд, условно называемым «жидкая медь». Феномен наличия таких растворов должен быть тщательно изучен, в первую очередь, с целью установления возможности их возобнов-ляемости.

4. Анализ показателей отработки блоков второго типа (бу-рожелезняковых) показывает, что руды с идентичными свойствами на двух блоках отрабатываются с существенно разными показателями, что требует изучения и оптимизации всех факторов отработки.

5. Показатели отработки предварительно относимых к забалансовым скарноидов (1-й тип) могут в конечном итоге оказаться не хуже, чем на более богатых и более проницаемых рудах второго типа.

В целом, можно констатировать, что опытно-промышленные испытания на Гумешевском месторождении показали полную состоятельность скважинного способа подземного выщелачивания окисленных и полуокисленных руд в зоне техногенеза (нарушенный горными работами массив) и в экологически напряженном районе.

 

Журнал "Горная Промышленность" №5 (81) 2008, стр.17