Кучное выщелачивание - Heap leaching

Кучное выщелачивание золота

Кучное выщелачивание промышленный добыча полезных ископаемых процесс, используемый для извлечения драгоценные металлы, медь, уран, и другие соединения из руда используя серию химических реакций, которые поглощают определенные минералы и повторно отделяют их после отделения от других земных материалов. Похожий на на месте При добыче полезных ископаемых кучное выщелачивание отличается тем, что руда помещается на футеровку, а затем химические вещества добавляются в руду через капельные системы, тогда как на месте горнодобывающая промышленность не имеет этих вкладышей и поднимает насыщенный раствор для добычи полезных ископаемых. Кучное выщелачивание широко используется в современных крупномасштабных горнодобывающих предприятиях, поскольку оно позволяет получать желаемые концентраты по более низкой цене по сравнению с традиционными методами обработки, такими как флотация, перемешивание и чановое выщелачивание.[1]

Кроме того, выщелачивание из отвалов является важной частью большинства медных добыча полезных ископаемых операций и определяет качество производимого материала наряду с другими факторами

Из-за рентабельности, которую выщелачивание отвалов оказывает на процесс добычи, то есть оно может существенно способствовать экономическая жизнеспособность процесса добычи, выгодно включать результаты операции выщелачивания в общую экономическую оценку проекта.[2]

Этот процесс имеет древнее происхождение; один из классических способов изготовления Coperas (сульфат железа) должен был накапливаться железный пирит и собрать фильтрат из кучи, которую затем кипятили с железом, чтобы произвести сульфат железа (II).[3]

Процесс

Слева: мелочь без агломерации. Справа: мелкие частицы руды после агломерации - улучшенное просачивание в результате агломерации.

Добытая руда обычно измельчается на небольшие куски и складывается на непроницаемую пластиковую или облицованную глиной площадку для выщелачивания, где ее можно орошать выщелачивающим раствором для растворения ценных металлов. В то время как дождеватели иногда используются для орошения, чаще всего используется капельное орошение для минимизации испарение, обеспечивают более равномерное распределение выщелачивающего раствора и избегают повреждения открытых минералов. 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 никеля. латерит руды. 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 уровней реагентов. Максимальное извлечение целевого минерала может составлять от 30% от выщелачивания из закрытых рудных отвалов. сульфид медные руды более 90% для руд, которые легче всего выщелачиваются, некоторые руды оксидного золота.

Основные вопросы, которые необходимо решить в процессе кучного выщелачивания:[4]

  • Могут ли инвестиции в дробление руды быть оправданы потенциальным увеличением извлечения и скорости извлечения?
  • Как со временем следует изменять концентрацию кислоты, чтобы получить раствор, который можно экономично обрабатывать?
  • Как форма кучи влияет на извлечение и качество раствора?
  • При любом заданном наборе обстоятельств, какого типа восстановления можно ожидать, прежде чем качество выщелачивающего раствора упадет ниже критического предела?
  • Какого выздоровления (поддающегося количественной оценке) можно ожидать?

В последние годы добавление барабана для агломерации позволило улучшить процесс кучного выщелачивания, сделав выщелачивание более эффективным. Агломератор с вращающимся барабаном, такой как Агломерационный барабан Sepro с приводом от шин работает, собирая мелкие дробленые руды и агломерируя их в более однородные частицы. Это значительно облегчает прохождение выщелачивающего раствора через кучу, проходя через каналы между частицами.

Добавление агломерационного барабана также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в возможности предварительного смешивания выщелачивающего раствора с мелкозернистой рудой для получения более концентрированной, гомогенной смеси и обеспечения возможности начала выщелачивания до образования кучи.[5]

Несмотря на то, что в конструкции кучного выщелачивания за последние несколько лет был достигнут значительный прогресс благодаря использованию новых материалов и улучшенных аналитических инструментов, промышленный опыт показывает, что есть значительные преимущества от расширения процесса проектирования за пределы хвостовика до самой горной сваи. При определении физических и гидравлических (гидродинамических) свойств выщелачиваемой руды основное внимание уделяется непосредственному измерению основных свойств руды, а именно:

  • Связь между высотой кучи и насыпной плотностью руды (профиль плотности)
  • Связь между насыпной плотностью и перколяционной способностью (профиль проводимости)
  • Взаимосвязь между насыпной плотностью, пористостью и ее составляющими (микро и макро)
  • Взаимосвязь между влагосодержанием и перколяционной способностью (кривая проводимости)
  • Взаимосвязь между вышеуказанными 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, которые отрицательно влияют на масштабируемость металлургических и гидродинамических свойств от лаборатории до месторождения. Отказ от этих механизмов может привести к ряду практических и финансовых проблем, которые будут проявляться в течение всего срока службы кучи, влияя на финансовую отдачу от операции. Благодаря процедурам, выходящим за рамки обычно используемых металлургических испытаний и интеграции данных, собранных в ходе трехмерного мониторинга в реальном времени, можно получить более полную репрезентативную характеристику физико-химических свойств среды кучи. Это улучшенное понимание приводит к значительно более высокой степени точности с точки зрения создания действительно репрезентативной выборки среды в куче.[6]

Придерживаясь указанных выше характеристик, можно получить более полное представление о средах кучного выщелачивания, что позволит отрасли отойти от де-факто Подход «черного ящика» к физико-химической инклюзивной модели промышленного реактора.

Драгоценные металлы

Измельченная руда орошается разбавленной щелочью. цианид решение. Раствор, содержащий растворенные драгоценные металлы в беременный раствор продолжает просачиваться через измельченную руду, пока не достигнет футеровки на дне кучи, где она стекает в водоем для хранения (насыщенный раствор). После отделения драгоценных металлов от насыщенного раствора разбавленный раствор цианида (теперь называемый «бесплодный раствор») обычно повторно используется в процессе кучного выщелачивания или иногда отправляется в промышленная очистка воды установка, где обрабатывают остаточный цианид и удаляют остаточные металлы. В районах с очень большим количеством осадков, таких как тропики, в некоторых случаях имеется избыток воды, который затем сбрасывается в окружающую среду после обработки, что может быть загрязнение воды если лечение не проводится должным образом.[нужна цитата ]

При производстве одного золотого кольца с помощью этого метода может образоваться 20 тонн отходов.[7]

Во время фазы экстракции ионы золота образуют комплексные ионы с цианидом:

Восстановление золота легко достигается с помощью редокс -реакция:

Наиболее распространенными методами удаления золота из раствора являются либо использование активированного угля для его избирательного поглощения, либо Процесс Меррилла-Кроу куда цинк порошок добавлен, чтобы вызвать осаждение золота и цинка. Прекрасным продуктом может быть доре (золотые слитки) или цинк-золотой шлам, который затем очищается где-то еще.

Медные руды

Метод аналогичен описанному выше методу цианида, за исключением серная кислота используется для растворения медь из его руд. Кислота рециркулируется из растворитель контур отвода (см. экстракция растворителем-электролизом, SX / EW) и повторно использовать на подушке для выщелачивания. Побочный продукт - это сульфат железа (II), ярозит, который образуется как побочный продукт выщелачивания пирит, а иногда даже ту же серную кислоту, которая необходима для процесса. Выщелачивать можно как оксидные, так и сульфидные руды, хотя циклы выщелачивания сильно различаются, и для выщелачивания сульфидов требуется бактериальный или биовыщелачивающий компонент.

В 2011 г. как кучное выщелачивание, так и выщелачивание на месте, произвела 3,4 миллиона метрических тонн меди, что составляет 22 процента мирового производства.[8] Крупнейшие операции по кучному выщелачиванию меди находятся в Чили, Перу и на юго-западе США.

Хотя кучное выщелачивание является недорогостоящим процессом, обычно он имеет коэффициент извлечения 60-70%. Обычно это наиболее прибыльный с бедными рудами. Руды с более высоким содержанием обычно подвергаются более сложным процессам измельчения, где более высокие извлечения оправдывают дополнительные затраты. Выбранный процесс зависит от свойств руды.

Конечный продукт - катодная медь.

Никелевые руды

Этот метод представляет собой метод кучного кислотного выщелачивания, аналогичный методу меди, поскольку он использует серная кислота вместо раствора цианида для растворения целевых минералов из дробленой руды. Требуемое количество серной кислоты намного выше, чем для медных руд, до 1000 кг кислоты на тонну руды, но более распространено 500 кг. Первоначально метод был запатентован австралийским горняком. BHP Billiton и коммерциализируется Cerro Matoso S.A. в Колумбии, дочерней компанией, находящейся в полной собственности BHP Billiton; Вале в Бразилии; и European Nickel PLC для месторождений латерита в породах Турции, Талвиваара моя в Финляндии, на Балканах и на Филиппинах. В настоящее время нет действующих предприятий по кучному выщелачиванию латерита никеля в промышленных масштабах, но в Финляндии работает сульфидная HL.

Извлечение никеля из выщелачивающих растворов намного сложнее, чем для меди, и требует различных стадий удаления железа и магния, и в процессе образуются как остатки выщелоченной руды («рипиос»), так и химические осадки на установке для извлечения (в основном, остатки оксида железа, сульфат магния и сульфат кальция ) примерно в равных пропорциях. Таким образом, уникальной особенностью кучного выщелачивания никеля является наличие хвостохранилища.

Конечный продукт может быть гидроксид никеля осадки (NHP) или осадки смешанных гидроксидов металлов (MHP), которые затем подвергаются обычной плавке для получения металлического никеля.

Урановые руды

Схема извлечения урана при кучном выщелачивании (NRC США)

Аналогично кучному выщелачиванию оксида меди, также с использованием разбавленной серной кислоты. Рио Тинто коммерциализирует эту технологию в Намибия и Австралия; французская атомная энергетическая компания Areva в Нигере с двумя шахтами и Намибии; и несколько других компаний изучают его осуществимость.

Конечный продукт желтый пирог и требует значительной дальнейшей обработки для производства топливного сырья.

Аппарат

Хотя большинство горнодобывающих компаний перешли от ранее принятого метода разбрызгивания к просачиванию медленно капающих химических веществ, включая цианид или серную кислоту, ближе к действительному рудному пласту,[9] Площадки кучного выщелачивания не сильно изменились за эти годы. По-прежнему существует четыре основных категории подушек: обычные, выщелачивающие на отвале, насыпи впадин и двухпозиционные подушки.[10] Как правило, каждый пэд имеет только одну, геомембрана лайнер для каждой подушки, с минимальной толщиной 1,5 мм, обычно толще.

Обычные подушечки простейшей конструкции используются в основном для ровных или пологих участков и удерживают более тонкие слои измельченной руды. Площадки отвала для выщелачивания содержат больше руды и обычно могут обрабатывать менее ровную местность. Заливки долин - это площадки, расположенные на дне долин или уровнях, которые могут удерживать все, что в нее попадает. Колодки включения / выключения включают в себя значительно большую нагрузку на колодки, а также их снятие и повторную загрузку после каждого цикла.

Многие из этих шахт, которые ранее имели глубину копания около 15 метров, копают глубже, чем когда-либо прежде, чтобы добывать материалы, примерно на 50 метров, а иногда и больше, что означает, что для того, чтобы вместить всю смещаемую землю, опоры должны удерживать больший вес из-за того, что более измельченная руда находится на меньшей площади (Lupo 2010).[11] При таком увеличении накопления возникает вероятность снижения выхода или качества руды, а также потенциально слабые места в футеровке или области повышенного нарастания давления. Это скопление все еще может привести к проколам лайнера. По состоянию на 2004 год прокладочные ткани, которые могли бы уменьшить возможные проколы и их протекание, все еще обсуждались из-за их тенденции к увеличению рисков, если на прокладку будет возложен слишком большой вес на слишком большой поверхности (Thiel and Smith 2004).[12] Кроме того, некоторые вкладыши, в зависимости от их состава, могут реагировать с солями в почве, а также с кислотой в результате химического выщелачивания, что влияет на качество покрытия. Со временем это может усилиться.[нужна цитата ]

Проблемы окружающей среды

Эффективность

Добыча кучным выщелачиванием хорошо работает для больших объемов руды с низким содержанием, поскольку требуется пониженная металлургическая обработка (измельчение) руды для извлечения эквивалентного количества минералов по сравнению с измельчением. Существенное снижение затрат на переработку компенсируется снижением выхода, обычно примерно на 60-70%. Величина общего воздействия на окружающую среду, вызванного кучным выщелачиванием, часто ниже, чем при использовании более традиционных методов.[нужна цитата ] Кроме того, для использования этого метода требуется меньшее потребление энергии, что многие считают экологической альтернативой.

Государственное регулирование

В Соединенных Штатах Общий закон о горном деле 1872 г. дал право исследовать и добывать всеобщее достояние земельные участки; исходный закон не требовал рекультивации после добычи (Woody et al. 2011). Требования к рекультивации горных земель на федеральных землях зависели от требований штата до принятия Федеральный закон о земельной политике и управлении в 1976 году. В настоящее время добыча полезных ископаемых на федеральных землях должна иметь утвержденный правительством план добычи и рекультивации, прежде чем можно будет начать добычу. Требуются мелиоративные облигации.[13] Добыча на федеральных, государственных или частных землях подчиняется требованиям Закон о чистом воздухе и Закон о чистой воде.

Одним из предлагаемых решений проблем мелиорации является приватизация земли, подлежащей добыче (Woody et al. 2011).

Культурные и социальные проблемы

С ростом движения защитников окружающей среды также возросло понимание социальной справедливости, и горнодобывающая промышленность в последнее время демонстрирует аналогичные тенденции. Общества, расположенные вблизи потенциальных мест добычи полезных ископаемых, подвергаются повышенному риску подвергнуться несправедливости, поскольку на их окружающую среду влияют изменения, внесенные в заминированные земли - государственные или частные, - которые в конечном итоге могут привести к проблемам в социальной структуре, идентичности и физическом здоровье (Franks 2009 г.).[14] Много[ВОЗ? ] утверждали, что, передавая силу шахт через местных жителей, это разногласие можно смягчить, поскольку обе группы интересов имели бы общий и равный голос и понимание в отношении будущих целей. Однако часто бывает трудно сопоставить интересы корпоративной горнодобывающей промышленности с местными социальными интересами, и деньги часто являются решающим фактором успеха любых разногласий. Если общины 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 преимущества, которые дает горная промышленность, а также более эффективно продвигать альтернативные методы кучного выщелачивания. добыча полезных ископаемых, используя их глубокие знания местной географии (Franks 2009).

Примеры

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Петерсен, Дж., И Диксон, Д. Г. (2002). Термофильное кучное выщелачивание халькопиритового концентрата. Минеральная инженерия, 15(11), 777-785.
  2. ^ Буффар, Сильви К. и Дэвид Г. Диксон. «Исследовательское исследование гидродинамики процессов кучного выщелачивания». Металлургические операции и операции с материалами B 32.5 (2001): 763-776.
  3. ^ Промышленная Англия в середине восемнадцатого века, Природа, Vol, 83, No. 2113, четверг, 28 апреля 1910 г .; стр.267.
  4. ^ Роман, Рональд Дж., Блэр Р. Беннер и Джордж Беккер. «Модель диффузии для кучного выщелачивания и ее применение для масштабирования». TRANS SOC MIN ENG, AIME 256.3 (1974): 247-252.
  5. ^ «Барабаны агломерации в процессе кучного выщелачивания». FEECO International, Inc. Получено 21 февраля 2013.
  6. ^ Гусман-Гусман, А., Я. Касерес, Эрнандес, О., Шривастава, Р., и У. Джонс, Дж. (2014). Интегрированное управление процессом для повышения производительности кучного выщелачивания. Документ, 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 полезных ископаемых 2011 - Медь, 2012.
  9. ^ Краут, Ричард Г. 1991 Система контролируемой перколяции и метод добычи кучного выщелачивания. Патент США 5 005 806. 9 апреля 1991 г.
  10. ^ Тиль, Ричард и Марк Е. Смит, 2004 г. Анализ состояния практики в области проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22(5): 555-568
  11. ^ Лупо, Джон Ф. 2009 Разработка системы футеровки для площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 28 (12): 163-173
  12. ^ Тиль, Ричард и Марк Е. Смит, 2004 г. Анализ состояния практики в области проектирования площадок кучного выщелачивания. Геотекстиль и геомембраны 22 (5): 555-568
  13. ^ Подразделение полезных ископаемых Невады, Современная горная рекультивация В архиве 2013-07-02 в Wayback Machine.
  14. ^ Фрэнкс, Дэниел, 2009 г. Как избежать конфликта между шахтами и сообществом: от диалога к общему будущему. В: Жак Вирц и Крис Моран, Труды Первого международного семинара по экологическим вопросам в горнодобывающей промышленности. Энвиромайн 2009, Сантьяго, Чили, (x-x). 30 сентября - 2 октября 2009 г.

внешняя ссылка