1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29986
(51) E21B 43/28 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0413.1
(22) 02.04.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(72) Цой Самен; Мамытбеков Галымжан
Куламкадырович; Мутанов Галимкаир Мутанович;
Жусупбеков Сарсенбек Сейтбекович; Ниязова
Шамсинур Валиевна; Казанский Игорь
Александрович; Агайдаров Данышпан
Абдумаликович; Еркебалаев Жасұлан Рахманұлы
(73) Цой Самен; Мамытбеков Галымжан
Куламкадырович; Мутанов Галимкаир Мутанович
(56) Инновационный патент KZ 21941, 15.12.2009 г
(54) СПОСОБ ИННОВАЦИОННОЙ
ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
ПРИРОДНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
(57) Изобретение относится к горно-
металлургической промышленности и применяется
при переработке природного и техногенного сырья
путем химического выщелачивания металлов.
Новизной данного изобретения является
создание новой среды в выщелачиваемой смеси.
Кавитационная обработка выщелачивающего
химического раствора приводит к повышению
эффективности выщелачивания, так как жидкая фаза
(вода) после кавитационной обработки изменяет
физические и химические свойства, становится как
растворитель металлов.
Облучение рудной пульпы ультрафиолетовым
излучением активизирует процесс выщелачивания
за счет образования озона при ионизации кислорода
УФИ. Озон способствует ускорению протекания
окислительных процессов в пульпе.
Орошение отбитой руды перед дроблением
раствором поверхностно-активного вещества (ПАВ)
способствует образованию микротрещин в руде, что
повышает эффективность ее дробления и
измельчения, а также и выщелачивания.
Продуктивный раствор пропускается через
пресс-фильтр. При этом из полученного фильтрата
извлекаются различные металлы известными в
гидрометаллургии методами, а кек используется для
производства строительных материалов. Таким
образом, нет необходимости сохранения
хвостохранилищ.
Способ осуществляет максимальное извлечения
металла; позволяет активизировать процесс
выщелачивания; снизить расход химических
реагентов; увеличить скорость окисления; сократить
время на переработку руды; повышает
эффективность дробления руды. Кроме того,
предлагаемое изобретение способствует
производству строительного или закладочного
материала и, как следствие - решение экологических
проблем и минимизация затрат горного
производства.
Все вышеперечисленное позволяет разработать
месторождения с низким содержанием полезных
компонентов и ликвидировать хвостохранилища. (19)KZ(13)A4(11)29986

2. 29986
2
Изобретение относится к горно-
металлургической промышленности и применяется
при переработке природного и техногенного сырья.
В настоящее время выщелачивание полезных
компонентов (металлов) из дробленных или
измельченных добытых руд осуществляется
химическим или бактериально-химическим
растворами. Рудная пульпа с растворенными
различными металлами (продуктивный раствор)
пропускается через пресс-фильтр. При этом из
полученного фильтрата извлекается известными в
гидрометаллургии методами различные металлы, а
кек (хвосты) складируется для изготовления
строительных материалов.
Существуют «Способ производства цветных и
благородных металлов непосредственно на местах
подземной добычи» [Предварительный патент KZ
№11337, МПК Е21В 43/28, С22В 3/04], «Способ
блокового выщелачивания руд цветных металлов»
[Предварительный патент KZ №10682, МПК Е21В
43/28, С22В 3/04, 2001] и «Способ выщелачивания
металлов в турбулентном циркуляционном потоке»
[Инновационный патент KZ №21941, МПК Е21В
43/28].
В «Способе производства цветных и
благородных металлов непосредственно на местах
подземной добычи» - навал добытых руд
подвергается кучному выщелачиванию. При этом,
получаемые продуктивные растворы
перерабатываются известными в гидрометаллургии
способами. Способ позволяет повторно
использовать раствор после изъятия металла. К
основному недостатку этого способа относится
низкий коэффициент выщелачивания металлов, что
приводит к большим потерям полезных
компонентов.
«Способ блокового выщелачивания руд цветных
металлов» [Предварительный патент KZ №10682,
МПК Е21В 43/28, С22В 3/04, 2001]. Сущность
заключается в том, что непрерывному орошению
подвергается отбитая руда. При достижении
требуемой концентрации продуктивный раствор
выводится. Из него вынимают полезные
компоненты, а раствор, при необходимости - с
добавлением реагентов, используют повторно, т.е.
им снова заливают в блоке руду. К недостаткам
относятся - низкая интенсивность и степень
выщелачивания полезных компонент из-за,
гранулометрического состава выщелачиваемых
отбитых руд; процесс неоднократного выпуска руды
после каждого цикла выщелачивания; дробление
выщелачиваемой руды, выпуск и доставка его
обратно в блок.
Положительным обоих способов является, то,
что материал подвергают неоднократному процессу
выщелачивания до максимального извлечения
металла.
Наиболее близким изобретением к
предлагаемому способу инновационной технологии
переработки природного и техногенного сырья
является «Способ выщелачивания металлов в
турбулентном циркуляционном потоке»
[Инновационный патент KZ №21941, опубликован
бюл. №12 от 15.12.2009г., МПК Е21В 43/28].
Сущность способа выщелачивания металлов в
турбулентном циркуляционном потоке из
мелкодробленой, измельченной руды или шламов
(пульпы) заключается в ускорении окислительных
процессов за счет образования мощного вихревого
потоков в трубе, интенсивного перемешивания
химических или биохимических реагентов в
присутствия кислорода воздуха, ускоряющего
процесс выщелачивания. Воздух подается через
трубку Вентури, используемого как струйный насос
для всасывания воздуха. Это позволяет осуществить
максимальное извлечение металла из раствора.
Кроме того, затраты на сооружение комплекса
окупаются за счет: безотходного производства,
осуществления экологически чистого производства
и охраны окружающей среды.
Недостаток указанного способа - циркуляции
турбулентного потока пульпы подвергается весь
объем пульпы с помощью пескового насоса. Для
этого применяются мощные насосы и требуются
повышенные энергозатраты. Кроме того, из-за
высокой скорости нагнетания и протекания большой
массы потока пульпы по трубе, часто за счет
истирания выходит из строя система насосной
установки (насос и трубы).
Задачей изобретения является максимальное
извлечение полезных компонентов из
мелкодробленых, измельченных руд и хвостов
обогатительных фабрик; снижение расхода
химического раствора; сокращения времени на
переработку руды; осуществление эффективного
дробления руды; отработка месторождений с
низким содержанием полезных компонентов;
исключение из производства хвостохранилища.
Задача изобретения решается следующим
образом:
- применяется кавитатор (тепловой генератор)
для активации химического раствора, что ведет к
повышению эффективности выщелачивания, так как
жидкая фаза (вода) после кавитационной обработки,
изменяет физические и химические свойства,
становится как растворитель металлов. Кроме того,
для ускорения выщелачивания полезных
компонентов процесс осуществляется при
температуре 60-80°С.
- используется ультрафиолетовое излучение
(УФИ) для дополнительной ионизации шламового
раствора, которая позволяет активизировать процесс
выщелачивания. Процесс выщелачивания
активизируется за счет образования озона (O3) при
ионизации кислорода УФИ. Озон способствует
ускорению протекания окислительных процессов в
пульпе.
- производится орошение отбитой руды
раствором поверхностно-активного вещества
(ПАВ). Это способствует образованию
микротрещин в отбитой руде, что повышает
эффективность ее дробления и выщелачивания.
В предлагаемом изобретении используется
свойство кавитацонного процесса - схлопывания
пузырьков (гидродинамический эффект) и

3. 29986
3
повышение температуры внутри пузырьков
(теплофизический эффект), которые сильно
изменяют физические и химические свойства
растворителя. Температура при схлопывании
пузырьков колеблется в широких пределах и
достигает таких значений, что переданная энергия
раствору при схлопывании пузырьков повышает
температуру среды 60-80°С и выше.
Гидродинамический эффект изменяет физические
характеристики воды. Происходит быстрое
кислородонасыщение раствора, ионизация и
возбуждение, диссоциация молекул воды,
изменяется pH. При этом повышаются активные
свойства химического раствора. В результате
химический растворитель после кавитационной
обработки становится хорошим окислителем.
Следовательно, можно приготовить химический
раствор с низким содержанием кислоты, например,
не 5% раствор серной кислоты, а 3-4%, что приведет
к резкому сокращению расхода серной кислоты.
В настоящее время во всех странах мира
переработка эндогенных и гидрогенных
месторождений осуществляется в основном
методом выщелачивания, как самой рентабельной.
Поэтому сокращение расхода серной кислоты за
счет использования гидродинамических и
теплофизических эффектов кавитации дает высокий
экономический эффект.
Предлагаемый способ позволяет разработать
инновационную технологию переработки
природного и техногенного сырья. В этом способе
интенсификация процесса выщелачивания
осуществляется использованием кавитационного
процесса, ультрафиолетового излучения (УФИ) и
поверхностно-активного вещества (ПАВ).
Способ позволяет активизировать химический
раствор для выщелачивания использованием
кавитационного процесса, интенсивного
перемешивания химических реагентов и
присутствия озона, загрузка измельченной руды с
микротрещинами. Все вышеперечисленное
позволяет осуществить максимальное извлечение
металла из пульпы.
При использовании данного способа достигается
следующий технический результат:
- осуществление эффективного дробления и
измельчения руды;
- сокращение времени на переработку
природного и техногенного сырья;
- снижение расхода химического раствора при
выщелачивании металлов;
- увеличение скорости окисления полезных
компонентов;
- максимальное извлечение металла;
- отработка месторождений с низким
содержанием полезных компонентов;
- получение строительного или закладочного
материала и, как следствие - решение экологических
проблем и минимизация затрат горного
производства.
Новизной заявляемого способа являются:
- использование кавитационного эффекта для
активации химического раствора, путем
многократного пропускания через кавитатор;
- облучение ультрафиолетовым излучением
выщелачиваемого раствора;
- орошение поверхностно-активным веществом
навала отбитой руды перед дроблением;
- исключение хвостохранилища.
Способ осуществляется следующим образом. На
фиг.1 продставлена технологическая схема
предлагаемого способа. Химический раствор
заливается в бак 1 со смесителем 2. Из бака 1 с
помощью высоконапорного насоса 3 химический
раствор нагнетается в кавитатор А. Кавитатор
представляет собой трубу Вентури с подачей в него
импульсного высокочастотного электрического тока
6. Воздух 5 попадает в кавитатор для усиления
окислительного процесса. Активированный
химический раствор по трубе 7 возвращается в
первичный бак 1. Цикл повторяется несколько раз.
Объем химического раствора соответствует объему
бака выщелачивания со смесителем 8. Затем, при
включении крана, активированный химический
раствор подается в бак выщелачивания со
смесителем 8. В этот же бак по конвейеру 10
подается мелкодробленая или измельченная руда 13.
Смесь в баке 8 постоянно перемешивается
смесителем. Одновременно выщелачиваемый
раствор (пульпа) обрабатывается ультрафиолетовым
излучением (УФИ) 9. Процесс выщелачивания
активизируется за счет образования озона при
ионизации кислорода. Руда дробится на дробильной
установке 11, куда загружается погрузчиком 12.
Отбитая руда 13 орошается раствором
поверхностно-активного вещества (ПАВ) 14.
Орошение навала руды ПАВ способствует
образованию микротрещин в руде, что повышает
эффективность ее дробления перед погрузкой в бак
выщелачивания. По достижению заданной
концентрации металла, насосом 15 продуктивный
раствор подается на пресс-фильтр 16. Из него
фильтрат попадается в бак 17, а хвосты после пресс-
фильтра - кеки, складируются для производства
строительных материалов. Таким образом, нет
необходимости в хвостохранилищах. Из бака 17
фильтрат поступает на переработку по
общеизвестной технологии.
Инновационная технология переработки
природного и техногенного сырья осуществляется
следующим образом. На фиг.1 представлена
технологическая схема предлагаемой технологии. В
чане 1 со смесителем 2 воду хранят химический
раствор (5% раствор серной кислоты). Из бака 1 с
помощью высоконапорного насоса 3 химический
раствор нагнетают в кавитатор 4. Кавитатор
представляет собой трубу Вентури с подачей в него
импульсного высокочастотного электрического тока
6. Воздух 5 попадает в кавитатор для усиления
окислительного процесса. Вода в растворе изменяет
свое химическое свойство и становится хорошим
растворителем и подогревается до температуры
60°С. Активированный химический раствор по
трубе 7 возвращают в первичный бак 1. Цикл

4. 29986
4
повторяют несколько раз для достижения высоких
окислительных свойств. Затем, при включении
крана, активированный химический раствор подают
в бак выщелачивания со смесителем 8. Объем
химического раствора соответствует объему бака
выщелачивания со смесителем 8. В этот же бак по
конвейеру 10 подают мелкодробленую или
измельченную руду 13.
Навал руды 13 необходимо подготовить к
переработке. Руду орошают поверхностно-активным
веществом (ПАВ) - фенол 4 с целью повышения
эффективности дробления и измельчения на
дробильной установке 11.
Поверхностно-активные вещества влияют на
процесс трещинообразования. На монолитных
кусках появляются трещины до 1-2 мм. Кроме того,
действие предлагаемого ПАВ основано на
адсорбционном понижении поверхностной энергии
тел (эффект Ребиндера), так как главный механизм
разрушения тел связано с динамикой зарождения
трещин, а критерием прочности является удельная
поверхностная энергия. Это определяет
перспективность применения ПАВ для управления
свойствами пород перед дроблением и
измельчением. Действие ПАВ приводит к
существенному снижению прочности и упругости
горных пород, сопровождается их
пластифицированием. Для скальных пород по
данным Осипова И.С. действие ПАВ
сопровождается снижением в 1,8÷2,3 раза предела
упругости и на 25÷43% модуля упругости.
Установлено, что введение в горные породы
растворов ПАВ увеличивает интенсивность их
пластифицирования до 35%.
[science.ursmu.ru/upload/diser/1302074846Referat
Osipov.doc Исследование фрактальных
характеристик развития трещиноватости горных
пород под действием поверхностно-активных
веществ : диссертация ... кандидата технических
наук : 25.00.20 / Осипов Игорь Сергеевич; [Место
защиты: Ур. гос. гор. ун-т].- Екатеринбург, 2008.-
с.168: ил. РГБ ОД, 61 09-5/880]/ Автореферат
диссертации 2008. с.21; с.13] Смесь в баке 8
постоянно перемешивается смесителем.
Одновременно выщелачиваемый раствор
(пульпа) обрабатывают ультрафиолетовым
излучением (УФИ) 9. УФИ ионизирует кислород,
образуется озон, содержание кислорода в
химическом растворе достигает до 15%. Озон
является сильным окислителем. Поэтому
повышаются окислительные свойства
выщелачиваемого раствора.
По достижению необходимой концентрации
металла, продуктивный раствор через насос 15
направляют на пресс-фильтр «Ларокса» 16. Пресс-
фильтр «Ларокса» отделяет продуктивный раствор
от шлама. В результате получают фильтрат -
очищенный от механической примеси
продуктивный раствор и кек. После пресс фильтра,
полученный фильтрат (растворенные металлы)
попадает в бак фильтрата 17. После наполнения бака
17 растворенные металлы отправляют на
переработку по традиционной технологии. Хвосты
после пресс-фильтра - кеки складируют для
производства строительных материалов. Таким
образом, отпадает потребность в хвостохранилищах.
В совокупности повышение активности
выщелачивания использованием кавитатора и
физико-химических процессов, происходящих в
средах под воздействием ультрафиолетового
излучения, поверхностно-активных веществ
увеличивает эффективность извлечения металла до
80-90%.
Согласно п.25 Правил «Правила составления,
оформления и рассмотрения заявки на
изобретение...» считаем, что «Сведения
подтверждающие возможность осуществления
изобретения» приведены, и заявленное изобретение
соответствует условию осуществления изобретения
и просим выдать патент на изобретение «Способ
инновационной технологии переработки
природного и техногенного сырья».
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ инновационной технологии
переработки природного и техногенного сырья,
осуществляемый путем выщелачивания полезных
компонентов из мелкодробленых или измельченных
руд, включающий смешивание химического
раствора с рудой в баке, фильтрацию продуктивного
раствора через пресс-фильтр, отличающийся тем,
что навал отбитой руды перед дроблением
обрабатывают поверхностно-активным веществом, а
процесс выщелачивания осуществляют
кавитационной обработкой выщелачивающего
химического раствора.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
процесс выщелачивания осуществляют
дополнительной ионизацией рудной пульпы
выщелачивания ультрафиолетовым
излучением.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что
ликвидируют хвостохранилища, так как кек
(хвосты) после пресс-фильтра используется в
качестве строительных материалов.

5. 29986
5
Верстка Н.Киселева
Корректор К.Нгметжанова