1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28837
(51) E21B 43/28 (2006.01)
C22B 3/04 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2012/0796.1
(22) 04.07.2012
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(72) Рогов Евгений Иванович; Рогов Андрей
Евгеньевич; Рогов Евгений Андреевич
(73) Дочернее государственное предприятие на
праве хозяйственного ведения "Институт горного
дела им. Д.А. Кунаева" Республиканского
государственного предприятия "Национальный
центр по комплексной переработке минерального
сырья Республики Казахстан" (на праве
хозяйственного ведения) Комитета
промышленности Министерства индустрии и новых
технологий Республики Казахстан
(56) KZ №18006 A, кл. E21B 43/28, C22B 3/04, 2006
(54) СПОСОБ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С
УПРАВЛЯЕМОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ
РАСТВОРОВ В ШТАБЕЛЕ.
(57) Технический результат в изобретении
достигается путем цикличной замены плоско-
радиального потока растворов в штабеле руды, на
вертикальный.
Плоско-радиальная фильтрация раствора
достигается за счет динамического напора - Sн в
штабеле через закачные и откачные фильтровые
колонны.
При отключенных насосах динамический напор
равен нулю и плоскорадиальная фильтрация
преобразуется в вертикальную за счет сил
гравитации.
Циклы смены видов фильтрации растворов в
штабеле производят через определенное время,
рассчитываемое по предложенной формуле.
Экономический эффект при новой технологии KB
достигается за счет более полной и быстрой
проработке руды в штабеле, отсутствия потерь
металла и реагентов.
(19)KZ(13)A4(11)28837

2. 28837
2
Изобретение относится к горному делу и может
быть использовано при добыче металлов из
различных руд, а также из отходов обогащения.
Известно много модификаций технологических
систем (ТС) кучного выщелачивания (KB) металлов
(Справочник по геотехнологии урана. М.:
Энергоатомиздат, 1997. с.672. Язиков В.Г.,
Забазнов В.Л., Петров Н.Н., Рогов Е.И., Рогов А.Е.
Геотехнология урана на месторождениях
Казахстана. Алматы, 2001. 442 с.(358-377).
Рогов А.Е., Рыспанов Н.Б. Математические основы
геотехнологий. Алматы, 2007. с.363, отличающихся
между собой конструкциями штабелей, котлованов,
системами орошения, системами подачи
выщелачивающих растворов и отвода продуктивных
растворов, реагентами и т.д.
Но во всех известных ТС KB один процесс
капельного орошения навала руды сверху вниз
остается неизменным. В этом процессе орошения
используется только сила гравитации для
продвижения растворов по навалу пористой среды -
горных пород. Вследствие анизотропности пористой
среды навала горной массы, увеличивающейся с
высотой штабеля и его размерами в плане, процесс
выщелачивания происходит крайне неравномерно и
не может быть управляемым.
Известны также способы кучного
выщелачивания с управляемыми фильтрационными
потоками выщелачивающих растворов под напором
через фильтровые колонны встроенные в штабель:
Рогов Е.И., Рогов А.Е., Битимбаев М.Ж. Способ
кучного выщелачивания полезных ископаемых.
Предпатент РК № 17781 2006 г.; Рогов Е.И.,
Рогов А.Е., Битимбаев М.Ж. Способ кучного
выщелачивания полезных ископаемых. Предпатент
РК №18005 2006 г.; Рогов Е.И., Рогов А.Е.,
Битимбаев М.Ж. Способ кучного выщелачивания
полезных ископаемых. Предпатент РК №18006 от
2006 г. Эти способы приняты нами за аналог.
Одним из существенных недостатков всех
указанных способов KB являются:
- сезонный характер KB с капельным
орошением;
- вероятность замерзания выщелачивающих
растворов у входа в штабель и верхней его части
при управляемых фильтрационных потоках.
Так как капельное орошение в принципе сложно
защитить от окружающей среды, например каким-
либо куполом, вследствие дороговизны и низкой
технологичности, то за основу (прототип) принят
способ KB со встроенными в штабель фильтровыми
колонными для подачи выщелачивающих растворов
под определенным напором. При этом в штабеле
реализуется плоскорадиальная фильтрация с
наложением на нее потока под действием сил
гравитации.
Рассмотрим штабель как термодинамическую
систему, которая постоянно находится в стадии
обмена потоками тепла с окружающей средой.
Обозначим температуру пород в штабеле tш°С, а
температуру внешней среды t1°С.
Если, например, летом в жаркую погоду:
t1>tш, (1)
то тепловой поток - q направлен из внешней
среды в штабель.
Этот процесс только улучшает выщелачивание,
т.е. ускоряет диффузионное растворение полезного
ископаемого в реагенте. Другое событие, когда
t1<tш, (2)
т.е. в зимний период поток тепла - q направлен
из штабеля в окружающую среду. В этом случае
происходит охлаждение пород штабеля, особенно
его поверхностей - верхней и боковых.
При отрицательных температурах когда t1<-10°С
процесс капельного орошения в принципе
неработоспособен.
В аналогах имеется один существенный
недостаток. При подаче на закачные фильтры
высоких динамических напоров Sн>150 м вод. ст. в
плоско-радиальном потоке возможны эффекты
появления каналов по самым коротким линиям тока.
Это явление может привести к появлению
непроработанных выщелачивающим раствором зон,
в которых будет потеряна часть полезного
ископаемого. Для устранения указанного недостатка
принимают чередование плоско-радиальной
фильтрации под действием напора Sн с
вертикальной фильтрацией под действием сил
гравитации, так как при этом меняются линии тока,
то недостаток устраняется. Средняя скорость
радиальной фильтрации [5]:
oп
ф
o
нф
ф
RK
R
R
nnSnK
V
⋅⋅








⋅⋅⋅⋅⋅
= 2
10
157,1 llβ
, м/сут., (1)
где
f
675,0
=β , a ƒ - параметр отношения жидкого
к твердому за весь период отработки штабеля,
безразмерны;
фK - коэффициент фильтрации навала рудной
массы, м/сут.;
оф
зф
N
N
n = - параметр отношения числа закачных
фильтров Nзф к откачным Nоф в штабеле,
безразмерный;
Sн - динамический напор на ЗФ, м вод.ст.;
Rо - Радиус ячейки, м;
Rф - радиус фильтровой колонны, м;
пK - коэффициент эффективной пористости
руды в штабеле, доли ед. Вертикальная скорость
фильтрации под действием сил гравитации будет:
п
ф
K
K
V =в , м/сут. (2)
Сущность попеременного включения и
отключения напора Sн (насоса) состоит в
следующем.
Первый цикл выщелачивания полезного
ископаемого состоит в совместной работе насосов
(Sн) и сил гравитации.
Второй цикл выщелачивания состоит в
отключении напора Sн на время:

3. 28837
3
ф
п
K
KН
Т
⋅
=в , сут. (3)
где Н- высота штабеля, м.
Далее эти циклы повторяются до полной
отработки штабеля, время которой определяется по
формуле, например, для квадратной ячейки:
,
675,0
174 22








⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
=
ф
o
нф
пo
э
R
R
nnSnK
fR
Т
ll
ρ сут. (4)
И число периодов Nо включения - отключения
насосов будет:
,
675,0
174 22
H
R
R
nnSn
fR
N
ф
o
н
пo
o
⋅








⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
=
ll
ρ (5)
При изменении направления фильтрационных
потоков вероятность появления каналов сводится до
нуля, и при этом достигается существенная
экономия электроэнергии.
Рассмотрим пример.
Заданы параметры штабеля и его руды: Rо=12 м;
ρп=1,7 т/м3
; f=2; фK =3 м/сут.; Sн 120 м вод.ст.; n=2
(ячейка квадратная); Н= 6 м; Rф=0,08 м; пK =0,2.
Решение.
Среднее значение скорости радиальной
фильтрации определим по (1):
./75,3
240
906
122,010
08,0
12
12023675,0157,1
2
сутм
nn
V ф ==
⋅⋅






⋅⋅⋅⋅⋅
=
ll
По формуле (3) имеем:
.18,0
3
2,012
сутТв ≅≅
⋅
=
По формуле (5) получим:
55
126,11202675,0
47,1144174
=
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
=oN циклов.
По формуле (5) находим Тэ:
219
6,112023675,0
47,1144174
=
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
=эT сут.
55
4
219
==oN циклов.
Общее время выщелачивания без насосов, когда
Sн = 0
55155 =⋅=⋅= oв NTt суток из 219 суток.
Если в сутки потребление насосами энергии
составляет W=4150 квт-ч, то за период t будет
достигнута экономия при стоимости электроэнергии
8 тенге/квт-ч.:
Э = 4150·55·8 = 1826000 тенге.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ кучного выщелачивания полезных
ископаемых с управляемой фильтрацией растворов
в штабеле, включающий систему закачных и
откачных фильтров, встроенных в штабель,
отличающийся тем, что в рудной массе штабеля
создают попеременно плоско-радиальный
фильтрационный поток путем включения закачных
и откачных фильтров под динамическим напором и
вертикальный поток за счет сил гравитации; при
этом отключают динамический напор на период
времени t; после периода t снова включают
динамический напор на закачных и откачных
фильтрах; при этом время цикла определяют по
формуле:
фK
Н
t = , сут,
где H - высота фильтровых колонн, м;
фK - коэффициент фильтрации навала рудной
массы в штабеле, м/сут.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч