Нетрадиционные способы добычи. Реферат Шилкин ММ. Реферат по дисциплине Нетрадиционные технологии горных работ
 Скачать 120.72 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ УРБАНИСТИКИ И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕФЕРАТ По дисциплине «Нетрадиционные технологии горных работ» По теме «Физико-химическая технология» Выполнил студент Шилкин М.М. Группа 151-561 Проверил преподаватель Демченко А.В. Введение Истощение балансовых запасов крупных рудных месторождений в условиях постоянного роста потребления вызывают необходимость нового научно-методического подхода к решению проблем проектирования комплексного освоения и сохранения недр Земли, отвечающего требованиям повышения полноты и комплексности использования сырья. Создание горнотехнических систем на базе комбинации традиционного открытого и подземного способов добычи с процессами физико-химической геотехнологии на основе кучного и подземного выщелачивания ценных компонентов из бедных руд и техногенного сырья в особых геомеханических и гидрологических условиях с процессами гидродобычи, а в отдельных случаях для отработки маломощных рудных тел и жил со специальными геотехнологиями извлечения рудного керна при бурении скважин большого диаметра обеспечивает наиболее полное вовлечение всех природных и техногенных георесурсов в эффективное промышленное использование. Основные понятия ФХГ - наука о свойствах среды, процессах и технологиях добычи полезных ископаемых и средствах извлечения, осуществляемых без присутствия людей под землей. Эта дисциплина наряду с горной средой, геотехнологическими процессами добычи и средствами извлечения изучает химию и физику явлений, протекающих при этом в недрах земли. Геотехнологическая система - совокупность горной среды, физических или химических процессов добычи и средств для их реализации. В геотехнологической системе можно выделить ряд основных элементов. Например, таким элементом является узел приготовления рабочих агентов и переработки продуктивных растворов. Основным элементом является также транспортная магистраль - скважина, пробуренная в месте залегания полезного ископаемого, открывающая доступ рабочих агентов к залежи и обеспечивающая выдачу полезного ископаемого на гаоверхность. Рабочая зона - часть горной среды, охваченной воздействием рабочих агентов, состоящая из различных фаз (твердой, жидкой, газообразной), образующих систему с однородными частями, разделенными физическими границами. Компоненты системы - вещества, из которых образуются все фазы данной системы. К физическим свойствам компонентов относятся плотность, электро- и теплопроводность и т.д. Свойства веществ, характеризующие их способность участвовать в химических реакциях (процессах превращения одних веществ в другие), называют химическими. Геотехнологические свойства полезных ископаемых определяют их способность переходить в подвижное состояние с помощью размыва, растворения, выщелачивания, горения, плавления, возгонки и т.д. Геотехнологические процессы перевода полезных ископаемых в подвижное состояние разделяются на тепловые, массообменные, химические и гидромеханические. Особенности физико-химической геотехнологии Основной принцип ФХГ можно сформулировать как исследование процесса добычи и изменений горной среды под влиянием рабочих агентов с целью перевода полезного ископаемого в подвижное состояние и извлечения его на поверхность, причем одно из возможных превращений для данной геотехнологической системы является доминирующим.  Методы ФХГ характеризуются следующими особенностями: 1) Разработка месторождений, как правило, ведется через скважины, которые служат для вскрытия, подготовки и добычи полезного ископаемого. 2) Месторождение рассматривается как объект добычи полезного ископаемого и место его частичной переработки, так как технология добычи предусматривает избирательное извлечение. 3) Рудник состоит из трех основных элементов: блока приготовления рабочих агентов; добычного поля (рудного тела, где протекает процесс); блока переработки продуктивных флюидов. 4) Инструментом добычи служат рабочие агенты (энергия или ее носители, вводимые в рабочую зону, например химические растворы, электрический ток, вода или другой теплоноситель). 5) Под воздействием рабочих агентов полезное ископаемое изменяет агрегатное или химическое состояние, образуя продуктивные флюиды (раствор, расплав, газ, гидросмесь), которые обладают высокой подвижностью и могут перемещаться. 6) Разработка месторождения зональная, а сам метод определяет размеры и форму рабочей зоны и ее перемещения в эксплуатируемой части месторождения. 7) Управление процессом добычи осуществляется с поверхности путем изменения параметров рабочих агентов (расход, температура, давление, концентрация и т.д.), места их ввода в залежь и отбора продуктивных флюидов. Методы ФХГ можно классифицировать по процессам добычи, в основе которых - вид и способ перевода полезного ископаемого в подвижное состояние. Различают химические, физические и комбинированные методы добычи. Химические методы: - Подземное растворение водой каменной, а также калийных, магнезиальных и урановых солей, сульфатов и сульфаткарбонатов, буры и др.; - Подземное выщелачивание растворами: кислот - серной (целестин, азурит, куприт, некоторые урановые минералы и др.), соляной (сфалерит, молибденит, уранит и др.) и азотной (аргентит, висмутин, сфалерит и др.); щелочей (бокситы, антимонит); солей - сернистого натрия, хлористого железа, цианистого калия (золото); других реагентов; - Подземная термохимическая переработка полезного ископаемого сжиганием (например, подземная газификация, угля, сланца, нефти) и обжигом (пирит, халькопирит, антимонит и др.). Физические методы: - Подземная выплавка (серы, азокерита и др.); - Подземная возгонка (реальгара, киновари и др.); - Разрушение рыхлых пород струей воды (например, скважинная гидродобыча) и превращение их в плывунное состояние вибрацией или другими способами. К комбинированным относятся методы, основанные на совместном использовании химических и физических процессов (например, выщелачивание металлов в электрических полях). К ним следует отнести также методы бактериального выщелачивания. Возможность применения того или иного геотехнологического метода обусловлена геотехнологическими свойствами и физико-геологическими условиями залегания полезного ископаемого. Главным условием применения ФХГ является реальная возможность и экономическая целесообразность перевода полезного ископаемого под воздействием тех или иных рабочих агентов в подвижное состояние. He менее важно обеспечить возможность подачи рабочих агентов к поверхности взаимодействия и отвод полезного ископаемого через скважины на поверхность. Одним из условий эффективного комбинированного освоения месторождения является рациональное использование выработанных пространств для технологических нужд и в интересах улучшения экологической обстановки. Комплексное освоение месторождений предполагает комплексное использование всех содержащихся в рудах ценных компонентов при применении рационального сочетания известных и перспективных физико-химических геотехнологий, преимущественно малоотходных, переработку и использование формируемых и ранее накопившихся отходов производства, шахтных и подотвальных вод, стоков хвостохранилищ и сформированных открытыми и подземными работами выработанных пространств. При этом рациональное комбинирование технологических процессов различных способов добычи в динамике развития горных работ на месторождении для вовлечения в эксплуатацию отдельных участков недр является необходимым и достаточным условием полного и комплексного использования всей извлекаемой горной массы. Типовые горнотехнические системы комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии включают следующие сочетания физико-технических способов добычи: открытый, подземный, открыто-подземный, выбуривание керна сква- жинной большого диаметра, гидродобыча и физико-химическиеметоды – кучное выщелачивание на поверхности, в карьере и в подземных камерах, а так- же подземное и скважинное выщелачивание ценных компонентов из рудного массива с возможностью их выдачи в продуктивном растворе для последую- щей гидрометаллургической переработки или с осаждением на других рудах с целью их обогащения на месте залегания для добычи физико-техническими способами и выдачей в потоке рудной массы для пирометаллургического передела В последнее время, в проектных решениях рекомендуются, а реже используются комбинации открытых и подземных геотехнологий с нетрадиционными, основанными на сочетании физико-технических и физико-химических способов добычи, таких как гидродобыча на железорудных месторождениях, подземное растворение на калийных, газификация на угольных. Для доработки запасов за контуром карьеров, запасов, расположенных в неблагоприятных горно-геологических и горнотехнических условиях, разработки техногенных месторождений применяют технологии кучного и подземного выщелачивания. В настоящее время месторождения калийных солей (сильвинита и карналлита) разрабатываются шахтным способом. Однако в сложных горно-геологических условиях или при глубоком залегании добыча калийных солей шахтным способом экономически нецелесообразна. Возможность разработки глубоко залегающих калийных месторождений подземным растворением пытались обосновать многие ученые как в России, так и за рубежом (П.И. Преображенский, А.Е. Рыковский, И.С. Успенский, И.С. Розенкранц, Е.И. Ахумов и др.). В 1944-1945 гг. А.Е. Ходьковым и Ю.В. Морачевским была предпринята первая попытка растворения Соликамских карналлитов через скважину, производительность которой составляла 20 м3/ч. Среднее содержание соли в растворе равнялось 280 г/л. Полученный раствор содержал незначительное количество КС1, и его промышленная переработка оказалась нерентабельна. Для первых испытаний выбор карналлита в качестве объекта растворения был сделан неудачно, поскольку карналлит при растворении образует рассол с высоким содержанием MgCl и весьма незначительным содержанием KCl. Холодный способ растворения для карналлита непригоден, так как при этом образуется раствор с небольшим содержанием KCI. Однако теоретические исследования указывают на возможность промышленного получения КCl методом подземного растворения карналлита через скважины. Установлено, что для эффективной добычи калийных руд через скважины необходимо; - получение растворов с высоким содержанием KCl; достижение высокого процента извлечения руды; определение эффективного способа переработки рассолов с утилизацией КаCl. Вести селективную добычу КСl насыщенным по другим компонентам раствором трудно по причине невысокого содержания КСl в руде (до 30%). Достижение высокого процента извлечения руды возможно использованием сплошной системы разработки с гидроразрывом пласта для его подготовки. Поиски эффективных способов переработки рассолов связаны с использованием бассейнов для выпарки и разделения рассолов, а также для переработки продукционных растворов на дефицитные продукты поташ и соду. Суть технологии переработки рассолов ПР-сильвинита на соду и поташ ясна из схемы (рис. 11.3) и включает в себя электролиз добытых рассолов и карбонизацию каталита.  Значительный интерес представляет опыт успешного применения подземного растворения калийных солей в Канаде, (провинция Саскачеван), которое обусловлено высоким содержанием хлористого калия в пласте (в среднем 30%), большой мощностью залежи (более 15 м) и высокой температурой пласта (45°C на глубине около 1600 м). Исследование, сооружение, отработка процесса на опытной установке, а также сооружение самого предприятия заняли девять лет. Комплекс работ был выполнен американской фирмой «Калиум кемилз». В 1965 г. предприятие выдало первую продукцию. Мощность предприятия 720 тыс. т в год КСl. В год отрабатывается примерно 25—30 скважин. Коэффициент извлечения 40%. Капитальные затраты на добычу рассола составляют 7% общих капитальных затрат. Штат 200 человек. Заключение Анализ практики применения методов физико-химической геотехнологии свидетельствует, что они имеют место на завершающей стадии эксплуатации месторождений, после завершения добычи основной части запасов открытыми и подземными геотехнологиями. Внедрение последних требует дополнительных затрат, снижает эколого-экономическую эффективность разработки. В целом установлено, что отсутствие нормативной и правовой базы, научно-технической документации по проектированию комбинированных физико-технических и физико-химических геотехнологий сдерживает их промышленное внедрение. До настоящего времени бедные руды не отрабатываются, а относятся к забалансовым, весьма низка степень использования техногенного сырья и доля отходов, размещаемых в выработанных подземных пространствах в виде закладки. Функционирование горнотехнических систем вышеперечисленных геотехнологий, даже на базе высококачественных оптимизационных проектов, до настоящего времени не отвечает в полной мере современным представлениям о комплексном, экологически безопасном и сбалансированном освоении недр Земли. Список литературы 1. «Все о горном деле добывающая промышленность» Основные понятия. 2012. 2. Упорядочение ключевых понятий геотехнологии и модернизация Классификации систем открытой разработки В.В. Ржевский. Б.Р. Ракишев, 2010. 3. «Все о горном деле добывающая промышленность» Виды и методы физико-химической геотехнологии. 2012. 4. «Все о горном деле добывающая промышленность» Комбинированная физико-химическая геотехнология 2012. 5. «Все о горном деле добывающая промышленность» Подземное растворение калийных солей 2012. |