Способ рекультивации затопленных карьеров

Изобретение относится к разработке полезных ископаемых открытым способом и может быть использовано при рекультивации затопленных агрессивной водой карьеров с целью снижения их негативного воздействия на окружающую среду и дальнейшего восстановления нарушенных земель. Техническим результатом является повышение эффективности рекультивации затопленных карьеров. Способ включает отвод воды из карьера, закладку выработанного пространства. При этом закладку выработанного пространства осуществляют минеральной массой, содержащей металлы, отвод воды из карьера и закладку выработанного пространства производят одновременно. Причем объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной карьерной воды, осуществляют извлечение металлов из отведенной карьерной воды электрообменной сорбцией, полученную после сорбции техническую воду делят на два потока, один из которых направляют на технологические нужды производства, а другой пропускают через электрокавитационную установку для продуцирования активного кислорода, затем направляют обратно в карьер для активации процесса внутрикарьерного выщелачивания. 1 пр., 3 ил.

 

Изобретение относится к разработке полезных ископаемых открытым способом и может быть использовано при рекультивации затопленных агрессивной водой карьеров с целью снижения их негативного воздействия на окружающую среду и дальнейшего восстановления нарушенных земель.

По данным печати, в настоящее время в России подтапливается около 9 млн. гектаров земель различного хозяйственного назначения, в том числе 5 млн. гектаров сельскохозяйственных земель и 0,8 млн. гектаров застроенных городских территорий.

С начала 90-х годов двадцатого века на территориях России и стран СНГ, в результате банкротства и остановки производства, промышленные объекты - шахты, рудники, карьеры остались бесхозными, и начался процесс постепенного затопления. Например: карьер г.Зыряновск (Республика Казахстан), карьер в г.Алмалыке (Республика Узбекистан), в Российской Федерации - карьеры: г.Белове, Кемеровская область, г.Ревда, Уральский регион, пос. Шерловая Гора, Забайкальского края и др.

В связи с этим вопрос о реализации мероприятий по рекультивации затопленных карьеров, представляющих реальную угрозу жизни людей, требует безотлагательных решений.

Известен способ рекультивации карьеров, включающий отвод воды и закладку выработанного пространства минеральными массами (патент РФ №2120552, МПК⁶ Е21С 41/32, опубл. 20.10.1998).

К недостаткам данного способа можно отнести то, что он не предусмотрен для рекультивации глубоких (глубиной более 100 м), затопленных агрессивными водами карьеров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений, включающий создание на поверхности карьерной выемки гидроизоляционного слоя, заполнение карьера вскрышными породами, извлечение из вскрышных пород тяжелых и драгоценных металлов и создание плодородного слоя (заявка РФ №2007115316, МПК⁶ Е21С 41/00, опубл. 27.10.2008).

К недостаткам данного способа также можно отнести то, что он не предусмотрен для рекультивации глубоких, затопленных агрессивными водами карьеров, и в нем не предполагается очищение карьерной воды от тяжелых и драгоценных металлов.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности рекультивации затопленных карьеров.

Результат достигается тем, что в способе рекультивации затопленных карьеров, включающем отвод воды из карьера и закладку выработанного пространства, закладку выработанного пространства осуществляют минеральной массой, содержащей металлы, отвод воды из карьера и закладку выработанного пространства производят одновременно, при этом объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной карьерной воды, осуществляют извлечение металлов из отведенной карьерной воды электрообменной сорбцией, полученную после сорбции техническую воду делят на два потока, один из которых направляют на технологические нужды производства, а другой пропускают через электрокавитационную установку для продуцирования активного кислорода, затем направляют обратно в карьер для активации процесса внутрикарьерного выщелачивания.

Сущность способа в том, что в карьер закладывают минеральную массу, содержащую металлы, отвод воды и закладку выработанного пространства производят одновременно, при этом объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной воды, которую пропускают через реактор одновременного использования электрохимической активации и ионообменной сорбции, при этом на ионный сорбент воздействуют электрическим полем, с последующим отделением сорбента от среды, дальнейшей его десорбции и извлечения металлов, в качестве ионообменного сорбента используют смесь анионо- и катионообменных сорбентов, а воздействие электрическим полем осуществляют раздельно в зонах струйного и свободного течения карьерной воды, которая становится технической, делится на два потока, один из которых направляют на производственные нужды, а другой пропускают через электрокавитационную установку, насыщающую электролитным кислородом O₂, который переходит в озон O₃, озон, взаимодействуя с водой, образует перекись водорода H₂O₂, и далее направляют обратно в карьер для активации процесса внутрикарьерного выщелачивания.

Отличительными признаками данного изобретения являются: в карьер закладывают минеральную массу, содержащую металлы, причем отвод воды и закладку выработанного пространства производят одновременно, объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной воды, из отведенной воды извлекают металлы, получая на выходе техническую воду, которую разделяют на два потока, один направляют на производственные нужды, другой насыщают электролитным кислородом и возвращают в карьер.

Отведение воды и одновременное компенсационное закладывание в карьер минеральной массы, примерно в равных объемах, позволит организовать «призму упора» в подводной и надводной частях карьера, повысит устойчивость бортов и предотвратит затопление промышленных и гражданских объектов.

Извлечение металлов из карьерных вод позволит использовать воду как технологическую в процессах промышленного водопользования (обогащение, пылеподавление и др.), что снизит стоимость рекультивационных работ.

Насыщение половины потока технологической воды электролизным кислородом (O₂), который при кавитации переходит в озон О₃, озон, взаимодействуя с водой, образует перекись водорода (H₂O₂), и возвращение ее в карьер, позволит активизировать процесс внутрикарьерного выщелачивания металлов из заложенной минеральной массы и недоизвлеченных запасов полезного ископаемого.

Таким образом, указанная совокупность отличительных признаков позволит повысить экологическую безопасность районов, подтапливаемых водами из отработанных и/или брошенных карьеров путем укрепления их бортов и дна, извлечения металлов, использования очищенной воды в технологических процессах и, кроме того, повысить экономическую эффективность рекультивации за счет дополнительного извлечения промышленно значимых металлов.

Способ осуществляется следующим образом.

Одновременно производится отвод карьерной воды в отстойник и закладка с железнодорожной разгрузочной площадки минеральной массы в затопленную чашу карьера; по системе насосов и трубопроводов карьерная вода поступает в отстойник, далее в электродиффузионно-электросорбционный реактор, где, после выделения металлов, приобретает свойства технологической, далее поток разделяется - одна часть поступает в технологический производственный процесс, а другая часть - в электрокавитационную установку, в которой насыщается электролитным кислородом (О₂), переходящим при кавитации в озон (О₃), и возвращается в карьер для активизации процесса внутрикарьерного выщелачивания металлов из минеральной массы. В состав минеральной массы могут входить некондиционные руды текущей добычи действующего карьера и/или отвальные породы вскрыши; в процесс выщелачивания включаются и недоработанные запасы полезного ископаемого.

Перед началом работ одновременно строятся на противоположных бортах карьера «разгрузочная площадка» и охранная «подпорная насыпь» с системой водорезов для смягчения силы ударной водной волны, которая возникает при разгрузке больших объемов минеральной массы в воду.

Преимущества способа и его технический эффект

1) одновременный отвод воды и закладка выработанного пространства минеральными массами укрепит подводную и надводную часть бортов карьера, обезопасит выполнение работ и исключит прорыв карьерных вод;

2) очистка карьерных вод от металлов позволит вторично использовать ее как технологическую, что снизит затраты производственного водопотребления;

3) часть потока технологической воды, насыщенной активным кислородом, после возврата в карьер активизирует процесс выщелачивания металлов, что позволит минимизировать затраты на приготовление выщелачивающих реагентов;

4) извлечение металлов способом внутрикарьерного выщелачивания увеличивает полноту использования недр, позволит получить дополнительную прибыль и продлить срок эксплуатации карьера;

5) использование попутно добытой некондиционной руды и отвальных объемов пород вскрыши в качестве минеральной массы значительно уменьшит площади земельных отводов под отвалы;

6) рекультивация затопленного агрессивными водами карьера позволит снизить экологическую и социальную напряженность в промышленном районе.

Пример осуществления способа.

Осуществление способа рассматривается на примере затопленного карьера Кургашин, ОАО «Алмалыкский ГМК», расположенного между действующим карьером Кальмакыр и городом Алмалыком (100 тыс.чел.).

На момент остановки работ (1983 г.) и начала затопления глубина карьера составляла 219,7 м, объем чаши карьера 100 млн.м³, запасы руды полностью не отработаны. В настоящее время глубина затопления 168 м, при этом масса карьерных вод составляет 23,6 млн.м³. Коэффициент крепости пород, слагающих борта карьера, по шкале М.М.Протодьяконова составляют: 1-2 для лёссов, 7-9 для известняков, 10-12 для сиенито-диоритов, борта сложены породами, способными к активному физико-химическому выветриванию и разрушению, и как следствие, к выщелачиванию тяжелых металлов в карьерные воды, сейсмичность района составляет 7 баллов по шкале Рихтера.

На фиг.1 изображен ситуационный план действующего и затопленного карьеров.

На фиг.2 - то же, после строительства на противоположных бортах затопленного карьера железнодорожной разгрузочной площадки и охранной насыпи с системой водорезов, установки насосов и трубопроводов, отстойника, электродиффузионно-электросорбционного реактора и электрокавитационной установки.

На фиг.3 изображен совмещенный схематический разрез на тот же момент.

На фиг.: 1 - действующий карьер; 2 - затопленный карьер; 3 - уровень внутри карьерных вод; 4 - отвалы вскрыши; 5 - оползни; 6 - существующие карьерные железнодорожные пути; 7 - железнодорожная разгрузочная площадка; 8 - думпкар некондиционной руды действующего карьера; 9 - рудоспуск; 10 - рыхлые донные отложения; 11 - охранная насыпь; 12 - водорезы; 13 - насосы; 14 - трубопроводы; 15 - отстойник карьерной воды; 16 - электросорбер; 17 - электрокавитационная установка; 18 - новый железнодорожный путь; 19 - граница города; 20 - обогатительный и металлургический комплекс; 21 - река.

1. Используя систему насос-трубопровод, карьерную воду пропускают через реактор, в котором в качестве ионообменного сорбента используется смесь анионо- и катионообменного синтетических сорбентов, воздействие электрическим полем осуществляется раздельно в зонах струйного и свободного течения, при этом в 1-й зоне карьерную воду пропускают через систему чередующихся анодов-катодов (разность потенциалов 1,5-30 В), а во 2-й зоне - через решетку катодов с запитывающими анодами (разность потенциалов 1,3. Смесь анионо- катионообменного синтетических сорбентов содержит анионита 50-90 мас.% и катионита 10-50 мас.%. Воздействие электрического поля осуществляется в постоянном или импульсном режиме. В результате на выходе карьерные воды очищаются от металлов, которые находятся в виде ионов Zn²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Cr³⁺, Hg²⁺, Co²⁺, Cd²⁺) или их аквакомплексов ([Zn(H₂O)_X]²⁺, ([Cu(H₂O)_X]²⁺, ([Pb(H₂O)_X]²⁺).

2. После реактора поток технической воды разделяется: одна часть по системе насос-трубопровод направляется на обогатительную фабрику; вторая часть поступает в электрокавитационный аппарат, в котором в движущихся водных массах, при воздействии на них электрических полей в области сужения и последующего расширения потоков, инициируется процесс кавитации. Насыщенные озоном (15% - 20%) воды по системе трубопроводов направляются обратно в карьер для активации процесса выщелачивания металлов (медь, цинк, золото, серебро) из недоработанных запасов и закладочной массы (внутрикарьерное выщелачивание).

3. Засыпка чаши затопленного карьера закладочной массой происходит одновременно с откачкой карьерных вод, в равных объемах.

Способ рекультивации затопленных карьеров, включающий отвод воды из карьера, закладку выработанного пространства, отличающийся тем, что закладку выработанного пространства осуществляют минеральной массой, содержащей металлы, отвод воды из карьера и закладку выработанного пространства производят одновременно, при этом объем закладываемого материала сравним с объемом отведенной карьерной воды, осуществляют извлечение металлов из отведенной карьерной воды электрообменной сорбцией, полученную после сорбции техническую воду делят на два потока, один из которых направляют на технологические нужды производства, а другой пропускают через электрокавитационную установку для продуцирования активного кислорода, затем направляют обратно в карьер для активации процесса внутрикарьерного выщелачивания.