Коагуляция, вызванная действием ультразвука в пульпе, применяется для ускорения осаждения частиц и избирательного осаждения минералов.

Для целей повышения эффективности обогащения широко

электрические свойства пород (ел, tgfi, рэ), посредством нагрева руд с последующим охлаждением (или без него) можно значительно расширить область применения электрических методов их обога­ щения.

В результате воздействия на руДу высоких температур одни минералы могут разрушаться, а другие оставаться без изменения. Это явление нашло применение в особом методе обогащения — декрипитации. После нагрева и охлаждения руду классифици­ руют по крупности и выделяют целые неразрушенные фракции. Барит, кианит, сподумен и флюорит при нагреве превращаются в порошок.

Воздействие низких температур также положительно влияет на процесс сепарации, так как в этом случае возникают внутрен­ ние термические напряжения, способствующие раскрытию мине­ ральных зерен.

9.8. Физико-химические (геотехнологические) методы

При физико-химических методах полностью меняется техноло­ гия разработки месторождения, так как добывается лишь полез­ ный компонент, а затраты труда и средств на извлечение пустых

пород, неиспользуемой части руд и т. д. обычно отсутствуют. Упрощается также дальнейший процесс переработки полезного ископаемого.

Сущность большинства физико-химических способов разра­ ботки заключается в проведении скважин до залежи полезного ископаемого, изменении его агрегатного состояний под воздей­ ствием различного рода агентов (электрическая, тепловая энергия,

Рио. 0.11. Принципиальная схема простейшего физико-химического метода добычи по­ лезного ископаемого непосредственно из залежи:

1 — реагент; 2 — залежь

Рис. 0.12. Метод подземной выплавки серы перегретой водой:

1 — сжатый воздух; 2 — перегретая вода; 3 — расплавленная сера

химические реагенты и т. п.) и последующем отводе через сква­ жины измененного полезного ископаемого или его компонента на поверхность (рис. 9.11).

Физико-химические способы используются только при добыче полезных ископаемых, существенно отличающихся по своим свой­ ствам от вмещающих горных пород. Их можно разделить по спо­ собу воздействия на следующие группы:

1. Методы термического воздействия: расплавление, разло­ жение полезного ископаемого нагревом, восстановление и возгонка.

3. Методы физико-химического воздействия: растворение во­

сжигании и отводе получающегося горючего или технологиче­ ского газа. В простейшем случае для этого бурят две скважины, вскрывающие пласт, предназначенный для газификации. Между скважинами производят сбойку, при этом создается канал, по которому могут проходить газы и воздух. После этого пласт под­ жигают, в одну скважину непрерывно подают воздух, из другой отводят горючий газ. В зависимости от режима дутья получают

п1 — число условных этапов нагрева, при которых сера переходит в жидкое состояние:

Vs — объемное содержание серы в пласте; р^, рв, рр-— средняя плотность

серы, воды и руды; спер — удельная теплоемкость воды и руды; S — извле­ чение серы из руды; Р — пористость; дПли Тпл — удельная теплота и темпе­ ратура плавления серы.

При использовании метода подземной выплавки серы вода в массиве распространяется в основном по трещинам.

Поэтому в слабо проницаемых породах необходимо повышать их коэффициент проницаемости, например методом солянокислот­ ной обработки пласта.

Сера, находящаяся вблизи трещин, плавится при непосред­ ственном воздействии горячей воды, а сера, расположенная в мас­ сиве, плавится только вследствие теплопроводности массива. При сильной трещиноватости массива требуется большой расход воды. В связи с этим большое значение приобретает изыскание иных способов передачи тепла в массив с целью выплавки серы.

ческих потерь независимо от его проницаемости, трещиноватости и теплопроводности. Скорость нагрева, таким образом, опреде­ ляется только электрическими свойствами и теплоемкостью нагре­ ваемого объема (рис. 9.13). При этом способе извлечение серы уве­ личивается.

Подземная выплавка серы высокочастотным методом может производиться посредством как одной скважины (одиночный электрод), так и системой электродов, воспроизводящих поле плоского конденсатора (рис. 9.14).

Время плавления серной руды, помещенной в плоском конден­ саторе, может быть рассчитано по уравнению (9.11).

Основные свойства, определяющие процесс плавления в этом случае, — это диэлектрическаяпроницаемость, тангенс угла ди­ электрических потерь, удельная теплоемкость, объемная масса и коэффициент теплопроводности пород. Некоторые соединения, например мышьяковистые; сурьмянистые и другие, способны воз­ гоняться. На этом явлении основан метод в о з г о н к и . При на­ гревании до определенной температуры они переходят из твердого состояния в парообразное. При пропускании через рудную залежь горячего инертного газа соединения переходят в газообразное

состояние и выводятся по скважине на поверхность. Охлаждая соединения, снова получают их в твердом виде.

так как ртуть выделяется из киновари при нагревании до темпе­ ратуры 450° С. Этот способ по сравнению с подземным вдвое экомичнее.

В оздух

Рис. 9.13. Сравнение радиуса нагрева серосодержащего массива электрическим высоко­ частотным нолем (/) с радиусом нагрева перегретой водой (2) после 10 сут нагрева м iccuna

Рис. 9.14. Схема подземной выплавки серы высокочастотным методом 1 — генератор высокой частоты; 2 — электроды

Скорость термической эрозии киновари и описывается уравне­ нием

(9.58)

где а — температуропроводность; X — коэффициент теплопровод­ ности; Т 2 — температура горячих газов; Т0 — начальная темпе­ ратура массива; Ткр — температура восстановления; кт— ко­ эффициент теплоотдачи; I — эффективная толщина обожженного слоя; Х0 — коэффициент теплопроводности обожженного мате­ риала.

Удельный выход ртути qp определяется из уравнения

где к — безразмерный коэффициент; mQ— начальное содержание киновари, кг/м3; t — время нагрева.

Вкачестве источника тепловой энергии может быть применен

ат о м н ы й в з р ы в . Если заряд поместить в рудном теле,

то в результате взрыва выделится большое количество тепла, которого будет достаточно для плавления самых тугоплавких минералов.

Как показывают расчеты, в результате небольшого атомного взрыва можно расплавить, например, около 100 тыс. т серы.

Возможно также, что огромные давления и температура в месте взрыва могут совершенно изменить горную породу и полезное ископаемое, создать новое ценное для промышленности сырье. Ведь даже при небольших ядерных взрывах вблизи заряда дости­ гается давление 7- 10й Па, температура достигает 15-103°С. В ре­

полезных компонентов из руд, используемые в гидрометаллургии. Выщелачивание — это селективное растворение ценных минера­ лов; оно может быть использовано для выделения полезного ком­ понента как из богатых, так и из бедных руд.

К а м е д н у ю с о л ь , с и л ь в и н , к а р н а л л и т и другие минералы, обладающие высокой растворимостью, можно выщелачивать путем непосредственного воздействия воды на руды. При этом получают продукты высокой степени чистоты и осуще­ ствляют разделение различных галоидов.

В СССР добыча каменной соли подземным растворением в бли­ жайшие годы достигнет 20 млн. т в год. Добыча каменной соли этим способом осуществляется через одну скважину в два этапа — подготовительный и выщелачивания. В подготовительный этап производится размыв камеры выщелачивания до нормальных экс­ плуатационных размеров. Интенсификацию процесса выщелачи­ вания солей можно осуществить увеличением растворяющей спо­ собности растворителя посредством повышения его температуры; применением механических устройств для создания турбулент­ ного режима движения растворителя в периферийных участках камеры; применением гидравлического разрыва соляного пласта.

работка медных руд гидрометаллургйческим способом (выщела­ чивание) состоит в растворении меди и ее соединений и осаждении меди из полученных растворов в виде металла или его окиси.

Обычно подземное выщелачивание применяют для добычи бедных медных руд, которые разрабатывать другим способом нерентабельно. Выщелачивание осуществляется естественным или искусственным способом. Естественное выщелачивание заклю­ чается в сборе рудничных вод, прошедших через рудное тело, и в осаждении из них растворенной меди. Для ускорения про­ цесса используют химически активные среды *— кислоты, щелочи.ч При искусственном выщелачивании руду периодически орошают водой. Эту воду затем собирают и перерабатывают с целью

извлечения металла. Выщелачивание может производиться также на земной поверхности. Оно может быть дополнительным источник ком добычи металла из отвалов бедных некондиционных руд. Ана­ логична осуществляют выщелачивание бедных урановых руд.

Высокая эффективность выщелачивания достигается дополни­ тельным н а л о ж е н и е м ф и з и ч е с к и х п о л е й (тем­ пературы, упругих колебаний, высокочастотных электромагнит­ ных полей, магнитной обработкой воды и др.), которые резко ак­ тивизируют течение химических реакций. Так, установлена спо­ собность ультразвука в десятки раз усиливать эффект выщела­ чивания меди из сульфидных медных руд. Это явление объясняется энергетическим воздействие^ кавитационных пузырьков на выще­ лачиваемую среду. В ультразвуковом поле в течение 30 мин из

ризоколлы извлекается практически 100% меди, из халькозихна — 72%.

Для интенсификации процесса выщелачивания меди и других ценных металлов используют некоторые виды бактерий ( б а к т е ­ р и а л ь н о е в ы щ е л а ч и в а н и е ) , которые усваивают се­ ру и увеличивают концентрацию серной кислоты в рудничных водах. Доказана возможность бактериального выщелачивания людных, никелевых и цинковых руд, бедных окисленио-карбонат- ных марганцевых, кобальтовых руд и др. Скорость выщелачива­ ния меди, железа и цинка при наличии бактерий в среде возрастает от 2 до 12 раз.

Особенный интерес представляет возможность добычи метал­ лов путем э л е к т р о л и з а в подземных условиях, так как в этом случае из недр Земли непосредственно можно добывать чистый металл, например медь и серебро. Процесс электролити­ ческой добычи металлов состоит в предварительном растворении руды и последующем электролизе, осуществляемом с помощью электродов, погруженных в раствор через скважины.

Ионную проводимость пород можно использовать для выделе­ ния или концентрации вблизи электродов полезных компонен­ тов без предварительного растворения минералов.

Как известно, ионной проводимостью обладают стекла, галоид­ ные соединения, нитраты, сульфаты, соли щелочных, щелочно­ земельных металлов и легко ионизируемых тяжелых металлов. Большинство этих металлов имеют униполярную проводимость, т. е. в электрическом поле перемещаются либо катионы, либо анионы. Процесс ионного переноса вещества медленный, поэтому для получения желаемого результата прохождение тока через массив должно быть длительным.