Ископаемых
Геотехнологические процессы добычи полезных
При существующей технологии открытой и подземной разработок полезных ископаемых все труднее добиваться более эффективных результатов как с точки зрения дальнейшего повышения производительности труда и снижения себестоимости продукции, так и с точки зрения охраны природы.
В связи с этим большое внимание уделяется разработке геотехнологических процессов добычи полезных ископаемых, которые исключают вынос на земную поверхность пустых пород. Под геотехнологией понимают совокупность химических, физико-химических, биохимических и микробиологических методов добычи полезных ископаемых на месте их залегания. Добычу ведут через скважины, средством добычи служит рабочий агент (теплоноситель, растворитель), исключается тяжелый труд (так как управление процессом ведется на поверхности земли). К геотехнологическим методам относят скважинную гидродобычу, подземную выплавку полезных ископаемых, подземную газификацию углей, бактериальное выщелачивание веществ и ряд других.
Скважинная гидродобыча применяется для получения рассолов NaCI и КСI. В скважину, пробуренную до залежи каменной соли, нагнетают воду и через нее же отбирают получающийся рассол. Разработан способ гидромеханического разрушения руды с выдачей ее в виде гидросмеси через скважину применительно к глубокозалегающим фосфоритам. Этим методом можно эффективно разрабатывать россыпи полезных ископаемых и многие рыхлые руды (железные, марганцевые, бокситы и др.).
В промышленных масштабах освоена и подземная выплавка легкоплавких минералов, например серы из ее залежей. Для этого в скважину по одной трубе подают под давлением воду при температуре до 150-160 °С, а по другой – сжатый воздух.
Хорошо известен и принцип подземной газификации – добычи горючих ископаемых путем перевода их в газообразное состояние.
Большое значение для извлечения из отвалов горных и обогатительных (а также ряда других) предприятий содержащихся в них ценных компонентов имеют методы технической микробиологии – одной из разновидностей геотехнологических методов.
Под бактериальным выщелачиванием понимают процесс избирательного извлечения химических элементов из многокомпонентных соединений в процессе их растворения в водной среде микроорганизмами. В промышленности наиболее широко используют тионовые бактерии (железобактерии), которые могут окислять двухвалентное железо до трехвалентного, а также сульфидные минералы. Железобактерии широко используют в промышленности для бактериального выщелачивания меди из отходов и бедных руд. Для их обработки (выщелачивания) используют водный раствор на основе сульфата железа (Ш) и тионовых бактерий, под действием которых сульфиды меди переходят в растворимое состояние:
2Fe2(SО4)3+2CuS+2H2О+3О2=2CuSO4+4FeSО4+2H2SО4. (6.2)
Полученный раствор медного купороса подвергают обработке железным скрапом для выделения металлической меди.
CuSO4 + Fe = Cu + FeSО4
Технологический процесс бактериального выщелачивания может быть оформлен в виде различных вариантов в зависимости от вида обрабатываемого материала (отвалы обогатительных предприятий, подземные залежи, шлаки и т. п.). Наиболее сложным по оформлению среди них является вариант подземного выщелачивания, более простым – кучное выщелачивание отвалов.
В нашей стране на ряде комбинатов и рудников работают установки, обеспечивающие получение нескольких тысяч тонн в год дешевой меди (первая промышленная установка по подземному выщелачиванию меди была введена в эксплуатацию в 1964 г.).
В мировой практике метод бактериального выщелачивания в значительных масштабах используют для извлечения из руд урана. Проводятся исследования по бактериальному выщелачиванию с помощью тионовых бактерий ряда других элементов (Zn, Mn, As, Co и др.). Ведется поиск других видов микроорганизмов с целью извлечения более широкого круга полезных веществ. Метод бактериального выщелачивания весьма перспективен для переработки твердых отходов горнообогатительных и других предприятий, так как он позволяет значительно снизить себестоимость ценных полезных ископаемых (чему способствует быстрое размножение микроорганизмов и простота используемой аппаратуры) и расширить сырьевые ресурсы промышленности, обеспечивая реализацию возможности более глубокого комплексного использования минерального сырья.