28 марта 2024, Четверг21:17 МСК
Вход/Регистрация

Электротомография при контроле процесса кучного выщелачивания

В статье показаны возможности метода электротомографии при обследовании штабелей кучного выщелачивания. Рассмотрен опыт зарубежных компаний, приведены примеры собственных исследований при оценке равномерности смачивания руды, выявлении канальной фильтрации и определении нарушений гидроизоляции в основании штабеля. Рекомендовано внедрение геофизического контроля за процессом выщелачивания для сокращения потерь металла.

Ключевые слова: электротомография, рудный штабель, кучное выщелачивание, канальная фильтрация, контроль гидроизоляции.

В.В. Оленченко — Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.

Введение

Кучное выщелачивание — это эффективный способ добычи урана, меди, золота из бедных и забалансовых руд. Основными проблемами при кучном выщелачивании (КВ) являются образование канальной фильтрации, кольматация и нарушение гидроизоляции в основании рудного штабеля. Образование сквозных каналов фильтрации выщелачивающих растворов в штабеле приводит к недоизвлечению металла, так как при этом возникают обширные участки непроработанной руды. Вследствие физико-химического выветривания рудной массы происходит образование мелких частиц породы (кольматанта), которые закупоривают поры, что препятствует проникновению раствора в массив и также приводит к недоизвлечению полезного компонента. Нарушение гидроизоляции при монтаже штабеля также является причиной неконтролируемой утечки растворов металлов, приводящей к потере продукции и осложнению экологической обстановки.

Одним из эффективных способов контроля процесса КВ и выявления мест нарушения гидроизоляции являются геофизические методы. Опыт внедрения электроразведочных методов для контроля процесса КВ в Узбекистане (Навоийский горно-металлургический комплекс) описан в работе [2]. Авторами исследованы фильтрационные свойства и проницаемость пород в техногенных скоплениях (штабелях) кучного выщелачивания золота методом вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) с последующей заверкой полученных данных скважинным опробованием и привлечением компьютерного моделирования. Однако подход к решению задачи, реализованный в данной работе, не задействовал все возможности метода ВЭЗ, поэтому представленные результаты выглядят неубедительными и малоинформативными.

За рубежом на рынке оказания услуг по контролю процесса КВ геофизическими методами явно позиционирует себя фирма HGI (США). На сайте фирмы размещены примеры применения геофизических методов при решении различных горнотехнических задач, в том числе и определение характеристик КВ. Основным методом при изучении штабелей КВ является электротомография с различными типами установок и схем наблюдения. Результаты работ опубликованы в научных изданиях [3–6]. В ряде работ показано, как метод электротомографии позволяет следить за распространением жидкости и определять места с наиболее продуктивными участками [3] или же находить утечки [5, 6, 7].

Таким образом, судя по отсутствию соответствующих публикаций, в России технологии контроля процесса КВ с помощью геофизических методов не развиты. Нет сведений о внедрении подобных технологий на крупных горно-металлургических комбинатах и предприятиях, занимающихся кучным выщелачиванием руд. Кучное выщелачивание проводится «вслепую», без использования методов неразрушающего контроля. За рубежом при геофизических исследованиях в подавляющем большинстве случаев контроль процесса КВ осуществляется с помощью метода электротомографии.

Целью настоящей публикации является демонстрация возможностей метода ЭТ при контроле процесса кучного выщелачивания и выявлении мест нарушения гидроизоляции в основании штабеля. Результаты получены на штабелях урановой руды и на участке подготовки штабеля для выщелачивания меди из кеков пирометаллургического производства.

Метод и методика

Метод электротомографии (ЭТ) относится к группе методов электроразведки на постоянном токе. Применение этих методов для решения геологических задач основано на различии горных пород и руд по удельному электрическому сопротивлению (УЭС). Физическими предпосылками использования этого метода с целью выявления канальной фильтрации или участков непроработанной руды в штабеле является прямая связь влажности орошаемой руды и её удельного электрического сопротивления — чем выше влажность, тем ниже УЭС рудной массы. Методика контроля гидроизоляции основана на экранирующих свойствах плёнки, препятствующих прохождению электрического тока через основание штабеля в случае качественной гидроизоляции. В местах нарушения гидроизоляции будет наблюдаться прохождение электрического тока через плёнку и образование аномалий низкого электрического сопротивления.

Технология ЭТ является современной модификацией метода ВЭЗ. В методе ВЭЗ зондирования производятся в отдельных точках, а интерпретация выполнятся в предположении о горизонтальнослоистом одномерном (1D) строении среды в каждой точке зондирования, что на самом деле бывает не всегда и геологическая среда насыщена различными неоднородностями. При этом геологические неоднородности искажают результаты ВЭЗ, что приводит к неверному определению мощности и электрического сопротивления слоёв одномерной модели.

В методе электротомографии измерения выполняются сразу вдоль всего профиля с помощью многоэлектродных установок, а интерпретация данных проводится в предположении о двумерном (2D) строении среды, которое позволяет выявлять в разрезе локальные неоднородности.

На рисунке 1 показан принцип измерений в методе электротомографии. На поверхности раскладывается кабель, к которому подключается 48 электродов, при этом измерительный прибор располагается в центре расстановки. Специальная аппаратура поочередно коммутирует и опрашивает различные комбинации электродов. В результате измерений получают информацию о распределении кажущегося удельного электрического сопротивления по разрезу.

схема расположения.jpg

Рис. 1. Схема расположения двух сегментов кабелей по 24 электрода с последующим переносом первого сегмента для непрерывного продолжения профиля (а) и распределение данных по разрезу (б) [1]

Полученные данные по профилю обрабатываются совместно. Такой подход позволяет построить двумерный геоэлектрический разрез и учесть вл ияние рельефа. Двумерную обработку выполняют с применением процедуры, именуемой «двумерной автоматической инверсией», реализуемой в специальных программах (Res2Dinv, ZondRes2D и другие). На вход программы подаются результаты измерений, полученные с помощью многоэлектродной установки, в итоге формируется геоэлектрический разрез — распределение электрических свойств горных пород по глубине и вкрест простирания. Сопоставляя данные электротомографии с априорной геологической информацией, проводят геологическую интерпретацию разрезов сопротивления. Если измерения выполняются по площади, то интерпретация проводится с применением программ трёхмерной инверсии (например, Res3Dinv или ZondRes3D). В итоге получают объёмное распределение УЭС и строят трёхмерные (3D) геоэлектрические модели, анализ которых позволяет увидеть особенности внутреннего строения объекта исследований.

Для решения задач контроля процесса КВ или качества гидроизоляции применяется трёхмерная электротомография. На поверхности штабеля или на площадке основания штабеля проводятся зондирования по сети профилей. Шаг измерений по профилю и расстояние между профилями определяются размерами штабеля или площадки. Обычно зондирования штабеля проводятся по сети 5х5 или 5х10 м. При использовании 48-электродной аппаратуры достигается глубинность исследований 40–60 м, однако следует учитывать, что с возрастанием глубинности зондирования экспоненциально падает разрешающая способность метода и малые по размеру неоднородности не будут выявлены на большой глубине. Если оценивается качество устройства гидроизоляции перед формированием рудного штабеля, то зондирования выполняют по защитному слою с шагом 1–2 м.

Примеры и практики

Контроль кучного выщелачивания
Методика электротомографии рудных штабелей отрабатывалась на предприятии, специализирующемся на добыче урана. Штабели высотой 10–12 м сложены отмытой от глинистых частиц горной породой крупностью — 40+5 мм. Выщелачивание руды производится раствором серной кислоты. В процессе выщелачивания порода разрушается до щебня и песка.

На рисунке 2 показан геоэлектрический разрез по результатам 2D инверсии по одному из профилей, проходящих через штабель.

геоэлектрический разрез.jpg

Рис. 2. Геоэлектрический разрез рудного штабеля по результатам 2D инверсии данных электротомографии

Профиль начинается и оканчивается за пределами штабеля КВ. Рудный штабель на разрезе выделяется положительной формой рельефа. Как видно из рисунка 2, УЭС материала штабеля варьирует в пределах 20–30 Ом·м. На этом штабеле орошение было частично остановлено из-за поломки насосов и в течение нескольких дней растворы подавались только на одну секцию (интервал 50–100 м). В том месте, где полив был остановлен (интервал 120–200 м) в приповерхностной части штабеля выделяется тонкий слой повышенного (50– 150 Ом·м) сопротивления, объясняющийся образованием маловлажной корки при просыхании штабеля. Повышенное УЭС руды отмечается и на откосах, что может быть связано как с их просыханием, так и с меньшей степенью их проработки в процессе выщелачивания.

Низкий уровень УЭС материала штабеля вызван как остаточной влажностью, так и его дисперсным составом. В процессе выщелачивания часть исходной горной породы разрушается до песчаной фракции, заполняющей пустоты крупнообломочного материала. Мелкозернистая фракция песка, смоченная раствором серной кислоты, обуславливает уровень УЭС материала штабеля в 20–30 Ом·м.

В основании штабеля на максимальную глубину зондирования выделяется объект высокого сопротивления (200–800 Ом·м). Это несуществующий в реальности высокоомный объект, он появляется вследствие изолирующего влияния слоя пленки из ПВХ. Иными словами, плёнка препятствует проникновению тока на глубину, что дает эффект подстилающего непроводящего слоя. На самом деле в основании штабеля залегают четвертичные суглинки, обладающие низким УЭС. Фрагмент разреза пород в естественном залегании виден в окончании профилей (ПК 260–355 м), где УЭС пород составляет 20–30 Ом·м.

Положение кровли слоя высокого сопротивления приблизительно соответствует положению пленки гидроизоляции в разрезе. Таким образом, по данным электрических зондирований можно оценить наличие слоя гидроизоляции в основании штабеля, а также и качество гидроизоляции. В местах нарушения гидроизоляции ожидаются аномалии низкого УЭС в основании штабеля.

На рисунке 3 показана объемная геоэлектрическая модель рудного штабеля, построенная в результате 3D инверсии данных электротомографии. Изоповерхность 25 Ом·м оконтуривает области рудного мате риала с пониженным УЭС. Низкое УЭС связано с повышенной влажностью, так на эту секцию подавались растворы, а остальная часть штабеля не орошалась. По форме аномалии низкого УЭС видно, как растворы проникают внутрь рудной массы.

распределение уэс.jpg

Рис. 3. Распределение УЭС в рудном штабеле по результатам 3D инверсии данных электротомографии 

1 — изоповерхность 25 Ом·м ограничивает сильновлажную руду с низким УЭС; 2 — изоповерхность 65 Ом·м ограничивает непроработанный блок рудной массы; 3 — аномалия высокого УЭС от плёнки гидроизоляции

В штабеле КВ также выделяются зоны повышенного УЭС. Они оконтурены изоповерхностью 65 Ом·м. Одна из зон расположена у откоса, с нагорной стороны штабеля. Повышение УЭС в ней связано с просыханием со стороны откоса. Вторая аномалия (цифра 2 на рисунке 3, с. 116) оконтуривает непроработанную зону внутри рудной массы. Анализ распределения УЭС в трёхмерной модели позволяет скорректировать систему орошения или принять меры для ликвидации кольматации в непроработанных участках. Нужно отметить, что результаты электротомографии необходимо заверять бурением, что даст возможность правильно интерпретировать геофизические данные и выходить на количественные характеристики, такие как влажность или дисперсность рудной массы.

Контроль качества гидроизоляции
Опытные работы по контролю качества гидроизоляции в основании рудного штабеля выполнялись на предприятии, где производится выщелачивание меди из отходов пирометаллургического производства. На площадке размером 45х25 м в процессе укладки плёнки был нарушен технологический режим, что предположительно привело к повреждению гидроизоляции. Для выявления участков разрыва плёнки были проведены электрические зондирования через защитный слой грунта. На рисунке 4 представлена карта электросопротивления грунтов, на которой выделено две аномалии низкого УЭС, связанные с нарушением гидроизоляции.

карта удельно.jpg

Рис. 4. Карта удельно электрического сопротивления на площадке КВ 

1, 2 — аномалии УЭС, связанные с нарушением гидроизоляции

На рисунке 5 показан разрез удельного электрического сопротивления грунтов через место утечки. Хорошо заметно, что на разрезе в месте нарушения гидроизоляции формируется аномалия низкого электрического сопротивления. Она является диагностическим признаком при выявлении участков нарушения гидроизоляции в основании штабелей кучного выщелачивания.

В результате геофизических исследований были вскрыты места повреждения плёнки и восстановлена гидроизоляция. Это позволило избежать утечек растворов в последствии.

Заключение

В настоящее время в России предприятия, занимающиеся кучным выщелачиванием, практически не используют возможности современных геофизических методов для контроля процесса КВ или выявления нарушений гидроизоляции в основании рудных штабелей. В то же время за рубежом уже более 15 лет развиваются методы контроля КВ, которые включают наблюдения за изменением электрического сопротивления руды, температуры штабеля и других параметров.

разрез.jpg

Рис. 5. Разрез электросопротивления грунтов через площадку КВ 

1 — защитный слой; 2 — грунты основания; 3 — уровень плёнки; 4 — место нарушения гидроизоляции

Опытные работы показали, что метод электротомографии эффективно решает задачи выделения участков канальной фильтрации, блоков непроработанной руды и нарушения слоя гидроизоляции в основании штабелей. Это позволяет сократить потери металла путем оптимизации схемы полива, корректировки проницаемости штабеля и устранения мест утечек.

Внедрение геофизического контроля за процессом КВ позволит повысить конкурентоспособность любой компании среди золотодобывающих предприятий, занимающихся кучным выщелачиванием.

книга.png1. Балков Е.В. и др. Электротомография: аппаратура, методика и опыт применения // Геофизика. 2012, № 6, с. 54–63.
2. Голищенко Г.Н., Халецкая О.В. Геофизические исследования проницаемости штабелей кучного выщелачивания золота / Горный журнал. 2011, № 12, с. 18–20.
3. Rucker D., McNeill M., Schindler A., Noonan G. Monitoring of a secondary recovery application of leachate injection into a heap / Hydrometallurgy 99. 2009, pp. 238–248.
4. Rucker D. Moisture estimation within a mine heap: An application of cokriging with assay data and electrical resistivity / Geophysics, vol. 75, no. 1 January–February 2010; p. B11–B23, 6 figs., 2 tables.
5. Rucker D., Fink J., Loke M. Environmental monitoring of leaks using time-lapsed long electrode electrical resistivity / Journal of Applied Geophysics 74. 2011, pp. 242–254.
6. Rucker D., Crook N., Glaser D., Loke M. Pilot-scale field validation of the LE-ERT method / 2012 European Association of Geoscientists & Engineers, Geophysical Prospecting. 2012, pp. 1–17.
7. Marcoux M., Adib R., Lagier T., Gourc J-P. Monitoring of leachate recirculation in a bioreactor landfill: comparison of lysimeter and resistivity measurements / Proceedings Sardinia 2007, Eleventh International Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy; 1–5 October, 2007.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (54)/декабрь 2021 г.




Новый порядок использования побочных продуктов производства
Оспаривание и применение результатов экспертиз в спорах недропользователей
Практика налогообложения попутного серебра может измениться
Новый порядок использования и добычи отходов недропользования
Заказать журнал
ФИО
Телефон *
Это поле обязательно для заполнения
Электронный адрес
Введён некорректный e-mail
Текст сообщения *
Это поле обязательно для заполнения
Пройдите проверку:*
Поле проверки на робота должно быть заполнено.

Отправляя форму вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

X