Практика круглогодичного кучного выщелачивания в условиях Крайнего Севера

А.Г. Сабанский.
Д.С. Владимиров.
Г.Л. Королев.

Основные причины круглогодичной работы

Основные причины, определяющие необходимость круглогодичной переработки руды, можно разделить на несколько групп.

1. Технологические
Продолжительность тёплого периода в районах распространения вечной мерзлоты составляет, как правило, не более 100 дней, тогда как достижение требуемого уровня извлечения может занимать до 200 суток.

2. Экономические
Остановка производства приводит к невозможности обслуживания кредитных обязательств и увеличению кассовых разрывов. Неравномерная загрузка требует повышения производительности оборудования, что сопровождается ростом капитальных затрат (CAPEX).

3. Логистические
Большинство северных предприятий работают в условиях сезонного завоза. Основная нагрузка на службы снабжения приходится на зимний период, и отвлечение ресурсов на обеспечение сезонной переработки приводит к риску срыва поставок.

4. Кадровые
Организация стабильного вахтового режима значительно проще, чем формирование сезонных рабочих команд.

В настоящее время тёплый период года для предприятия с кучным выщелачиванием в основном используется для качественной подготовки оснований под укладку руды на предстоящий год (с трамбовкой и устройством гидроизоляции).

Рис. 1. Укладка гидроизоляционного слоя (коллетанж)

Что определяет повышенные затраты в северных условиях

В условиях эксплуатации установок кучного выщелачивания в северных регионах ключевыми факторами, влияющими на рост затрат, являются:

• необходимость подогрева технологических растворов;
• развитие процессов кальцинации, приводящих к снижению технологических показателей и дополнительным затратам на обслуживание оборудования.

Вместе с тем накопленный производственный опыт показывает, что данные ограничения могут быть эффективно компенсированы за счёт применения типовых инженерных решений и технологических подходов.

Рис. 2. Работа УКВ без фильтров, вынос активированного угля на секции

Основной производственный опыт, позволивший вести круглогодичную переработку руды на открытых площадках, связан с разработкой и применением типового набора оборудования и технологических решений для ключевых операций: укладки и ввода руды в орошение, очистки растворов от шламов, борьбы с кальцинацией, подогрева технологических растворов, водообеспечения, устройства оснований секций КВ, а также дробления и укладки глинистых руд.

Ключевые практические задачи

При строительстве и круглогодичной эксплуатации установок кучного выщелачивания в низкотемпературных условиях необходимо решать следующие задачи:
1. Водоснабжение.
2. Подогрев технологических растворов.
3. Зимнее орошение — предотвращение замерзания растворов и промерзания руды.
4. Очистка продуктивных и выщелачивающих растворов.
5. Борьба с кальцинацией.
6. Строительство оснований площадок КВ на вечномерзлых грунтах.
7. Предотвращение залипания при дроблении и укладке глинистых руд.

Водоснабжение УКВ

В районах распространения многолетней мерзлоты вода в поверхностных водотоках появляется на короткий период — как правило, не более 4 месяцев в году. Поэтому основным источником водоснабжения являются скважины.

Рис. 3. Неправильно выбранная система орошения в морозный период

При этом предприятию, помимо запуска УКВ, для ежедневной подпитки технологического процесса (в зависимости от объёмов перерабатываемой руды) может требоваться до 100 м3 и более в сутки — на растворение ре агентов, санитарно-гигиенические нужды, работу оборудования и др.

Гидрогеология участка изучается в составе инженерно-геологических изысканий, однако задать скважину таким образом, чтобы она одновременно располагалась близко к потребителям и обеспечивала требуемое количество и качество воды, зачастую невозможно.

Глубина развития мерзлоты может составлять от 50 до 300 м, соответственно и скважины необходимо бурить ниже этой зоны.

При этом дебит таких скважин неустойчивый, требует постоянного мониторинга и окончательно определяется только по данным опытной прокачки.

В этой связи основным решением является бурение нескольких скважин с организацией теплового контура и устройством демпфирующих ёмкостей на поверхности.

Рис. 4. Пример укрытия секции кучного выщелачивания пленкой для ведения круглогодичного процесса выщелачивания 

Также рекомендуется размещать скважины максимально близко к пойменным и устьевым зонам рек и ручьёв, а в зимний период вести наблюдение за выходами наледей и таликовыми зонами.

Эксплуатация скважин требует постоянного контроля для предотвращения их замерзания.

Подогрев технологических растворов

Входящие продуктивные растворы в течение большей части года имеют температуру 2–7 °С.

Подача таких растворов на новые секции, уложенные в холодный период, приводит к образованию промороженных зон.

Поэтому подогрев технологических растворов является обязательным элементом процесса и реализуется, как правило, следующими способами:
1. Через трубчатые теплообменники.
2. Через пластинчатые теплообменники.

Использование подогрева открытыми электродами является технически некорректным и не должно применяться.

По месту установки теплообменников в цехе гидрометаллургии возможны следующие варианты:
1. Перед сорбцией — подогрев продуктивных растворов.
2. После сорбции (после доукрепления) — перед подачей выщелачивающих растворов на секции.

Источниками тепла, в зависимости от схемы энергообеспечения предприятия, могут быть:
1. Блочно-модульные котельные.
2. Системы утилизации тепла от ДГУ.

Практика показывает, что использование систем утилизации тепла от дизель-генераторных установок является одним из применяемых решений для организации энергоснабжения удалённых участков.

Рис. 5. Работа без фильтров, забитие подающих труб угольно-карбонатной смесью

Например, на участке с переработкой 1,5 млн т руды в год применение системы утилизации тепла на комплексе ДГУ позволило отказаться от котельной для цеха гидрометаллургии.

Таким образом, при правильном подборе теплообменного оборудования использование СУТ позволяет существенно снизить затраты на подогрев технологических растворов.

Зимнее орошение — предотвращение замерзания технологических растворов на секциях и промерзания уложенной руды

Основным фактором, позволяющим вести орошение в морозный период, помимо подогрева растворов, являются комплектные системы орошения. В их состав входят XL-эмиттерные трубки, регуляторы давления, дополнительные насосы (толкачи), автоматические и грязевые фильтры, а также запорная арматура с утеплением и подогревом. Эмиттеры должны быть типа XL 20 мм.

Эмиттерные трубки должны укладываться с помощью специального укладчика с заглублением до 30–50 см.

Все подающие трубопроводы и запорная арматура должны иметь утепление, обогрев греющим кабелем, а также быть оснащены манометрами.

Укрытие секций КВ сверху необязательно, однако боковые части секций должны быть защищены от ветрового промерзания. Способы укрытия могут быть разными — от отсыпки пустой породой до плёночных укрытий.

Обязателен постоянный контроль (мониторинг) орошения:
1. Через контрольные трубы, уложенные в основание вновь отсыпаемой секции.
2. Через манометры на подающих трубопроводах.

Необходимо учитывать, что выведенная из орошения секция (или секция с перерывом в орошении, либо с неправильно уложенной системой орошения) фактически навсегда превращается в монолит замороженной руды, и повторный ввод её в орошение становится невозможным.

Система орошения является одним из ключевых факторов, влияющих на показатели извлечения.

Постоянно наблюдаются попытки упростить систему за счёт увеличения подачи растворов — вплоть до прямой промывки секций огромными объёмами растворов и раздувания отделения сорбции. Либо, вместо налаживания технологической дисциплины, начинается самодеятельная экономия, обычно только ухудшающая ситуацию.

Наибольшее количество всевозможных «колхозных» вариантов системы орошения можно видеть именно здесь. Редкий технолог удосуживается посмотреть проектные решения и довести процесс до проектных показателей.

Поэтому стандартным решением для достижения плановых показателей извлечения также стало неоднократное перекапывание экскаватором уже проработанной растворами руды. При этом хорошо выявляются все огрехи укладки и орошения.

Очистка продуктивных и выщелачивающих растворов

Стандартным решением при работе в холодном климате является эксплуатация секций КВ без прудков-накопителей. Продуктивные растворы поступают напрямую в металлические ёмкости, расположенные в насосной станции, откуда подаются на сорбцию.

При регламентной работе повышенного выноса шлама и илов с секций КВ, как правило, не наблюдается, однако должна быть предусмотрена возможность вывода отдельных ёмкостей из технологической схемы для их очистки.

Очистка выщелачивающих растворов от угольной мелочи также является обязательной. Это необходимо, прежде всего, для предотвращения засорения системы орошения, а также для снижения потерь металла.

Рис. 6. Кальцинация в сорбции

При недостаточном технологическом контроле такие потери могут быть существенными: насыщенный уголь выносится не только на секции, но и (при нарушениях режима) в аварийные прудки, и под ложные днища сорбционных колонн.

Для очистки растворов применяются различные типы фильтров — автоматические, полуавтоматические и грязевые. Расположение фильтров должно учитываться ещё на стадии проектирования системы орошения.

Обычные «грязевые» фильтры являются недорогим и эффективным решением и должны широко применяться в технологических трубопроводах.

Борьба с кальцинацией

Одной из существенных проблем как в холодный, так и в тёплый период является кальцинация технологического оборудования — улит насосов, трубопроводов, активированного угля, систем эмиттерного и вобблерного орошения, ёмкостей.

Основные источники кальция:
1. Подача реагентов — цианида натрия и защитной щёлочи (гидроксид натрия или калия);
2. Минеральный состав руды (в меньшей степени).

В холодных условиях растворимость реагентов снижается, и избыточные карбонаты начинают осаждаться на оборудовании в виде труднорастворимых соединений. При резком охлаждении растворов дополнительно происходит выпадение гидроксидов (CaCO₃, MgCO₃, Ca(OH)₂) с образованием твёрдой фазы в трубопроводах и оборудовании.

Существенным фактором, усиливающим кальцинацию, является использование низкокачественного цианида натрия.

Поэтому борьбу с кальцинацией необходимо начинать с контроля качества применяемых реагентов.

Помимо механической очистки оборудования, широко известно применение антискалянтов. Однако на практике их эффективность зависит от конкретных условий, и нередко их использование носит формальный характер.

Для регулирования pH в растворах вместо связующего цемента целесообразно применять известь — она дешевле и позволяет одновременно решать несколько задач технологического процесса.

Строительство оснований площадок КВ на вечномерзлых грунтах

Строительство оснований, как правило, не вызывает существенных проблем, однако практика показывает, что работа на вечномерзлых грунтах, даже при их «вялом» состоянии, может сопровождаться рядом сложностей — в частности, образованием плывущих грунтов, на которых устройство основания секции КВ становится невозможным.

Возможны два основных варианта:
1. Выемка в существующем рельефе с удалением ПРС и пучинистых грунтов, при необходимости — с применением буровзрывных работ и доведением площадки до требуемых отметок и геометрии.
2. Отсыпка по существующему рельефу без удаления ПРС. В этом случае важно учитывать тип и объёмы применяемого материала.

Выбор решения осуществляется на основе практического опыта и конкретных условий площадки.

Предотвращение залипания при дроблении и укладке глинистых руд

Предотвращение залипания дробильно-сортировочного комплекса при переработке глинистых руд реализуется комплексом мероприятий — от подготовки руды до выбора оборудования.

Подготовка руды включает:

• складирование в бурты для промораживания;
• снижение влажности;
• шихтование с добавлением скальной породы для обеспечения прохождения через ДСК.

Рудные склады и конвейерное оборудование должны быть оснащены укрытиями для защиты от атмосферных осадков.

При выборе оборудования целесообразно рассматривать варианты с применением молотковых дробилок — как в составе основного, так и дополнительного оборудования ДСК.

Заключение

Таким образом, применение современных, проверенных на практике технических решений, а также отказ от «самодеятельных» подходов позволяют уверенно планировать и вести работы по кучному выщелачиванию руды в сложных климатических условиях.

При этом недропользователь ещё на стадии согласования проектных решений должен чётко понимать, каким образом будут решаться ключевые технологические задачи и обеспечиваться выпуск готовой продукции в заданные сроки.

Попытки доработки и переделки решений уже после прохождения Главгосэкспертизы, как показывает практика, приводят к дополнительным затратам и рискам срыва производственных показателей.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» Весна № 1 (71) 2026 г.