Оценка фильтрационного режима в многоярусном штабеле

Изменение геомеханических параметров кучного выщелачивания из многоярусных штабелей рудной массы (высоты штабеля, условий агломерации, исходной влажности рудной массы) неизбежно влечет к изменению гидравлических параметров процесса выщелачивания (проницаемости уложенной рудной массы, плотности потока, распределения потока в штабеле). Перечисленные параметры в сочетании с известными закономерностями выщелачивания полезного компонента влияют на эффективность процесса и интенсивность его протекания. Оценим такое влияние.

Рассмотрим структуру распределения проницаемости многоярусного штабеля в откосной зоне и внутренней части штабеля, приняв в качестве критерия оценки плотность орошения, которая определяется для каждого яруса с учетом показателя сбалансированности режима орошения.

В откосной зоне изменение мощности столба рудной массы определяется углом откоса штабеля. Поэтому слои рудной массы, находящиеся под одинаковым воздействием от веса налегающей рудной массы, будут иметь одинаковые фильтрационные свойства, располагаясь параллельно откосу штабеля (рис. 4.9).

При орошении крайних к откосу участков штабеля следствием такого расположения слоев рудной массы с одинаковыми фильтрационными свойствами является движение части растворов вдоль откоса штабеля, если Псб < 1,0.

При расположении орошаемых участков во внутренней части штабеля типичные ситуации представлены на рис. 4.1 0, 4.11.

При расположении рабочего участка в окружении нерабочих участков с одинаковой высотной отметкой поверхности (рис. 4.11) часть растворов, которая превышает пропускную способность нижележащего яруса, растекается за пределы рабочего участка по горизонтали в нерабочие участки, расположенные на уровне рассматриваемого яруса.

При смежном расположении рабочих участков с разными высотными отметками (рис. 4.12) происходит растекание растворов с участков, имеющих более высокую отметку поверхности, на участки с более низкой отметкой поверхности. В этом случае часть раствора растекается горизонтально по участкам одного яруса, на которых проницаемость равна либо выше проницаемости рабочего участка.

Таким образом, проведенный анализ возможного движения растворов при условии, что Псб1 больше Псб2 больше Псб3 и так далее (цифрами указан порядковый номер сверху вниз яруса, для которого рассчитывается показатель сбалансированности режима орошения), подтверждает перераспределение потока растворов не только между рабочими и нерабочими участками, но и между рабочими участками с разными высотными отметками поверхности орошения. В последнем случае показатель сбалансированности режима орошения может быть больше единицы Псб больше 1,0. Это означает, что растекание раствора из рассматриваемого рабочего участка меньше количества раствора, попадающего в него из соседнего рабочего участка. При этом может происходить как разубоживание, так и обогащение продуктивного раствора, дренирующегося из участка штабеля, имеющего более низкую высотную отметку поверхности.

Оценим количество раствора, фильтрующегося через орошаемый участок при увеличении высоты штабеля с 10 (1 ярус) до 80 м (8 ярусов). При этом в качестве оценки примем отношение количества раствора, подаваемого на поверхность орошаемого участка, к количеству рудной массы в одном ярусе орошаемого участка Ж:Т (где Ж -количество раствора, м; T - количество рудной массы, т). Предварительно установим, что для достижения проектного коэффициента извлечения Ж:Т=8, а для извлечения 80 % от проектного коэффициента значения Ж:Т=2. При этом на верхнем ярусе штабеля для получения проектного коэффициента извлечения Ж:Т=8.

Таким образом, каждый последовательно отсыпаемый и орошаемый ярус вплоть до предпоследнего яруса будет получать первоначальную порцию раствора, соответствующую соотношению Ж:Т=2, а последний ярус -соотношению Ж:Т=8. При этом по мере увеличения количества ярусов нижележащие ярусы будут получать дополнительные порции раствора, величина которых зависит от показателя сбалансированности режима орошения. Соответственно будет изменяться величина Ж:Т. Следовательно, суммарная величина порций раствора, фильтрующегося через ярусы штабеля, будет последовательно увеличиваться сверху вниз пропорционально плотности орошения и проницаемости каждого яруса.

В табл. 4.1-4.3 представлены результаты расчетов величины Ж:Т для каждого из 8-ми ярусов штабеля. В расчетах использован показатель сбалансированности режима орошения для максимально возможной плотности орошения верхнего яруса (24 л/м2/ч), а также для плотности орошения 18, 14 и 10 л/м/ч.

В табл. 4,1-4.3 приведены относительные значения Ж:Т, которые рассчитаны по отношению к Ж:Т верхнего яруса на каждом этапе увеличения высоты штабеля на один ярус. Эти значения показывают, что при получении орошаемым ярусом определенной порции раствора нижележащие ярусы получат уменьшенное его количество. Поэтому за одно и то же время Ж:Т орошаемого яруса будет больше Ж:Т нижележащих ярусов (см. табл. 4.1). Это утверждение справедливо при Псб < 1,0. При Псб = 1,0 все ярусы наберут одинаковое отношение Ж:Т одновременно. Однако фильтрационный режим в этом случае на верхних и нижних ярусах будет различен, поэтому следует ожидать разных результатов выщелачивания.

Например, при орошении штабеля из 5 ярусов верхний ярус на первом этапе выщелачивания получит порцию раствора, соответствующую отношению Ж:Т=2, а нижний - за время орошения всех 5 ярусов Ж:Т=8,4 (см. табл.4.1) вместо Ж:Т=10. Такое несоответствие связано с тем, что порция раствора, соответствующая отношению Ж:Т = 10-8,4 = 1,6, растеклась за пределы орошаемого участка. Эта растекшаяся порция породы фильтровалась по соседним участкам штабеля, повышая в них соотношение Ж:Т и обеспечивая в целом для штабеля показатель сбалансированности режима орошения = 1,0.

Рудная масса в штабеле имеет первоначальную влажность ~6 %, а отдача раствора происходит при увеличении влажности до 12-13 %. Следовательно, часть раствора «зависнет» в штабеле на весь период орошения отрабатываемого участка, что должно быть учтено при составлении баланса растворов. Кроме того, при значительном перерыве в орошении участков происходит испарение воды из штабеля с высыханием рудной массы, чему способствует дренажная система в основании штабеля, играющая в этом случае роль вентиляционных каналов, что в условиях низкой влажности и высокой температуры атмосферного воздуха интенсифицирует процесс испарения.

Таким образом, рабочие растворы расходуются на выщелачивание компонента из рудной массы орошаемого участка, растекание за пределы орошаемого участка, «зависание» в рудной массе и испарение. Оценим количество раствора, растекающегося за пределы участка и «зависающего» в рудной массе до начала поступления в дренажную сеть. Расчеты выполнены для орошаемого участка шириной 85 м и длиной, равной ширине верхнего яруса при разном количестве ярусов и разной плотности орошения (рис. 4.12, 4.13).

Время насыщения массива до уровня, когда начинается истечение раствора в дренажную сеть, для одной ячейки размером 85x50x10 м при исходной влажности 7 % составляет около 30 ч.

Анализ данных, приведенных в табл. 4.4, показывает, что время выхода растворов после орошения зависит от количества ярусов в штабеле (рис, 4.14). Кроме того, дебаланс между количеством подаваемых и дренируемых растворов (табл. 4.4) свидетельствует о том, что часть растворов «зависает в штабеле, а часть растекается за пределы орошаемого участка.

Таким образом, полученные зависимости изменения проницаемости штабеля от количества ярусов в работе в сочетании с установленным распределением потока на растекание, «зависание» в штабеле и выход продуктивных растворов позволяют обоснованно выбрать параметры фильтрационного режима движения растворов в системе «орошение фильтрация - дренаж».