Задачи дальнейших исследований подземного выщелачивания

Все вышеизложенное показывает, что по отношению к урану и меди метод ПВ уже достаточно изучен для промышленного его применения. Однако существует ряд вопросов, решение которых позволит расширить сферу его применения и улучшить технико-экономические показатели.

Содержание и основные этапы научно-исследовательской разработки технологии подземного выщелачивания «

Предварительные исследования: оценка по геологоразведочным данным запасов месторождения, непригодных для отработки традиционными методами, определение принципиальной возможности ПВ с учетом химического и вещественного состава руды и вмещающих пород, их структурных и текстурных особенностей. Анализ регионального размещения возможных источников реагентов, энергии, потребителей сырья, коммуникаций. Лабораторные исследования:

1) Изучение на пробах руды разных типов реагентов при различных концентрациях, выбор рациональной концентрации реагента, его нормы, кислотоемкости руды, состава продукционных растворов. Определение кинетических коэффициентов процесса выщелачивания.

2) Исследование на линейных моделях закономерностей фильтрации реагента в слое руды, определение влияния кольматационных явлений, установление зонального распределения процесса выщелачивания и закономерностей изменения состава продукционного раствора от скорости фильтрации давления, температуры и др. Уточнение концентрации и нормы реагента, рациональной степени извлечения, селективности.

3) Определение на плановых (объемных) моделях закономерностей взаимодействия эксплуатационных скважин, оценка возможной степени разбавления и потерь растворов.

4) Выбор и опробование схемы переработки продукционных растворов, анализ качества продукта и состава отходов, определение расходных коэффициентов.

5) Предварительный расчет параметров процесса ПВ в опытных масштабах и технико-экономическая оценка.

Полевые (опытные) исследования:

1) Выбор представительного участка месторождения, его детальное геолого-гидрогеологическое изучение. Бурение куста опытных скважин, определение с помощью индикаторов возможных границ распространения ореола загрязнений пластовых вод, выбор и опробование дополнительных защитных мероприятий (барражных скважин, гидро - и аэрозавес, дебаланса откачки и закачки и т.п.).

2) Проведение пробных закачек (наливов) реагента при значительном (4—5-кратном) превышении дебита откачки, уточнение лабораторных данных. Выбор технологического оборудования.

3) Проведение опытных работ по ПВ совместно с наземной переработкой продукционных растворов, уточнение расходных коэффициентов, определение возможности замкнутого водооборота, уточнение степени извлечения полезного компонента, потерь растворов, определение эффективности защитных мероприятий и работоспособности оборудования.

4) Уточнение методики расчета технологических параметров, проверка товарного качества полученного продукта, разработка технико-экономического обоснования промышленного освоения метода.

Опытно-промышленные исследования:

1) Уточнение в укрупненных масштабах опытных данных, определение влияния взаимодействия добычных участков на различных стадиях отработки, оценка экологических изменений в районе участка отработки, опробование средств КИП и А, определение конкретных технико-экономических показателей метода, разработка рекомендаций на промышленное производство.

2) Доразведка месторождения и уточнение промышленных запасов под ПВ.

Для успешного решения проблемы подземного выщелачивания необходимо:

- дать комплексную оценку геологической базы подземного и кучного выщелачивания;

- разработать эффективные методы подготовки месторождений;

- изучить кинетику гетерогенных реакций кислотного и щелочного разложения руд;

- установить закономерности нейтрализации кислотных растворов при взаимодействии их с горными породами и определить расстояния миграции кислых растворов в подземном потоке для прогнозирования полной их нейтрализации;

- разработать и внедрить сорбционную и экстракционную технологии выделения металлов из растворов выщелачивания с использованием дешевых промышленных ионитов и экстрагентов;

- разработать технологические схемы выщелачивания, позволяющие повысить комплексность использования сырья;

- разработать и внедрить эффективные методы интенсификации процессов выщелачивания;

- создать методику технико-экономической эффективности применения ПВ.

18 ДОБЫЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ЗЕМЛИ

Основные понятия и представления

В настоящее время во многих странах накоплен значительный опыт добычи и использования тепла Земли для производства электроэнергии и отопления различных объектов, а также извлечения полезных компонентов из геотермальных вод. Возрастающее год от года внимание к теплу Земли связано с его практически неисчерпаемыми ресурсами и не столько с парогидротермами, сколько с теплом глубинных горячих горных пород. Его ресурсы в пределах 10-километрового слоя земной коры определены примерно в 137 трлн. т условного топлива, что на порядок больше всех прогнозируемых топливных ресурсов мира и примерно на столько же больше тепла содержится в подземных горячих водах, которые приурочены к областям молодого вулканизма.

Использование поверхностных проявлений геотермальных систем в виде гейзеров, фумарол, горячих источников известно с глубокой древности. В 1905 г. в Италии начала действовать первая ГеоГЭС. В 1920 г. акад. В.А. Обручев в фантастической повести «Тепловая шахта» развил идею использования тепла сухих горных пород в «подземном котле», где вода нагревалась бы за счет тепла горных пород. В 1977 г. Лос-Аламосская лаборатория (США) создала циркуляционную систему с «подземным котлом» в виде крупной трещины гидроразрыва.

Ядерные и гравитационные процессы в недрах Земли постоянно генерируют тепловую энергию. Подсчитано, что общее теплосодержание Земли в топливном эквиваленте составляет примерно 4, 5·10⁸ трлн. т условного топлива. Теоретическая разработка технологии добычи и использования этого, по определению проф. Ю.Д. Дядькина, полезного ископаемого — одна из задач геотехнологии. Но это полезное ископаемое непригодно для складирования и транспортирования на значительные расстояния, его необходимо использовать «на месте».

Геотемпературное поле Земли (ее первых километров) характеризуется довольно быстрым ростом температур с глубиной, однако различные физико-геологические условия залегания пород, а, следовательно, и их характеристики определяют различие геотемпературного поля и, более того, в ряде мест наблюдаются его положительные аномалии, которые и являются объектами добычи тепла.

В середине 80-х годов XX века была создана Геотермическая карта СССР, а в ЛГИ схематическая карта изотермы 100 °С, из которых видно, что с глубины 2—4 км на половине территории Советского Союза можно было добывать тепло.

Основными, используемыми в настоящее время, являются гидротермальные ресурсы тепла, локализованные в виде пара или горячих вод в трещинно-жильных (до 300 °С) или артезианских бассейнах (до 150 °С).

Паротермальные ресурсы тепла горных пород приурочены к магматическим очагам (расплавы до 1200 °С), зонам термоаномалий, локальным (до 400 °С) и региональным, связанным с районами повышенного геотермического градиента (до 150 °С).

Геотермальная технология — это способы и средства добычи тепла Земли и его использования.

Геотермальная система — совокупность инженерных сооружений, технических средств и процессов добычи и использования тепла Земли.

Элементы этой системы:

- подземный тепловой котел (естественный или искусственный коллектор зоны теплоотбора);

- добычные и вспомогательные скважины и поверхностный технологический комплекс.

Тепло Земли может использоваться:

- в недрах (например, использование глубинных горячих теплоносителей для добычи серы, нефти, выщелачивания металлов или получение электроэнергии с помощью погруженных в скважины теплообменных, термоэлектрических устройств, тепловых трубок);

- на поверхности для выработки из добытых теплоносителей электроэнергии или теплоснабжения в различных технологических процессах [18].

Способы извлечения теплоносителя:

- фонтанный (самоизлив за счет упругой энергии);

- откачной (с различными насосами);

- гидродинамический (нагнетание по другой скважине в коллектор отработанного теплоносителя).

Система разработки геотермального месторождения может базироваться на обособленной работе отдельных или спаренных скважин, их рядов, групп или комбинаций.

При разработке геотермальных ресурсов в твердых горных породах для создания коллектора, в котором теплоноситель сможет отбирать тепло, необходимо осуществлять различные способы воздействия: гидравлический разрыв пласта, взрывное разрушение горных пород или бурение системы горизонтальных скважин.

Геотермальная скважина — основа всей геотермальной системы. Принципиальная конструкция и оборудование Тарумовской геотермальной скважины это: направление (d_тр = 639 мм), кондуктор (d_тр = 473 мм, L = 500 м); первая промежуточная колонна (d_тр = 324 мм, L = 3840 м); вторая промежуточная колонна (d_тр = 245 мм, L = 5200 м), эксплуатационная колонна (d_тр = 168 мм, L = 5500 м).

Специфика бурения геотермальной скважины — это регулирование температуры и подбор промывочных растворов для предотвращения кольматации приствольной части коллектора и применение противовыбросных превенторов.

Возможные схемы наземных теплотехнических комплексов весьма разнообразны и принципиально их можно подразделить на две группы:

- с использованием непосредственно добываемого теплоносителя;

- с промежуточными теплообменниками для передачи тепла рабочему теплоносителю.

Принципиальная схема наземного энергетического комплекса показана на рисунке 18.1.

1—скважина; 2 – дегазатор метана; 3 — дегазатор СО; и шламоотделитель; 4 — парогенератор (расширитель); 5 — бассейн-отстойник; 6—турбогенератор; 7—нагнетательный насос

Рисунок 18.1 – Принципиальная схема ГеоТЭС