Способ рекультивации подземных вод

(51) 21 43/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ высокую степень очистки остаточных растворов после завершения добычи металлов подземным выщелачиванием непосредственно в недрах без откачки растворов на поверхность за сравнительно короткий срок и тем самым значительное снижение затрат на рекультивацию подземных вод в целом. Суть способа заключается в смещении линзы остаточных растворов принудительно в область неизмененных исходных пород. Это достигается откачкой пластовых подземных вод через откачные скважины, оборудованные на некотором расстоянии от отработанной рудной залежи в безрудных породах. Для ускорения процесса принудительного перемещения и очистки остаточных растворов в заявленном способе откачиваемую природную воду одновременно подают в существующие закачные скважины с противоположной стороны ореола остаточных растворов. При этом одновременно используются два принципа фильтрующая способность исходных пород и разбавление остаточных растворов природной пластовой водой.(72) Джакишев Мухтар Еркынович Язиков Виктор Григорьевич Забазнов Владимир Львович Кайпбаев Дюсетай(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Горнорудная компания(56) Скворцов Д.М., Белецкий В.М. Охрана подземных вод при подземном выщелачивании полезных ископаемых и их рекультивация по окончании эксплуатации полей ПВ. Химические методы добычи и переработки. Пршибрам, 1990, с. 365-373(54) СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД(57) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для очистки подземных вод после завершения добычи металлов методом подземного скважинного выщелачивания. Изобретение обеспечивает 14699 Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для очистки подземных вод после завершения добычи металлов методом подземного скважинного выщелачивания. Известен способ очистки подземных вод откачкой остаточных растворов подземного выщелачивания на поверхность и дальнейшее их обезвреживание осаждением с использованием химических реагентов-осадителей (Мамилов В.А. и др. Добыча урана методом подземного выщелачивания. -М. Атомиздат, 1980, с.211-218). Недостатком данного способа является значительные затраты на откачку растворов, на строительство и эксплуатацию очистных сооружений и высокая стоимость химреагентов. Также,дополнительно возникает проблема утилизации или специального захоронения твердых радиоактивных отходов,образующихся при осаждении их из остаточных растворов подземного выщелачивания. Затраты на восстановление качества подземных вод указанным методом в себестоимости конечного продукта составляют от 17 до 50. Известен также способ очистки остаточных растворов подземного выщелачивания в рудовмещающих водоносных горизонтах после завершения добычи металлов подземным выщелачиванием под техническим названием протяжка, включающий сооружение откачных скважин на некотором расстоянии от отработанной рудной залежи в безрудных породах, откачку через них подземных пластовых вод и принудительное перемещение линзы остаточных растворов в область неизмененных техногенезом пород (Скворцов Д.М.,Белецкий В.М. Охрана подземных вод при подземном выщелачивании полезных ископаемых и их рекультивация по окончании эксплуатации полей ПВ/ Химические методы добычи и переработки.,Пршибрам, 1990, с. 365 - 373). Данный способ основан на том, что при взаимодействии остаточных растворов после подземного выщелачивания, характеризующихся повышенным содержанием элементовзагрязнителей, с неизмененными (неокисленными) породами,содержащими естественные восстановители, сорбенты и нейтрализаторы,происходит осаждение на природных геохимических барьерах(восстановительном,нейтрализационном, сорбционном и других),сульфатов, нитратов, микрокомпонентов, ионов легких и тяжелых металлов (алюминия, кадмия,молибдена, ванадия, хрома, цинка, кобальта,стронция, свинца, меди, урана, марганца),радионуклидов,а также повышается до нейтральных значений рН растворов и снижается общая минерализация. При этом остаточные растворы после завершения подземного выщелачивания металлов не откачиваются на поверхность. В данном способе на поверхность откачивается только незагрязненная природная подземная вода, которая используется для хозяйственных целей. 2 Данный способ принят за прототип настоящего изобретения. Недостатком этого технического решения является низкая интенсивность процесса, когда для полной нейтрализации остаточных растворов и достижения естественного фонового химического состава подземных вод требуется сравнительно длительное время (порядка от 4 до 7 лет). В основу настоящего изобретения положено решение задачи по ускорению процесса очистки подземных вод после завершения добычи металлов подземным выщелачиванием,техническим результатом которого является сокращение времени нейтрализации остаточных растворов подземного выщелачивания и снижение затрат на рекультивацию подземных вод в целом. Согласно заявленному изобретению эта задача решается за счет того, что в способе очистки подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов после завершения добычи металлов подземным выщелачиванием,включающем сооружение откачных скважин на некотором расстоянии от отработанной рудной залежи в безрудных породах, откачку через них подземных вод и принудительное перемещение линзы остаточных растворов в область неизмененных техногенезом пород, откачиваемую природную воду одновременно подают в существующие закачные скважины с противоположной стороны ореола остаточных растворов с целью ускорения процесса принудительного перемещения и соответственно очистки растворов. Обоснование и сущность изобретения заключаются в следующем. Ранее проведенными исследованиями установлены физико-химические условия осаждения макро и микрокомпонентов из растворов,проведена типизация всех элементов-загрязнителей по принадлежности к конкретному типу геохимического барьера, определяющему перевод элемента из жидкой фазы в твердую. Выделены типы природных геохимических барьеров щелочной (нейтрализационный), восстановительный, сероводородный. На нейтрализационном(щелочном) барьере, характеризующимся ростом рН среды от 1,0-1,5 до 7,0-8,5, за счет уменьшения содержания потенциальных подкислителей(дисульфидов железа и др.), а также действия естественных нейтрализаторов (карбонатов кальцита и доломита, хлоридов, щелочных земель зерен полевых шпатов, глин монтимориллонитгидрослюдистого состава и др.) происходит образование нерастворимых цементов-гипсов,изоморфно поглощающих стронций, радий и другие тяжелые металлы. Одновременно идет процесс осаждения гидроксидов железа и алюминия,которые также становятся сорбентами для ионов легких и тяжелых металлов. На восстановительном барьере,характеризующемся снижением окислительновосстановительного потенциала среды от 400-500 до 0-100 мВ за счет снижения кислотности, а также наличия в сероцветных породах углистого вещества, 14699 битумной органики, водорода и сероводорода осаждаются уран, часть радионуклидов, молибден,мышьяк, селен, теллур, ванадий. При заметном увеличении в породах углистого вещества и фосфатов к восстановительному барьеру добавляется и барьер сорбционный, на котором дополнительно поглощается ряд микрокомпонентов и радионуклидов. На сероводородном барьере, обусловленном с жизнедеятельностью сульфатредуцирующих и водородообразующих микроорганизмов, сульфидной серой связываются железо, кобальт, никель,медь, цинк, серебро, кадмий, индий, олово, кобальт,теллур, свинец, висмут, а также из кислых растворов осаждаются радий, стронций и значительная часть радионуклидов. В результате исследований протекания сложного процесса нейтрализации техногенных растворов установлено, что в целом снижение минерализации остаточных растворов происходит вследствие гидравлической дисперсии,молекулярной диффузии,физико-химических реакций взаимодействия с вмещающими породами, а также механической сорбции и простого ионного обмена. Таким образом, вредные компоненты, имеющие повышенные концентрации в остаточных растворах после завершения процесса подземного выщелачивания металлов,осаждаются на природных фильтрах, представленных различными типами геохимических барьеров при перемещении растворов через неизмененные породы. При этом,наиболее значительный эффект достигается при фильтрации подземных вод с вредными компонентами по сероцветным породам. Кроме того, при возврате откачиваемых пластовых вод в отработанный рудовмещающий горизонт по отличительному признаку заявленного способа сокращается время нейтрализации остаточных растворов за счет увеличения скорости фильтрации и разбавления растворов природными пластовыми водами. При этом расчетное время целенаправленной прокачки пластовой воды через скважины и полной нейтрализации остаточных растворов подземного выщелачивания зависит от критической длины пути реабилитации их до естественного природного состояния, скорости фильтрации подземных вод во вмещающей породе и определяется формулой, сут., кр - критическая длина пути реабилитации подземных вод с вредными компонентами до их естественного природного состояния, м ф - скорость фильтрации подземных вод,м/сутки. Критическую длину пути определяют экспериментально путем проведения натурных опытных работ и лабораторных исследований или на основе специальных расчетов с учетом концентрации растворенных элементов, восстановительных и сорбционных свойств пород,размера ореола горизонта (ширина, мощность,объема остаточных растворов и др.), степени контрастности природных геохимических барьеров. Способ осуществляют следующим образом Перед проведением работ составляют расчетное обоснование, выбирают схему расположения сети технологических и наблюдательных скважин. С использованием специально разработанных компьютерных программ строят теоретическую модель геофильтрации, где определяют расчетное время нейтрализации остаточных растворов подземного выщелачивания. За пределами отработанной рудной залежи на расстоянии, определенном расчетным путем, в безрудных неизмененных породах сооружают систему специальных откачных, контрольных и наблюдательных скважин. Смещение линзы загрязненных вод в зону исходных пород осуществляют посредством откачки подземных пластовых вод через откачные скважины за пределами залежи и одновременно подают откачиваемую воду в переоборудованные бывшие закачные эксплутационные скважины. Для наблюдения за процессами нейтрализации и деминерализации растворов оборудуют наблюдательные скважины, в которых проводят гидрогеохимическое опробование остаточных растворов и каротажные геофизические исследования. Для наблюдения за распределением растворов в разрезе рудоносного горизонта из керна контрольных скважин извлекают поровые растворы и проводят анализы. Пример. В качестве примера осуществимости заявленного способа приведены результаты опытов,проведенных на одном из месторождений Сырдарьинской ураноносной провинции. На месторождении вне функционирующего полигона подземного скважинного выщелачивания (ПСВ) были оборудованы два одинаковых опытных участка, состоящие из двух закачных, одной откачнои и пяти наблюдательных скважин. Основные параметры участковплощадь, охваченной фильтрацией (по результатом математического моделирования геофильтрации) - 2860 м 2 средняя мощность горизонта -30 мкоэффициент фильтрации - около 7 м/сут.активная пористость пород - 0,25. В ходе опытов через закачные скважины в течение 42 суток подавали исходные технологические растворы подземного выщелачивания при одновременной откачке пластовой воды из откачной скважины объемом 6000 м 3. Химический состав,включая микрокомпоненты и радионуклиды, поданных в горизонт растворов представлен в таблице. После завершения закачки исходных растворов продолжали откачку пластовой воды из откачной скважины с возвратом ее в пласт через закачные скважины на участке 2 и без подачи на участке 1. 3 14699 Система наблюдательных скважин на опытных участках была организована таким образом, чтобы обеспечить контроль изменения минерализации в области фильтрации растворов, а также очертить положение контура, ограничивающего эту область,предварительно определенного математическим моделированием геофильтрации. Результаты опытов также вводились в модель, что позволило осуществить ее адаптацию и более полно исследовать развитие гидродинамической ситуации,миграцию компонентов растворов, а также гидрохимические изменения на участках. Результаты опытов показали, что на расстоянии 40-50 м от закачных скважин технологические пп Результаты опытов свидетельствуют о высокой эффективности способа не только с позиции ускорения очистки подземных вод от вредных компонентов, но и с экономической точки зрения. Затраты на его практическую реализацию складываются из расходов на сооружение откачных скважин,переоборудования закачных,реорганизацию сети наблюдательных скважин, а также на прокладку и обвязку трубопроводов и в структуре себестоимости конечного продукта предприятий подземного выщелачивания составляют не более 8-10. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ рекультивации подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов после 4 растворы практически полностью нейтрализовались и деминерализовались, т. е. произошла их полная трансформация в природные подземные воды, что проиллюстрировано в таблице. Из результатов опытов следует вывод о том, что наиболее интенсивно процесс очистки растворов протекает при одновременной закачке откачиваемых объемов воды в пласт и использование этого способа позволяет с высокими темпами восстановить качество подземных вод после завершения подземного выщелачивания до естественного состояния. Этот процесс происходит примерно в 1,5 раза быстрее, чем по прототипу. Концентрация, мг/л в откачном растворе по прототипу по заявленному способу 900 890 176 200 20 22 0,1 0,08 0,25 0,25 0,0001 не обнар. 0,02 0,016 0,005 0,006 0,03 0,028 0,1 0,1 не обнар. не обнар. 0,0005 0,0006 0,1 2,0 0,06 0,05 0,5 0,5 0,06 0,07 0,1 0,1 7,8 8,0 0,05 0,05 4-10-12 4-10-12 завершения добычи металлов подземным скважинным выщелачиванием,включающий сооружение откачных скважин на некотором расстоянии от отработанной рудной залежи в безрудных породах, откачку через них подземных пластовых вод, принудительное перемещение линзы остаточных растворов в область неизмененных техногенезом пород, отличающийся тем, что откачиваемую пластовую воду одновременно подают в переоборудованные бывшие закачные эксплуатационные скважины с противоположной стороны ореола остаточных растворов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время, необходимое для целенаправленной подачи пластовой воды в закачные скважины и полной нейтрализации остаточных растворов подземного 14699 выщелачивания до естественного природного состояния определяют из соотношения, сут., где кр - критическая длина пути реабилитации подземных вод с вредными компонентами до их естественного природного состояния, м ф - скорость фильтрации подземных вод, м/сут.