2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/PMI.2023.7 pmi-15835 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15835 Геотехнология и инженерная геология Geotechnical Engineering and Engineering Geology Comprehensive study of filtration properties of pelletized sandy clay ores and filtration modes in the heap leaching stack Комплексное изучение фильтрационных свойств окомкованных песчано-глинистых руд и режимов фильтрации в штабеле кучного выщелачивания Marinin Mikhail A. Маринин М. А. Marinin Mikhail A. marinin_ma@pers.spmi.ru 0000-0002-5575-9343 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) Karasev Maksim A. Карасев М. А. Karasev Maksim A. Karasev_MA@pers.spmi.ru 0000-0001-8939-0807 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) Pospehov Georgiy B. Поспехов Г. Б. Pospehov Georgiy B. pospehov@spmi.ru 0000-0001-9090-5150 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) Pomortseva Anastasia A. Поморцева А. А. Pomortseva Anastasia A. s185018@stud.spmi.ru 0000-0002-7911-7011 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) Kondakova Veronica N. Кондакова В. Н. Kondakova Veronica N. s185009@stud.spmi.ru 0000-0002-4883-7972 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) Sushkova Veronica I. Сушкова В. И. Sushkova Veronica I. s171560@stud.spmi.ru 0000-0003-4247-6499 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) 27 02 2023 2023 259 30 40 06 05 2022 17 11 2022 27 02 2023 © Mikhail A. Marinin, Maksim A. Karasev, Georgiy B. Pospehov, Anastasia A. Pomortseva, Veronica N. Kondakova, Veronica I. Sushkova 2023 М. А. Маринин, М. А. Карасев, Г. Б. Поспехов, А. А. Поморцева, В. Н. Кондакова, В. И. Сушкова Mikhail A. Marinin, Maksim A. Karasev, Georgiy B. Pospehov, Anastasia A. Pomortseva, Veronica N. Kondakova, Veronica I. Sushkova CC BY 4.0 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15835

Представлены результаты изучения факторов, определяющих формирование и изменение фильтрационных свойств штабеля кучного выщелачивания, сформированного из окомкованных бедных песчано-глинистых руд. Выполнен анализ методов исследования фильтрационных свойств рудного материала для разных этапов функционирования участков кучного выщелачивания. Опытно-фильтрационными работами установлено влияние процесса сегрегации при отсыпке штабеля на формирование зон с сильно отличающимися параметрами проницаемости руды. Показано построение и применение численной модели фильтрационных процессов в окомкованных рудах на основе лабораторных экспериментов. С помощью моделирования просачивания растворов при различной интенсивности орошения выполнены обоснования оптимальных параметров штабеля с точки зрения его геомеханической устойчивости и предупреждения подъема уровня растворов выше дренажного слоя.

There are the results of a study of the factors determining the formation and changes in the filtration properties of a heap leaching stack formed from pelletized poor sandy-clay ores. An analysis of methods of investigation of filtration properties of ore material for different stages of heap leaching plots functioning is carried out. Influence of segregation process during stack dumping on formation of zones with very different permeability parameters of ore has been established by experimental and filtration works. The construction and application of a numerical model of filtration processes in pelletized ores based on laboratory experiments is shown. By means of solution percolation simulation at different irrigation intensities the justification of optimal stack parameters is provided in terms of the geomechanical stability and prevention of solution level rise above the drainage layer.

 Ключевые слова кучное выщелачивание окомкованная руда просачивание фильтрация коэффициент фильтрации численное моделирование модель Keywords heap leaching pelletized ore percolation filtration filtration coefficient numerical modelling model Argimbaev K.R., Ligotsky D.N., Mironova K.V., Loginov E.V. Investigations on material composition of iron-containing tails of enrichment of combined mining and processing in kursk magnetic anomaly of Russia // International Journal of Engineering, Transactions. 2020. Vol. 33. Iss. 7. P. 1431-1439. DOI: 10.5829/IJE.2020.33.07A.31 Argimbaev K.R., Ligotsky D.N., Mironova K.V., Loginov E.V. Investigations on material composition of iron-containing tails of enrichment of combined mining and processing in kursk magnetic anomaly of Russia. International Journal of Engineering, Transactions. 2020. Vol. 33. Iss. 7, p. 1431-1439. DOI: 10.5829/IJE.2020.33.07A.31 Marinina O.A., Kirsanova N.Y., Nevskaya M.A. Circular economy models in industry developing a conceptual framework // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 24. P. 9376-9386. DOI: 10.3390/en15249376 Marinina O.A., Kirsanova N.Y., Nevskaya M.A. Circular economy models in industry developing a conceptual framework. Energies. 2022. Vol.15. Iss. 24, p. 9376-9386. DOI: 10.3390/en15249376 Бураков А.М., Касанов И.С. Обоснование методики оценки прогнозных ресурсов техногенных россыпей Якутии // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 9. С. 168-183. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0- 168-183 Burakov A.M., Kasanov I.S. Appraisal Procedure for Probable Resources of Mining-Generated Placers in Yakutia. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2019. N 9, p. 168-183 (in Russian). DOI: 10.25018/0236-1493-2019-09-0- 168-183 Брагин В.И., Харитонова М.Ю., Мацко Н.А. Вероятностный подход к оценке динамического бортового содержания // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 617-625. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.1 Bragin V.I., Kharitonova M.Y., Matsko N.A. A probabilistic approach to the dynamic cut-off grade assessment. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 251, p. 617-625. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.1 Fomin S.I., Ivanov V.V., Semenov A.S., Ovsyannikov M.P. Incremental open-pit mining of steeply dipping ore deposits // Asian Research Publishing Network Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020. Vol. 15. № 11. P. 1306-1311. Fomin S.I., Ivanov V.V., Semenov A.S., Ovsyannikov M.P. Incremental open-pit mining of steeply dipping ore deposits. Asian Research Publishing Network Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020. Vol. 15. N 11, p. 1306-1311. Argimbaev K.R., Yakubovskiy M.M., Ivanova M.A. Design justification of drainage and antifilter facilities of the tailings at various methods of their constructions // International Journal of Ecology and Development. 2015. Vol. 30. № 2. P. 76-85. Argimbaev K.R., Yakubovskiy M.M., Ivanova M.A. Design justification of drainage and antifilter facilities of the tailings at various methods of their constructions. International Journal of Ecology and Development. 2015. Vol. 30. N 2, p. 76-85. Petrova T.A., Rudzisha E., Alekseenko A.V. et al. Rehabilitation of Disturbed Lands with Industrial Wastewater Sludge // Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 3. № 376. DOI: 10.3390/MIN12030376 Petrova T.A., Rudzisha E., Alekseenko A.V. et al. Rehabilitation of Disturbed Lands with Industrial Wastewater Sludge. Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 3. N 376. DOI: 10.3390/MIN12030376 Шумилова Л.В., Хатькова А.Н., Черкасов В.Г. Альтернативные варианты подготовки техногенных отходов к выщелачиванию металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 3-2. С. 173-181. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_173 Shumilova L.V., Khatkova A.N., Cherkasov V.G. Alternative Preparation of Mining Waste for Metal Leaching. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021. N 3-2, p. 173-181 (in Russian). DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_173 Иваник С.А., Илюхин Д.А. Флотационное выделение элементарной серы из золотосодержащих кеков // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 202-208. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.202 Ivanik S.A., Ilyukhin D.A. Flotation extraction of elemental sulfur from gold-bearing cakes. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 242, p. 202-208. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.202 Александрова Т.Н., Николаева Н.В., Львов В.В., Ромашев А.О. Повышение эффективности переработки руд благородных металлов на основе моделирования технологических процессов // Обогащение руд. 2019. № 2. С. 8-13. DOI: 10.17580/or.2019.02.02 Aleksandrova T.N., Nikolaeva N.V., Lvov V.V., Romashev A.O. Ore processing efficiency improvements for precious metals based on process simulations. Obogashchenie rud. 2019. N 2, p. 8-13 (in Russian). DOI: 10.17580/or.2019.02.02 Thenepalli T., Chilakala R., Habte L. et al. A Brief Note on the Heap Leaching Technologies for the Recovery of Valuable Metals // Sustainability. 2019. Vol. 11. Iss. 12. № 3347. DOI: 10.390/SU11123347 Thenepalli T., Chilakala R., Habte L. et al. A Brief Note on the Heap Leaching Technologies for the Recovery of Valuable Metals. Sustainability. 2019. Vol. 11. Iss. 12. N 3347. DOI: 10.390/SU11123347 McBride D., Croft T.N., Cross M. et al. Optimization of a computational fluid dynamics model – Heap leach model and sensitivity analysis of process operation // Minerals Engineering. 2014. Vol. 63. P. 57-64. DOI: 10.1016/J.MINENG.2013.11.010 McBride D., Croft T.N., Cross M. et al. Optimization of a computational fluid dynamics model – Heap leach model and sensitivity analysis of process operation. Minerals Engineering. 2014. Vol. 63, p. 57-64. DOI: 10.1016/J.MINENG.2013.11.010 Van Genuchten M.Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils // Soil science society of America journal. 1980. Vol. 44. Iss. 5. P. 892-898. DOI: 10.3390/min11080851 Van Genuchten M.Th. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil science society of America journal. 1980. Vol. 44. Iss. 5, p. 892-898. DOI: 10.2136/SSSJ1980.03615995004400050002x Aleksandrova Т., Nikolaeva N., Afanasova A. et al. Selective Disintegration Justification Based on the Mineralogical and Technological Features of the Polymetallic Ores // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 8. № 851. DOI: 10.3390/min11080851 Aleksandrova Т., Nikolaeva N., Afanasova A. et al. Selective Disintegration Justification Based on the Mineralogical and Technological Features of the Polymetallic Ores. Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 8. N 851. DOI: 10.3390/min11080851 Татауров С.Б. Обоснование геотехнологических процессов кучного выщелачивания золота с криогенными преобразованиями минерального сырья: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб: Санкт-Петербургский горный университет, 2011. 41 с. Tataurov S.B. Justification of geotechnological processes of gold heap leaching with cryogenic transformation of mineral raw materials: Avtoref. dis. ... d-ra tekhn. nauk. St. Petersburg: Sankt Peterburgskii gornyi universitet, 2011, p. 41 (in Russian). Попов В.И., Каймонов М.В. Определение оптимальных параметров процесса выщелачивания в рудном штабеле при отрицательных температурах окружающей среды // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 24. С. 292-298. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-11-24-292-298 Popov V.I., Kaimonov M.V. Determination of the Optimal Parameters of the Process of Leaching In Stack of Ore with Negative Temperatures of the Environment. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017. N 24, p. 292-298 (in Russian). DOI: 10.25018/0236-1493-2017-11-24-292-298 Leahy M.J., Davidson M.R., Schwarz M.P. A model for heap bioleaching of chalcocite with heat balance: Bacterial tempera-ture dependence // Minerals. Engineering. 2005. Vol. 18. Iss. 1. P. 1239-1252. DOI: 10.1016/j.hydromet.2006.07.004 Leahy M.J., Davidson M.R., Schwarz M.P. A model for heap bioleaching of chalcocite with heat balance: Bacterial tempera-ture dependence. Minerals. Engineering. 2005. Vol. 18. Iss. 1, p. 1239-1252. DOI: 10.1016/j.hydromet.2006.07.004 Татауров С.Б. Исследования изменчивости технологических свойств золотосодержащего сырья в условиях криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 8. С. 45-50. Tataurov S.B. Study of variability of technological properties of gold-bearing raw materials in conditions of cryolithozone. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2008. N 8, p. 45-50 (in Russian).. Pacheco P.G.M., Purizaga M., Huertas J., Romanel C. Flow analysis and dynamic slope stability in a copper ore heap leach // 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering 64th Canadian Geotechnical Conference, 2-6 October, 2011, Toronto, Ontario, Canada. SIMSG, 2011. P. 1-7. Pacheco P.G.M., Purizaga M., Huertas J., Romanel C. Flow analysis and dynamic slope stability in a copper ore heap leach. 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering 64th Canadian Geotechnical Conference, 2-6 October, 2011, Toronto, Ontario, Canada. SIMSG, 2011, p. 1-7. Лушников Я.В., Багазеев В.К. Определение физико-механических свойств окатышей при формировании штабеля кучного выщелачивания // Известия вузов. Горный журнал. 2013. № 8. С. 124-127. Lushnikov Ya.V., Bagazeev V.K. Definition of Physical and Mechanical Properties of Ore Pellets When Forming A Stack of Heap Leaching. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal. 2013. N 8, p. 124-127 (in Russian). Кутепов Ю.И., Кутепова Н.А. Методология инженерно-геологического изучения гидрогеомеханических процессов в техногенно-нарушенных массивах при разработке МПИ // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 8. С. 123-131. Kutepov Yu.I., Kutepova N.A. Methodology of Engineering Geological Study of Geotechnical Processes within Technogenically Disturbed Rockmass at Exploitation of Mineral Deposits. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2014. N 8, p. 123-131 (in Russian). Xiuxiu Miao, Narsilio G.A., Aixiang Wu, Baohua Yang. 3D dual pore-system leaching model. Part 1: Study on fluid flow // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 167. P. 173-182. DOI: 10.1016/J.HYDROMET.2016.11.015 Xiuxiu Miao, Narsilio G.A., Aixiang Wu, Baohua Yang. 3D dual pore-system leaching model. Part 1: Study on fluid flow. Hydrometallurgy. 2017. Vol. 167, p. 173-182. DOI: 10.1016/J.HYDROMET.2016.11.015 McBride D., Gebhardt J.E., Croft T.N., Cross M. Modeling the hydrodynamics of heap leaching in sub-zero temperatures // Minerals Engineering. 2016. Vol. 90. P. 77-88. DOI: 10.1016/J.MINENG.2015.11.005 McBride D., Gebhardt J.E., Croft T.N., Cross M. Modeling the hydrodynamics of heap leaching in sub-zero temperatures. Minerals Engineering. 2016. Vol. 90, p. 77-88. DOI: 10.1016/J. MINENG.2015.11.005 McBride D., Cross M., Gebhardt J.E. Heap leach modeling employing CFD technology: A «process» heap model // Minerals Engineering. 2012. Vol. 33. P. 72-79. DOI: 10.1016/J.MINENG.2011.10.003 McBride D., Cross M., Gebhardt J.E. Heap leach modeling employing CFD technology: A “process” heap model. Minerals Engineering. 2012. Vol. 33, p. 72-79. DOI: 10.1016/J. MINENG.2011.10.003 Бойцов В.Е., Пилипенко Г.Н., Дорожкина Л.А. Модель формирования комплексных золотоурановых месторождений Центрально-Алданского рудного района // Известия вузов. Геология и разведка. 2006. № 2. С. 23-31. Boitsov V.E., Pilipenko G.N., Dorozhkina L.A. Model of formation of complex gold-uranium deposits of the Central Aldan ore district. Izvestiya vuzov. Geologiya i razvedka. 2006. N 2, p. 23-31 (in Russian). Cariaga E., Concha F., Sepúlveda M. Flow through porous media with applications to heap leaching of copper ores // Chemical Engineering Journal. 2005. Vol. 111. Iss. 2-3. P. 151-165. DOI: 10.1016/MIN.2005.02.019 Cariaga E., Concha F., Sepúlveda M. Flow through porous media with applications to heap leaching of copper ores. Chemical Engineering Journal. 2005. Vol. 111. Iss. 2-3, p. 151-165. DOI: 10.1016/MIN.2005.02.019 McBride D., Gebhardt J., Croft N., Cross M. Heap Leaching: Modelling and Forecasting Using CFD Technology // Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 1. № 9. DOI: 10.3390/MIN8010009 McBride D., Gebhardt J., Croft N., Cross M. Heap Leaching: Modelling and Forecasting Using CFD Technology. Minerals. 2018. Vol. 8. Iss. 1. N 9. DOI: 10.3390/MIN8010009 Ковлеков И.И., Шерстов В.А., Варлаков П.С., Дмитриев А.А. Опыт кучного выщелачивания руд в Якутии // Наука и образование. 2005. № 1. С. 21-24. Kovlekov I.I., Sherstov V.A., Varlakov P.S., Dmitriev A.A. Experience of heap leaching of ores in Yakutia. Nauka i obrazovanie. 2005. N 1, p. 21-24 (in Russian). Молчанов А.В., Терехов А.В., Шатов В.В. и др. Золоторудные районы и узлы Алдано-Становой металлогенической провинции // Региональная геология и металлогения. 2017. № 17. С. 93-111. Molchanov A.V., Terekhov A.V., Shatov V.V. et al. Gold Ore Districts and Ore Clusters of the Aldanian Metallogenic Province. Regional Geology and Metallogeny. 2017. N 17, p. 93-111 (in Russian). Tatarinov A.P., Dementyev V.Y., Tsykunova G.V. Development and introduction of heap leaching // 26th International Mineral Processing Congress: Innovative Processing for Sustainable Growth, 24-28 September 2012, New Delhi, India. IMPC, 2012. P. 5539-5542. Tatarinov A.P., Dementyev V.Y., Tsykunova G.V. Development and introduction of heap leaching. 26th International Mineral Processing Congress: Innovative Processing for Sustainable Growth, 24-28 September 2012, New Delhi, India. IMPC, 2012, p. 5539-5542. Федотов П.К., Сенченко А.Е., Федотов К.В., Бурдонов А.Е. Исследования обогатимости сульфидных и окисленных руд золоторудных месторождений Алданского щита // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 218-227. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.218 Fedotov P.K., Senchenko A.E., Fedotov K.V., Burdonov A.E. Studies of enrichment of sulfide and oxidized ores of gold deposits of the Aldan shield. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 242, p. 218-227. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.218 Дементьев В.Е., Татаринов А.П., Гудков С.С. Основные аспекты технологии кучного выщелачивания золотосодержащего сырья // Горный журнал. 2001. № 5. С. 53-55. Dementev V.E., Tatarinov A.P., Gudkov S.S. Main aspects of heap leaching technology for gold-bearing raw materials. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2001. N 5, p. С. 53-55 (in Russian). Дементьев В.Е., Дружина Г.Я., Минеев Г.Г. Кучное выщелачивание золотосодержащего сырья // Известия вузов. Горный журнал. 2000. № 2. С.74-78. Dementev V.E., Druzhina G.Ya., Mineev G.G. Кучное выщелачивание золотосодержащего сырья. Izvestiya vuzov. Gornyi zhurnal. 2000. N 2, p. 74-78 (in Russian). Robertson S.W., Van Staden P.J., Cherkaev A., Petersen J. Properties governing the flow of solution through crushed ore for heap leaching // Hydrometallurgy. 2022. Vol. 208. № 105811. DOI: 10.10165/J.HYDROMET.2021.105811 Robertson S.W., van Staden P.J., Cherkaev A., Petersen J. Properties governing the flow of solution through crushed ore for heap leaching. Hydrometallurgy. 2022. Vol. 208. N 105811. DOI: 10.10165/J.HYDROMET.2021.105811 Mostaghimi P., Tollit B.S., Neethling S.J. et al. A control volume finite element method for adaptive mesh simulation of flow in heap leaching // Journal of Engineering Mathematics. 2014. Vol. 87. P. 111-121. DOI: 10.1007/S10665-013-9672-3 Mostaghimi P., Tollit B.S., Neethling S.J. et al. A control volume finite element method for adaptive mesh simulation of flow in heap leaching. Journal of Engineering Mathematics. 2014. Vol. 87, p. 111-121. DOI: 10.1007/S10665-013-9672-3 Татауров С.Б., Шестернев Д.М., Мязин В.П., Черепанов А.Н. Изменение коэффициентов фильтрации и гранулометрического состава золотосодержащей окомкованной суглинистой руды в период строительства и водонасыщения штабеля кучного выщелачивания // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 12. С. 286-294. Tataurov S.B., Shesternev D.M., Myazin V.P., Cherepanov A.N. Changes in filtration coefficients and granulometric composition of gold-bearing pelletized loamy ore during construction and water saturation of heap leach stack. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2006. N 12, p. 286-294 (in Russian).