Глава 11. Конструирование основания для кучного выщелачивания (Клинт Страчан, Дирк Ван Зил)

11.1. ВВЕДЕНИЕ

В данном разделе представлены рекомендации по выбору и проектиро­ванию конструкции оснований и их защитных покрытий при осуществлении кучного выщелачивания. Необходимо обеспечить хороший фундамент и его низкую водопроводимость при невысокой стоимости. Вид защитного покрытия фундамента зависит от его назначения и требуемых характеристик, а также от наличия научных материалов.

Прочным и компактным является основание, покрытое материалом ти­па геомембраны. Применяются также и глиняные основания.

Рекомендуется рассматривать основание и защитное покрытие как сложную систему. Эта система построена в виде фундамента с «притертым» слоем» защитного покрытия, слоя для сбора инфильтратов и верхнего слоя, фундамент необходим как основание для остальных верхних слоев. "Притертый" слой предохраняет защитное покрытие от "острых кам­ней" из фундамента. Слой для сбора инфильтратов содержит хорошо водопроводящий материал и трубы, направленные в сборник.

Поверх защитного покрытия укладывается верхний слой (Ван Зил, Страчан, I986) для следующих целей:

- защита геомембран от ультрафиолетового излучения;

- ограничение испарений и растрескивания глинистого покрытия;

- сбор инфильтратов;

- защита покрытия от разрывов во время строительства штабеля.

Геомембранное покрытие требует другого фундамента и защиты нежели глинистое покрытие. Поэтому при экономической оценке нужно учиты­вать весь конкретный состав всей сложной системы основания. Покрытие бывает из уплотненной на месте глины, подготовленного грунта или геомембран. Под термином «геомембраны» понимают либо синтетические мембраны, либо полимерные мембраны, пластиковые пленки, гибкие мембран­ные пленки, водонепроницаемые мембраны, а также непроницаемый листовой материал (Яиро и Фроболь, 1983).

Обычно используют следующие виды оснований - по классификации Харпера, Лича и Teйпа (1987), как показано на рис. 11.1:

- однослойные основания, например, геомембрана на фундаменте глинистого песка;

- двойное основание, например, геомембрана на слое глины, или две геомембраны, разделенные водопроводящей коллекторной системой;

- тройное основание, например, две геомембраны, разделенные дренирующими слоями, на глиняном основании.

В следующих двух параграфах обсуждается выбор элементов основания. Затем рассматриваются конструкции этих элементов.

11.2. ВЫБОР ОСНОВАНИЯ

11.2.1. Факторы для выбора основания

Выбор типа основания зависит от условия его функционирования и характера раствора, как показано в табл. 11.1.

Обычно материал покрытия основания штабеля и материал покрытия дна бассейна соприкасаются с одним и тем же раствором. Однако вид этого материала, может быть различным (Табл.11.1.). Причина в том, что на основание воздействует не только общая нагрузка, но и местные перегрузки от оборудования при строительстве штабеля. На краю штабеля, в водосборных кюветах и бассейне защитное покрытие подвергается по­стоянной нагрузке на свои элементы. Поэтому здесь требуется более прочный материал (Табл.11.1.).

Сравнивая бассейн для хранения выщелачивающих растворов и для хранения сбросных растворов, можно утверждать, что в обоих случаях защитные покрытия должны быть разные из-за различия в составах

Рис. 11.1

Системы покрытий

(По Харперу, Личу и Тейпу, 1987г.)

жидкостей (Табл. 11.1.). Выщелачивающий раствор - это цианидный раствор с высоким значением рН, в то время как, сбросный раствор содержит органику, переменное количество химических примесей при низком значении рН. Защитное покрытие бассейна для выщелачивающих растворов работает в более узком диапазоне условий по сравнению с бассейном для сбросных растворов. Это учитывают при выборе материала покрытия.

11.2.2. Выбор материала для защитного покрытия

Для каждого элемента конструкции кучного выщелачивания покрытие выбирают индивидуально. Здесь основным материалом являются: геомембраны, грунт и специально обработанная почва (Табл. 11.2).

Факторы для выбора материала основания даны в табл.11.2. Для геомембран учитываются факторы: тип материала, материал основания и покрытия, способы укладки и соединения. Для грунтовых оснований рассматриваются состав грунта, способ возведения основания, защита от внешних воздействий.

В двойной системе основания сверху располагается синтетическое покрытие и внизу – грунтовый материал. Между ними находится песчаный или гравийный слой для сбора инфильтратов. Этот слой может быть также в виде спец. ткани - сетки. Ее водопроводимость не должна сильно меняться под нагрузкой штабеля руды. Такие же спец. ткани сетки используются для обнаружения утечек между синтетическими покрытиями на боковых склонах накопительных бассейнов (так как песчаные заполнители могут проскальзывать на синтетических пленках).

Таблица 11.1.

Рекомендации по выбору материалов

покрытий оснований для кучного выщелачивания

Область применения покрытия	Расширяемое основание (ПЕП)	Повторно используемое основание (ПИП)	Бассейны для сбросных растворов	Бассейны для выщелачив. растворов	Кюветы для сбора выщелачив. растворов
Тип раствора	Раствор цианида, высокий рН	Раствор цианида, высокий рН	Переменный	Раствор цианида, высокий рН	Раствор цианида, высокий рН
Физическая нагрузка	Вес штабеля	Загрузка штабеля и его уборка	Меняющийся уровень воды, уборка твердого	Меняющийся уровень воды	Движущиеся растворы
Воздействие внешних природных факторов	Воздействие атмосферы и света во время первоначального строительства	Внешние воздействия, когда поверхность основания свободна	Солнечный свет, ветер, температурн. перепады	Солнечный свет, ветер, температурные перепады	Солнечный свет, ветер, температурн. перепады
Основные требования	Приспосаблива- емость основания для возведения штабеля	Приспосабли- ваемость к загрузке и разгрузке руды	Стойкость к элементам, средняя нагрузка непромокаемость	Стойкость к элементам, внешним факторам, средняя нагрузка	Стойкость к элементам, внешним факторам и к движущемся растворам
Возможные варианты покрытий	Высокоплотный полиэтилен, гипалон, полихлорвинил, глина	Асфальт, защищенная синтетика, глина	Высокоплотный полиэтилен, гипалон, защищенная глина	Высокоплотный полиэтилен, гипалон, защищенная глина	Высокоплотный полиэтилен, гипалон, полихлорвинил, асфальт, бетон
Примечания	Слои закрыты после возведения штабеля	Должно обеспечивать рабочую поверхность для механизмов	Стойкость к элементам, средняя нагрузка, переменный химический состав	Стойкость к элементам, внешним факторам, максимизация извлечения	Стойкость к элементам, внешним факторам

Таблица 11.2.

Факторы, учитываемые при выборе материалов покрытия

оснований для кучного выщелачивания.

Варианты покрытий	Факторы, учитываемые при выборе материалов
Геомембранные покрытия: Полихлорвинил Гипалон Высокоплотный полиэтилен Асфальт/гидроасфальтбетон	1)Тип материала (толщина, прочность, долговечность). 2) Подстилающий (ниже лежащий) материал, а также материал лежащий сверху. 3) Методы укладки и стыкового соединения полос.
Грунтовые покрытия: Местные грунты Привозные грунты Смеси привозных и местных грунтов Смеси бентонитов Смеси с добавками	1) Доступные материалы. 2) Характеристика грунтов: - водопроводимость, - крупность зерен, - пластичность, - обрабатываемость, - химическая стойкость. 3) Конструктивные характеристики: - толщина покрытия, - приготовление/смешивание, - уплотнение, - минимизация полостей (пустот), - оптимизация влажности, - толщина «подэтажа» (заходки) - способ защиты (сохранения).

11.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ОСНОВАНИЙ И ПОКРЫТИЙ

Критериями для создания систем оснований и покрытий являются:

- Оптимизация процесса выщелачивания. Для этого необходимо непроницаемое основание против утечек. Материал основания должен быть неспособен химически реагировать с драгоценными металлами в обогащенном растворе.

- Соблюдение официальных требований безопасности. В основном это то же самое требование об отсутствии утечек. Только при таком условии дается разрешение начинать работы.

- Соблюдение требований к процессу: скорость выщелачивания, способ возведения штабеля и его высота, способ построения системы возобновляемого и «расширяемого» основания.

При конструкции нужно соблюдать ограничения: особенности местности, доступность нужных материалов, а также характеристики руды. Особенности местности диктуют выбор системы основания и конфигурацию штабеля. Топография, климат, почва, геология, грунтовые воды – много факторов влияет на выбор варианта конструкции штабеля.

Эта конструкция зависит также и от наличия нужных материалов. Например, если рядом есть глины, то основание удобно сделать из них. Наличие подходящих дренирующих материалов, земли для компактного уплотнения и других материалов учитывается при выборе варианта конструкции.

11.3.1. Утечка растворов.

Утечка растворов через защитное покрытие определяется по уравнению Дарси. На рис. 11.2. показано понижение высоты напора жидкости сквозь покрытие, а также формула Дарси для расчета утечки на единицу площади. Уравнение Дарси представляет поток при напорных условиях и невысоких скоростях, как сказано в трудах по подземным водам авторов Фриза и Черри (1979), и Макуортера и Санада (1977).

Утечка через единицу площади защитного покрытия, согласно Дарси, определяется как произведение градиента (через покрытие) на коэффициент водопроводимости материала. Градиент напора – это отношение изменения напора на покрытие к его толщине.

Согласно рис.11.2., утечку можно понизить уменьшением водопроводимости защитного покрытия или уменьшением высоты напора жидкости над покрытием. Она обычно невелика и постепенно уменьшается. Ее также можно уменьшить дренированием штабеля. Бассейн обычно имеет верхний уровень выше уровня покрытия. В этом случае утечку через покрытие можно снизить уменьшением его водопроводимости.

Утечка через геомембраны определяется как поток через повреждения в них (Жиро, 1984). Если геомембрана уложена на глиняное основание, то расчет утечки усложняется.

В ряде случаев, внизу штабеля материалы покрытия не "насижены" жидкостью, поэтому расчет утечки проводится по другой форму­ла (Макуортер и Нельсон, 1979; Макуортер, I985).

Здесь безнапорный коэффициент водопроводимости может быть значи­тельно меньше, чем напорный, но существенно зависит от содержания влаги в материале покрытия. Его свойство капиллярного всасывания зависит от содержания в нем влаги и определяет градиент потока через него даже в большей степени, чем уровень напора над покрытием.

11.3.2. Оседание основания

Под влиянием внешних сил происходит основание штабеля и нижележащего грунта. Особенно оседают мягкие грунты и материалы заполнители.

Чтобы снизить оседание следует выравнивать поверхность основания и уплотнять катками. Необходима соответствующая обработка всех неровностей и уплотнение при помощи специального оборудования.

Устойчивость наклонного штабеля.

Возможно, движение руды штабеля по наклонной поверхности защитного покрытия. Против этого применяют хорошее дренирование внутри штабеля, а также специальные меры для повышения сил среза или сопротивления трения материалов основания и грунта.

11.3.4. Атмосферное влияние

Защитные покрытия могут повреждаться под влиянием атмосферы: ультрафиолетовые лучи разрушают синтетику и ее лучше применять под штабелем или где нет прямого освещения. Испарение вызывает растрескивание грунтовых покрытий. Это следует учитывать при конструировании.

Требования по охране среды

В зависимости от места расположения предприятия требования по охране среды диктуют выбор защитного покрытия основания штабеля или бассейна. Агентства по охране среды могут предпочитать либо синтетические, либо грунтовые покрытия, либо двойные покрытия с системой обнаружения утечки.

11.4. ГЛИНЯНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

11.4.1. Общие положения

Грунтовые (глиняные) защитные покрытия представляют собой слои («этажи»), уплотненные до заданного содержания в них влаги и до заданной плотности, благодаря чему величина водопроводимости оказывается ниже требуемой (I0-6 или 10 -7 см/сек, то есть 1 или 0,1 фут/год).

Свойства защитного покрытия зависят от состава и характеристик материала; способа возведения, мероприятий по сохранению (табл.11.2).

Рис. 11.3(а)-иллюстрирует распределение по размерам частиц двух видов грунтов: 1) илистая глина, 2)глинистый песок. Обычно, чем мельче частицы, тем ниже водопроводимость, что наиболее желательно.

Рис 11.3.(б) иллюстрирует "гибкость" двух видов гpунтов: низкопластичной и высокопластичной глины (что определяется диаграммой пластичности). Чем выше предел "насыщаемости" влагой и показатель пластичности, тем ниже водопроводимость. Более желательна высокопластичная глина. Выбор материала зависит также и от конструкции основания и способа защиты от атмосферного воздействия (табл.11.2.). Сооружать основание из высокопластичной глины труднее, кроме того она подвержена усадке при высыхании, от чего ее нужно защищать.

Исследование таких геотехнических показателей как крупность частиц и пластичность позволяет косвенным путем оценить применимость материалов. Кроме того, необходимо непосредственно определить действительную водопроводимость. Для этого опубликованы методы в трудах Даниэла (1984), Дэя и Даниэла (1984), и Даниэла (1987). Рис.11.3 (с) иллюстрирует исследования водопроводимости образцов материалов при их разных величинах плотности. Водопроводимость уменьшается при уменьшении пористости (то есть при увеличении «сухой» плотности). Образцы с высокой пластичностью (или с тонкими частицами) имеют малую водопроводимость при каждом частном значении плотности, что предпочтительно при сооружении основания штабелей. Однако высокопластичные глины склонны к образованию комков из-за большой прочности в сухом виде и поэтому трудно уплотняются в однородный слой. Илистые глины образуют лучший материал для оснований, так как они легче уплотняются.

Уплотнение

Свойство уплотняемости грунтов хорошо описано в нескольких пособиях по геотехнике (например, Хольтц и Ковакс, 1981) опыты по уплотнению грунтов проводятся в лаборатории. Есть стандартные тесты, например, тест Проктора. Грунт уплотняют в металли­ческом стакане диаметром 100 мм и высотой 108 мм при помощи падающего молота. Кроме того, грунт уплотняют в трех одинаковых толщины сло­ях 25 ударами молота с высоты 500 мм. Результаты представляют в виде графической зависимости весового процента содержания воды в блоке от веса сухого блока. Такая типичная кривая уплотнения δ (рис.11.4.А) показывает, что сначала вес сухого блока увеличивается, при увеличении влажнеет. После достижения максимума вес сухого блока уменьшается. Такое поведение типично для всех грунтов кроме чистых песков.

Характер приведенной выше закономерности зависит от типа грунта к энергии уплотнения (то есть от веса используемого катка). Меньшее влияние оказывают другие факторы (способ уплотнения, харак­тер поверхности цилиндра). Главные факторы, влияющие на уплотнение следующие:

- Тип грунта. Увеличение содержания глины приводит к сдвигу "вправо" и уменьшению максимума кривой веса сухого блока. Для пылеватой глины пик кривой выражен ярче, чем для высокопластичной глины. Поэтому для первой происходят существенное изменение веса сухого блока при небольшом изменении содержания влаги.

- Энергия уплотнения. Ее увеличение сдвигает кривую "влево" и увеличивает максимум веса сухого блока.

Водопроводимость

Водопроводимость грунта зависит от содержания (после уплотнения) влаги и, следовательно, от веса сухого блока. На рис.11.4. В даны типичные результаты лабораторных испытаний. Подобные результаты приведены также у Хольтца и Ковакоа (1981) и у Минделла и Бойли (I984) Водопроводимость уменьшается на 2 порядка при небольшом увеличении

С. Взаимозависимость водопроводимости и пористости

Рис. 11.3.

Учет геотехнических характеристик

при выборе материалов оснований

содержания влаги. Наименьшая водопроводимость достигается в точке чуть "правее" пика кривой. Поэтому очень важно тщательно контролировать содержание влаги после компактирования и вес сухого блока, чтобы обеспечить низкую водопроводимость глиняного защитного покрытия.

Минералогический состав глины также влияет на водопроводимость. Однако этот состав можно регулировать только специальным конструированием на месте. Вообще водопроводимость монтмориллонитовой глины меньше, чем каолинитовой глины. В свою очередь, водопроводимость натриевого монтмориллонита меньше, чем кальциевого.

Возможные повреждения

Возможно непредвиденное увеличение водопроводимости основания сверх заданной величины, либо в точке, либо по площади.

Три основные причины возможных повреждений и увеличения водопроводимости:

- Неравномерная осадка (фундамента из-за местного растрескивания глиняного покрытия;

- Высыхание (обезвоживание) глиняного покрытия, вызывающее микротрещины;

- Геохимические реакции между защитным покрытием и выщелачивающим раствором.

Первый тип повреждения (неравномерная осадка) можно исключить тщательной подготовкой места, утрамбовыванием подпочвы перед закладной основания. Глина должна быть пластичной и выдерживать неравномерное смещение без растрескивания, особенно при влажности, соответствующей пику кривой, приведенной на рис.114 А. Однако большие смещения и деформа­ции до 0,3% могут вызвать растрескивание (Колдуэлл,1987).

Растрескивание глины от высушивания можно уменьшить путем

В. Водопроводимость

Примечание: График заимствован у Хольтца и Ковакса (1981)

Рис. 11.4.

Типовая взаимозависимость между «сухой» плотностью,

влажностью и водопроводимостью

стабилизации содержания влаги после Уплотнения. После сооружения основания необходимо его орошение водой против высушивания перед укладкой штабеля. Лучше всего покрыть глиняное основание чистым мелкозернистым песком (или хвостами обогащения) сразу после окончания строительства. Это покрытие должно быть не менее 15 см толщиной и надолго предотвратит высыхание основания.

Степень растрескивания при высыхании зависит также от минералоги­ческого состава глины. Бентонит разбухает, коробится и растрескивается при высыхании сильнее, чем каолинит. Но применение глины не застрахует полностью от растрескивания из-за высыхания, Лучше предотвратить высыхание посредством покрытия поверхности или сохранения ее влажности.

Повреждение основания из-за геохимических реакций можно предотвратить правильным подбором материала защитного покрытия. Это же относится к бассейнам для жидких хвостов (Гриффин и Шарп, 1978). Здесь поможет исследование геохимических реакций между выщелачивающим раствором и основанием, например, катионного обмена. Это выполняется обычно длительными опытами по увлажнению и измерения водопроводимости.

11.5. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБРАБОТАННЫХ ГРУНТОВ

11.5.1. Общие положения

В данном разделе описаны методы улучшения качества защитных покрытий из грунтовых материалов. Это методы использования глины, химических и других добавок.

11.5.2. Улучшение. грунтовых оснований при помощи глин

Местные грунты могут представлять собой или с тонкими песками, водопроводимость 5*10 -6 см/сек. Если добавить подходящую глину, то можно снизить водопроводимость до приемлемой величины. Например, можно использовать чистый бентонит в виде порошка. При этом уменьшается пористость и водопроводимость. К тому же происходит физико-химическое взаимодействие глины с инфильтратами. Благодаря некоторому расширению решетки каждой частицы глины хорошо заполняются поры материала. Необходимо выяснить процент глины, который нужно добавить для понижения водопроводимости. Добавление глины также изменяет уплотняемость грунтов. Поэтому необходимо лабораторное исследование свойств компактирования каждой смеси материалов, а также исследование их водопроводимости при заданном содержании влаги. Исследования свойств необходимы для подбора грунтов по спецификациям, нужным для возведения основания; кроме того, оценка водопроводимости должна проводиться при заданном содержании влаги и весе единичного сухого блока. Типичные результаты зависимости водопроводимости от содержания глины показаны на рис.115. Эта зависимость позволяет выбрать процент содержания глины для необходимой величины водопроводимости основания. Но кроме указанной зависимости нужно учитывать ряд дополнительных факторов (Смит и Гнерзерский, 1987; Уоллес, 1987).

Исследования водопроводимости (рис.11.4) приведены в идеальных лабораторных условиях. Навески глины равномерно перемешивались с грун­тов, и выдерживались при заданном содержании влаги перед уплотнением.

Такая подготовка может быть только в закрытом контейнере. В полевых условиях это осуществить трудно из-за различных препятствий (сложность равномерного перемешивания, испарение влаги, ограничение времени возведения основания и др.).

Особенно неоднородны используемые в полевых условиях грунты. Это обычно аллювиальные и флювиогляциальные отложения. Их неоднородность оценивается при лабораторных исследованиях. Для возведения основания можно использовать равномерные смеси подобных материалов.

При возведении оснований из грунтов с добавлением глин нужно тщательно контролировать:

- Количество добавляемой глины;

- Процесс смешивания; - Содержание влаги;

- Вес уплотнённого единичного блока.

Возможны два варианта добавления глины в грунт на месте возведения основания. Первый вариант - разбрасывание глины на грунт и затем перемешиванием грейдером, дисковой бороной или почворезом. Два последних перемешивают более равномерно. При этом лучше, если смесь сухая, так как предотвращается ее "комкование". После этого для уплотнения добавляется вода и происходит дальнейшее перемешивание.

Второй вариант - использование специальной установки для перемешивания глины. Смесь глины, влаги и грунта вывозится на место расположения штабеля КВ. Такой "порционный" режим работы дает материал более качественный, но более дорогой. Смесь можно укладывать бетоноукладчиком и затем уплотнять, тщательно уложенный слой.

Основание из химически обработанного грунта

Для химической стабилизации материала грунта применяются различные химикаты. Они же могут и уменьшить водопроводимость. Эти продукты добавляются в воду, идущую на обработку грунта перед уплотнением.

Обычно в качестве химических добавок используют SS-13 и Bic Cat 300.

Эффективность этих продуктов зависит от вида грунта и выщелачивающих растворов. Эффективность проверяется путем измерения водопроводимости обработанного материала.

Влияние добавки карбоната натрия на понижение водопроводимости грунта рассмотрено в трудах Горного бюро США (Аджей и Андрю, 1965). При такой добавке в низко дисперсные (мало-натриевые) глины их водопроводимость уменьшается в 3 раза. Однако возможны обратные ее изменения в результате нескольких циклов «сыро/сухо» или «мороз/оттаивание». Это может ограничить применимость карбоната натрия только для строительства второстепенных или временных оснований. Вторичные покрытия под гибкими мембранами или обработка основания под грунтовыми покрытиями могут быть осуществлены с применением карбоната натрия.

Требуемая дозировка химической добавки определяется лабораторными исследованиями, а часто и экономикой. Водопроводимость сначала быстро, а потом медленнее уменьшается при увеличении добавки. И в дальнейшем если затраты на добавку начинают опережать экономию от сокращения потерь растворов, то последующее увеличение затрат нецелесообразно (Ван Зил и Смит, 1986).

Типичное дозирование карбоната натрия – это 3 % весовых от веса сухого грунта. Добавка делается в водный раствор, идущий в процесс уплотнения.

Типичное дозирование нефтяной смолы SS-13 составляет в среднем 900 дм3/га из расчета на каждый пятнадцатисантиметровый слой («подэтаж»), но не меньше 600-800 дм 3. Средняя величина дозы определяется по лабораторным исследованиям, при этом стараются найти оптимум между стоимостью и уменьшением водопроводимости плюс резерв на непредвиденные обстоятельства. Здесь имеются в виду неполнота учета геотехнологических реакций, неоднородность состава грунтов и ожидаемые затруднения в управлении процессом дозирования и перемешивания химических добавок. Обычным пределом величины внесения добавок является 50 % добавок от всей массы материала. А минимум составляет 25 %.

Рис. 11.5

Типовая зависимость

между водопроводимостью и содержанием глины

Рис. 11.6. представляет график эффективности добавок нефтяной смолы и карбоната натрия с целью уменьшения водопроводимости. Отношение водопроводимостей материала до его обработки и после обра­ботки зависит от типа грунта. Эта зависимость не очень строгая, однако, пока единственная, которую можно получить из полевых данных. Необходимы дальнейшие лабораторные исследования для подбора матери­алов и надежных конструктивных решений, так как пока отсутствуют корреляционные зависимости между параметрами грунтов (такими как параметры Аттенберга, свойства уплотнения и др.) и эффективностью обработки грунтов.

Рис. 11.6.

Эффективность химической обработки в зависимости от классификации грунтов (Смит и Гиерзерский, 1987г.)

11.5.4. Толщина защитного покрытия из глины и обработанного грунта

Минимальная толщина покрытия задается официальной комиссией по охране среды. Кроме того, полная толщина определяется по конструктивным соображениям: способности нести на себе непрерывную мембрану нужной толщины, которая выдержит без разрывов нагрузку рудным штабелем. Увеличение толщины покрытия будет увеличивать время проникновения первых инфильтратов, но может не уменьшить существенно инфильтрацию на последующей стадии в режиме насыщения. Более эффективным (по стоимости) является уменьшение водопроводимости посредством дополнительного уплотнения и обработки.

Целостность покрытий зависит от ряда факторов: максимального размера частиц, подготовки нижнего основания, общего и максимального уклона, применяемого строительного оборудования, а также послестроительных мероприятий. Максимальный размер частиц материала покрытия влияет как на допустимую толщину каждого его слоя («подэтажа»), так и на общую необходимую толщину. Максимальная толщина каждого слоя (подэтажа) основания определяется эффективностью оборудования для уплотнения. Рекомендуется максимальная толщина 15 см. Количество слоев («подэтажей») рекомендуется: 2 для грунта без гравия и 3-4 при наличии гравия. Общая толщина должна быть не менее 30 см, за исключением второстепенных, временных или неответственных случаев возведения штабелей. Таблица 11.3 является практическим руководством по выбору толщины покрытия.

Таблица 11.3.

Выбор толщины покрытия (по Смиту и Гиерзерскому, 1987)

Размер 95 % частиц (дюймы)	Минимальная толщина покрытия (дюймы)	Необходимое количество слоев (подэтажей)
½	12	2
¾	12	3
1	12	3
1 ½	16	3
2	24	4
2	Не рекомендуется для ответственных оснований

11.6. ГЕОМЕМБРАННЫЕ ПОКРЫТИЯ

11.6.1. Общие положения

Применение синтетических пленок расширяется еще с 1940-х годов, появились новые разновидности, и снизилась стоимость. В устройствах кучного выщелачивания широко применяются покрытия из геомембран. Их типы даны в таблице 11.2.

Виды материалов

Главным ингредиентом геомембран являются органические полимеры: термопластики (т.е. полихлорвинил), кристаллические термопластики (т.е. высокоплотный полиэтилен), термопластические эластомеры (т.е. гипалон), а также эластомеры (т.е. бутиловая резина). Для механического усиления геомембран применяются тканые материалы, например, типа «скрим», в частности, для упрочнения Гипалона (Ван, Зил,1987). При кучном выщелачивании применяются, в основном, геомембраны, изготовленные способом экструзии или календрирование (когда листы изготовляются пропусканием нагретых полимерных компаундов через серию нагретых валков).

Существует много методов вальцовки, соединения листов:

метод с использованием тепла (электричество, горячий воздух, горячее заклинивание);

экструзионная сварка горячего материала;

- методы с применением вулканизированной или изоляционной ленты.

Геомембраны не реагируют с цианидами, что повышает долговечность оснований с геомембранами. Некоторые мембраны типа полихлорвинила теряют пластичность от ультрафиолетового излучения, и поэтому могут давать «утечку». Об этом нужно осведомиться у фирмы-изготовителя.

Первыми материалами для покрытия оснований штабелей был; полихлорвинил, в виде полос толщиной от 0,5 до 1,0 мм, соединяемых "сваркой" в растворителе. Их недостаток - неустойчивость к ультрафиолетовому излучению. Применять их можно только в закрытых местах.

В дальнейшем стили применять хлорсульфинированный полиэтилен. Этот материал содержит спец.ткань для увеличения сопротивления, на разрыв (название такой -пленки Гипалон). Полосы этого материала (толщиной 1,0 мм) соединяют «сваркой» в растворителе. Гипалон более устойчив к ультрафиолетовому излучение.

В последние годы стола применять высокоплотный полиэтилен. Полосы толщиной 0,5-2,5 мм соединяются в процессе горячей экструзионной сварки. Материал устойчив к ультрафиолету и не требует упрочняющей спец.ткани.

Кроме листовых или мембранных покрытий применяется напыляемые синтетические материалы. Также покрытия состоит из тканевого материала, поверх которого напыляется нефтепроизводный материал до нужной толщины. Получается полупластичное покрытие толщиной до 25 мм. Товарные названия этих покрытий: "Шеврон индастриал мембрана" и "Дирли оил компани линер".

Асфальт и гидроасфальтобетон также применяют как основание шта­беля, особенно для целей повторного использования. Такие основания порою выдерживают нагрузку от строительных механизмов. Хотя первоначальные затраты здесь выше, зато стоимость в расчете на тонну выщелачиваемой руды будет меньше, чем при других геомембранных покрытиях, особенно при повторном использовании.

Дополнительная информация о геомембранах рассмотрена Корнером (1986) и может быть получена у фирм-изготовителей.

11.6.3. Выбор геомембранного покрытия

При выборе геомембран учитывают следующие факторы:

- статическая и ударная нагрузки во время возведения и эксплуата­ции штабеля. Ударная нагрузка при возведении штабеля может быть значительной: движение механизмов, падение рудного материала и др. Нужно, чтобы покрытие не "пробивалось"; его защищают иногда геотекстилем (Ховатер, 1984; Жиро,1982), который, однако может проскальзывать по геомембране при наличии уклона;

- уклон поверхности, на которое размещается покрытие. Геомембраны, грунты, глины, руды имеют разные коэффициенты поверхностного тре­ния. При крутом уклоне могут быть проскальзывания и повреждения;

- влияние таких внешних факторов, как солнце, ветер, изменения температуры. Солнечное освещение нарушает пластичность, ветры могут приподнимать и разрушать покрытия. Колебания температуры вызывают удлинение и коробление геомембран. Мембраны выпускают в виде полос, которые разворачивают и соединяют на месте. Прочность соединения зависит от температуры и влажности. Bсe это учитывают при выборе геомембран;

- особенности конструкции, продолжительность строительства и время года. Геомембрана, уложенная летом, может коробиться зимой, значит, нужна компенсация. Может понадобиться дополнительное укрытие. При укладке в жаркое время могут возникнуть деформации мембран. А при низких температурах появится колебание. Значит, желателен материал с низким температурным коэффициентом;

- физические характеристики материалов, расположенных выше и ниже покрытия. Острые куски руды и фундамента могут "прокалывать" геомембрану. Поэтому лучше делать ее "толстой", нежели укрывать допол­нительно (Уэлш, 1987). Можно добавлять геотекстиль. Многие фирмы предпочитают укладывать более толстые мембраны (например, 1,5мм вместо 1,0 мм), лишь только потому, что они более просты в обраще­нии (не требуют особой тщательности проведения работ).

Выполняя указанные выше рекомендации, выбирают геомембраны достаточной надежности и минимальной стоимости.

11.6.4. Размещение геомембранного покрытия

Геомембраны нужны для уменьшения водопроводимости основания штабеля и, следовательно, для улучшения сбора выщелачивающего раствора. Это повысит экономичность процесса. Имеет значение забота об охране окружающей среды; хотя небольшие утечки цианида через геомембранн не очень опасны, однако в зависимости от местных условий могут быть случаи недопустимости таких утечек. Конструирование геомембран направлено на минимизацию утечек и улучшение сбора выщелачивания рас­творов (Ван Зил,1987).

Чтобы уменьшить водопроводимость основания штабеля, нужно пра­вильно подобрать чередование слоев геомембран и природных материалов. Рис.11.7 показывает схема размещения геомембран в одинарных, двойных и тройных покрытиях.

Одинарные покрытия использовались на ранних стадиях. Но они не имели "подстраховки" на случай утечки. Такие покрытия работают, когда штабель имеет один «этаж» и процесс выщелачивания длится недолго.

Двойные покрытия оснований обеспечивают «вторую линию защиты» виде глиняного или второго геомембранного слоя. Здесь возможно

с) тройные покрытия с геомембранами

Рис.11.7

Примеры поперечных сечений геомембранных покрытий

устраивать обнаружение утечки и слой вскрытия, но это не делается, если геомембрана «лежит» на глине. Двойная конструкция позволяет следить за утечкой через геомембрану и может снизить напор на нижний слой.

Глина под геомембраной помогает уменьшить потери от просачивания. После уплотнения грунты на месте имеют малую водопроводимость и могут служитъ здесь вторим покрытием. Какова же должна быть их водопроводимость? Она не должна превышать 10-6 см/сек в случае двойно­го покрытия.

Тройные покрытия применяются редко. Они позволяют обнаруживать и удалять инфильтраты из слоя между двумя геомембранами.

При сооружений покрытий применяются и другие синтетические материалы: геосетки и геотекстиль (рис.11.8.). Геосетки изготавливаются из полимерных материалов прессованием. Основным назначением их является дренаж и они могут заменить песок или гравий. Геотекстиль - это сшитые или сваренные полосы из полимерного волокна. Их основное назначение - амортизаторы для смягчения ударов острых частиц по геомембранам, а также дренирующие материалы. Их дренирующие свойства при вертикальном сдавливании снижаются, поэтому лучше применять геосетки.

11.6.5. Материалы фундамента и верхнего покрытия геомембраны

Выбор конкретных материалов геомембран зависит от материалов фундамента и верхнего покрытия, имеющихся на месте. Острые куски фундамента могут проколоть мембрану. К сожалению, редко можно найти на месте идеальные материалы, чем они грубее и острее, тем толще должна быть геомембрана во избежание прокола.

Идеальным материалом для фундамента является тонкий и средний песок. В некоторых местах могут найтись старые хвосты обогатительных фабрик. Если использовать материалы после дробления, то нужно проверить

Рис. 11.8.

Примеры использования геотекстиля и геосеток

вместе с геомембранами

твердость и остроту кусков. Иногда бывает дешевле увеличить толщину геомембраны, чем дробить частицы.

Заключение

Конструирование покрытий является составной частью возведения основания для кучного выщелачивания и должно учитывать имеющийся опыт. Выбор вида покрытия должен учитывать не только водопроводимость и стоимость, но и подверженность проколу, сопротивление срезу и прочность. Кроме того, при выборе покрытия играют большую роль конкретные требования к охране среды в данном месте.

Конструирование оснований не сводится к разработке чертежной документации. Нужно учесть множество факторов, в противном случае даже применение экстракачественных геотекстиля и глины не предотвратит выхода из строя всей системы.

Хотя способы проектирования основания очень важны, однако решающее значение имеет правильное возведение в реальных полевых условиях разработанной надежной конструкции.