Выполнил студент
группы ТПУ-1-09
Агеев Иван
Методы
физико-химической геотехнологии добычи
полезных ископаемых
- Физико-химические методы геотехнологии (ФХМГ) - методы добычи, основанные на переводе полезного ископаемого в подвижное состояние посредством химических, тепловых, массообменных и гидродинамических процессов, осуществляемых на месте его залегания.
Физико-химические
методы геотехнологии
- 1. Разработка месторождений, как правило, ведется через скважины, которые служат для вскрытия, подготовки и добычи полезного ископаемого.
- 2. Месторождение - объект добычи полезного ископаемого и место его частичной переработки, так как технология добычи предусматривает избирательное извлечение.
- 3. Рудник состоит из трех основных элементов: блока приготовления рабочих агентов, добычного поля (рудное тело, где протекает процесс) и блока переработки продуктивных флюидов.
- 4. Инструментом добычи служат рабочие агенты (энергия или ее носители, вводимые в рабочую зону, например, химические растворы, электрический ток, вода-теплоноситель).
- 5. Под воздействием рабочих агентов полезное ископаемое изменяет агрегатное состояние, образуя продуктивные флюиды (раствор, расплав, газ, гидросмесь), которые обладают легкой подвижностью и начинают перемешаться.
- 6. Разработка месторождения зональна и перемещается во времени у добычных скважин, а сам метод определяет размеры и форму рабочей зоны в эксплуатируемой части месторождения.
- 7. Управление процессом добычи осуществляется с поверхности путем изменения параметров рабочих агентов (расход, температура, давление, концентрация и т.д.) и места их ввода в залежь и отбора продуктивных флюидов.
Сущность
методов ФХГ заключается в
переводе полезного ископаемого
в подвижное состояние. Эти методы
имеют следующие особенности.
- С точки зрения химической кинетики процесс растворения соли в жидкости можно рассматривать как гетерогенную реакцию, происходящую на границе раздела двух фаз (твердое тело - жидкость). Гетерогенная реакция растворения включает процессы: поступления растворителя к поверхности растворяемого вещества, взаимодействия растворителя и растворяемого вещества (межфазные процессы); удаления растворенного вещества от поверхности растворяемого вещества (диффузионный процесс).
Процесс
растворения
- При растворении всегда имеется перемещение жидкой фазы относительно твердой поверхности растворяемого вещества. Даже в случае отсутствия внешних причин, вызывающих движение жидкой фазы, происходит естественная конвекция жидкости, обусловленная тем, что плотность жидкой фазы неодинакова в разных точках внутри раствора. Независимо от характера движения жидкости у границы раздела фаз всегда существует пограничный слой, который оказывает сопротивление диффузии частиц растворимого вещества в массу раствора.
- При движении рабочих флюидов по рудному телу происходят реакции, при которых соединения полезных ископаемых переходят в растворимые формы, массообмен между рудным телом и рабочим агентом (растворение, физическая десорбция, ионная сорбция) и конвективную диффузию в порах и трещинах.
- Механизм процесса выщелачивания определяется, структурой и составом растворяемого минерала, характером химической связи в его кристаллической решетке, комплексом физико-химических свойств растворителя.
Процесс
выщелачивания
- - обменные реакции (обмен ионами), при которых происходит образование легкорастворимых соединений (взаимодействие окислов и солей металлов с кислотами);
- - окислительно-восстановительные реакции, при которых происходит образование легко растворимых соединений за счет передачи электронов от атомов выщелачивающего агента к атомам минерала или наоборот. Вещества, отдающие электроны, называются восстановителями, а принимающие — окислителями.
В основе
выщелачивания могут лежать:
- Процесс подземной выплавки серы представляет собой исключительно сложное явление, характеризуемое гидродинамическими процессами течения двух несмешивающихся жидкостей - горячей воды и жидкой серы в зоне плавления, вытеснением горячей водой холодной пластовой жидкости вне зоны плавления, процессами теплопереноса в пласте, наличием подвижных границ зон плавления, фазовым переходом твердой серы в жидкое состояние и др.
Подземная
выплавка серы
- Подземная газификация представляет собой термохимический процесс превращения угля в горючие газы, пригодные для энергетических или химико-технологических целей.
Подземная
газификация угля
- Скважинная гидротехнология (СГТ) является одной из физико-химических технологий, осуществляемых через скважины с помощью гидравлической энергии, используемой для разрушения горных пород в призабойной зоне, пульпоприготовления и выдачи разрушенного материала на поверхность.
- СГТ подразделяется на скважинную гидродобычу (СГД) полезных ископаемых и строительство и обустройство подземных выработок через скважины (СПВ).
Скважинная гидродобыча появилась как альтернатива традиционному открытому и подземному способу.
Скважинная
гидротехнология
- низкие капитальные вложения при отработке глубокозалегающих пластов
- возможность применения мобильного и автономного скважинного гидродобычного комплекса
- использование серийного технологического оборудования (буровые станки, насосы, компрессоры с электрическим и дизельным приводом)
- высокий уровень безопасности при производстве горных работ.
Основные
преимущества СГД
- 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.
Добыча
и использование тепла земли
- 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) и на поверхности для выработки из добытых теплоносителей электроэнергии или теплоснабжения в различных технологических процессах.
- Способы извлечения теплоносителя могут быть: фонтанный (самоизлив за счет упругой энергии), откачной (с различными насосами) и гидродинамический (нагнетание по другой скважине в коллектор отработанного теплоносителя).