Studie využití geomembrány Coletanche při loužení rudných hald

/autor: /
Loužení hald (perkolace) je průmyslový postup užívaný v těžebním průmyslu a používá se k získání takových vzácných kovů, jakými jsou měď, zinek, kobalt, nikl, zlato a jiné.
V Kazachstánu se technologie perkolace zlatonosných rud začala používat a šířit od roku 1990, měděných rud – od roku 2003.

V současné době se na území Kazachstánu za použití perkolace zpracovávají přibližně tři desítky středních a menších nalezišť zlatonosných rud. V provozu jsou též tři závody na zpracování měděných rud. Počet objektů používajících metodu perkolace se neustále zvyšuje, jelikož v Kazachstánu existuje nezbytná surovinová základna jak zlata, tak i mědi.

Postup perkolace zahrnuje: těžbu rudy, její úpravu (drcení, aglomeraci/spékání), vybudování prostranství a sypání haldy, přísun, sběr, uložení a zpracování roztoků.

Materiál, který se podrobuje perkolaci, může být různý – těžená ruda, odpadní haldy, rozdrobené zbytkové frakce. Většina perkolačních pracovišť, činných v současné době, zpracovává nově vytěženou rudu, získávanou z povrchových dolů.

Příprava materiálu k loužení je různá a závisí na typu rudy. Obvykle mají rudy vhodné k loužení formu okysličenou. Hlavní cíl přípravy rudy k perkolaci spočívá ve výběru materiálu takového rozměru, aby mohl být zajištěn kontakt roztoku s kovy, být propustný a pevný, takový, aby umožnil příslušnou rychlost jejího loužení. 

Projektování louhovací plošiny a haldy je závislé na takových faktorech jako jsou: typ rudy, mineralogie, vyluhovatelnost, reliéf terénu, jeho geotechnologické a hydrogeologické vlastnosti a klimatické podmínky.

Halda se vytváří různými způsoby: počínaje využitím grejdrů a konče zavážením pomocí nakladačů/vozíků a dopravníkových mechanizmů. Způsob vytváření haldy musí omezovat možnost zhutňování mezivrstev, vyloučit segregaci částic a také zajistit ochranu nepropustnými foliemi nebo vložkami. 

V současné době je v Kazachstánu postup přípravy a položení podkladu upraven platnými normativními dokumenty: kapitolami SNiP (stavebními normami a pravidly) pro projektování přehrad z půdních materiálů, projektování polygonů pro detoxikaci a ukládání toxických průmyslových odpadů, základů hydrotechnických, projektování a provozování polygonů pro pevný a komunální odpad, základů hydrotechnických staveb; pravidly pro výstavbu a přejímku prací v hydrotechnických, dopravních a energetických systémech.
Materiály používané pro hydroizolační podklady hald musí být odolné vůči chemickým reagentům a musí mít dostatečnou mechanickou pevnost při přepravě rudné hmoty automobilovými dopravními prostředky na hlady a při mechanizovaném planýrování [1].

V průběhu perkolace je nutné věnovat zvláštní pozornost velikému zatížení hydroizolační zóny (zvláště, kdy výška perkolace dosahuje několika metrů a specifická hmotnost je okolo 1,6 kg/dm3). Při takovémto zatížení se udílí velký význam typu materiálu pro podklady, způsobu ukládání a styku/spojení. 

Nejrozšířenější způsob uložení podkladu pro perkolaci v Kazachstánu předpokládá vykonání následujících prací:
  • srovnání terénu; 
  • uložení a zhutnění válcem obtížně filtrovatelných jílů/zemin (o tloušťce 0,3 – 0,5 m) ve dvou nebo třech vrstvách; 
  • položení hydroizolační polyetylenové nebo polyvinylchloridové folie (o tloušťce 1 až 2,5 mm);
  • položení ochranné a drenážní vrstvy;
  • položení rudy. 
Pro polyetylen o vysoké hustotě a lineární polyetylén o nízké hustotě, které tvoří tenké membrány je nutno použít výhradně jemnozrnný podklad. Toto však vždy nezabrání jeho proražení v průběhu přípravy a provozování haldy a proto v řadě podniků se v poslední době navrch folie pokládá také geotextilie.
V souvislosti s různorodostí materiálů používaných při perkolaci, byl proveden výzkum k prostudování možnosti použití asfaltové geomembrány Coletanche při postupu perkolace, jakožto možné alternativy k používaným materiálům.

Asfaltová geomembrána je syntetický hydroizolační materiál vyrobený z netkaných polyesterových geotextilních dlouhých vláken, která jsou plně propenetrována asfaltem, přidávána je ještě vložka z netkaných skelných vláken. Na vrchní líc je nanesen křemičitý písek kvůli zvýšení odolnosti vůči ultrafialovému záření. V dolní části je folie, která je odolná vůči prorůstání kořenů a která umožňuje zabránění prorůstání jakýchkoli kořenů skrz mezivrstvu. 

Díky dosti významné tloušťce a vytvořené geotextilní vrstvě je Coletanche mnohem odolnější k průrazu nežli jiné typy hydroizolačních geomembrán a tudíž klade nižší nároky na přípravu podkladu, aniž by nastalo nebezpečí poškození. Navíc, jelikož Coletanche je dosti odolná proti roztržení, hrozí této vrstvě menší nebezpečí mechanického poškození při dopravě a pokládce na místě výkonu prací. Lze upustit od použití ochranné a podkladové geotextilní vrstvy. Jelikož jsou mechanické vlastnosti zajišťovány integrovanou geotextilií a nikoli vrstvou pojiva, taková geomembrána je odolnější vůči případnému poškození, rýhám na povrchu. 
Ve výzkumném ústavu barevných kovů (Východním vědecko-výzkumném důlním a metalurgickém ústavu barevných kovů, Kazachstán) byla v posledních letech provedena řada zkoušek ohledně možnosti použití asfaltové geomembrány Coletanche při procesu perkolace okysličených měděných rud. Tyto membrány se dosti rozsáhle používají v perkolačních podnicích v Chile, Kanadě, Peru a v řadě jiných zemí. V Kazachstánu jsou tyto membrány ještě málo známé a zatím se pouze v řadě objektů plánuje jejich použití.

K provedení testů byla použita okysličená měděná ruda. Zatěžování se provádělo jak krátkodobě (dynamický režim), tak i dlouhodobě (statický režim). Krátkodobé zatížení se provádělo za použití laboratorního zkušebního hydraulického lisu MC-100 (obr. 1). Do zkušebního válce se pod membránu a nad membránu nasypala vrstva rudy o tloušťce 50 mm, pod membránu – drcená o max. rozměru mínus 10 mm, shora membrány – mínus 15 mm. 

o1.png
Obrázek 1 – Lis laboratorní zkušební hydraulický МС-100 
Velikost zatížení činila 5,1 – 17,0 kg/cm2 (30 – 100 m. v přepočtu na jmenovitou výšku haldy). Po odstranění zatížení byly na povrchu membrány pozorovány menší prohlubně, vytlačená místa od kousků rudy, která po odstranění zatížení postupně mizí, perforace membrány pozorována nebyla.

Dlouhodobé zatížení membrány rudou se provádělo na laboratorním zařízení (obr. 2). Pomocí pístu se na horní vrstvu rudy aplikoval tlak rovnající se 1,7 kg/cm2, což odpovídá zatížení vytvářenému haldou o výšce 10 m. Zatížení působilo nepřetržitě po dobu 20 dnů.

Po ukončení zkoušek byly pozorovány menší prohlubně, vytlačená místa od kousků rudy, která po odstranění zatížení zmizela v průběhu 4-6 hodin (obr. 3). Na základě výzkumů byly učiněny závěry o perspektivnosti a možnosti použití asfaltových geomembrán.

Zkoušky byly dále prováděny v rámci řady dalších projektů týkajících se výzkumu okysličených měděných rud na nalezištích Sakdrisskoje (Gruzie) a Aj (Kazachstán). 

o2.png
Obrázek 2 – Laboratorní zařízení                                      Obrázek 3 – Geomembrána po odstranění zatížení 
Při výzkumu rudy na nalezišti Sakdrisskoje bylo do výzkumu na pracovišti perkolace zapojeno zkušební a průmyslové zařízení VÚ barevných kovů (Obrázky 4-5). Hlavním cílem výzkumu bylo stanovení možnosti a optimálních parametrů loužení rudy. Při zkouškách se též provádělo testování asfaltové geomembrány – její odolnosti vůči perforaci kousky drcené rudy a odolnosti vůči kyselým roztokům s obsahem mědi. 
Ruda o velikosti mínus 100 mm byla louhována ve dvou perkolačních kolonách o průměru 0,5 m a výšce 5 m po dobu 3 měsíců roztokem kyseliny sírové o koncentraci 5-30 g/dm3. Ruda patří mezi rudy pevné/tuhé (Protoďjakonův koeficient pevnosti/tuhosti se rovná 19) a silně abrazivní.

Před uložením rudy byla na dno jedné kolony položena geomembrána Coletanche ES3 a na dno druhé kolony – membrána z HDPE (Polyetylén vysoké hustoty) o tloušťce 2,5 mm.

Po uplynutí louhovacího procesu a vyložení rudy byly membrány vyjmuty z kolon, opláchnuty vodou, prohlédnuty a vyfotografovány (obr. 6). Z výsledků prohlídky membrán bylo zjištěno, že na membráně Coletanche jsou vytlačená místa, ale nedošlo k žádné perforaci. U membrány z polyetylenu byla dvě perforovaná místa jdoucí naskrz. Při vizuální prohlídce nebyly ani na jedné membráně zjištěny stopy vzájemného chemického působení roztoku a membrány. Hmotnost membrány se v průběhu provádění zkoušek nezměnila. 
o3.png
Obrázek 4 – Velkoobjemové kolony zkušebního průmyslového zařízení VÚ barevných kovů pro provádění testů metodou louhování 

o4.png
Obrázek 5 – Extraktory směšovacího a sedimentačního typu zkušebního průmyslového zařízení VÚ barevných kovů 

o5.png
Obrázek 6 – Membrány po odstranění zátěže:
а – membrána z vysokohustotního polyetylenu, b – membrána Coletanche 
Zkoumání možnosti využití geomembrány Coletanche se provádělo též i při luhování rud z naleziště Aj (Kazachstán).

Na základě výsledků výzkumů bylo zjištěno, že asfaltové geomembrány Coletanche mají skutečně řadu předností před membránami jiného typu a mohou být používány pro přípravu základů pro haldy pro perkolaci – louhování hald – v souladu s doporučeními výrobce. 

Seznam literatury
1. Pravidla průmyslové bezpečnosti při zpracování rudných nalezišť způsoby podzemního vrtného a haldového louhování. Schváleno Příkazem Ministra energetiky a nerostných zdrojů Republiky Kazachstán z 6. března 2006 č. 79. 
2. Kasinskij S.Je. Geosyntetika materiály a technologie //Ekologie a průmysl Kazachstánu – 2006 – č. 2. – str. 78-80. 
3. Akimenko D.О. Vývoj technologie izolací při přípravě ploch pro haldové louhování / M.A. Paškevič, D.O. Akimenko // Záznamy Důlního výzkumného ústavu, t. 203 „Problémy racionálního využívání přírody“. SPb.: Důlní univerzita, – 2013. – str. 75-78;