Сыртқы диффузиялық режимнің заңдылықтары мен белгілері.

Сыртқы диффузияны екі түрге бөледі: молекулярлық (концентрациялық) және конвективтік.

Заттың молекулярлық диффузиясы қатты фаза беттігінде және ерітінді тереңінде зат концентрациясының айырмасының болуымен шартталады, және Фиктің бірінші заңымен анықталады: диффузия нәтижесінде жазық беттік арқылы өткен заттың мөлшері, беттік шамасына, диффузияның уақытына және беттікке перпендикуляр бағыттағы концентрация градиентіне про­порционал: (24)

мұндағы D - диффузия коэффициенті; S - аудан;

dC / dX - X өсі бағытындағы концентрация градиенті (X өсі беттікке перпендикуляр).

Диффузия коэффициенті концентра­ция градиенті бірге тең кезде уақыт бірлігінде 1 см² беттік арқылы диффузияланған берілген зат мөлшерін анықтайды. "Минус" белгісі диффузиялық ағынның концентрация мен концентра­ция градиентінің азаю жағына бағытталғанын көрсетеді – теріс шама. Атап айтсақ, теңдеудегі «минус» белгісі заттың концентрацияның кему бағытына ығысатынын көрсетеді.

Молекулярлық диффузия жылдамдығы, алдымен диффузиялық қабат қа-лыңдығымен анықталады, яғни ерітінді қабаты беттігіне жанасатын қалыңдықпен δ_Д, ол өз кезегінде ерітіндінің араласу жылдамдығына, оның тұтқырлығына, қатты фаза беттінің сипатына (кедір-бұдырлық), т.б. тәуелді.

Конвективтік диффузия заттың сұйық ағынмен тасымалдануымен байланысты. Конвективтік диффузияның жылдамдығы, бірінші кезекте қатты фазаға салыстырмалы сұйық ағыны қозғалысының жылдамдығымен анықталады, бұл да диффузиялық қабат қалыңдығына δ_Д тәуелді. Беттікке жақын жайғасқан сұйық қабаттарының жылдамдығы, одан алыс жайғасқандармен салыстырғанда төмен. Бұл кезде қабаттар жылдамдығының төмендеуі сұйық тұтқырлығы жоғары болған сайын және беттік бойлығымен өту жолы ұзақ болған сайын күштірек жүреді (тежелу жолы жоғары).

Нақты жүйелерде заттың ерітіндіден қатты дене беттігіне немесе керісінше тасымалдануы бірмезгілде өтетін екі процеспен шартталады:

1) молекулярлық диффузиямен, ол концентрация айырмасының (градиенттің) болуымен туындайды;

2) заттың сұйық ағынымен тасымалдануымен (конвективтік диф­фузиямен).

Процестің нақты жағдайларына тәуелді сыртқы диффузияның бірі басым бола алады, бірақ таза күйде кездеспейді. Эксперименттік анықталған процестің көріністі активтілік энергиясы аз, 10-20 кДж/моль артпайды.

Тау жыныстары мен пайдалы қазбалар сипаттамасы.

Тау жыныстары – геологиялық дербес дене түзейтін, жынысқұраушы минералдардың қандай да бір тобынан тұратын, әртүрлі минералдардың тұрақты нысаны. Пайда болу белгісі бойынша тау жыныстары: магматикалық, метаморфтық және шөгінді болып бөлінеді.

Тау-кен ортасының, жыныстардың және пайдалы қазбалардың қасиеттері Геотехнология тұрғысынан, бөліп алынатын пайдалы компоненттерді қозғалыстағы күйге келтіру (ерітінді, балқыма, қозғалысыты қоспалар) мүмкіндігін анықтау мақсатында тау кен ортаның қасиеттерін зерттеу қажеттігін білдік.

Геотехнологияда жеке алынған тау кен жынысын және пайдалы қазбаларды қарастыру мүмкін емес, тау кен ортаны зерттеу қажет.

Тау жынысының өткізгіштігі және оның сыныптамасы.

Тау жыныстарының өткізгіштіктері абсолюттік, тиімді және cалыстырмалы болып бөлінеді.

Біріншісі – атмосфералық қысымдағы үлгінің ауа өткізгіштік қабілетін сипаттайды. Түрлі сұйықтың өткізгішітігі әртүрлі және фазалық (немесе тиімді) өткізгіштік болады. Тиімді өткізгіштіктің абсолюттікке қатынасы – тау жынысының салыстырмалы өткізгіштігі. Жыныс өткізгіштігін анықтау үшін ішкі қысымды, температураны, сұйықтың физика-химиялық қасиеттерін (химиялық құрамы, минералдануы, тұтқырлығы, тығыздығы, т.б.) ескеру қажет.

Тау кенді ортаның, жыныстардың және пайдалы қазбалардың қасиеттері.

Тау кен жыныстарының гидравликалық қасиеттеріне сүзгіштігінен өзге, олардың суды сіңіру және ұстау – ылғалсыйымдылық, суды еркін ағу жолымен беруі – суберу, сумен әрекеттесуі кезінде байланысты, консистенцияны және беріктікті сақтауы – сутұрақтылық, капиллярлық күштер әсерімен ылғалды кеуектермен көтеруі – капиллярлық, көлемді арттыруы – ісіну, кебуі кезінде көлемді кішірейтуі – шөгу, сулау кезінде көлемді кішірейтуі – отыру (тұну), сұйықтармен молекулярлық әрекетке түсуі – сулану, өзінің беттігінде газдардан, булардан және сұйықтан әртүрлі заттарды шоғырландыруы – адсорбция, газдарды, буларды және сұйықты сіңіруі (жұтуы) – абсорбция, әртүрлі заттарға жабысуы – жабысқақтық сияқты қасиеттер жатады.

Пайдалы қазбалардың жылулық қасиеттері, тау кен жынысының белгілі бір температурада қаттыдан сұйық немесе газтәріздес фазаға өту қасиеттерін қолданатын, геотехнологиялық әдістер негізінде жатады. Физикалық сипатта болатын, фазалық түрленуге қабілеттілік балқу, булану, ұшыру (сублимация), кристалдану және конден­сатталудан тұрады.

Балқу – пайдалы қазбаның сұйық күйге өту қабілеттілігі. Ол балқу температурасымен сипатталады (дұрысы, тау кен массасының балқуының басталу температурасы мен оның сұйық күйге толығымен өтуімен анықталатын балқудың темпера­туралық интервалымен), балқудың меншікті жылуымен, яғни тау кен массасының бір бірлігін балқыту үшін қажетті жылу мөлшерімен.

Булану (бу түзілу) – пайдалы қазбаның қаттыдан немесе сұйық фазадан газтәріздіге өту қабілеттілігі. Сандық қатынаста бұл қасиет булану жылулығымен бағаланады (молекулалар арасындағы байланыс күшін үзуге және оларды беттіктен «жұлып алуға» жұмсалатын жылу мөлшері).

Сублимация – пайдалы қазбаның қатты күйден бірден газтәріздіге өту қабілеттілігі. Сандық қатынаста бұл қасиет сублимация жылулығымен бағаланады (атомдар мен мо­лекулалар арасындағы энергияның шамасымен).

Кристалдану – пайдалы қазбаның балқымадан, ерітіндіден немесе газдан кристалдар түзу және өсіру қабілеттілігі. Кристалдану бастапқы фазаның тепе-теңдігінің бұзылуы (аса қанығу немесе аса суу) нәтижесінде туындайды. Сандық қатынаста ол кристалдану дәрежесімен (ерітіндіден немесе балқымадан қатты фазаға бөлінетін зат мөлшерімен) және кристалдану температурасымен (қатты фазаның түзіле бастауына сәйкес келетін температурамен) сипатталады.

Конденсатталу – пайдалы қазбаның газтәрізді күйден қатты немесе сұйық күйге өту қабілеттілігі.

Одан өзге, тау жыныстарының жылулық қасиеттерін қолдануға негізделген технологиялық параметрлерді есептеу үшін, олардың жылуөткізгіштік (температуралар айырмашылығы болған кезде жылу энергиясын беру қабілеті, жылуөткізгіштік және конвекция коэф­фициентімен сипатталады), жылусыйымдылық, жылулық кеңею немесе сығылу (температураның өзгеруімен өз мөлшерін өзгерту қабілеті, көлемдік және сызықтық кеңею коэффициенттерімен сипатталады) сияқты қасиеттерін зерттеу қажет. Тау жынысына электрлік, магниттік және радиациялық өрістерді түсіру кезінде химиялық және физикалық процестердің қарқындауы туындайды. Зерттеулердің көптеген геофизикалық әдістері осы әрекетке негізделеді.

Электрлік қасиеттерге жататындар: электрөткізгіштік (меншікті электрөткізгіштікпен немесе меншікті электркедергісімен сипатталады), электрлік беріктік – электр кернеуінің бұзушы әрекеттеріне қарсы тұру қабілеті (өтетін кернеумен өлшенеді), полярлану – тау-кен жынысының қоршаған электр өрісімен әрекеттесу қабілеті.

Магниттік қасиеттерге жататындар: магниттік сезімталдық, қалдықты магниттелу.

Радиациялық қасиеттер: табиғи радио­активтілік (тау жынысының радиоактивті сәуле шығару қабілеті) және сіңіру қабілеті (α-, β- және γ-сәулелену, сонымен қатар нейтрондық сәулелену).

Аталған қасиеттерден өзге, механикалық қасиеттерді де зерттеу қажет.

Механикалық қасиеттерге жататындар: тиксотроптық, беріктік, қаттылық, бұзылу тұтқырлығы, серпімділік, илемділік, компрессиялық қабілеті, морттық.

Тау кен жынысы арқылы дыбыс толқыны өткен кездегі акустикалық қасиеттер: акустика өткізгіштікпен және акустика сіңіргіштікпен сипатталады. Одан өзге тау жынысы көлемдік және меншікті салмақпен, тығыздықпен сипатталады. Көлемдік салмақ – табиғи ылғалдықты тау кен жынысының бұзылмаған көлемінің салмағы.

Меншікті салмақ – ол қатты салмағының жыныс көлеміне қатынасы (кеуектік кеңістік көлемін есептемегендегі). Тығыздық ретінде тау кен жынысы бірлігінің массасы түсіндіріледі.

Тұнбаларды бөлудің флотациялық әдістері туралы.

Тұнбалар флотациясы – бұл әртүрлі типті тұнбалардың түзілуімен иондық бөлшектердің шоғырлану және олардың су дисперсиясымен араласқан ауа көбікшелерімен аласталу процесі. Металдар флотациямен олардың гидроксидтері, сульфидтері және кешенді қосылыстары нысанында бөлінеді. Сорбциялық-коллоидтық флотация ерітіндіден коллоидтық бөлшектерді флотациялық бөлуге арналған.

Ұнғылы жерасты шаймалауды әзірлеу жүйесінің сыныптамасы.

Ұнғылы жерасты шаймалауды әзірлеу жүйесі

1. Әзірлеудің қатарлы жүйелері (6 сурет):

– 300 м дейінгі тереңдіктегі кенді денелерді, тар жоспарлы (50 м дейін) өңдеуге арналған бірқатарлы;

– ендігі 50-150 м және 150 м жоғары кенді кенішті өңдеуге арналған көп қатарлы немесе көлденең жүйе;

– өте күрделі конфигурациялы кенді кенішті өңдеуге арналған көп қатарлы блокты.

а – бірқатарлы; б – көпқатарлы ұзына бойлықта;

в – көпқатарлы көлденең; г – блокты көпқатарлы

6 сурет – Өңдеудің қатарлы жүйелері

Ерекшеліктері:

• кенділігінің кез келген коэффициентімен кенді кенішті өңдеу мүмкіндігі;

• айналасында орналасқан бақылау скважиналары бойынша өнімді ерітіндінің пайда болуы тіркеледі, содан соң оны айдау (сору) басталады;

• алдымен ұнғыға жұмысшы ерітінді құйылады, мысалы, 15-20 тәулік ішінде, содан соң осы ұнғылардан 30-40 тәулік ішінде өнімді ерітінді сорылады.

2. 2. Өңдеудің қабатты жүйелері (7 сурет):

   0. – 300 м дейінгі тереңдіктегі кенді денелерді, тар жоспарлы (50 м дейін) өңдеуге арналған бірқатарлы, қабатты орналасумен біріктірілген ұңғылар;

   1. – 300 м дейінгі тереңдіктегі, ені 50 м жоғары, қуаты 15 м асатын кенді денелерді өңдеуге арналған квадратты, қабатты орналасумен біріктірілген;

   2. – ені 50 м жоғары, қуаты 10-15 м кенді денелерді өңдеуге арналған тікбұрышты, қабатты орналасумен біріктірілген ұнғылар.

Ерекшеліктері:

3. • кен мен жыныстардың сүзілу коэффициенттерінің үлкен айырмалары болған кезде қолданылады;

4. • сазды қыртыстар болған кезде және кеніштің көлемі (10-15 м дейін) аз болғанда тиімсіз.

а – ұнғылардың бірқатарлы біріккен жайғасуымен; б – ұнғылардың квадратты біріккен жайғасуымен; в – ұнғылардың тікбұрышты біріккен жайғасуымен

7 сурет – Әзірлеудің қабатты жүйелері

3. Әзірлеудің тікбұрышты жүйелері (8 сурет):

– ені 50-ден 200 м дейінгі кеніштерді өңдеуде ұнғылардың ұзына бойлы жайғасуымен;

– 200 м асатын кеніштерді өңдеуде ұнғылардың көлденең жайғасуымен;

– кен мен жыныстардың төменгі сүзілу коэффициенттерімен 5-6 м/тәу, енді кеніштерді (300 м жоғары) шеткі бөлімшелерін алға шығарып өңдеумен;

– кен мен жыныстардың жоғарғы сүзілу коэффициенттерімен, енді кеніштерді (300 м жоғары) орталық бөлімшелерін алға шығарып өңдеумен.

Ерекшеліктері:

• жалпы бір құюшы ұнғыға екі айдаушы келеді;

• барлық ұнғылар тікбұрыштардың, ромбылардың төбесінде (шыңында) жайғасқан.

– үшқырлы (төртұңғылы) айдаушы ұнғылардың құюшыға қатынас саны 1:1 төмен;

– төртқырлы (бесұңғылы) айдаушы ұнғылардың құюшыға қатынас саны 1:1 шамасында;

– алтықырлы (алтыұңғылы) айдаушы ұнғылардың құюшыға қатынас саны 1:2 жоғары;

– алтықырлы, қосымша құюшы ұнғылы (он үш ұңғылы) айдаушы ұнғылардың құюшыға қатынас саны 1:5 төмен емес.

Ерекшеліктері: жалпы бір айдаушы ұнғыға екі-үш және одан көп құюшыдан келеді.

5. Әзірлеудің барраждық жүйесі (10 сурет):

Ерекшелігі: барраждық жүйе ең басынан өнімді ерітінділердің кенді кеніштің шегінен шығуын шектеуге арналған – бұл кезде, арнайы барраждық ұңғыларды бұрғылау жолымен тік және көлденең барьерлер жасалады, онда цемент, гудрон, воск және т.б. негізінде қатаятын ерітінділер айдалады. Айдаудың бұл әдістері қазып алуды қымбаттатады және қазіргі кезде қолданылмайды десекте болады, ал бүркеніштер айдаушы ұңғылар қатарларымен немесе жеке құюшы және айдаушы ұңғылардың сулы бүркенішімен жасалады.