Studie využití geomembrány Coletanche při loužení rudných hald

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. 

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). 

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. 

Obrázek 4 – Velkoobjemové kolony zkušebního průmyslového zařízení VÚ barevných kovů pro provádění testů metodou louhování 

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

Obrázek 6 – Membrány po odstranění zátěže:
а – membrána z vysokohustotního polyetylenu, b – membrána Coletanche