Применение экологически чистых технологий при подземном выщелачивании природных руд

За прошедшие годы было отработано множество технологических схем вскрытия и отработки уранового оруденения. Основным способом добычи урана, используемым на гидрогенных месторождениях, предназначенных к несцементированным осадочным породам, слагающим артезианские бассейны, стал способ сернокислотного выщелачивания. Реагентом, используемым в качестве растворителя, служит серная кислота в концентрации 25 г/л (остаточная концентрация в продуктивных растворах составляет 1,5 - 3,0 г/л), а преобладающей формой нахождения урана является трисульфатный комплекс уранала.

Кислотный способ выщелачивания позволяет достичь высоких технологических показателей, но обладает рядом существенных недостатков:

1. Используемые растворы характеризуются высокой агрессивностью, что приводит к растворению помимо урана и компонентов руды и вмещающих пород.

2. Рудозмещающие отложения склонны к проявлению химической и газовой кольматации снижающей проницаемость руд и интенсивность процесса выщелачивания.

3. Конструкционные материалы (нержавеющая сталь) имеет высокую стоимость.

4. Пластовые воды в значительной степени загрязняются продуктами выщелачивания.

В качестве альтернативного способа выщелачивания разработана так называемая мини реагентная технологическая схема, основанная на результатах опытных и опытно-промышленных работ, проведенных на рудных запасах с относительно высоким содержанием карбонатов до 1,8 - 2 %. В схеме используют рабочие растворы серной кислоты с концентрацией 0,08-0,15 г/л, насыщенные кислородом воздуха в количестве до 0,05 - 0,07 г/л.

Продуктивные растворы имеют слабощелочную реакцию (рН = 7,6 - 8,0), эффект кольматации практически не отличается, минерализация пластовых вод повышается на 8-12 %. Из этого следует, что влияние на состав пластовых вод и рудовмещающих отложений при использовании миниреагентную производственной схемы сведено к минимуму (таблица 1).

Таблица 1

Изменение концентрации (мг/л) микроэлементов при использовании миниреагентной схемы подземного выщелачивания.

* - для технической воды

Преимущества полного перехода на миниреагентную технологическую схему сводится к следующему:

1. Стабильная работа геотехнологических скважин (отсутствие кольматации) позволяет сокращать объемы ремонтно-восстановительных работ и эксплуатационных прокачек, а также увеличить коэффициент использования скважин и оборудования.

2. Повышенная гидродинамика в контуре эксплуатационной ячейки дает возможность разрежить сеть геотехнологических скважин и значительно сократить объем горно-подготовительных работ при освоении месторождения в целом.

3. Расход серной кислоты на добычу сокращен в 25-27 раз.

4. Значительно снизилось потребления материалов, а также оборудования, выполняемого из коррозионностойкой стали, увеличился срок использования оборудования.

Наиболее весомое различие сернокислотного и миниреагентного выщелачивания проявляется 'при. анализе их влияния на окружающую среду. Это, прежде всего, загрязнение поверхности грунтов и пластовых подземных вод.

Основу загрязнения поверхности грунтов добычных участков составляет: проливы растворов, вызванные разгерметизацией трубопроводов, переливы, возникающие при снижении рабочей вместимости закачных скважин; переливы растворов в ходе ведения РВР.

Применение миниреагентной технологии значительно снижает число аварийных ситуаций и объемов РВР, необходимых для стабилизации процесса добычи. Низкое содержание элементов - загрязнителей также способствуют минимизации загрязнения почв.

Пластовые подземные воды продуктивного горизонта по своему хозяйственному назначению в зависимости от общей минерализации разделяются на четыре группы:

· для питьевого водоснабжения (до 1 г/л);

· для мелиоративных целей (от 1 до 3 г/л);

· для водопоя скота (до 5 г/л);

· непригодные для хозяйственных целей (выше 5 г/л).

Загрязнение пластовых вод определяется растеканием растворов за контуры работающих блоков (сернокислотное выщелачивание – до 50-100 м миниреагентное выщелачивание – до 30-50 м), которое локализуется устойчивой депрессионной воронкой по рядам откачных скважин.

Остальные компоненты, в том числе и радионуклиды, распространены в пределах сульфатного ореола, по развитию которого можно характеризовать общее загрязнение водоносных горизонтов. Общая минерализация (степень загрязнения) определяется исходной концентрацией рабочих растворов, а снижение содержания загрязняющих элементов обусловлено химическим взаимодействием растворов и отложений, слагающий рудовмещающий горизонт.

В США в промышленных масштабах изучалась возможность восстановления химического состава пластовых вод после проведения подземного выщелачивания как сернокислотными, так и карбонатными и бикарбонатными растворами. За период выщелачивания величина рН в растворах изменилась с 6,3 до 1,4, концентрации сульфат-иона с 1,8- 1,9 до 7,0-8,0; ванадия – от 0 до 0,75 г/л, урана с 0,1-0,4 до 40-50 мг/л.

Процесс восстановления химического состава пластовых вод включал операции нейтрализации растворов известью, предварительного фильтрования и обратного осмоса.

В течение года удалось привести концентрации большинства компонентов, в том числе U, V, Fе, Sе, Аs, сульфата-иона, а также величину рН к исходным значениям, для чего потребовалось осуществить замену более 100 объемов растворов. И вместе с тем, последующие исследования показали наличие загрязненных зон.

Степень загрязнения недр при использовании миниреагентного выщелачивания вполне сопоставима с результатами технологического восстановления состава пластовых вод, полученных в США.

Очевидно, что применение миниреагентного выщелачивания при отработке урановых месторождений не только экономически выгодно, но и в значительной степени снижает негативное воздействие на окружающую среду.