Геотехнологическое поле ПСВ

Технология ПСВ.

Традиционный способ добычи заключается в извлечении руды из недр, ее дроблении и обработке для получения искомых минералов. В технологии подземного скважинного выщелачивания (ПСВ), также известного как добыча растворением, руда остается на месте залегания, и через нее прокачиваются жидкости для выщелачивания минералов из руды. Следовательно, почвенный покров почти не нарушается, не образуется хвостов и пустой породы. Однако рудное тело должно быть проницаемым для используемых жидкостей и иметь такое расположение, чтобы жидкости не загрязняли удаленные от рудного тела грунтовые воды.

Технология подземного выщелачивания разрабатывалась независимо в СССР и США в середине 1970-х годов. Метод был предназначен для извлечения урана из типичных месторождений роллового типа (подвид урановых месторождений песчаникового типа), расположенных в водонасыщенных проницаемых породах, в которых нельзя было использовать обычные способы добычи. В обеих странах метод ПСВ разрабатывался на основе схожих инженерных и технологических подходов. Однако в Советском Союзе использовали кислотное выщелачивание, а в США — щелочные системы (в основном на основе карбонатов). Выбор технологии зависит от геологии месторождения и гидрогеологических условий. При наличии в рудной зоне значительного количества кальция должно применяться щелочное (карбонатное) выщелачивание.

Технология ПСВ на сегодняшний день хорошо развита и является контролируемым, безопасным и экологически приемлемым методом добычи, который можно применять даже при самых строгих нормативах охраны окружающей среды и который часто имеет экономические преимущества.

Геотехнологическое поле ПСВ

Рудник состоит из геотехнологических полей (полигонов), которые создаются над рудным телом по мере исчерпания урана из участков рудного тела в результате выщелачивания. Геотехнологические поля обычно имеют форму шестиугольника, а иногда — параллельных линейных рядов. В шестиугольной сетке, например, на руднике «Акдала», расстояние между закачными и откачными скважинами составляет 45—50 м. В линейной схеме расстояние между рядами — 60 м, а между скважинами в каждом ряду — 30 м.

Вокруг каждой зоны оруденения пробуривается группа наблюдательных скважин для отслеживания движения растворов за пределы района разработки. Скважины обсаживаются, чтобы жидкости текли только в рудную зону и из нее, не затрагивая вышележащих водоносных горизонтов. Перед использованием скважины опрессовываются.

При добыче урана в Казахстане и Австралии используется кислотное выщелачивание из дробленой руды, а в других странах, как правило, применяют щелочные выщелачиватели, напр., соединение двууглекислого натрия и двуокиси углерода. На рудниках «Беверли» и «Ханимун» в Южной Австралии применяется кислотное выщелачивание слабой серной кислотой с кислородом. Выщелачивающий раствор имеет уровень pH 2,5—3,0 (примерно как у уксуса).

На руднике «Акдала» в Казахстане период эксплуатации отдельной сетки скважин ПСВ обычно составляет от 3 до 5 лет. Бóльшая часть урана извлекается в течение первых 6 месяцев эксплуатации. На самых успешных рудниках добывается 70—90 % руды.

Переработка урана

В грунтовую воду, откачанную погружными насосами из вмещающей водоносной породы, добавляются комплексообразующие реагенты (кислые или щелочные) и окисляющий компонент (перекись водорода или кислород), после чего этот раствор закачивается в геотехнологическое поле. Проходя через руду, выщелачивающий раствор окисляет и растворяет урановые минералы.

Для некоторых руд, особенно при добыче методом ПСВ в США, используют карбонатное выщелачивание для получения растворимых ионов трикарбоната уранила, которые затем можно осаждать щелочью, напр. диуранатом натрия или магния. В Казахстане, Австралии и Канаде на сегодняшний день щелочное выщелачивание или щелочная обработка руды не применяется.

Продуктивный раствор из добывающих скважин поступает на перерабатывающую установку, где уран выделяется с помощью либо ионообменных смол, либо жидкостного ионного обмена, также известного как жидкостная экстракция. Выбор между ионным обменом и экстракцией в основном определяется уровнем минерализации грунтовой воды. При высокой минерализации, как на руднике «Ханимун» (17-20 000 ppm), предпочтительна экстракция, в то время как ионный обмен наиболее эффективен при содержании хлоридов менее 3 000 ppm, как на казахстанских месторождениях и на проекте «Беверли» в Австралии.

Затем уран отделяется от ионообменной смолы и химически осаждается (обычно перекисью водорода). Урановая суспензия обезвоживается и осушается до получения конечного продукта — гидрата перекиси урана (UO4.2H2O).

Перед обратной закачкой технологического раствора он насыщается кислородом и, при необходимости, серной кислотой для поддержания уровня pH 2,5—2,8. Бóльшая часть раствора возвращается в закачные скважины, и лишь небольшая часть (около 0,5 %) выпускается для сохранения напорного градиента в геотехнологическом поле. Эта часть вместе с небольшим количеством растворов наземной переработки утилизируется как отходы. Отходы содержат растворенные минералы, такие как радий, мышьяк и железо из рудного тела. Они закачиваются в одобренные скважины для захоронения в истощенной части рудного тела. Выпуск части технологического раствора обеспечивает стабильный приток в геотехнологическое поле жидкости из окружающего водоносного пласта и не позволяет выщелачивающим растворам вытекать за пределы района разработки.