Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Остатки выщелачивания урана на месте в Страж-под-Ральскем, Чешская Республика

Выщелачивание на месте (ISL), также называемое извлечением на месте (ISR) или добычей раствора , представляет собой процесс добычи, используемый для извлечения полезных ископаемых, таких как медь и уран, через скважины, пробуренные в месторождении, на месте . Выщелачивание на месте работает путем искусственного растворения минералов, встречающихся в природе в твердом состоянии. Для извлечения материалов, встречающихся в растворе в естественных условиях, см .: Добыча рассола .

Первоначально процесс включает бурение скважин в залежи руды. Взрывной или гидравлический разрыв пласта может использоваться для создания открытых проходов в залежи для проникновения раствора. Раствор для выщелачивания закачивается в залежь, где он контактирует с рудой. Затем раствор, содержащий растворенную руду, перекачивается на поверхность и обрабатывается. Этот процесс позволяет извлекать металлы и соли из рудного тела без необходимости в традиционной добыче, включающей буровзрывные, открытые или подземные разработки .

Процесс [ править ]

Выщелачивание на месте включает закачку выщелачивающего агента в рудное тело через ствол скважины, который циркулирует через пористую породу, растворяя руду, и извлекается через вторую скважину .

Выщелачивающий агент варьируется в зависимости от месторождения руды: в случае солевых отложений фильтрат может быть пресной водой, в которой соли могут легко растворяться. Что касается меди, кислоты обычно необходимы для повышения растворимости рудных минералов в растворе. Для урановых руд выщелачивающим агентом может быть кислота или бикарбонат натрия .

Минералы [ править ]

Калий и растворимые соли [ править ]

В месте выщелачивание широко используются для извлечения месторождений водорастворимых солей , таких как калий ( сильвин и карналлит ), каменной соль (галит) , хлорид натрия и сульфат натрия . Его использовали в штате Колорадо в США для извлечения нахколита ( бикарбоната натрия ). [1] Выщелачивание на месте часто используется для слишком глубоких залежей или слишком тонких пластов для традиционных подземных горных работ .

Уран [ править ]

Смотрите также: Добыча урана в США
Схема подземного выщелачивания урана (US NRC)

Выщелачивание урана на месте быстро расширилось с 1990-х годов и в настоящее время является преобладающим методом добычи урана, на долю которого в 2012 году приходилось 45 процентов урана, добытого во всем мире [2].

Растворы, используемые для растворения урановой руды, являются кислотными ( серная кислота или, реже, азотной кислотой ), или карбонатными ( бикарбонат натрия , карбонат аммония или растворенный диоксид углерода ). Иногда в воду добавляют растворенный кислород для мобилизации урана. В США и Советском Союзе в начале 1960-х гг. Началось внедрение урановой руды . Первый урановый урановый уран в США был в бассейне Ширли в штате Вайоминг , который работал в 1961-1970 годах с использованием серной кислоты. С 1970 года все промышленные шахты ISL в США использоваликарбонатные растворы. [3] При добыче полезных ископаемых в Австралии используются кислотные растворы. [4]

Гранулы ионообменной смолы

Извлечение на месте включает извлечение урансодержащей воды (содержание U 3 O 8 не превышает 0,05% ). Затем экстрагированный раствор урана фильтруют через шарики смолы. В процессе ионного обмена шарики смолы притягивают уран из раствора. Смолы, содержащие уран, затем транспортируются на перерабатывающий завод, где U 3 O 8 отделяется от гранул смолы и образуется желтый кек . Затем гранулы смолы можно вернуть в установку для ионного обмена, где они будут повторно использованы.

В конце 2008 года было четыре [5] на месте выщелачивания урановых рудников , работающих в Соединенных Штатах , эксплуатируемые Камеко , Mestena и урановых ресурсов, Inc., все это с помощью бикарбоната натрия. ISL производит 90% урана, добываемого в США. В 2010 году Uranium Energy Corporation начала операции по подземному выщелачиванию на своем проекте в Палангане в округе Дюваль, штат Техас . В июле 2012 года Cameco отложила разработку своего проекта Kintyre из-за сложной экономики проекта, основанной на $ 45,00 U 3 O 8 . Один проект рекультивации ISR также находился в эксплуатации по состоянию на 2009 год. [6]

Значительные шахты ISL работают в Казахстане и Австралии . Урановый рудник Беверли в Австралии использует выщелачивание на месте. В 2010 году на добычу урана на ППС приходился 41% мировой добычи урана [7].

Барабан желтого кекса

Примеры урановых рудников на месте включают:

  • Beverley Uranium Mine , Южная Австралия, является операционной ISL урановой шахты и первой такой шахта Австралии.
  • Урановый рудник « Медовый месяц» в Южной Австралии был открыт в 2011 году и является вторым урановым рудником в Австралии.
  • Crow Butte (работает), Smith Ranch-Highland (работает), Christensen Ranch (рекультивация), Irigaray (рекультивация), Churchrock (предлагается), Crownpoint (предлагается), Alta Mesa (работает), Hobson (резерв), La Palangana (работает ), Kingsville Dome (рабочий), Rosita (резервный) и Vasquez (восстановительный) - это урановые предприятия ISL в Соединенных Штатах.
  • В 2010 году Uranium Energy Corp. начала добычу методом ISL на месторождении Палангана в округе Дюваль, штат Техас . Ионообменной комплекс на Palangana грузовых урановых нагруженных гранул смолы в компании Hobson перерабатывающего завода, где желтый кек производится. Uranium Energy Corp. имеет три дополнительных месторождения в Южном Техасе, разрешенных или находящихся в разработке. [8]

Медь [ править ]

См. Также: добыча меди

Выщелачивание меди на месте было произведено китайцами в 977 году нашей эры, а возможно, еще в 177 году до нашей эры. [3] Медь обычно выщелачивают кислотой ( серной кислотой или соляной кислотой ), затем извлекают из раствора электровыделением с экстракцией растворителем (SX-EW) или химическим осаждением.

Руды, наиболее подверженные выщелачиванию, включают карбонаты меди, малахит и азурит , оксидный тенорит и силикатную хризоколлу . Для других минералов меди, таких как оксид куприт и сульфидный халькоцит, может потребоваться добавление окислителей, таких как сульфат железа и кислород, в фильтрат до растворения минералов. Руды с самым высоким содержанием сульфидов, такие как борнит и халькопирит , потребуют большего количества окислителей и будут растворяться медленнее. Иногда окисление ускоряется бактериями Thiobacillus ferrooxidans., который питается сульфидными соединениями.

ПСВ меди часто осуществляется методом забойного выщелачивания , при котором дробленая руда с низким содержанием меди выщелачивается в существующем или бывшем обычном подземном руднике. Выщелачивание может происходить в засыпанных забоях или на обрушенных участках. В 1994 г. сообщалось о забойном выщелачивании меди на 16 рудниках в США.

Восстановительная скважина на бывшей операции в Сан-Мануэле

На руднике Сан-Мануэль [9] в американском штате Аризона метод ISL первоначально использовался для сбора полученного раствора под землей, но в 1995 году он был преобразован в метод извлечения от скважины к скважине, который стал первой крупномасштабной реализацией этого метода. . Этот метод «от скважины к скважине» был предложен для других месторождений меди в Аризоне.

Золото [ править ]

Выщелачивание на месте не использовалось в промышленных масштабах для добычи золота. В 1970-х годах была проведена трехлетняя пилотная программа по выщелачиванию золотой руды на месте на руднике Аякс в районе Криппл-Крик в США с использованием раствора хлорида и йодида . После получения плохих результатов, возможно, из-за сложной теллуридной руды, испытание было остановлено. [10]

Проблемы окружающей среды [ править ]

По данным Всемирной ядерной организации:

Законодательство США требует, чтобы качество воды в затронутом водоносном горизонте было восстановлено, чтобы можно было использовать его до начала горных работ. Обычно это питьевая вода или исходная вода (обычно содержание растворенных твердых веществ менее 500 ppm), и, хотя не все химические характеристики могут быть возвращены на предварительную добычу, вода должна использоваться для тех же целей, что и раньше. Часто его необходимо обрабатывать с помощью обратного осмоса, что вызывает проблемы с удалением из него концентрированного потока рассола.

Обычные меры радиационной безопасности применяются при добыче урана на ППС, несмотря на то, что большая часть радиоактивности рудного тела остается глубоко под землей, и, следовательно, наблюдается минимальное увеличение выделения радона и отсутствие рудной пыли. Сотрудники контролируются на предмет загрязнения альфа-излучением, и для измерения воздействия гамма-излучения носят личные дозиметры. Осуществляется текущий контроль загрязнения воздуха, пыли и поверхности. [11]

Преимущества этой технологии:

  • Снижение опасности для сотрудников от несчастных случаев, пыли и радиации,
  • Низкая стоимость, отсутствие необходимости в крупных хвостохранилищах урановых заводов.

После завершения операции выщелачивания на месте образовавшиеся шламы отходов должны быть безопасно утилизированы, а водоносный горизонт, загрязненный в результате выщелачивания, должен быть восстановлен. Восстановление грунтовых вод - очень утомительный процесс, который еще не полностью изучен. [ необходима цитата ]

Наилучшие результаты были получены при следующей схеме лечения, состоящей из серии различных шагов: [12] [13]

  • Фаза 1: Закачка загрязненной воды: закачка выщелачивающего раствора прекращается, и загрязненная жидкость откачивается из зоны выщелачивания. Впоследствии чистые грунтовые воды поступают извне из зоны выщелачивания.
  • Фаза 2: как 1, но с обработкой перекачиваемой жидкости (обратным осмосом) и обратной закачкой в ​​бывшую зону выщелачивания. Эта схема приводит к циркуляции жидкости.
  • Фаза 3: как 2, с добавлением восстанавливающего химического вещества (например, сероводорода (H 2 S) или сульфида натрия (Na 2 S). Это вызывает химическое осаждение и, таким образом, иммобилизацию основных загрязнителей.
  • Фаза 4: Циркуляция жидкости путем откачки и обратной закачки для получения однородных условий во всей бывшей зоне выщелачивания.

Но, даже при такой схеме лечения, остаются нерешенными различные проблемы: [ цитата необходима ]

  • Загрязнения, подвижные в условиях химического восстановления, такие как радий, не подлежат контролю.
  • Если химически восстановительные условия впоследствии по каким-либо причинам нарушаются, осажденные загрязнители повторно мобилизуются.
  • Процесс восстановления занимает очень много времени, не все параметры можно снизить должным образом.

Большинство описанных экспериментов по восстановлению относятся к схеме щелочного выщелачивания, поскольку эта схема - единственная, используемая в коммерческих операциях на месте в западном мире. Таким образом, практически отсутствует опыт восстановления подземных вод после кислотного выщелачивания на месте, схема, которая применялась в большинстве случаев в Восточной Европе. Единственным западным участком подземного выщелачивания, восстановленным после сернокислотного выщелачивания, является небольшой экспериментальный объект Nine Mile Lake около Каспера, штат Вайоминг (США). Таким образом, результаты не могут быть просто перенесены на производственные объекты. Примененная схема восстановления включала первые два шага, упомянутые выше. Оказалось, что необходимо было перекачивать объем воды, более чем в 20 раз превышающий объем пор зоны выщелачивания, и все же некоторые параметры не достигли фоновых уровней. Более того,на восстановление требуется примерно то же время, что и на период выщелачивания. [14] [15]

В США участки Пауни, Лампрехт и Замцов ISL в Техасе были восстановлены с использованием этапов 1 и 2 вышеупомянутой схемы лечения. [16] На этих и других участках были предоставлены смягченные стандарты восстановления подземных вод, поскольку критерии восстановления не могли быть выполнены. [ необходима цитата ]

Исследование, опубликованное Геологической службой США в 2009 году, показало, что «на сегодняшний день ни одна операция по рекультивации ПНР в Соединенных Штатах не привела к возвращению водоносного горизонта в исходные условия». [17]

Исходные условия включают коммерческие количества радиоактивного U 3 O 8 . Эффективное восстановление на месте снижает содержание U 3 O 8 в водоносном горизонте. Выступая на семинаре EPA в регионе 8 29 сентября 2010 г., Ардит Симмонс, доктор философии, Лос-Аламосская национальная лаборатория ( Лос-Аламос, Нью-Мексико).) по теме «Установление исходных условий и сравнение значений восстановления на участках извлечения урана на месте» заявлено: «Эти результаты показали, что восстановление водоносных горизонтов до среднего значения может быть нереалистичным для операций ISR, потому что в некоторых случаях это означает, что должно быть меньше урана, чем было до добычи. Использование более консервативных концентраций приводит к значительному расходу воды, и многие из этих водоносных горизонтов не подходили для питьевой воды до начала добычи ". [18]

Агентство по охране окружающей среды рассматривает необходимость обновления стандартов защиты окружающей среды для добычи урана, поскольку действующие правила, принятые в ответ на Закон о радиационном контроле хвостохранилищ урановых заводов 1978 года, не затрагивают относительно недавний процесс выщелачивания урана на месте (ISL). из подземных рудных тел. В письме от февраля 2012 года EPA заявляет: «Поскольку процесс ISL влияет на качество грунтовых вод, Управление радиации и воздуха в помещениях EPA запросило рекомендации у Научно-консультативного совета (SAB) по вопросам, связанным с проектированием и внедрением мониторинга подземных вод на добыче полезных ископаемых. места."

SAB дает рекомендации по мониторингу для определения исходных характеристик качества грунтовых вод до начала горных работ, мониторингу для обнаружения любых выбросов фильтрата во время добычи и мониторингу для определения стабилизации качества грунтовых вод после завершения горных работ. SAB также рассматривает преимущества и недостатки альтернативных статистических методов, чтобы определить, вернулось ли качество грунтовых вод после эксплуатации к условиям, близким к условиям до начала добычи, и можно ли спрогнозировать, что эксплуатация рудника не окажет неблагоприятного воздействия на качество грунтовых вод после принятия закрытия участка.[19]

См. Также [ править ]

  • Кучное выщелачивание
  • Гидроразрыв
  • Разведка полезных ископаемых

Ссылки [ править ]

  1. ^ Харди, М .; Ramey, M .; Yates, C .; Нильсен, К. (2003). Растворенная добыча нахолита на американском содовом проекте, Писенс-Крик, Колорадо (PDF) . Ежегодное собрание малых и средних предприятий 2003 года. Архивировано из оригинального (PDF) 28 сентября 2007 года.
  2. ^ Уран 2014 , Международное агентство по атомной энергии / OCED Nuclear Energy Agency, 2014.
  3. ^ a b Мадд, Гэвин М. (январь 2000 г.). Добыча урана методом кислотного выщелачивания: 1 - США и Австралия (PDF) . Хвосты и шахтные отходы '00. Форт Коллинз, Колорадо, США. Архивировано из оригинального (PDF) 13 сентября 2009 года.
  4. ^ ПРОЕКТ МЕДОВЫЙ МЕСЯЦ
  5. ^ "Внутренний отчет о производстве урана" . Управление энергетической информации .
  6. ^ «Заводы по выщелачиванию урана в США по владельцу, мощности и рабочему состоянию на конец года» . Отчет о внутреннем производстве урана . Управление энергетической информации . Архивировано из оригинала на 2012-05-24 . Проверено 19 сентября 2012 года .
  7. ^ «Продолжающийся рост добычи урана» . Мировые ядерные новости . Всемирная ядерная ассоциация. 2011-05-03 . Проверено 16 октября 2012 .
  8. ^ «Начало добычи урана», Горное дело , декабрь 2010 г.
  9. ^ Саттон, Гэри (2019). «Согласование запасов полезных ископаемых при выщелачивании меди на месте от скважины к скважине на руднике Сан-Мануэль, Аризона, США». CIM Geology . 10 3Q2019: 133–141.
  10. ^ Питер Г. Чемберлен и Майкл Г. Пояр (1984) из золота и серебро выщелачивания практики в Соединенных Штатах , Горное бюро США, информационный циркуляр 8969, стр.24.
  11. ^ Выщелачивание на месте (ISL) Mining of Uranium , извлечено 2012-10-12
  12. ^ "Шмидт, К. Восстановление и стабилизация подземных вод на испытательном полигоне Рут-ISL в Вайоминге, США. В: Выщелачивание урана на месте - технические, экологические и экономические аспекты, Труды заседания технического комитета", IAEA-TECDOC-492, Вена 1989, с.97-126 ", Вена , 492 : 97–126, 1989.
  13. ^ Catchpole, Гленн; Кирхнер, Герхард: Восстановление подземных вод, загрязненных щелочным выщелачиванием при добыче урана. В: Merkel, B et al. (Ред.): Добыча урана и гидрогеология, ГеоКонгресс 1, Кёльн, 1995, стр.81-89 , 1995, стр. 81-89.
  14. ^ Нигбор, Майкл Т; Энгельманн, Уильям H; Твитон, Дэрил Р.: История экспериментального эксперимента по кислотному выщелачиванию урана на месте. Министерство внутренних дел США, Отчет о расследованиях горного дела RI-8652, Вашингтон, округ Колумбия, 1982 г., 81 стр. , 1982 г., стр. 81 год
  15. ^ Энгельманн, WH; Филлипс, ЧП; Твитон, ДР; Лост, К.В.; Нигбор, М.Т .: Восстановление качества подземных вод после экспериментального кислотного выщелачивания урана на месте на участке Девятимильного озера недалеко от Каспера, Вайоминг. В: Журнал Общества инженеров-нефтяников, июнь 1982 г., стр. 382-398, 1982 г., стр. 382–398.
  16. ^ Мэйс, ВМ: Восстановление грунтовых вод на трех урановых рудниках в Техасе. В: МАГАТЭ (Ред.), Выщелачивание урана на месте. Протоколы заседания Технического комитета, состоявшегося в Вене 5-8 октября 1992 г., IAEA-TECDOC-720, Вена 1993, стр.191-215 , 1993, стр. 191–215
  17. ^ JK Otton, S. Hall: Извлечение урана на месте добычи в Соединенных Штатах: Обзор вопросов производства и восстановления, Международный симпозиум по урановому сырью для ядерного топливного цикла: разведка, добыча, производство, предложение и спрос, экономика и Проблемы окружающей среды , 2009 г.
  18. ^ "Восстановление урана на месте" (PDF) . Проверено 16 октября 2012 .
  19. ^ «Рекомендации по проекту технического отчета EPA, озаглавленному« Соображения, связанные с мониторингом после закрытия участков выщелачивания / извлечения урана на месте »(ISL / ISR)» . Проверено 13 октября 2012 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Информация о кислотном выщелачивании Heathgate Resources