ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЙОНА И ОСОБЕННОСТИ ДОБЫЧИ УРАНА ИЗ СЛАБОПРОНИЦАЕМЫХ РУД

АННОТАЦИЯ

В работе приведены исследования характеристик района и особенности добычи урана из слабопроницаемых руд.

ABSTRACT

The paper presents the research characteristics of the area and the features of uranium mining from weakly permeable ores.

Ключевые слова: уран, запасы, выщелачивания, извлечения, анализ, изучения залежи.

Keywords: uranium, reserves, leaching, extraction, analysis, study of deposits.

На сегодняшний день Республика Узбекистан и Российская Федерация начали совместно работать в области атомной энергетики. Создается и совершенствуется национальная инфраструктура и ведется подготовка кадров для атомной энергетики Узбекистана, ведется строительство АЭС и исследовательских реакторов. В настоящее время практически все залежи урана находящиеся на глубинах до 300 метров, отработаны. Добыча урана ведется на глубинах 450-600 метров. Извлечение урана также затруднено сложными геохимическими и гидрогеологическими условиями залегания руд.  В связи с этим возникла необходимость поиска альтернативных традиционным способам извлечения урана технологий. Одним из направлений  интенсификации процесса подземного выщелачивания урана является использование  различных окислителей, выбор и практическое применение которых для целей ПВ имеет ряд сложностей и ограничений.   Поскольку уран является единственным видом топлива для атомной энергетики, спрос на него относительно стабилен и предсказуем, поскольку неотъемлемо связан с действующими и планируемыми к вводу ядерными реакторами. Удовлетворение растущих потребностей в уране невозможно без создания минерально-сырьевой базы. В настоящее время 8 стран мира обеспечивают более 90% мирового уранового производства: Казахстан, Канада, Австралия, Узбекистан, Россия, Нигерия, Намибия и США. Анализ достоверно разведанных урановых запасов мира, по их вкладу в общее мировое производство, показывает, что ведущими геолого-промышленными типами, в настоящее время, являются месторождения типа «несогласия» (49%), брекчиевого комплекса (26%) и месторождения «песчаникового» типа (25%). Последние являются основной сырьевой базой добычи урана в Республике Узбекистан. Применение современных технических средств при подземном выщелачивании позволяет совершенствовать технологию отработки, эффективность которой во многом зависит от природных условий месторождений, каждое из которых уникально и имеет свои особенности. Слабопроницаемые руды на урановых месторождений НГМК долгое время были занесены в технологический забаланс, поскольку высокая реагентоемкость пород и интенсивная кольматация не позволяли эффективно отрабатывать запасы традиционным сернокислотным способом. На урановых месторождении Кетмончи НГМК характеризуется Первый рудный узел от Второго рудного узла отделен Кишарским разломом, с запада ограничен Большим Кетмончинским разломом, а от Южного участка отделен Кишарским разломом. Отличается наибольшей «разбросанностью» рудных тел, наличием мелких залежей.

Обособленно, в северной части площади Первого рудного узла расположена залежь №8, где и проводились опытные работы по выщелачиванию урана в слабопроницаемых породах. Залежь №8 локализуется в песчано-глинисто-углистых отложениях неокомапта, выполняющих депрессию в палеозойском гранитном ложе размером около 1000х800 м. Внутреннее строение пачки сложно: в разрезе выделяются 2-3 основные линзующиеся песчаные пачки, мощностью 0,5-8 м, разделяющие глинисто-углистые отложения и полностью подверженные пластовому окислению. От перекрывающих сеноманских отложений рудовмещающий горизонт изолирован глинами, мощность которых составляет первые метры. Мощность осадков неоком-апта сокращается к бортам депрессии, а в центре она достигает 20 м. В разрезе локализуется урановое оруденение в виде прерывистых линз, преимущественно, в глинистых, насыщенных углистой органикой (до прослоев углей) отложениях и развито, в основном, на участках контакта последних с рыхлыми песками или гравийными породами. Отдельные рудные интервалы зафиксированы в коре выветривания гранитов, с отрывом от кровли последних 1-10 м. Глубины залегания оруденения увеличиваются с севера на юг от 55-60 м до 80-110 м. В плане оруденение образует сложный изометричный изрезанный контур, отвечающий размерам и форме упомянутой депрессии. Залежь разведана по сети 100*100 м и была оценена как технологически забалансовая для способа подземного выщелачивания. Изучения залежи в 1976 г. позволили оконтурить здесь небольшой блок 8–1, оруденение которого связаны с бескарбонатными песками, в основном в средней и нижней песчаных пачках. В плане блок имеет близкую к прямоугольной форму и размеры 400∙300-100 м. В разрезе оруденение представлено сближенными линзами, обычно чередующимися с оруденением в глинах. Скорость подземного потока незначительна 3-5 м/год. Направление движения потока подземных вод в основном юго – западное. Коэффициент фильтрации колеблется от 1 до 8 м/сутки.

Продуктивность рудных залежей по урану, в среднем, находится на уровне 2 – 6 кг/м². Морфологии рудных тел в плане представлены изменчивыми по ширине (от 300 до 700 м) лентообразными телами, в разрезе – классические роллы с широкими мешковыми частями до сотен метров и примыкающими к ним крыльями, также значительной ширины до 200 – 400 м. На участках сближенных ритмопачек горизонта формируются сдвоенные, иногда даже строенные роллы с общими промежуточными крыльями, которые тяготеют к разделяющим водоупорам. По сложности морфологического строения рудные тела на месторождении делятся на пластовые, простые ролловые и сложные ролловые залежи. Рудоносными являются практически все литологические разности продуктивного горизонта. Самые распространенные: песчано–глинистые и песчано – гравелитовые породы. Основными рудными компонентами на месторождении являются регенерированные оксиды урана.

Тохумбетский водоносный горизонт имеет повсеместное распространение. Он отсутствует лишь в северо – западной и восточной частях бассейна, где водовмещающие пески и песчаники замещаются на глины. Мощность водоносных пород составляет 15-40м, увеличиваясь в западном направлении. Глубина залегания кровли водоносного горизонта от 100м в краевых частях бассейна до 500м в его центре. Движение подземных вод происходит в северо – западном направлении. Водообильность и водопроницаемость отложений горизонта не высокие. Подземные воды в основном сульфатно-хлоридные, натриево-кальциевые с минерализацией 2–4г/л, что также свидетельствует о благоприятных условиях для технологии добычи урана способом ПВ.

На участке проведения опытных работ уровень залегания подземных вод 20 – 35 м, избыточный напор на кровлю водоносного горизонта 40 м. Воды горизонта слабосолоноватые (рH = 7,1 – 7,3). Температура воды + 20÷22⁰C.

В области питания и в зоне окисленных пород подземные воды кислородные (О₂ до 1,5 мг/л), электрохимический потенциал от + 25 до + 118 мВ. Содержание урана в них изменяется от10^-6 до 10^-5 г/л. Непосредственно в скважинах, вскрывающих урановое оруденение, содержание урана в подземных водах повышается до (7-9)∙10^-5 г/л. В неокисленной части рудного пласта окислительный потенциал Eh–отрицательный: – 65 до – 93 мВ, содержание урана в водах понижается до n∙10^-7 г/л. Присутствие потока кислородсодержащих подземных вод обеспечивает относительно глубокое проникновение зоны пластового окисления (ЗПО) и перемещение границ зоны выклинивания в западном направлении. Развитие мощной по глубине ЗПО свидетельствует о преимущественном нахождении урана в шестивалентном виде, что весьма благоприятно для подземного выщелачивания (ПВ). На месторождении Кетмончи отрабатываемые рудные залежи различными системами разработок характеризуются широким диапазоном изменчивости природных параметров: рудная мощность – 0,5 ÷ 3,2 м, среднее содержание урана в рудном теле – 0,012 ÷ 0,120%, площадная продуктивность - 1.0 ÷ 3,8 кг/м²;  карбонатность (по СО₂) руд и вмещающих пород –0.10 ÷ 2.00% и более, мощность рудовмещающего горизонта, ограниченного водоупорами – 4,0 ÷ 20,0 м, температура подземных вод 35 – 40°С, глубина залегания рудных залежей 80 ÷ 600 м, ширина рудных залежей 40÷300 м; объемная масса руд и вмещающих пород 1,7 ÷ 1,92 т/м³. Лабораторные исследования процесса подземного выщелачивания урана из слабопроницаемых проводились в Центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНИЛ) Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК) на образцах керна – монолитов в количестве 16 шт. с ненарушенной структурой и групповых пробах руд. Керны отбирались в пределах всей рудоносной зоны, включая верхний и нижний водоупор. Выход керна по скважине составил в среднем 80-90%. Основа кернового материала характеризована верхней частью сеномана над учкудукским горизонтом. В породе содержался углефицированный глинистый песчаник на глинистом цементе черного цвета с линзами конгломератов на карбонатном цементе В ЦНИЛ НГМК поступило 16 образцов руд и вмещающих пород из скважины №3, из которых 2 образца были отправлены в Государственный комитет Республики Узбекистан по геологии и минеральным ресурсам для проведения гранулометрического,  химического и минералогического анализов. С целью уточнения морфологии рудных тел и локализации уранового оруденения по типам руд по району опытного участка отстроены технологические разрезы с использованием данных разведочных технологических скважин. В настоящее время применяются два способа получения данных необходимых для проектирования предприятий по отработке месторождения методом подземного выщелачивания урана с помощью опытных полигонов и лабораторных исследований на керновых пробах. Оба этих способа дополняют, но не исключает друг друга. Первый способ более трудоемкий и дорогой. Продолжительность его обычно составляет 1-2 года. Получаемые же этим способом данные отвечают геологическим и гидрогеологическим особенностям опробованного участка и режиму эксплуатации. В практике подземного выщелачивания нередки случаи, когда на опробованных соседних участках получали совершенно различные результаты. Поэтому обычно проводится пересчет полученных данных в соответствии с усредненными параметрами месторождения и опытного полигона. Лабораторные исследования на керновых пробах осуществляются в обязательном порядке с целью определения основных закономерностей формирования и особенностей фильтрации растворов. Скважины для получения керна рекомендуется бурить по возможности без применения глинистого раствора, например, с двойной колонковой трубой. Пробы должны тщательно отбираться при максимальном выходе керна и полно представлять геологический разрез продуктивного водоносного горизонта месторождения. Путем объединения идентичных по вещественному и гранулометрическому составу керновых проб получают несколько технологических проб, характеризующих основные литолого-фильтрационные типы пород и руд. Экономически выгодным является извлечение урана из проницаемых руд при так называемом «фильтрационном» (по 1 классификации В. А. Приклонского) выщелачивании, где в массопереносе вещества преобладает фильтрация. «Диффузионное» выщелачивание из слабопроницаемых руд может использоваться попутно с отработкой песчаных руд. Опыты, проведенные в грунтовых лотках, показали, что при коэффициенте фильтрации К_ф руды менее 0,1 м/сут основным процессом является диффузионное выщелачивание (точнее диффузионно-фильтрационное: диффузия из руды с последующей фильтрацией). Таким образом, в соответствии с принятой в гидрогеологической практике классификацией пород по проницаемости фильтрационное выщелачивание может быть использовано для извлечения урана из песка и супесей (табл. 1). В суглинках и глинах преобладает диффузионное выщелачивание.

Таблица 1.

Средние значения коэффициентов фильтрации некоторых горных пород

Помимо коэффициента фильтрации руды, большое значение имеет и проницаемость пород всего водоносного горизонта, участвующего в движении продуктивных растворов. Коэффициент фильтрации водоносного горизонта-один из важнейших показателей, определяющих дебиты эксплуатационных скважин и время отработки месторождения, от которых зависит экономика процесса [4]. Опыт подземного выщелачивания показывает, что коэффициент фильтрации водоносного горизонта (определяется обычно опытными откачками) должен быть, во всяком случае, не менее 1-0,5 м/сут (оптимальное значение 5-15 м/сут). Следует подчеркнуть, что классификация пород по проницаемости, принятая в гидрогеологии, отличается от классификаций, часто используемых геологами при описании керна скважин и основанных на преобладании той или иной фракции. Так, например, порода, содержащая 60% песчаной и 40% глинистой фракции, может быть названа глинистым песком, в то время как по фильтрационным свойствам она должна быть отнесена к глинам (так как при содержании глинистой фракции <0,005 мм свыше 30% породы практически непроницаемы). В настоящее время принято считать непригодными для целей подземного выщелачивания из-за слабой проницаемости песчано-глинистые отложения с содержанием фракции менее 0,05 мм свыше 20%. Для правильного разделения проницаемых и непроницаемых литологических разностей необходимо отбирать керновые пробы пород и руд на гранулометрический состав. По результатам анализов гранулометрического состава можно в известной мере судить об относительной проницаемости пород и руд. Мощность глинистых слоев и характер распределения металла могут быть различными. Оба эти фактора существенно влияют на извлечения металла в фильтрационный поток. В случае приуроченности к контакту с песком металл извлекается значительно легче (градиент концентраций выше, длина пути меньше), чем из внутренней части мощных глинистых слоев.

Фильтрационные свойства

Фильтрационные свойства руд и вмещающих пород изучались на нарушенных и ненарушенных керновых образцах и по обобщённым технологическим пробам. Опыты проводились в установках КФ-01 или аналогичных устройствах с фильтрацией сверху вниз. В зависимости от характера фильтрующих пород создавались градиенты напора от 0,1 до 1. В табл. 2 приведены данные по определению удельного и объемного веса пород и расчетная пористость.

Таблица 2.

Определение удельного и объемного веса пород и расчетная пористость

Эффективная пористость незначительная и для фильтруемых образцов колеблется от 3-5 до 10%, редко 17-20%. Фильтрационные свойства пород зависят от общей и эффективной пористости, состава слагающих породу минералов, формы пор и т.д. В результате теоретических исследований фильтрация растворов по рудному пласту при ПВ урана из слабопроницаемых руд установлено, что изменение физико-химических характеристик оказывает влияние на скорость фильтрации выщелачивающих растворов и продолжительность продвижения зоны выщелачивания к откачным скважинам. Режим фильтрации глинистых горных пород зависит от величины градиента напора, при этом в области больших градиентов напора (свыше 100-150 м) отмечается линейный закон фильтрации. Независимость коэффициента проницаемости от величины градиента проницаемости глинистых горных пород не является постоянной величиной и он может изменяться в зависимости от гидрогеохимических и термодинамических условий.

Список литературы:

1. Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Саидахмедов А.А., Туробов Ш.Н. Изучение возможности извлечения молибдена и рения из техногенных отходов // Горный вестник Узбекистана г. Навои. 2019г. -№3 C. 51-53.
2. Пирматов Э.А., Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Хамидов С.Б. Современное оборудование, применяемое в гидрометаллургической переработке редких металлов. // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - Москва, 2019. - №11   C. 33-39.
3. Шодиев А.Н., Саидахмедов А.А., Туробов Ш.Н., Хакимов К.Ж., Эшонкулов У.Х. Исследование технологии извлечения редких и благородных металлов из сбросных растворов шламового поля. // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - Москва, 2020. - №5   C. 37-40.
4. Шарипов Х.Т., Пирматов Э.А., Шодиев А.Н., Хасанов А.С., Туробов Ш.Н. Изучение возможности извлечения молибдена и других металлов содовым выщелачиванием из отходов сбросных растворов // Композицион материаллар // – Ташкент, 2020.  № 3. С. 56-59.
5. Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Намазов С.З., Хамидов М.Б., Шукиров О.М., Яндашев А.А. Извлечение редких металлов из технологических растворов, образующихся при выщелачивании огарка. XII International correspondence scientific specialized conference «International scientific review of the technical sciences, mathematics and computer science» BOSTON. (USA). October10-11, 2019 г. С. 22-28.
6. Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Каршибоев Ш.Б., Рахимов К.Х., Ахматов А.А. Cпособы извлечения редких металлов из техногенных отходов металлургического производства. XIII International correspondence scientific specialized conference «International scientific review of the technical sciences, mathematics and computer science» BOSTON. (USA). December 29-30, 2019 г. С. 17-23.
7. Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Саидахмедов А.А., Хамидов С.Б. Исследование технологии извлечения ценных компонентов из отходов молибденового производства. Международная узбекско-белорусская научно-техническая конференция композиционные и металлополимерные материалы для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства Ташкент 2020 21-22 мая 2020 г. С. 292-294.
8. Туробов Ш.Н., Хасанов А.С., Шодиев А.Н. Исследование технологии извлечения ванадия из отходов сернокислотного производства // UNIVERSUM: Технические науки. – 2020. - 11(80) – 82-85 с.
9. Шодиев А. Н., Азимов О. А., Хамидов У. А. Исследование залежей руд урана. Международная научно-практическая конференция Наукоемкие исследования как основа инновационного развития общества 09 ноября2020 г. 87-90 с.
10. Хасанов А.С., Хакимов К.Ж., Шодиев А.Н., Эшонкулов У.Х. Уран и Золото // Мухофаза + Ижтимиой-сийосий, илмий-амалий ва бадиий журнал 2018 й №01 (157). С. 13-15.
11. Пирматов Э.А., Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Азимов О.А. Research of technology for extraction of rare and noble metals from reset cues and sludge field solutions // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ)- Москва, 2020. № 6, С. 13-18.
12. Аликулов Ш.Ш., Шодиев А.Н. Теоретические основы кольматации пород прифильтровой зоны пласта // Известия вузов Горный журнал №5. 2016 – Екатеринбург С. 89-94