СТЕНДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ПОДЗЕМНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ УРАНА

АННОТАЦИЯ

В работе приведены контроль и стендовые испытания гидродинамического процесса при подземном выщелачивании урана.

ABSTRACT

The paper provides control and bench tests of the hydrodynamic process during underground leaching of uranium.

Ключевые слова: уран, геотехнология, добыча, откачная скважина, урановых руд.

Keywords: uranium, geotechnology, mining, pumping well, uranium ores.

Контроль гидродинамических параметров подземного выщелачивания урана является неотъемлемой частью ведения процесса. Сложностью данного контроля является невозможность визуального наблюдения за изменением гидродинамики процесса. Это связано с тем, что весь процесс протекает в толще земной коры, недоступной взгляду человека. Таким образом, контроль основан на системе сбора данных геофизическими и гидрогеологическими исследованиями.

Для наглядного представления о данном явлении совместно с специалистами РУ-5 НГМК и кафедрой «Добыча и переработка руд редких и радиоактивных металлов» Навоийского государственного горного института исследована методика для определения скорости фильтрации и изучено явление «депрессионной воронки» при подземном выщелачивании урана. В рамках данной работы изготовлен макет для исследования гидродинамических параметров, влияющих на процесс подземного выщелачивания.

Стендовые испытания проводились в Навоийском государственным горном институте со специалистами РУ-5 НГМК согласно утвержденным программам.

С целью изучения гидрогеологических параметров ПВ, а именно  проницаемость, фильтрационные свойства и геометрию «депрессионной воронки» были проведены работы по физическому моделированию процесса ПВ напорным и свободным наливом в рудоносный горизонт.

Моделирование проводилось на экспериментальном стенде. Стенд длиной 2 м, высотой 1 м и шириной 40 см сделан из органического стекла с металлическим каркасом. В стенде создана четырёхслойная засыпка горных пород, что является моделью литологии месторождения Кендыктюбэ. Модельный разрез представлен в виде нижнего хорошо проницаемого песчаникового слоя мощностью 30 см и верхнего мелкозернистого песка, водопроницаемость которого (коэффициент фильтрации около 2 м/сут) меньше, в виду наличия непроницаемых глинистых отложений (рис.1) Мощность верхнего слоя 30 см. В верхней части стенда под крышкой устанавливалась прокладка из вакуумной резины. Для создания избыточного давления, имитирующего растекания выщелачивающих растворов, по напорному шлангу между крышкой и прокладкой нагнеталась техническая вода. Величина избыточного давления в зависимости от поставленной задачи может изменяться от 0,02 до 0,1 МПа.

Нагнетание закачного раствора на стенде производится в закачные скважины с фильтром диаметром 35 мм, откачка раствора насосом осуществляется через откачную скважину с фильтром диаметром 70мм. Фильтры скважин представляют собой перфорированную трубку из нержавеющей стали, диаметр отверстий 0,6-0,8 мм. Налив раствора производился в закачные скважины, а откачка раствора – из откачной скважины, расположенной в центре модельной ячейки.

В результате откачки наблюдалось образование «депрессионной воронки», направленной к фильтровой части откачной скважины. Для фиксирования линий тока фильтрационного течения к одной из стенок стенда в отдельные точки области фильтрации были подведены гибкие пластмассовые трубки диаметром 1см, через которые подавался краситель (чернила).

Вследствие этого, на стенде можно было увидеть образование системы потока раствора, которые в процессе фильтрации составляли линию тока к зоне депрессии (разгрузки пластового давления).

Наблюдения за гидродинамическим процессом показали, что вытеснение насыщенного раствора в нижний хорошо проницаемый слой сопровождается опусканием уровня раствора в модели фильтра скважины по отношению к уровню воды в стенде депрессионной воронки. Вследствие этого в верхнем проницаемом слое возникает фильтрационное течение, аналогичное притоку к скважине при откачке из нее раствора. Как показано на (рис.1), в верхней части области фильтрации в непосредственной близости от скважины имеет место четко выраженное осесимметричное течение с почти подтверждением правильности выбранной расчетной схемы, которая принята при теоритическом обосновании фильтрации растворов в дренажной системе.

1,2–откачная скважина, 3–закачная скважина, 4– рудный горизонт при упругом режиме фильтрации растворов.

Рисунок 1. Стенд для определения скорости фильтрации растворов и изучения депрессионной воронки при подземном выщелачивании урана

Вследствие этого в верхнем проницаемом слое возникает фильтрационное течение, аналогичное притоку к скважине при откачке из нее воды.

Результаты замеров понижения уровней воды на стенде по пьезометру, заложенному в породе в литологической разности H_гр, в модели фильтра скважины, H_ср в зависимости от времени фильтрации t даны в табл.1 и результаты исследований отражены на рис. 2.

Рисунок 2. График зависимости радиуса депрессионной воронки от производительности откачки продуктивного раствора

Данные приведены по трем наливам выщелачивающих растворов, следовавшим один за другим и проведенным с подачей одного и того же количества жидкости в модель скважины, а также с выравниванием уровня воды на стенде (до отметки 25мм).

Как видно, условная стабилизация процесса течения (квазистационарный режим фильтрации) в условиях лабораторного эксперимента наступает довольно быстро (в течение 1-1,5 мин). Это в данном случае связано также и с достаточно высокой проницаемостью песчаной загрузки стенда.

Для безнапорной подачи раствора использовали формулу Кусакина:

,                                                    (1.1)

где S – величина понижения уровня, см;

Н – мощность слоя грунтовых вод, см;

К_ф – коэффициент фильтрации слоя, см/мин.

Таблица 1.

Результаты замеров понижения уровней воды в стенде по пьезометру и определения радиусов воронки

Примечание: Понижения уровня раствора в модели скважины, приведенные в данной таблице, определены как разность S=H_д–H_с см.

Для откачки продуктивного раствора использовали следующую формулу

                                            (1.2)

где    S – величина понижения уровня, м;

h  – высота непониженного столба в скважине, м;

Н – мощность слоя грунтовых вод, м;

R  – радиус воронки, м;

r  – радиус скважины, мм.

Методом математического моделирования установлены алгоритмы для изменения параметров отработки слабообводненных урановых руд. Величины фактических и полученных результатов доказывают, что на основе разработанной компьютерной анимации можно управлять их гидродинамическими режимами выщелачивания и прогнозировать дальнейшее состояние продуктивного горизонта в процессе выщелачивания сухого горизонта для песчаникового типа пород, что даёт возможность управлять процессом, исходя из прогнозных результатов и оценивать кинетику выщелачивания урана.

Исходя из представленных результатов нами разработана компьютерная анимация через которую можно управлять балансами откачки и закачки растворов (рис 3) из сухого горизонта.

Рисунок 3. Разрез исследуемого объекта на слабообводненном урановом месторождении Кындык-Тюбэ

Имитационная компьютерная анимация была применена для исследования долговременных последствий на процесс отработки слабообводненных урановых руд месторождений Кындыктюбэ Северного рудоуправления.

Выводы

1. Геотехнологическими исследованиями установлено, что рудовмещающие породы сложены в основном битуминизированными глинами черного цвета с примесью обломочного минерала, плохо проницаемой для выщелачивающих растворов. Тонкоагрегатное состояние урановой минерализации, присутствие урана в сорбированной форме и преобладание урана в шестивалентной форме является единственным благоприятным фактором для его выщелачивания из руд.

2. Проведенные исследования показали, что применение для технологии подземного выщелачивания урана поверхностно-активного вещества (сульфонала) значительно интенсифицирует скорость и глубину проникновения выщелачивающих растворов в глинистых плохопроницаемых рудах и увеличивает коэффициент фильтрации более 2 м/сут.

3. На основе проведенных лабораторных исследований обоснована методика определения краевого угла смачивания и установлен угол смачивания горных пород методом проекции капли, которая позволяет определить оптимальность влияния ПАВ на коэффициент фильтрации при подземном выщелачивании урана слабопроницаемых руд.

4. Стендовыми испытаниями установлены качественные параметры подземного выщелачивания, мощность литологии, формы в плане и разрезе, а также фильтрационные свойтсва, зоны орошения инфильтрационного потока, на основе полученных результатов физического моделирования создана фильтрация растворов высоконапорным и свободным наливом на пласт.

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 научнотехническая 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 + Ижтимиойсийосий, 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.
13. Каюмов О.А. // Изучение технологии по переработке молибдена в АО Алмалыкский гмк // UNIVERSUM: Технические науки. – 2021. - 2(83) – 74-75 с
14. Шодиев А.Н, Раббимов Х.Т, Аликулов Ш.Ш, Хужакулов А.М, Каюмов О.А. // Исследования характеристики района и особенности добычи урана из слабопроницаемых руд // UNIVERSUM: Технические науки. – 2021. - 11(92) – 21-22 с
15. Хакимов К.Ж, Каюмов О.А, Эшонкулов У.Х, Соатов Б.Ш. // Техногенные отходы Перспективное сырье для металлургии Узбекистана в оценке отвальных хвостов фильтрации медно молибденовых руд // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - Москва, 2020. № 12 (81_1) C. 54-59
16. Каюмов О.А, Хакимов К.Ж, Эшонкулов У.Х, Боймуродов Н.А, Норкулов Н.М. // Изучение химического, гранулометрического, фазового состава золотосодержащих смешанных руд // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - Москва, 2021. № 3 (84) C. 45-49
17. Хакимов К.Ж, Хасанов А.С., Каюмов О.А, Шукуров А.Ю, Соатов Б.Ш // Изучение химического вещественного состава шлаков медеплавильного производства, кеков, клинкеров и других отходов металлургических производств // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - Москва, 2021. № 2(83) C. 73-81