ИССЛЕДОВАНИЕ ПО БАКТЕРИАЛЬНОМУ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ УРАНОВЫХ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ КЕТМЕНЧИ

АННОТАЦИЯ

Для проведения опытных испытаний по бактериальному выщелачиванию урана отобрала активная ассоциация микроорганизмов К-3, обладающая высокой скоростью окисления железа, растущая в широком диапазоне температуры и адаптированная к 300 мг/л урана в растворе. Подготовлен маточный раствор данной ассоциации, на основе которого в крупномасштабных условиях культивирования наработаны бактериальные растворы для проведения опытных работ как в режиме «пушпул», так и в динамических условиях выщелачивания. Разработана технологическая схема и методика проведения испытаний по применению бактериальных растворов в качестве окислителя для доизвлечения урана из отработанных блоков I1B. Для исследований по технологии бактериального выщелачивания выбраны опытные скважины, ячейки на двух участках ПВ месторождения Кетменчи. в результате проведения которых установлено следующее.

ABSTRACT

For experimental tests on bacterial leaching of uranium, an active association of microorganisms K-3 was selected, which has a high rate of iron oxidation, grows in a wide temperature range and is adapted to 300 mg/l uranium in solution. A mother solution of this association has been prepared, on the basis of which bacterial solutions have been developed under large-scale cultivation conditions for experimental work both in the push-pull mode and under dynamic leaching conditions. A technological scheme and a test procedure for the use of bacterial solutions as an oxidizing agent for additional extraction of uranium from spent I1B blocks have been developed. For studies on the technology of bacterial leaching, experimental wells, cells in two areas of the IW of the Ketmenchi field were selected. which resulted in the following.

Ключевые слова: фильтром, кетменчи, скважины, закачку, тионовых, бактерий, Acidithiobacillus ferrooxidans, уран, откачек, бурение, выщелачивания рудных тел, окисляюще.

Keywords: filter, ketmenchi, wells, pumping, thionic, bacteria, Acidithiobacillus ferrooxidans, uranium, pumping, drilling, leaching of ore bodies, oxidizing.

В настоящее время, как в опытных работах, так и в промышленном масштабе применяется способ односкважинного подземного выщелачивания рудных тел, который включает бурение технологической скважины, оборудование ее фильтром в пределах скрытого рудного интервала, проведение чередующих откачек и закачек продуктивного раствора.

На примере односкважинного выщелачивания можно проводить отработку для промышленных масштабов различных способов интенсификации ПВ урана как закачку окисляющего раствора и окисляющего газа, так и различных окислителей в закачиваемых растворах.

В соответствии с программой. на залежи 5-1 участка ПВ – 3 месторождения Кетменчи были проведены опытные работы в варианте „пушпул” [1-5].

Первоначально были выбраны экспериментальные откачные скважины - 516 - 05, 516-06и 516-07.

Таблица 1.

Исходные данные по опытным скважинам

Для осуществления процесса подземного бактериального выщелачивания урана с использованием тионовых бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans, которые эффективно развиваются только в условиях кислой среды, на протяжении двух месяцев производилось предварительное закисление рудовмещающей толщи опытных скважин до оптимальных значений pH 1,5 - 2,0. В процессе закисления ЦНИЛ проводил опробование скважин, выдавая рекомендации по режимам закисления. В таблице 2 представлены результаты опробования экспериментальных скважин в период закисления  пласта.

Таблица 2.

Результаты опробование опытных скважин

Как указывалось ранее, был подготовлен маточный раствор исходной ассоциации микроорганизмов К-3 в количестве 550 литров. Дальнейшее приготовление бактериального раствора осуществлялось на опытной площадке в емкости объемом 5 м³, оснащенной распределителем подачи воздуха. Бактериальные растворы готовились на основе маточника сорбции и с применением соли двухвалентного железа а также с добавками минеральных солей K₂НPO₄. (NH₄)₂SО₄, необходимых для роста микроорганизмов. Результаты наработки бактериальных растворов представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Приготовление бактериальных растворов для закачки его в опытные скважина

Получениые бактериальные растворы были доведены до рh 1,5

В скважина 516-06 пред подачей бактериальных растворов предварительно было закачано 2 м²  раствора маточника сорбции с кислотностью 10 г/л После этого в скважину была закачано 4 м3 бактериального раствора с содержанием железа 12 г/л, который был задавлен 1,25 м3 раствора маточника сорбции.

Скважина 516-05 перед закачкой бактериальный растворов была выведена из режима промышленной откачки. Исходный бактериальный раствор (1 м 3) был разбавлен до обьема 4 м3 с содержанием железа 3 г/л закачан в скважину 516-05 без задавливания раствором маточника сорбции. Скважины были оставлены на выстраивание в течение 9 суток, после чего была проведена откачка , резултаты которой представлены в таблицах 4 и 6.

Таблица 4.

Анализ откачных растворов скважины 516-06

Начало откачки -27,07,06 8,55(аэрлифт)

Анализ данных таблицы 5 по скважине 516-06 показывает, что пробы №№ 6-1-6-5 характеризуют 1,15 м³ раствора маточника сорбции, который был закачан для продавленивания бактериального раствора в прифильтровую зону диаметром - 1 м. Концентрация урана, равная в среднем 22,5 мг/л, превышает концентрации последнего, полученные при контрольных прокачках в период закисления.

Но, в то же время, эта концентрация урана ниже, чем до вывода скважины из эксплуатации. Концентрация общего железа в объеме 1,15 м³ составляет в среднем 820 мг/л, трехвалентного 720 мг/л или 90 % от общего железа. По-видимому, это железо проникло в ствол скважины вместе с некоторой частью бактериального раствора в процессе диффузии, но поскольку в стволе скважины нечему было окисляться, то все железо практически находилось трехвалентном состоянии. Начиная с пробы №№ 6-6 и до пробы 6-26, характеризующих объем поданного бактериального раствора, концентрация урана в откаченных растворах постепенно увеличивается с 37,5 мг/л до 194,0 мг/л.

Представляет интерес поведение железа и соотношение его форм нахождения в трех- и двухвалентном состоянии в откачиваемых растворах и связь его с выщелачиванием урана. Данные по этой зависимости рассчитаны в среднем объеме 0,9 м³ и представлены в таблице 8.

Из анализа таблицы 8 следует, что концентрация урана нарастала постепенно и существует корреляция между ростом концентрации урана и ростом концентрации железа (общего). При этом концентрация трехвалентного железа убывает, а двухвалентного соответственно возрастает. Особенно наглядно это видно на пробах №№ 11-13 и 14-17. Преобладание восстановленных форм железа над окисленными свидетельствует о том, что в этих объемах откачиваемого раствора трехвалентное железо как окислитель расходовалось наиболее энергично. Что касается проб №№ 27-29, характеризующих объем 0,99 м³, то в них также отмечается закономерность дальнейшего роста концентрации урана в зависимости от концентрации общего железа при этом соотношение Fe_общ/Fе³⁺ х 100 увеличилось до 51 %. В этом объеме откачанного раствора и в последующих пробах №№ 6-30 - 6-42 увеличение концентрации урана происходило, вероятно, уже не только та счет окислительного действия трехвалентного железа, но и по механизму прямого бактериального окисления урана.

Таблица 5.

Расчетные и а реометры по откачиваемым растворам из скважины 516-06

Анализ данных таблицы 8 по сульфат -иону показывает, что по мере увеличения концентрации урана в откачиваемых растворах возрастала и концентрация в них сульфатов от 8,0 г/л в исходной пробе, достигая 8,8 r/л в конечной. Эта зависимость указывает на бактериально-химический характер процесса выщелачивания урана.

Таблица 6.

Анализ откачных растворов скважины 516-06

Начало откачки -27,07,06 9.15

* - пробы №№ 1-23 - 1-32 отобраны операторами участка Г1В-3

Из данных этой таблицы следует, что пробы №№ 1-2 - 1-6 в объеме 5.25 м³ характеризует объем закачанного бактериального раствора в количестве 4 м³, который не удалось  точно отобрать ввиду достаточно высокого дебита откачки. Сгруппировав откаченные количества продуктивных растворов на относительно равные объемы, была составлена таблица 7, позволившая найти закономерности выщелачивания урана от концентрации общего и трехвалентного железа.

Таблица 7.

Расчетные параметры по откачиваемым растворам из скважины 516-05

В растворах, откачиваемых из скважины 516-05, также как и в растворах скважины 516-06 четко прослеживается корреляция между концентрацией урана и концентрацией железа. Причем в объеме растворов, охарактеризованных пробой 2-6, содержащих максимальное количество бактериальной культуры, средняя концентрация урана составила 54 мг/л (максимальная - 66 мг/л), а концентрация трехвалентного железа составляет лишь 33 % от общего его количества, что свидетельствует об окислительных процессах с участием трехвалентного железа в этом объеме раствора.

В растворах, откачанных позже, концентрация урана постепенно уменьшается в среднем с 43 мг/л до 29 мг/л. Также уменьшается средняя концентрация общего железа с 500 мг/л до 455 мг/л, причем доля трехвалентного железа при этом возрастает от 41 % до 59 %, что может являться свидетельством окислительных процессов прямого бактериального выщелачивания урана.

Анализируя откачанные растворы по сульфат - иону, можно заметить, что его концентрация при вводе бактериальной культуры возросла с первоначальной 4,8 г/л до 6,7 г/л (максимально) и снизилась до 5,6 г/л в конце опыта (проба 1-22). Увеличение концентрации SO⁴ - иона также указывает на окислительные процессы с участием бактерий.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что бактериальные растворы способствовали интенсификации окисления урана. Изменения концентраций урана в откачных растворах, представленные на рисунках 3 и 4, показывают увеличение окисления урана и интенсификацию процесса выщелачивания. Особенно ярко это представлено в результатах по выщелачиванию урана из пласта по скважине 516-05, где выщелачивание урана увеличилось в 6 раз при максимальном разбавлении бактериальных растворов (10).

Список литературы:

1. Караванко Г.И., Практическое руководство. Бногеотехнология металлов. 1989.
2. Fischer J.R. The role of bacteria in the uranium leaching. // Canad Minining . Metallurgical Bull.. - 1966. - № 649(59). - P. 588-592.
3. Harrison V., Gou W„ Ivarson K. The influence of thione bacteria on the process of uranium leaching. //Canad. Mining J. -1966. -K«5(87). - P. 64-67.
4. Калабин А.И. Добыча полезных ископаемых ПВ и другими гидроме!аллургичсскими методами. Москва, Атомиздат. 1981.
5. Аликулов Ш.Ш. Халимов И.У. Хамидов С.Б.Алимов М.У. Интенсификация параметров подземного выщелачивания урана из слабопроницаемых руд на примере урановых месторождений Universum: технические науки, Выпуск: 6(75), Июнь 2020, 57 стр.