Интенсификация параметров подземного выщелачивания урана из слабопроницаемых руд на примере урановых месторождений Узбекистана

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследовании по интенсификации параметров подземного выщелачивания урана из месторождений со сложными горно-геологическими условиями. Результаты исследований получены из проведенных опытно-промышленных работ в урановых месторождениях  Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК). В целях увеличения коэффициента фильтрации продуктивного пласта были применены поверхностно-активных веществ (ПАВ). Впервые был использован сульфанол в качестве ПАВа для повышения степени извлечения полезного компонента из слабопроницаемых руд методом подземного выщелачивания.

ABSTRACT

The article presents the results of a study on the intensification of the parameters of underground leaching of uranium from deposits with complex mining and geological conditions. The research results were obtained from the pilot works in the uranium deposits of the Navoi Mining and Metallurgical Combine (NMMC). In order to increase the filtration coefficient of the reservoir, surface-active substances (surfactants) were used. For the first time, sulfanol was used as a surfactant to increase the degree of extraction of a useful component from poorly permeable ores by underground leaching.

Ключевые слова: Слабопроницаемый продуктивный горизонт, ПАВ, сульфанол, гидродинамический режим, интенсификация процесса подземного выщелачивания, слабообводнённый рудный пласт.

Keywords: poorly permeable productive horizon, surfactant, sulfanol, hydrodynamic regime, intensification of the underground leaching process, weakly watered ore bed.

На сегодняшний день во всем мире год за годом усложняется процесс отработки глубоких залежей урановых руд методом подземного выщелачивания (ПВ), а также возникают проблемы добычи урана из слабопроницаемых руд. Одним из решений данной проблемы является разработка новой технологии, управление гидродинамическим режимом подачи раствора в песчаники и увеличение проницаемости пласта путем применения поверхностно-активных веществ (ПАВ). При отработке запасов слабопроницаемых и слабообводненных руд повышается концентрация металла в продуктивных растворах, снижается удельный расход серной кислоты, сокращается время отработки блоков и увеличивается минерально-сырьевая база.

Одним из направлений интенсификации процесса подземного выщелачивания урана является использование различных окислителей и добавление ПАВ, выбор и практическое применение которых при способе ПВ урана имеет необходимость.

В настоящей работе проводились опытно-промышленные работы на месторождениях РУ-5 Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК) по разработке технологии отработки урановых месторождений со слабой проницаемостью рудоносного горизонта.

На месторождении Лявлякен и Кетмончи НГМК проводились опытные работы по повышению производительности низкодебитных откачных скважин, на действующих ячейках слабопроницаемых урановых руд с низким коэффициентом фильтрации–менее 0,5 м³/сут.

На опытной площади установлена буферная ёмкость для растворения реагента ПАВ (сульфанол) с пластовой водой. Сначала в соотношении 1:1 из расчета концентрации, а затем дозируется в рабочий раствор с концентрацией 1,5 г/л. В емкость – смеситель подаются сернокислые растворы (с концентрацией по –10 г/л) и расчетный объем раствора Сульфанола (с концентрацией 1,5 г/л). Полученный выщелачивающий раствор нагнетается в закачные скважины опытной ячейки.

Исходные данные по опытной ячейке на месторождении Кетмончи следующие.

Место испытаний: участок ПВ, урановые залежи для получения более достоверного результата влияния ПАВ выбраны уже пробуренные ячейки

Ячейки расстояние между закачными скважинами 30х30 метров, в центре прямоугольника расположена откачная скважина, схема «прямолинейная» (состоящая из восьми закачных и двух откачных скважин).

Средние параметры ячейки: глубина скважины – 174м, интервал фильтра – 162,0-170,0м, статический уровень – 125м, площадь – 1800м², объем горнорудной массы – 16200м³, эффективная мощность – 9,0м, коэффициент пористости-0,20, поровой объем- 3240м³, .

Средние параметры ячейки: глубина скважины – 176,0м, интервал фильтра – 170,0-174,0м, статический уровень – 125м, площадь – 1800 м², объем горнорудной массы – 16200м³, эффективная мощность – 9,0м, коэффициент пористости - 0,20, поровой объем - 3240м³, ,

Расчет порового объема одной ячейки:

Суточный расход ПАВ составит: при ожидаемой суммарной приемистости восьми закачных скважин 8,0м³/час

Расчетное время подачи ПАВ на две ячейки составит: 

Следовательно, расчетное количество Сульфанола составит:

Исходные данные по опытной ячейке на месторождении Лявлякен следующие.

Место испытаний: участок ПВ, урановые залежи. Для получения более достоверного результата влияния ПАВ выбраны уже пробуренные ячейки.

Ячейки № 2-3-2-2, 2-3-2-4 расстояние между закачными скважинами 30х30 метров, в центре прямоугольника расположена откачная скважина, «гексагональная» (состоящая из девяти закачных и двух откачных скважин).

Средние параметры ячейки: глубина скважины - 104,1м, интервал фильтра – 99,3-103,3м, статический уровень – 2,0м, площадь – 2520м², объем горнорудной массы – 20160м³, эффективная мощность – 8,0м, коэффициент пористости-0,20, поровый объем - 4032м³, 

Средние параметры ячейки: глубина скважины – 101,1м, интервал фильтра - 96,9-100,7м, статический уровень – 2,0м, площадь – 2520м², объем горнорудной массы – 20160м³, эффективная мощность – 8,0м, коэффициент пористости - 0,20, поровый объем - 4032м³, 

Окисление рудного горизонта предусматривается по сернокислотной схеме. Реагент для проведения работ - ПАВ (сульфанол) подавался вместе с серной кислотой концентрацией 8-10г/л в закачные скважины. Изменения дебита откачных скважин приведены в табл.1.

Таблица 1.

Результаты изменения дебита откачных скважин на месторождении Лявлякен

После подачи на одной из ячеек в закачные скважины растворы с добавкой ПАВ (1,5г/л) с серной кислотой концентрации 10 г/л были получены положительные результаты, а именно концентрация ПАВ возросла до 2 г/л, концентрация урана – до 35 мг/л. Слабокислые растворы поданы на всю площадь участка. В результате наблюдался плавный продолжающийся рост концентрации урана до 61 мг/л. При соблюдении указанных выше концентраций поверхностно-активного вещества в рабочих растворах, процесса кольматации не выявилось.

Результаты исследований по контролю интенсивности отработки двух блоков, месторождения Лявлякан без добавки сульфанола и ранее подвергнутых предварительному окислению представлены на рис.1. и 2. Показатель извлечения по одному из них превысил с добавкой ПАВ 70%, по второму без добавки ПАВ составил 45%. В процессе проведения экспериментов было исследовано влияния ПАВ на скорость фильтрации и дебит откачных скважин. Выщелачивание урана на участках зон происходило, в основном, в диффузионном режиме, скорость выщелачивания которого несравнима (на несколько порядков ниже) со скоростью фильтрации.

Были продолжены работы по изменению дебита откачных скважин на месторождении Кетмончи. Результаты исследований представлены на рис.3, 4 и в табл. 2.

Рисунок 1. График зависимости изменения дебита без добавки сульфанола в откачные скважины на месторождении Лявлякан от продолжительности процесса выщелачивания

Рисунок 2. График зависимости изменения дебита с добавкой ПАВ (1,5г/л) +Н₂SO₄ в откачных скважинах на месторождении Лявлякан от продолжительности процесса

Таблица 2.

Результаты изменения дебита откачных скважин на месторождении Кетмончи

Рисунок 3. График зависимости изменения дебита без добавки ПАВ в откачных скважинах на месторождении Кетмончи

Рисунок 4. График зависимости изменения дебита с добавкой ПАВ (1,5 г/л) +Н₂SO₄ откачных скважинах на месторождении Кетмончи

Преимущества применения поверхностно-активных веществ заключается в следующим:

Повышение скорости выщелачивающих растворов, уменьшение расхода серной кислоты в 1,6-1,7 раза, увеличение извлечения урана на 10-12 %, повышение содержания металла в продуктивном растворе в процессе эксперимента на величине рН контролировали дебиты откачных скважин. Во время замеров из скважин отбирались пробы на содержание металла (табл.3).

Таблица 3.

Результаты опробования содержание металла участка ПВ Кетмончи и Лявлякан

На основе проведенных исследований в данной статье получены следующие результаты:

1. В результате теоретических исследований перетекания 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.
2. Проведенные исследования показали, что применение при ПВ урана сульфанола значительно интенсифицирует скорость и глубину проникновения выщелачивающих растворов в глинистых плохопроницаемых рудах и увеличивает коэффициент фильтрации. Исследованиями выявлены закономерности изменения коэффициента фильтрации из глинистых горных пород при использовании сульфанола, который обеспечивает полноту формирования продуктивных растворов.

Список литературы:
1. Аликулов Ш.Ш., Нажимов Ф.Ф. Анализ базовой модели подземного выщелачивания урана к природным условиям месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. – Москва, 2015. – №1. – С. 98-104.
2. Аликулов Ш. Ш. Интенсификация технологических процессов подземного выщелачивания урана из слабопроницаемых руд // Известия вузов. Горный журнал. – Екатеринбург, 2017. – №1. – С. 78-81.
3. Аликулов Ш. Ш. Исследование кинетики продуктивных растворов при подземном выщелачивании урана // Материалы ХХV Международного научного симпозиума «Неделя горняка-2017». Отдельный выпуск. – Москва, 23-27 января 2017 г. – С. 140-143.
4. Аликулов Ш. Ш., Курбанов М. А., Шарафутдинов У. З., Халимов И. У. Исследование гидродинамических параметров при подземном выщелачивании путем физического моделирования // Горный вестник Узбекистана. – Навои, 2019. – №1. – С. 77-82.
5. Kaixuan Tan, Chunguang Li, Jiang Liu, Huiqiong Qu. A novel method using a complex surfactant for in-situ leaching of low permeable sandstone uranium deposits. School of Nuclear Resources Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China 2014