Способ подземного выщелачивания урана

Уран: свойства, способы добычи и обогащения, применение

Уран – тяжёлый слаборадиоактивный металл серо-стального цвета с серебристо-белым глянцем. Современное использование данного химического элемента связано напрямую с атомной энергетикой. Также он является сырьём для получения другого важного в ядерной энергетике элемента – плутония.

Процесс открытия минерала и дальнейшее исследование его уникальных в физическом отношении свойств, напрямую связано с именами множества исследователей и учёных того времени. Среди которых можно выделить:

• Немецкого натурфилософа Мартина Генриха Клапорта первым, восстановившим из руды один из наиболее распространённых минералов урана – настуран.
• Французского химика ЭженаПелиго, сумевшего получить чистый минерал и определить его атомный вес.
• Великого русского учёного Дмитрия Ивановича Менделеева – поставившего уран в соответствующую его характеристикам клетку периодической системы, задолго до открытия действительного атомного веса этого элемента.
• Знаменитого британского физика Эрнеста Резерфорда, открывшего два вида радиоактивного излучения урана.
• Советских академиков Юлия Борисовича Харитона и Якова Борисовича Зельдовича, доказавших возможность осуществления цепной ядерной реакции.

Естественно, что свой вклад в исследование этого основополагающего элемента ядерной физики и атомной энергетики, внесло множество учёных. Именно благодаря им были открыты следующие физико-химические свойства этого элемента:

• Тяжёлый, гибкий и ковкий металл, плотностью 18-19 г/см 3 .
• Температура плавления равняется +1132,3 0 C.
• Температура кипения составляет +4113 0 C.
• В порошкообразном состоянии при температуре свыше +150 0 C, уран способен самовозгораться.
• Обладает тремя кристаллическими модификациями, стабильными при определённых температурах: альфа, бета и гамма.
• Минерал радиоактивен изотопами: уран-238, уран-235, уран-234.
• Химически очень активный элемент, быстро вступающий в реакцию взаимодействия с кислородом воздуха, покрываясь при этом защитной оксидной плёнкой.

Способы добычи

Уран распространён в природе. По этому показателю он занимает 38 место среди других химических элементов. Больше всего этот радиоактивный металл сосредоточен в осадочных породах: углистых сланцах и фосфоритах. Наиболее важными для добычи минералами (всего их, имеющих промышленное значение, насчитывается 15 видов) являются:

• настуран,
• карнотит,
• соединения с ванадием и титаном,
• силикаты,
• фосфаты.

Метод извлечения урана на поверхность зависит от глубины залегания руд, породы месторасположения, состава изотопов и ряда иных признаков.

Открытый

Один из самых распространённых способов добычи полезных ископаемых при условии размещения их недалеко от наружного слоя земного грунта.

Именно его и приходится удалять, прибегая к вскрышным буровзрывным работам и перевозке пустой породы в отвалы. Для чего используется тяжёлая техника: бульдозеры, экскаваторы, погрузчики самосвалы. В дальнейшем с использованием того же оборудования разрабатывается ураносодержащее сырьё, затем отправляемое на переработку.

Строительство карьеров – дело достаточно дорогостоящее и объёмное по своим масштабам и привлекаемым ресурсам. Кроме того, оно связано с нанесением невосполнимого экологического ущерба месту разработки и окружающей местности.

Подземный

Способ ещё более затратный по сравнению с открытым методом, так как приходится проникать внутрь недр, чтобы достичь места залегания рудного тела. Другим неблагоприятным фактором является экономическое ограничение на строительство шахт, глубиной более 2 км, что нецелесообразно в связи со значительным удорожанием стоимости добытого минерального ресурса.

Однако, несмотря на эти обстоятельства и высокий уровень опасности для работающего персонала, именно этот способ позволяет добывать наиболее качественное сырьё. Технологический цикл подземной добычи включает в себя:

• откалывание (отбивание) материала,
• погрузку его на вагонетки или шахтные самосвалы,
• перевозку руды до бункера приёмки,
• скиповое поднятие на поверхность,
• транспортировку к местам переработки.

Скважинное подземное выщелачивание

В связи с множеством возникающих сложностей организационного и экономического порядка, всё чаще горнодобывающие предприятия начинают прибегать к методу скважинного подземного выщелачивания (СПВ).

Проведя геологические исследования, определяется контур месторождения, по периметру которого на необходимую глубину бурятся скважины. В них закачивается серная кислота – выщелачивающий реагент. Полученный раствор выкачивают уже через откачные скважины, пробуренные внутри контура.

Извлекаемую пульпу прогоняют через специальные сорбционные колонны, где урановые соли остаются на смоляных поверхностях. В дальнейшем эту смесь подвергают многократной очистке до получения сначала необходимой концентрации раствора, а затем – и до формирования закиси-окиси урана.

Обогащение урана

Добытая урановая руда содержит в своём составе 0,72% изотопов урана-235 ( 235 U). Остальную часть составляют:

Причины

Самостоятельно поддерживать ядерную реакцию способен только нуклид 235 U. Мало того, чтобы цепная реакция происходила стабильно – не важно: в ядерном реакторе или в атомном оружии – необходимо достичь его определённой концентрации, тем самым обеспечив высокую вероятность встречи нейтронов с атомами.

Именно для этого и проводится обогащение, то есть увеличение доли урана-235 в минерале. Однако, требуемый уровень концентрации этого изотопа в каждой из областей применения – свой.

Степени

Практическое применение имеют три степени обогащения урана, имеющие соответствующие процентному содержанию названия:

• Обеднённый уран представляет собой технологические отходы процесса обогащения. Содержание 235 U в нём колеблется в пределах: 0,1–0,3 %. Тем не менее, постепенно он находит широкий диапазон применения в качестве:

• химического катализатора в реакциях восстановления перекиси водорода и кислорода;
• космического, судового, автомобильного балласта и самолётного противовеса;
• средства радиационной защиты;
• бронебойного сердечника снарядов;
• танковой брони;
• ударного механизма буровых штанг,
• средства получения комплексного ядерного топлива, применение которого возможно в энергетических ядерных реакторах на тепловых нейронах.

• Низкообогащённый уран с концентрацией 235 U доходящей до 20%, широко используется в качестве топлива энергетических и научно-исследовательских ядерных реакторов.
• Высокообогащённый уран, содержащий в себе свыше 20% урана-235, применяется при изготовлении атомных и водородных бомб, а также в качестве длительно используемого ядерного топлива в реакторах морских судов и космических кораблей.

Технологии

В основе значительного количества технологий обогащения лежат стандартные физические процессы обретения различного ускорения телами, обладающими разной массой. Именно на этом принципе основано абсолютное большинство апробированных обогатительных методов.

• Термодиффузия – концентрирующая различные по массе изотопы в отдельных температурных зонах.
• Электромагнитная сепарация – отбирающая разно заряженные ионы в отдельные сборники.
• Газовая диффузия – использующая неодинаковую скорость проникновения частиц через мелкопористые мембраны.
• Центрифугирование – разделяющее газовую среду по скоростям вращающихся потоков.
• Аэродинамическая сепарация – создающая завихряющиеся потоки в соплах искривлённой конфигурации.

Существует также целый ряд лазерных технологий, пока что не получивших широкой промышленной эксплуатации.

Применение

Ядерное топливо

Основным направлением использования всех видов изотопов металлического урана является атомная энергетика. Именно в ядерных реакторах происходит регулируемая цепная реакция, позволяющая вырабатывать гигантские электрические мощности. Причём применение находит как низкообогащённый, так и высокообогащённый уран (в реакторах на быстрых нейтронах).

Геология

Геохронологическое использование урана (уран-свинцовый метод радиоизотопного датирования) даёт возможность определять возраст геологических пород и минералов. Это открывает широкие перспективы для исследования протекания геологических процессов в недрах нашей планеты.

Другие сферы

В качестве иных областей применения урана, прежде всего, необходимо упомянуть изготовление ядерного и термоядерного оружия. Кроме того, карбид урана-235 используется в качестве одного из компонентов топлива реактивных ядерных двигателей.

Также, некоторые соединения урана входят в состав красителей. Они (соединения) в своё время использовались в фотографии для улучшения световых показателей негативов и позитивов.

Месторождения в России и мире

Список крупнейших мировых ураносодержащих месторождений по странам мира:

• Австралия – 19 месторождений. Крупнейшими из них являются: ОлимпикДан – 3 тыс. тонн добычи ежегодно, Биверли – 1 тыс. тонн., Хонемун – 900 тонн.
• Казахстан. 16 месторождений. 6 наиболее значимых: Будёновское, Западный Мынкудук, Ирколь, Корсан, Южный Инкай, Харасан.
• Россия. 7 месторождений. Из них в эксплуатации находятся три: Аргунское, Жерловское, Источное.
• Канада. Известные урановые залежи на территории этой страны: МакАртур-Ривер, Сигар Лейк и «Проект Уотербери».
• ЮАР. Месторождение Доминион и рудники: Вааль-Ривер, Вестерн-Ариез, Палабора, Рандфонтейн.
• Нигер. 12 залежей. Наибольшие: Азелит, Арлит, Имурарен, Мадауэла.
• Намибия. 4 месторождения.

Мировые запасы

Планетарные запасы урана оцениваются по-разному. Согласно данным Всемирной ядерной ассоциации в 2017 году они составляли 6,1426 млн. тонн.

В других источниках указывается цифра в 5,5 млн. тонн. Хотя, при этом оговаривается, что разведанные запасы составляют 3,3 млн. тонн, а 2,2 – предполагаемые. Ещё не обнаруженные залежи оцениваются в 10,2 млн. тонн. В процентном соотношении урановые запасы размещены следующим образом по странам и континентам:

• Австралия – 40%.
• Канада – 15%.
• Казахстан – 13%.
• Бразилия – 8%.
• Южная Африка – 6,5%.

Страны, добывающие уран

Топ мировых стран-добытчиков (всего их насчитывается 14) ядерного топлива в 2018 году:

• Казахстан – 21,705 тыс. тонн. 41% мировой добычи, составляющей 53,498 тыс. тонн.
• Канада – 7,001 тыс. тонн. Что составляет 13% от общемирового уровня.
• Австралия – 6,517 тыс. тонн или 12%.
• Намибия – 5,525 тыс. тонн.
• Нигер – 2,911 тыс. тонн.
• Россия – 2,904 тыс. тонн.
• Узбекистан – 2,404 тыс. тонн.
• Китай – 1,855 тыс. тонн.
• Украина – 1,18 тыс. тонн.
• США – 582 тонны.
• Также добычей урана занимаются: Индия – 423 тонн, ЮАР – 346 тонн, Иран – 71 тонна и Пакистан – 45 тонн.

Источник

Подземное выщелачивание урана из месторождений пластового типа

Технологическая схема процесса подземного выщелачивания руды, залегающей в пластовых условиях, включает следующие операции: 1) проведение предварительных геологических и гидрогеологических исследований; 2) разбуривание выбранной залежи по определенной схеме (рудное тело разбивается на определенные участки с учетом падения пласта, направления естественного водного потока и пр.); 3) закачку раствора химического реагента и откачку урансодержащих растворов; 4) переработку продукционных растворов; 5) доукрепление отработанных растворов реагентом и возврат в пласт на выщелачивание. В такой схеме единственной горной, выработкой является скважина, устройство которой показано на рис. 6.1.

Наиболее приемлемыми для подземного выщелачивания являются проницаемые песчаные или песчано-глинистые залежи, расположенные в водоносном горизонте.

Наиболее целесообразной является линейная схема расположения скважин отдельными рядами с последовательно-стадийным осуществлением процесса подземного выщелачивания с переработкой продукционных растворов на сорбционной установке. Расстояние между рядами скважин выбирают в зависимости от времени, необходимого для насыщения пласта реагентом, что обусловлено проницаемостью рудоносного пласта, вещественным составом руды и вмещающих пород и кинетикой процесса. При применении раствора серной кислоты скважины обсаживаются полиэтиленовыми трубами. Скважины целесообразно иметь взаимозаменяемые, их

расположение в ряду в основном определяется геометрией рудного тела и профилем поверхности подстилающего упора (скважины должны проходить в низких точках — впадинах). Закачка растворителя осуществляется в краевой части месторождения (залежи), формирующиеся растворы движутся по ходу естественного потока к откачным скважинам.

После определенного времени насыщения пласта реагентом начинается выщелачивание полезного компонента. Когда основное количество металла будет на первом участке выщелочено, приступают к отработке второго участка, для чего закачку реагента переносят в откачные скважины первого участка, а откачку продукционных растворов осуществляют через новый ряд скважин, пробуренных на втором участке. В закачные скважины первого участка после его отработки подается вода для промывки пласта. Образующиеся бедные растворы соединяются с общим потоком, формирующимся по направлению к откачным скважинам второго участка.

Продукционные растворы перерабатываются на сорбционной установке, после чего отработанные растворы возвращаются в цикл подземного выщелачивания. Полнота извлечения урана из рудного тела определяется в основном следующими факторами: 1) степенью извлечения урана в раствор реагента, обусловленной возможностями контакта растворителя с частицами минерала (определяется пористостью пласта и условиями движения в нем химического раствора), и скоростью химического взаимодействия растворителя и минерала; 2) полнотой выдачи продукционного урансодержащего раствора из пласта на перерабатывающую установку, определяемой потерями этого раствора с потоком подземных вод и удержанием его породой, т. е. неполным вытеснением из пор и капилляров. При подземном выщелачивании в пластовых условиях исключаются все операции горного дела: проходка шахт, организация карьеров, разрушение рудных массивов, выемка руды, ее измельчение и т. п. — и производится одна операция — бурение и оборудование скважин. В связи с этим капитальные затраты на выпуск 1 кг урана при подземном выщелачивании руды снижаются в несколько раз (в 2—2,5 раза) по сравнению с затратами по обычному горнометаллургическому комплексу. При этом значительно повышается производительность труда и коренным образом изменяются и улучшаются условия работы обслуживающего персонала.

Число производственных операций по сравнению с традиционным способом добычи руды сокращается до 8 вместо 17 (при подземной добыче) и 16 (при открытой добыче). Согласно расчетам зарубежных специалистов, расходы на строительство комплекса по производству концентратов снижаются на 60—90%, при этом срок освоения месторождения также сокращается на 60—70%.

Срок освоения месторождения имеет большое значение с точки зрения стоимости производства концентратов. В табл. 6.1 приводятся некоторые экономические данные по добыче урана подземным выщелачиванием и обычным способом с переработкой руды на заводе. Расчеты произведены с учетом того, что работы по вводу предприятий были начаты в 1975 г.

[/center
В США уже более 10 лет практикуется выщелачивание урана из осадочных месторождений пластового типа. С апреля 1970 г. успешно осуществляется подземное выщелачивание урана фирмой «Анаконда» (США) из рыхлого пластового месторождения, представленного песчаником, залегающим ниже водоносного горизонта, ограниченного снизу и сверху водоупорными пластами. Мощность месторождения в районе опытной ячейки по подземному выщелачиванию 42 м.

Урановая минерализация сконцентрирована в нижних 12 м. Первые опытные ячейки (диаметр каждой 60 м) состояли из двух: нагнетательных скважин и девяти откачных, пробуренных на глубину 60—72 м. В наиболее важных местах на расстоянии 300 м от центра ячейки были пробурены наблюдательные скважины.

Затраты на подготовку скважин к эксплуатации составляют, в зависимости от необходимого давления и типа обсадных труб, 8,3—13,3 долл./м скважины.

В 1975 г. в связи с изменившейся ситуацией на урановом рынке резко повысился интерес к добыче урана методом подземного выщелачивания. В США многие фирмы приступили к подземному выщелачиванию урана из месторождений, представленных песчаниками.

Пионером в этой области в шт. Техас явилась фирма «Атлантик ричфилд», которая начала в промышленном масштабе добывать уран этим методом из месторождений площадью 1,2 га, залегающих на глубине 120 м. В апреле 1975 г. вступила в строй опытно-промышленная установка «Клей Уэст» по извлечению урана подземным выщелачиванием производительностью 115 т U3O8/год, расположенная в 16 км к юго-западу от Джордж Уэста (шт. Техас). В 1979 г. намечено увеличение производительности производства до 450 т U3O8/год за счет бурения дополнительных: нагнетательных и откачных скважин на ближайшем участке. Капиталовложения в установку составили 7 млн. долл., численность производственного персонала — 50 чел., управленческого — 12 чел.

Предприятие принадлежит фирме «Атлантик ричфилд» и ею эксплуатируется, участвуют также фирмы «Далко» и «Ю. С. Стил», являющиеся авторами запатентованного процесса подземного выщелачивания карбонатными растворами и применяемой установки. В октябре 1975 г. была получена первая продукция.

Выщелачивание осуществляется из пластамиоценового песчаника формации Оуквиль на максимальной глубине 165 м. Формация сложена перемежающимися слоями песчаников, алевролитов и бентонитовых глин. Руда встречается в отдельных участках мощностью 3—18 м при содержании урана от 0,05 до 0,5% (последнее очень редко). Пласты имеют падение в направлении Мексиканского залива (уклон 0,015°).

Формация Оуквиль мощностью 740 м подстилается глинами с тонкими пластами песка. К песчанику Оуквиль приурочен водоносный горизонт с естественной скоростью движения потока примерно 3,6 м/год, который является источником снабжения пресной водой городка Джордж Уэста и других населенных пунктов. Вблизи залегания уранового месторождения вода имеет высокий уровень естественной радиоактивности и не пригодна в качестве питьевой.

Во избежание нанесения необратимого вреда водоносному горизонту были разработаны жесткие правила, гарантирующие возможность проведения работ с соблюдением необходимых требований по охране окружающей среды. Правила предусматривают непрерывное наблюдение в зонах вокруг участка выщелачивания, с тем чтобы растворы не проникли за его пределы. После окончания процесса добычи необходимо будет обеспечить практически первоначальный состав пластовых вод в водоносном горизонте. В группу по контролю за окружающей средой вошли химики и инженеры-нефтяники, геологи и гидрогеологи, зоологи, биологи и радиологи. До начала работ из всех водозаборных скважин, расположенных в радиусе 8 км от установки, отбирали и анализировали пробы воды. В течение всего срока службы установки из каждой восьмой скважины будут отбирать и анализировать пробы воды каждые три месяца, что позволит каждые два года полностью обновлять данные по всем скважинам. Анализ будет проводиться на содержание ионов кальция, натрия, железа, молибдена, бикарбоната, сульфата, хлора, нитрата, нитрита, аммиака, общее количество растворенных твердых частиц и pH раствора. Кроме того, будет производиться анализ на общий уровень а- и p-излучения. В случае концентрации радия-226 более 3 пКи/л будет осуществляться соосаждение его барием. Определение концентрации свинца-210 необходимо при уровне p-излучения более 50 пКи/л.

Помимо указанных выше анализов 10 из 28 имеющихся скважин анализируют на радиоактивность и концентрацию тяжелых металлов (магния, мышьяка, бария, бора, кадмия, меди, хрома, свинца, марганца, ртути, никеля, селена, серебра, урана, цинка, а также фтора) и щелочность.
[center]

Установка «Клей Уэст» расположена на площади 1,4 га. На этом участке пробурено 66 нагнетательных и 46 откачных скважин (46 ячеек) (рис. 6.2). Откачные скважины пробурены в центре квадрата, в углах которого размещены нагнетательные скважины. Расстояние между нагнетательными скважинами 15 м. Средняя глубина скважин 135 м. Нагнетательные скважины обсажены полихлорвиниловыми трубами диаметром 100 мм, откачные трубы — полихлорвиниловыми трубами диаметром 152 мм. В забое откачных скважин установлены насосы погружного типа. Все скважины оборудованы фильтрами, что позволяет извлекать продукционные растворы с минимальным содержанием твердых частиц. Использование полихлорвиниловых обсадных груб способствует уменьшению до минимума коррозии, что, в свою очередь, будет препятствовать закупорке нагнетательных скважин и загрязнению конечного продукта.

Откачные скважины соединены коллекторами с магистральным полихлорвиниловым трубопроводом диаметром 305 мм, длиной 1800 м, по которому продукционный раствор с концентрацией урана 20—200 мг/л подается на извлечение урана сорбционным методом. На рис. 6.3 показан разрез нагнетательной и откачной скважин.

По контуру участка, разрабатываемого подземным выщелачиванием, пробурены контрольные скважины, из которых регулярно отбираются пробы воды для обнаружения возможной миграции .выщелачивающего карбонатного раствора за пределы зоны выщелачивания. В процессе анализа определяют также общее количество твердых частиц, pH раствора и концентрацию урана. Откачка и закачка растворов — равнодебитные. Если выщелачивающий раствор будет обнаружен в контрольной скважине, нагнетание раствора в соответствующих ячейках зоны будет производиться в уменьшенном объеме, в то время как откачка останется на прежнем уровне до исчезновения раствора в контрольной скважине. В контрольном помещении имеются центральный щит, регулирующие расходомеры, и ежесуточно проводится проверка для обеспечения равнодебитной откачки и закачки растворов в течение суток. Скорость циркуляции раствора 7,6 м3/мин.

Для удовлетворительного выщелачивания урана необходим окислитель. Процесс окисления обеспечивается подачей кислорода в пласт или добавлением перекиси водорода в выщелачивающий раствор в количестве 0,5—5 г/л раствора; pH выщелачивающего раствора 7,4—9.

Расстояние от ячеек до сорбционной установки составляет

3 км. Продукционный раствор собирают в промежуточном чане объемом 3 м3 и затем перекачивают на сорбционную установку, где его пропускают через колонну с угольным фильтром для удаления ила из раствора и подают в ионообменные колонны для извлечения урана (сорбент — смола типа «амберлит»). Периодически подача раствора в колонны прекращается и производится десорбция урана со смолы раствором NaCl. Регенерат (содержание урана до 10 г/л) пропускают через колонну с древесным углем для удаления примесей, включая молибден, а затем направляют в чаны для осаждения аммиаком. Всего имеется шесть колонн. Пульпу химического концентрата сгущают (в деревянном чане-осветлителе), фильтруют, сушат и затаривают в барабаны для отправки на завод по производству гексафторида. Рассматривается возможность попутного извлечения молибдена в будущем. Удаление молибдена из древесного угля производят периодической промывкой гидроокисью натрия. Сушилка типа шнекового транспортера обогревается рубашкой, через которую циркулирует нагретое масло. Теплопередающую среду — масло — нагревают в печи, отапливаемой пропаном. Одним из преимуществ сушилки является минимальное выделение пыли. Отходящие из сушилки тазы очищают в две ступени в мокром скуббере.

Раствор после извлечения из него урана доукрепляют реагентами и возвращают в зону выщелачивания по второму трубопроводу, от которого он распределяется по системе коллекторов в нагнетательные скважины. Все трубопроводы и коллекторы также изготовлены из полихлорвинила ввиду его коррозионной стойкости, более низкой стоимости, простоты изготовления и укладки.

Жидкие отходы удаляют в резервуары с коррозионно-стойкой футеровкой из полиэтилена. Объем резервуаров рассчитан таким образом, чтобы ежегодная скорость испарения была эквивалентна ежегодному объему образующихся химических отходов. Вместимость резервуаров рассчитана с учетом возможных сильных дождей и низкой скорости испарения. В ходе эксплуатации проводится тщательный анализ для уменьшения объема отходов. На рис. 6.4 показана технологическая схема установки.

Согласно существующему плану, после отработки месторождения загрязненные растворы из зоны выщелачивания будут закачаны в глубокую скважину для их захоронения. Это позволит свежей воде водоносного горизонта промыть зону выщелачивания и восстановить концентрацию природных ионов до первоначальных значений. Нагнетательные и откачные скважины будут заполнены цементом, а обсадные трубы — отрезаны. Весь участок засеян травой и за короткое время примет первоначальный вид.

Глубина каждой из двух скважин для удаления загрязненных растворов составит 1370 м. Скважины будут пробурены в песчанике формации Кокфилд олигоценового периода. В период восстановления водоносного горизонта после выщелачивания намечается откачка слабосоленой воды из зоны выщелачивания с максимальной вероятной концентрацией твердых частиц 2000 мг/л с дебитом 570 л/мин. Вода в песчаниках Кокфилд имеет более высокую соленость, чем закачиваемая вода.

Скважина диаметром 317,5 мм будет пробурена с поверхности до глубины 180 м через водоносный горизонт Оуквиль в подстилающие пласты глины. В качестве обсадных труб до глубины 180 м будут использоваться трубы типа Н-40 диаметром 244,5 мм, и цементация цементом класса С будет производиться до устья скважины. После этого до глубины 1370 м будет пробурена скважина диаметром 222 м. По окончании бурения скважин будет произведен электрокаротаж скважин для определения проницаемости пород. До забоя скважин будут спущены обсадные трубы диаметром 178 мм и зацементированы в два этапа. На первом этапе цементация будет осуществлена до кровли формации песчаника Кокфилд на глубине 1065 м. На втором этапе цементация будет произведена до устья скважины.

По данным электро- и гамма-каротажа будет определено, на какой глубине и в какие участки пласта закачивать сбросные растворы. Предполагается, что растворы будут закачиваться в породы, залегающие на глубине в интервале 1090—1120 и 1125—1160 м. Породы на глубине в интервале 1160—1370 м рассматриваются как резервные для удаления сбросных растворов в будущем, если объемы или перепады давления превысят существующие в настоящее время расчетные значения. На рис. 6.5 показан разрез скважины для удаления сбросных растворов.

Помимо установки «Клей Уэст» вблизи Брюни, в 64 км к востоку от г. Ларедо (шт. Техас), действует вторая промышленная-установка по подземному выщелачиванию фирмы «Вайоминг минералз». Согласно сообщениям, для выщелачивания используют слабый карбонатный раствор, а уран извлекают сорбционным методом. Проектная производительность установки также 112,5 т U3O8/год.

Кроме того, фирма «Вайоминг минералз» подготавливает аналогичную установку в районе Рей Пойнт, которая войдет в эксплуатацию в 1979 г. Ее производительность 225 т U3O8/год.

К юго-востоку от Брюни, в округе Уэбб (шт. Техас), фирма «Мобил ойл» построила опытную установку для проверки в полевых условиях разработанного ею метода подземного выщелачивания урана на глубине 123—130 м. Производительность установки будет определена лишь после закачки выщелачивающего и получения продукционного растворов. Ячейка состоит из 15 нагнетательных и 7 откачных скважин. Выщелачивающий раствор — разбавленный раствор карбоната аммония, приготовленный перемешиванием газообразного аммиака и двуокиси углерода с пластовой водой, в которую добавлен обычный умягчитель. Добавляют также окислитель. Продукционные растворы собирают в промежуточном чане и затем перекачивают в сборную емкость на установке па извлечению урана на расстоянии 210 м. Взвешенные твердые частицы из раствора удаляют фильтрацией на песчаном фильтре, а уран извлекают сорбционным способом. Раствор после извлечения урана будут перекачивать в сборник, а затем, после добавления окислителя и выщелачивающих реагентов, возвращать в цикл, т. е. закачивать в нагнетательные скважины.

Характерно, что во всех последних планах извлечения урана подземным выщелачиванием предусматривается использование в качестве растворителя карбонатных растворов. Окислителем может служить кислород, подаваемый в пласт, или раствор перекиси водорода, добавляемый в выщелачивающий раствор.

Для обводненных пластовых месторождений, аналогичных описанным выше, разработан и запатентован также следующий метод: в рудном теле бурят нагнетательные и откачные скважины. Расположение скважин в ячейке может быть различным, например откачная скважина в центре кольца нагнетательных скважин. Воздух в качестве окислителя закачивают в пласт через нагнетательные скважины для вытеснения воды из пласта, с тем чтобы вода оказалась за пределами нагнетательных скважин. После этого в рудное тело нагнетают концентрированный раствор минеральной кислоты и получаемый продукционный раствор откачивают на поверхность.

Другим американским патентом предусматривается подача серной кислоты или какого-либо другого выщелачивающего раствора в нагнетательные скважины. На глубине 30—90 м кислота или раствор контактирует с кислородом под давлением. При этом обеспечивается более высокая концентрация кислорода в растворе, чем при аэрации на поверхности земли, и четырехвалентный уран в руде быстро переводится в шестивалентный.

Изучается возможность подземного выщелачивания из месторождений, залегающих на глубине

600 м и более, добыча урана из которых традиционными методами нерентабельна.

Источник