Способом скважинного подземного выщелачивания

Россия занимает третье место в мире по запасам урана (после Австралии и Казахстана).

Добыча радиоактивного металла в нашей стране ведётся традиционным шахтным способом и современным методом скважинного подземного выщелачивания (СПВ). На долю последнего уже приходится более 30% от общего объёма добычи. Однако технология СПВ имеет большое будущее, так как она практически исключает угрозу для жизни людей и воздействие на окружающую среду. Более того, после отработки участков земля остаётся пригодной для сельскохозяйственного пользования.

Подземное выщелачивание урана и его преимущества

Привычный способ добычи урана заключается в извлечении руды из недр, её дроблении и обработке для получения искомых металлов. В технологии СПВ, которая также известна как добыча растворением, порода остаётся на месте залегания, по площади месторождения прокалываются скважины, через которые потом прокачиваются жидкости для выщелачивания металла из руды. В общемировой практике в процессе СПВ используются растворы на основе кислот и щелочей, однако в России, так же, как в Австралии, Канаде и Казахстане, последние не применяют, отдавая предпочтение серной кислоте H₂SO₄.

По сравнению с шахтным методом добычи разработка урановых месторождений методом скважинного подземного выщелачивания оказывает меньшее отрицательное влияние на поверхность земли: отсутствуют оседания и нарушения почвы, отвалы забалансовых руд и пустых пород.

В целях предотвращения ущерба от возможных разливов технологических растворов перед началом обработки запасов на участке производится снятие поверхностного плодородного слоя почвы по всей длине ряда эксплуатационных скважин на ширину 4-5 м и глубину 40-50 см. По завершении всех работ плодородный слой возвращают обратно, скважины ликвидируют, а загрязнённые участки восстанавливают. Эти меры позволяют передать земли в сельскохозяйственное пользование.

Благоприятное влияние на окружающую среду оказывает и отсутствие так называемых хвостов (радиоактивных отвальных отходов) и, как следствие, полигонов для их захоронений. Кроме того, на всех этапах добычи, включая вскрытие и подготовку рудных тел, исключается пылеобразование. В итоге при СПВ в десятки раз снижается выделение токсичных веществ в атмосферу.

Также стоит отметить, что скважинный метод вскрытия и отработки месторождения ещё и более экономичный с точки зрения стоимости эксплуатации, так как из процесса исключаются операции рудоприёмки и рудоподготовки.

Все указанные преимущества делают метод СПВ самым прогрессивным, экологически безопасным и доступным на сегодняшний день.

Передовые представители атомной отрасли уже используют его на своих площадках. Так, ярким примером компании, ведущей добычу урана способом скважинного подземного выщелачивания, является предприятие «Хиагда», расположенное в Баунтовском районе Республики Бурятия.

История Хиагдинского месторождения

Добыча урана методом скважинного подземного выщелачивания началась на АО «Хиагда» ещё в 1999 году: было сооружено 30 скважин, 4 из которых предназначались для наблюдений и экологического мониторинга. В 2004 г. полигон расширили, и количество скважин увеличилось до 51. В 2008 г. АО «Хиагда» вошло в состав Уранового холдинга «Атомредметзолото» («АРМЗ») и начался новый виток развития предприятия. За три следующих года было сооружено 230 технологических скважин (из них 77 откачных и 11 эксплуатационно-разведочных) и выполнены геологоразведочные работы по пяти новым месторождениям.

Предприятие и сейчас продолжает наращивать свои мощности. Так, летом 2015 года были запущены I очередь нового технологического комплекса и объекты инфраструктуры — площадки основного производства. «Ввод в эксплуатацию всего комплекса означает поступательный рост объёмов производства металла. В настоящее время отрабатываются залежи Хиагдинского месторождения. С 2015 по 2018 г. мы будем последовательно вводить в эксплуатацию залежи Источного и Вершинного месторождения. В 2015 г. объём производства готовой продукции должен составить 508 т. К 2018 г., надеюсь, сможем полностью загрузить новое оборудование, производить 1000 т необходимого стране металла в год. Но и это не предел. Наши расчёты показывают, что объём производства можно довести до 1300 т в год», — поделился планами Алексей Дементьев, генеральный директор АО «Хиагда».

В сентябре 2015 года на предприятии планируется запуск собственного цеха по производству серной кислоты производительностью 110 тыс. т H₂SO₄ в год, что позволит полностью обеспечить нужды АО «Хиагда» и сократить себестоимость готовой продукции. Основным сырьём производства H₂SO₄ станет техническая сера — сыпучее вещество, перевозка которого более безопасна и экологична, чем транспортировка кислоты.

Однако на АО «Хиагда» понимают, что бурение новых скважин и строительство производственных площадок — лишь половина успеха. Метод СПВ — самый современный на сегодняшний день — требует использования инновационного и качественного оборудования на всех этапах.

Насосы для подземного выщелачивания

Основную роль в процессе скважинного подземного выщелачивания играют насосы. Они используются уже на самой первой стадии — откачивания грунтовых вод, в которые потом добавляются кислый реагент и окисляющий компонент на основе перекиси водорода или кислорода. После при помощи скважинного оборудования раствор закачивается в геотехническое поле. Обогащённая ураном жидкость поступает в добывающие скважины, откуда вновь при помощи насосов отправляется на перерабатывающую установку, где в процессе сорбции уран оседает на ионообменной смоле. Затем металл отделяется химическим способом, суспензия обезвоживается и осушается до получения конечного продукта. Технологический раствор вновь насыщается кислородом (при необходимости — серной кислотой) и возвращается в цикл. «Очевидно, что насосы — один из ключевых элементов технологии СПВ: они задействованы на всех стадиях добычи.

Именно поэтому на первое место при подборе оборудования выходят его качество и долговечность — перерывы в работе недопустимы, так же, как и слишком малое количество часов наработки. Ведь в последнем случае насосы придётся часто менять, а это дополнительные финансовые и временные затраты», — говорит Юрий Мурашко, руководитель службы по связям с общественностью Уранового холдинга «АРМЗ».

Раствор серной кислоты, который впоследствии ещё и обогащается радиоактивным ураном, — агрессивная среда, а значит, насосы и их элементы должны быть устойчивыми к коррозии.

Ещё один важный критерий — надёжность систем уплотнений. «Исходя из указанных требований, для перекачивания продуктивных растворов из сборников в главный производственный корпус на АО «Хиагда» были выбраны скважинные насосы GRUNDFOS серии SPM. Они разработаны специально для работы с растворами в процессах выщелачивания: насосы изготовлены из высококачественной нержавеющей стали 1.4539 по стандартам DIN, что делает их невосприимчивыми к воздействию кислот, содержащихся в перекачиваемой среде», — рассказывает Александр Колмаков, региональный представитель пермского филиала компании «ГРУНДФОС», ведущего мирового производителя насосного оборудования.

Ещё большую надёжность моделей линейки SPM обеспечивает соединение электродвигателя с насосной частью шпильками с высокопрочными титановыми гайками. Также для повышения устойчивости насосов к кислоте держатель внутреннего кольца торцевого уплотнения впрессован в кольцо из нержавеющей стали. Наряду с высокой надёжностью, оборудование способствует повышению рентабельности производства — ведь насосы GRUNDFOS оснащены современными энергоэффективными двигателями с высоким КПД.

Как показывает опыт использования оборудования SPM на добывающих предприятиях, насосы GRUNDFOS отличаются от аналогов высоким сроком наработки — 6000-8000 часов против стандартных 700-800 часов. «Всего на нашем предприятии задействовано 195 скважинных насосов GRUNDFOS. Они эксплуатируются уже несколько лет, и за это время никаких нареканий работа оборудования не вызывала», — говорит Юрий Мурашко (Урановый холдинг «АРМЗ»).

Зарубежный опыт использования технологии СПВ

На долю скважинного подземного выщелачивания приходится около 20% всего мирового уранового промысла. Лидерство пока что удерживают подземные рудники (40%) и открытые карьеры (30%). Однако много говорит тот факт, что методу СПВ отдают предпочтение такие развитые уранодобывающие страны, как США, Узбекистан и безусловный лидер отрасли — Казахстан. Например, добычей радиоактивного металла методом подземного выщелачивания занимаются на крупнейшем месторождении республики — руднике Инкай, принадлежащем «Казатомпром». Его потенциальные запасы урана оцениваются в 41 тыс. тонн, что, по подсчётам экспертов, позволит эксплуатировать участок более 30 лет.

Так же, как и на АО «Хиагда», для закачивания и откачивания выщелачивающего и продуктивного растворов в скважинах установлены насосы серии SPM (1 для закачки, 6 для откачки).

Наряду со скважинным оборудованием, на руднике «Инкай» широко применяются и другие модели насосов GRUNDFOS. В частности, в процессах приёмки и перекачки серной кислоты установлены вертикальные многоступенчатые центробежные насосы серии CRN с магнитными муфтами MAGdrive. Последние заменяют стандартные торцевые уплотнения, которые восприимчивы к агрессивным жидкостям.

Магнитные муфты повышают надёжность оборудования, позволяя без проблем работать с раствором H₂SO₄ , а также являются гарантом отсутствия утечек химических растворов.

Подобные насосы с магнитными муфтами только во взрывозащищённом исполнении применяются на руднике для заполнения топливных цистерн. Кроме того, насосы CRN, оснащённые частотно-регулируемыми приводами (ЧРП) и двойным торцевым уплотнением, установлены для подачи серной кислоты в трубопроводную трассу на полигон для доведения раствора до требуемой концентрации. Использование ЧРП позволяет оптимизировать затраты электроэнергии на данном участке производства.

Сегодня скважинное подземное выщелачивание применяет большинство российских и зарубежных уранодобывающих предприятий. Накопленный опыт будет полезен другим компаниям при организации процессов и выборе надёжного и долговечного оборудования.

Источник

АО «Хиагда»: технология добычи урана методом скважинного подземного выщелачивания

Республика Бурятия. Баунтовский эвенкийский район. Именно здесь, среди таёжных лесов, находится самое перспективное предприятие Уранового холдинга «АРМЗ» госкорпорации «Росатом» — акционерное общество «Хиагда». Добыча урана ведётся высокоэффективным и экологически безопасным методом скважинного подземного выщелачивания.

Чем же отличается технология СПВ от традиционного способа добычи и в чем его преимущество, рассказал первый заместитель генерального директора — главный инженер АО «Хиагда» Евгений Гурулев.

С момента открытия первого уранового месторождения в Республике Бурятия ни одного чрезвычайного происшествия, связанного с деятельностью АО «Хиагда», не зафиксировано. Одна из важных составляющих этого — применение безопасного для людей и окружающей среды метода скважинного подземного выщелачивания. Действительно, если сравнивать эту технологию с открытым или подземным способами добычи полезных ископаемых, то налицо существенные преимущества. Не происходит изменения геологического состояния недр, так как не производится выемка горнорудной массы. Отсутствуют оседания и нарушения земной поверхности, отвалы забалансовых руд, пустых пород, а также хвостохранилища. Природная радиоактивность рудного тела остается глубоко под землей.

Из истории

Технология подземного выщелачивания разрабатывалась независимо в СССР и США в середине 1960-х годов. Метод был предназначен для извлечения урана, расположенного в водонасыщенных проницаемых породах, в которых нельзя было эффективно использовать традиционные горные способы добычи. В обеих странах метод СПВ разрабатывался на основе схожих инженерных и технологических подходов.

Однако в Советском Союзе использовали кислотное выщелачивание, а в США — щелочные системы, чаще всего на основе соды. Выбор технологии зависит от геологии месторождения и гидрогеологических условий. При наличии в рудной зоне значительного количества карбонатов обычно применяют щелочное (содовое) выщелачивание.

В то время как в России и Казахстане применяются кислотные выщелачивающие реагенты, в США рудники, использующие технологию СПВ, обычно применяют щелочные выщелачивающие агенты, например комбинацию бикарбоната натрия и углекислого газа.

Метод СПВ применяется в случае, если рудное тело полностью изолировано от водоносных горизонтов. В частности, месторождения Хиагдинского рудного поля изолированы снизу и с боков — скалой, а сверху — сотней метров непроницаемой глины. Поэтому и подземные воды, и продуктивный раствор выйти за пределы рудоносного горизонта просто не в состоянии.

Замкнутый цикл добычи

Производственная площадка состоит из геотехнологических полигонов, которые сооружают над рудным телом. Геотехнологический полигон состоит из закачных скважин, через которые выщелачивающие растворы (концентрация серной кислоты составляет 8–12 г/л) поступают в рудное тело с целью растворения урана, а также откачных скважин, через которые извлекают «продуктивный» или ураносодержащий раствор на поверхность.

На АО «Хиагда» содержание концентрированной серной кислоты в выщелачивающих растворах составляет 0,8–1,2 %, в продуктивном растворе — 0,1–0,5 %. Раствор серной кислоты прокачивается через рудное тело в естественном залегании и растворяет содержащийся в руде уран с последующим извлечением на поверхность. Замкнутый цикл движения растворов в недрах обеспечивается геологическим строением месторождений Хиагдинского рудного поля. Рудные тела локализуются в продуктивном песчаном горизонте в древних речных палеодолинах на непроницаемом гранитном фундаменте. Над рудным телом в песчаном горизонте сформировано несколько естественных водоупоров, представленных глинистыми водонепроницаемыми породами, а в верхней части геологического разреза вся песчаная толща перекрыта покровом непроницаемых базальтов мощностью до 120 м. Таким образом, геологическое строение палеодолин предотвращает распространение технологических растворов в недрах за пределы рудного тела.

На предприятии используются трубы ПНД (обвязка добычных полигонов, а также используются в качестве эксплуатационных колонн при сооружении технологических скважин) и НПВХ (при сооружении технологических скважин). Срок службы ПНД — от 50 до 80 лет, НПВХ — от 20 до 100 лет. При этом срок отработки технологических блоков — 6–8 лет.

Обычно на одну откачную скважину приходится несколько закачных скважин. На АО «Хиагда» гео-технологические поля имеют форму шестиугольника (с шестью закачными скважинами, окружающими каждую откачную скважину), но чаще — параллельных линейных рядов откачных и закачных скважин. Расстояние между закачными и откачными скважинами составляет от 35 до 40 м, в зависимости от формы рудной залежи. Вокруг каждой рудной залежи сооружается сеть наблюдательных скважин для отслеживания растекания растворов.

Продуктивный раствор из откачных скважин поступает в сборники, затем из сборников на перерабатывающую установку. На перерабатывающей установке сорбируют, концентрируют и осаждают уран из продуктивных растворов при помощи ионообменной смолы. Затем уран отделяется от ионообменной смолы и химически осаждается, а смола очищается и возвращается в колонны для дальнейшего использования. После сорбции урана в обедненный раствор добавляется серная кислота для достижения требуемого уровня кислотности, затем раствор возвращается через закачные скважины в рудоносный горизонт.

Защита от радиации

Ближайший к производственной площадке Хиагды населенный пункт удален более чем на 30 км. Поэтому опасности для жителей Баунтовского эвенкийского района производственная площадка не представляет.

При добыче урана методом СПВ применяются необходимые меры защиты от радиации, несмотря на то что прямого контакта с рудой не происходит. Следовательно, влияние радона минимально. Рудная пыль при добыче урана методом СПВ не образуется.

Работники проходят регулярное обследование на заражение альфа-активными веществами, а для контроля гамма-облучения носят индивидуальные дозиметры. Осуществляется повседневный контроль за воздушным, пылевым и поверхностным загрязнением. За все время работы предприятия случаев превышения допустимой дозы не регистрировалось.

Защита поверхностных и подземных вод

При проектировании производственной деятельности АО «Хиагда» предусмотрена эффективная система защиты поверхностных и подземных вод.

Мощная каменная толща базальтов и вечная мерзлота над рудными залежами, а также современная конструкция скважин исключают возможность выхода технологических растворов на поверхность.

Сборники технологических растворов оснащены подземными защитными экранами, обваловкой по периметру, исключающими поступление растворов в подземные грунты и на поверхность земли.

Полигоны оборудованы системой зумпфов и прудов-уловителей дождевого и талого стока. Попадание загрязняющих веществ в реки и озера в границах Хиагдинского рудного поля исключено.

Кроме того, на протяжении всего периода эксплуатации АО «Хиагда» осуществляет мониторинг поверхностных, подземных вод, донных отложений, снегового покрова, атмосферного воздуха. Кроме того, с целью влияния осуществляемой производственной деятельности проводятся следующие работы: сбор ихтиологических проб, сбор гидробиологических проб, анализ кормовой базы рыб, исследования состояния кормовой базы рыб, анализ пищевых взаимоотношений, исследование состояния ихтиофауны и т. д. Пробы отбираются на реках Тетрах, Бутуй, Витим, Джилинда и Малая Джилинда и их притоках. Создана обширная сеть наблюдательных скважин.

Из результатов мониторинговых исследований о влиянии осуществляемой деятельности АО «Хиагда» на водные биоресурсы и среду обитания следует, что существенного отрицательного влияния на водотоки бассейна р. Витим в результате производственной деятельности АО «Хиагда» не отмечается.

Вывод из эксплуатации. Рекультивация

После вывода из эксплуатации скважины ликвидируются, технологические установки демонтируются, территория рекультивируется и готова к использованию.

В соответствии с Правилами проведения рекультивации и консервации земель организация обязана приступить к рекультивации земель в срок не позднее чем семь месяцев со дня окончания деятельности, осуществление которой привело к деградации земель.

В настоящее время для месторождений Хиагдинского рудного поля разработаны и согласованы с Региональным агентством лесного хозяйства (РАЛХ) проекты рекультивации лесных земель. РАЛХ подтверждена достаточность и обоснованность предусмотренных АО «Хиагда» мероприятий по рекультивации земель для достижения соответствия рекультивируемых земель требованиям.

Рекультивация обеспечит восстановление земель до их первоначального состояния. Будет проведено комплексное исследование природных компонентов, сохранится сеть наблюдательных скважин для последующего многолетнего мониторинга состояния окружающей среды.

Рекультивация включает нанесение плодородного слоя почвы, засев рекультивированных участков травами, сдача земель государству.

Таким образом, сегодня АО «Хиагда» — динамично развивающееся предприятие государственной корпорации «Росатом», которое использует высокоэффективный и экологически безопасный метод скважинного подземного выщелачивания и еще десятки лет сможет обеспечивать атомную отрасль страны стратегическим металлом.

Источник