Анализ способов переработки урановых руд и практика переработки урановых руд за рубежом

АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНОВЫХ РУД И ПРАКТИКА ПЕРЕРАБОТКИ УРАНОВЫХ РУД ЗА РУБЕЖОМ Хужамов У.У.1, Каримов У.Х.2

1Хужамов Умиджон Умаркулович - ассистент;

2Каримов Улугбек Хаёт угли - студент, кафедра металлургии, Навоийский государственный горный институт, г. Навои, Республика Узбекистан

Аннотация: подземное выщелачивание - это разновидность перколяционного выщелачивания (т.е. такого выщелачивания, при котором объем реагента просачивается сквозь неподвижный слой руды), особенность которого в том, что выщелачивание проводится под землей, непосредственно в рудном теле. Научно-технический и экономический анализ показал, что метод подземного выщелачивания имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с добычей руд и переработкой их на заводах: он позволяет снизить стоимость производства урана и более полно использовать урансодержащее сырье. 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 горно-металлургическому комплексу. Ключевые слова: выщелачивание, закачные - откачные скважины, рН среда, концентрация урана, сорбция урана.

Технологическая схема процесса подземного выщелачивания руды включает следующие операции:

1) Разбуривание выбранной залежи по определенной схеме (рудное тело разбивается на определенное участки с учетом падения пласта, направлении естественного водного потока и пр.);

2) Закачку раствора химического реагента и откачку ураносодержащих растворов;

3) Переработку продуктивных растворов включающую:

- сорбцию урана на ионообменной смоле АМП из растворов подземного выщелачивания;

- конверсия смолы в нитратную форму;

- десорбцию урана сернокислым раствором нитрата аммония; нейтрализацию десорбата газообразным аммиаком и осаждения полиураната аммония.

- денитрацию смолы.

4) Доукрепление отработанных растворов реагентом и возврат в пласт на выщелачивание.

В такой схеме единственной горной выработкой является скважина. Добыча полезного ископаемого ведется методом подземного выщелачивания с подачей и приемом растворов в веера скважин. Для этого, с поверхности, вдоль рудной залежи бурят веера скважин, часть которых являются закачными (нагнетательными), а часть-откачными (разгрузочными).

Число и глубина скважин в веере зависит от мощности и элементов залегания залежей, фильтрационных свойств руд и др.

Выщелачивание проводят фильтрационным потоком раствора реагента, подавая его под напором в нагнетательные скважины и принимая в откачные скважины [1].

С физико-химической позиции процесс можно определить как процесс гетерогенных взаимодействий, сопровождающихся изменением концентрации реагирующих веществ в жидкой и твердой фазах при фильтрационном перемещении жидкой фазы в пределах объема выщелачивания.

Объем выщелачивания - часть объема рудовмещающего пласта, в которой происходит фильтрация растворителя.

В процессе ПВ движение растворителя осуществляется по порам и капиллярам рудовмещающего пласта под воздействием искусственного создаваемого потока раствора реагента и системы закачных и откачных скважин. Различают эффективную пористость - обусловленную порами более 1 мм, по которым движение растворов происходит под влиянием силы тяжести, и капиллярную пористость по которой происходит движение растворов как под воздействием силы тяжести, так и поверхностного натяжения.

Реальный процесс фильтрационного выщелачивания урана всегда более сложен, так как растворитель реагирует не только и не столько с урановыми минералами, сколько с минералами вмещающих пород, в первую очередь карбонатами, минералами глин и полевыми шпатами. В результате потенциалом реакции становится не недостаток насыщения раствора выщелачивающим компонентом (ураном), а концентрация растворителя.

При кислотном выщелачивании шестивалентный уран переходит в раствор в виде сульфата уранила и комплексных анионов.

Соотношение их в растворах определяется рН среды. Оптимальной кислотностью для выщелачивания урановых минералов является рН=1,5-2,0. При повышении рН шестивалентный уран осаждается из растворов.

При наличии в выщелачиваемых рудах четырехвалентного урана, слаборастворимого в растворах Н2SO4, требуется добавление окислителя. В этом качестве используют кислород, перекись водорода, хлорат натрия, азотную кислоту, пиролюзит, соли трехвалентного железа, нитрит натрия, озон, бактерии. Использование того или иного окислителя и его количество определяется лабораторным путем.

В присутствии окислителя двухвалентного железо окисляется кислородом до трехвалентного, а трехвалентное железо способствует переходу четырехвалентного урана в шестивалентный.

При сернокислотном выщелачивании первые порции рабочего раствора начинают извлекать уран и легкорастворимые соединения других элементов из начальных сечений, транспортируя их по направлению фильтрации.

Одновременно по пути движения происходит нейтрализация сернокислотного раствора за счет его реакции. В результате расходования реагента рН среды повышается, и уран выпадает в твердую фазу на кислотно-щелочном барьере. Совместно с гидролизом уранил-иона осуществляется гидролиз растворенных примесей при различных рН среды. Фронт кислых урансодержащих растворов движется по пласту с отставанием от истинной скорости фильтрационного потока. Выпадения в осадок ряда примесей в результате повышения рН может временно снижать проницаемость пород [2].

На некотором расстоянии от места подачи реагента в рудный пласт формируется участок растворов с равновесной концентрацией урана, в котором не происходит дополнительного его извлечения. Раствор проходит как бы транзитом через этот участок, не изменяя содержания урана в руде. Одновременно с формированием участка с равновесной концентрацией урана перед ним образуется участок

17

вторичного обогащения, где уран выпадает в твердую фазу. Когда процесс выпадения урана в твердую фазу происходит на участках, не затронутых выщелачиванием, идет обогащение руды, концентрации урана превышают начальные значения. Последующие порции рабочего раствора, которые подходят к этой зоне, нейтрализованы уже в меньшей степени, и при достижении необходимой кислотности начинают извлекать уран, «переоткладывая» его далее по пути движения растворов. Осуществляя непрерывное перемещение фронта кислых растворов и связанных с ним участков равновесной концентрации и вторичного обогащения. Ширина этих участков по мере удаления от места подачи реагента в пласт непрерывно растет вплоть до подхода к месту откачки продуктивных растворов. Это необходимо учитывать при определении расстояния между скважинами и выборе концентрации выщелачивающего реагента, чтобы сократить размеры участка вторичного обогащения и уменьшить частоту его образования, но при этом не допускать перерасхода реагентов.

Начало снижение максимальных концентраций содержаний урана в растворе соответствует достижению максимума концентраций в твердой фазе до выходного сечения. В дальнейшем происходит постепенное нарастающее выщелачивание оставшегося урана из руд и уменьшение его концентраций в растворе.

Процесс подземного выщелачивания реализуется с помощью системы технологических скважин (закачных и откачных), пробуренных с дневной поверхности и размещенных на площади месторождения. Скважины бурятся до основания рудовмещающего горизонта, обсаживаются фильтрами. Для предотвращения перетока технологических растворов в выщелачивающие рудоносные горизонты и их загрязнений затрубное пространство скважин цементируется.

За основу технологической схемы цеха переработки продуктивных растворов взят процесс сорбции урана на ионообменной смоле АМП с последующей десорбцией урана серно-нитратным раствором и осаждение полиураната аммония. Это было сделано, исходя из следующих предпосылок:

- концентрация урана в исходных продуктивных растворах низка;

- на анионите будут сорбироваться уран, существующий в сульфатных растворах в виде анионов, и железо, присутствующее в виде аниона. Остальные примеси, находящиеся в виде катионов, сорбироваться практически не будут, что обеспечивает хорошую очистку урана.

Для осуществления ионного обмена, или ионообменной сорбции, т.е. процесса извлечения ионов из водного раствора твердым веществом (ионитом), сопровождающегося переходом в водный раствор эквивалентного количества ионов того же знака, содержащихся в составе твердого вещества, в гидрометаллургии наиболее широко используют синтетические иониты - ионообменные смолы.

В качестве сорбентов для извлечения и концентрирования урана из продуктивных растворов чаще всего используют сильноосновные гелиевые и пористые аниониты на основе сополимеров стирола и дивинилбензола или винилпиридина и дивинилбензола [3].

В практике подземного выщелачивания в зависимости от вещественного состава руд используются водные растворы минеральных кислот или солей карбонатов щелочных металлов. В России используют - растворы серной кислоты (5-50г/л, рН=0,8-1,2) Основной недостаток подземного выщелачивания - неэкономичность использования растворителя при повышенной (2-3%) карбонатности руд и снижение проницаемости продуктивного пласта, которое связано с временной кольматацией (выпадением из растворов соединений железа и алюминия). Например, при рН, равном 1,5-4,1 и 3,3-5,2 соответственно гидрооксиды железа и алюминия выпадают в осадок. При значении рН<2 гидроокислы растворяются и проницаемость восстанавливается. Кроме того, к недостаткам способа можно отнести следующие явления кольматации: постоянную, вызванную выпадением гипса в поровом

пространстве, газовую, которая идет из-за выделения углекислоты, и механическую, связанную с зашламованием призабойной зоны [4].

В США при ПВ урана в основном применяют карбонатное выщелачивание, когда используется карбонат и бикарбонат натрия или аммония (концентрация рабочих растворов: 0,5-10 г/л солей металлов, 0,1-0,3 перекиси водорода, 100-300мг/л кислорода, рН 8-11). Преимущество этого способа: высокая селективность, меньшая зависимость от карбонатности, отсутствие переотложения урана в твердой фазе, более простая схема переработки продуктивных растворов. К недостаткам следует отнести необходимость использования окислителей (перекиси водорода с ингибиторами, кислорода воздуха в присутствии катализаторов-ионов меди).

Кроме того, карбонатному выщелачиванию мешают сульфиды, и вообще процесс идет замедленно и хуже вскрывает минералы руд.

Список литературы

1. Башкатов А.Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин. Москва: Недра, 2003. 554 с.

2. Толстов Е.А., Толстов Д.Е. Физико-химические геотехнологии (освоение месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе). Москва: Геоинформцветмет, 2002.

3. Исаходжаев Б.А. Концепция развития рудной геологии в Узбекистане // Геология и минеральные ресурсы, 2007. № 5. С. 5-12.

4. Мальгин О.Н. Анализ опыта разработка осадочных месторождений учкудукского типа. Горный вестник Узбекистана, 1997. № 1.

РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ BIM-ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Младзиевский Е.П.

Младзиевский Евгений Павлович - аспирант, кафедра электроснабжения промышленных предприятий и электротехнологий, Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, г. Москва

Применение современных технологий является стабильной тенденцией в сфере проектирования. В настоящее время наиболее эффективным подходом является реализация BIM-проектирования [1]. Для этого существует целый ряд программных продуктов, используемых в той или иной сфере проектирования и строительства. Однако, в процессе разработки документации часто возникают ситуации, когда стандартных программных средств недостаточно для решения поставленных задач, либо требуется ускорение и автоматизация выполнения большого объёма однотипной работы. В таких случаях могут помочь специализированные дополнения с функциями программирования. Например, для программного комплекса информационного моделирования Revit таким дополнением служит среда визуального программирования Dynamo. Интерфейс Dynamo представляет из себя пространство, в котором размещаются элементы - «Ноды».

В левой части экрана находится библиотека нодов, в которой с помощью поиска можно найти требуемый элемент. Кроме стандартных нодов в Dynamo могут быть загружены дополнительные библиотеки элементов, расширяющие возможности этого дополнения.

Ноды в пространстве Dynamo могут быть соединены линиями связи и тем самым влиять друг на друга. Используя различные комбинации нодов, работа которых подчинена определённой логике, можно взаимодействовать с информационной моделью, которая в данный момент открыта с помощью Revit.