O‘zbеkistоn rеspublikаsi
Лекция №20 Подземное химическое и бактериально-химическое выщелачивание урана
Download 5.55 Mb.
|
Биотех рус
Лекция №20 Подземное химическое и бактериально-химическое выщелачивание урана.
1. Подземному выщелачиванию или выщелачиванию на месте залегания подвергаются за балансовые руды, целики, потерянные и обрушенные породы. Процесс это применяется значительно реже, чем кучное. Это объясняется большим количеством факторов, обусловленных горно-геологическими, гидрогеологическими и топографическими условиями залегания рудных тел. При изучении горно-геологических условий определяются форма и пространственное размещение выщелачиваемой массы, наличие деформаций, разломов и трещин, которые приводят к сбросам и потерям выщелачивающих и продуктивных растворов. Размеры рудных тел по простиранию и в глубину определяют систему подачи растворов, которая зависит также от положения уровня грунтовых вод. Выщелачивание просачиванием применяется для раздробленной горной массы, когда растворы не затопляют ее, а проходят постепенно через нее, позволяя кислороду диффундировать к поверхности частиц, что необходимо при наличии микроорганизмов. Затопление горной массы применяется тогда, когда нет прямого доступа к горной массе, например, в забоях небольшой мощности. При таком способе нарушается режим аэрации и значительно ухудшается обеспечении кислородом, т.е. снижается эффективность бактериальных процессов. При разбрызгивании при помощи установок типа дождевальных, выщелачивающие растворы подаются на обнаженную поверхность руды. Продукционные растворы при подземном выщелачивания собираются на нижнем водонепроницаемом горизонте, откуда перекачиваются на поверхность для цементационного или экстракционного извлечения выщелачиваемого металла. При подземном выщелачивании температура сохраняется практически в течение всего года. Даже в районах, где зима длится несколько месяцев и температура составляет всего 00С, выщелачивание проводится успешно. Например, при температуре воздуха – 50С, температура выщелачивающих растворов составляет +20С, температура продукционных растворов составляет в течение всего года + 110С. Даже при температуре зимой – 250С, а летом + 150С, температура в шахте составляет + 80С, а растворов 6-70С. От температуры выщелачивающих растворов зависит прежде всего процесс бактериального выщелачивания сульфидных минералов, скорость которого значительно снижается при температуре менее 10-120С. При подземном выщелачивании большое значение приобретает проницаемость и степень трещиноватости рудной массы. При достаточной естественной проницаемости растворы и воздух свободно проходят через рудное тело. При низкой степени проницаемости рудная масса подвергается дроблению, для чего применяются кумулятивные взрывы с помощью химических взрывчатых веществ. При таком дроблении размер кусков составляет 230-300 мм , что значительно повышает степень разрыхления и проницаемость рудной массы. Схема процесса подземного выщелачивания (рис. 1) аналогична схеме процесса кучного выщелачивания. Рис. 1 Схема установки подземного бактериального выщелачивания 1 – узел подкисления; 2 – насосная станция; 3 – скважины орошения; 4 – рудное тело;5 – шахтный горизонт; 6 – продуктивный раствор; 7 – регенерационный прудок; 8 – насосная станция; 9 – перемычка; 21 и 25 – блоки По этой схеме подземное бактериально - химическое выщела-чивание руд колчеданного типа осуществляется на участке месторождения рудного массива длиной около 200 м и шириной 40-60 м. С поверхности до глубины 30-70 мм пробурены скважины с сеткой 10 х 10 м. На орошение рудного тела, залегающего на глубине 200 м подаются хвостовые растворы цементационной установки после предварительной регенерации их в специальном бактериальном прудке, имеющим размер 150 х 200 м. Под действием бактерий и кислорода закисное железо окисляется до оксидного После регенерации выщелачивающие растворы, содержащие до 2 г/л Fe2+, и 106 кл/мл бактерий A.ferrooxidans и имеющие рН 2,5 и температуру 13-140С, по трубопроводу подаются на орошаемый участок, откуда по полиэтиленовым шлангам поступают в пробуренные скважины. Орошение проводится 5-7 суток, затем просушивание. Медьсодержащие продукционные растворы, прошедшие через рудное тело, собираются на одном из горизонтов шахты и из накопителя насосами подаются на поверхность в цементационные ванны. Наличие в выщелачиваемом растворе сульфата аммония, как питательной соли для бактерий, повышает их активность более чем в 2 раза и увеличивает их количество. 2. Подземное химическое и бактериально - химическое выще-лачивание урана. Производство урана в капиталистических странах в настоящее время составляет свыше 40 тыс. т в год, и потребление его к 1985 г. может возрасти до 70 тыс. в год . В связи с предполагаемым ростом потребления урана разрабатываются новые месторож-дения, строятся новые заводы по обогащению урана, усовер-шенствуется технология обогащения урановых руд, а также все более широко внедряются процессы выщелачивания урана из отработанных месторождений, отвалов и бедных руд. Для гидрометаллургической переработки урановых руд наиболее широко применяется кислотное выщелачивание слабыми растворами серной кислоты в присутствии окислителей или без них. В растворах серной кислоты хорошо растворяются минералы, в которых уран находится в шестивалентном состоянии. При выщелачивании урановых руд в растворе всегда будут находиться ионы железа, образующиеся при кислотном растворении железосодержащих минералов, например пирита. При кислотном выщелачивании при рН 1—2 окисление урана осуществляется с участием ионов трехвалентного железа по следующей реакции: UО2 + 2Fе3+ = UО22+ + 2Fе2+ (1) Получаемое при этом двухвалентное железо окисляется при добавлении окислителей до трехвалентного состояния: 2Fе2+ + МпО2 + 4Н+ = 2Fе3+ + Мп2+ + 2Н2О (2) 6Fе2+ + СlО-3 + 6Н+ = 6Fе3+ + Сl - + ЗН2О (3) Оптимальная скорость растворения UO2 достигается при соотношении Fе3+ : Fе2+ =1:1 при концентрации Fе3+ от 0,5 до 2 г/л. Если в выщелачиваемых рудах присутствует пирит вместо применяемых окислителей, например, пиролюзита, хлората калия или азотной кислоты, возможно использование продуктов его бактериального окисления. Как известно при бактериальном окислении пирита получается серная кислота и окислитель — сульфат окиси железа. Растворение урановых минералов при бактериальном выщелачивании происходит по тем же реакциям, что и при кислотном растворении UO3 + Н2SО4 = UO2SО4 + Н2О (4) UO2 + Fе2 (SО4)3 = UO2SО4 + 2FеSО4. (5) Опыт. промышленного подземного выщелачивания урана имеется в Канаде, Франции и Португалии. Общими условиями для проведения этого процесса являются те же, что и при подземном выщелачивании меди. Обычно подземное выщелачивание урана - химическое или бактериально - химическое применяется для руд с невысоким содержанием карбонатов. Характеристика структуры вмещающих пород имеет большое значение для определения пригодности этого метода. Кроме того, рудная залежь должна иметь горизонтальную форму и располагаться на сравнительно непроницаемых породах и ниже статического уровня грунтовых вод, а рудное тело должно иметь достаточную величину, конечная концентрация урана в растворах должна удовлетворять экономическим требованиям к процессу извлечения урана. В Канаде в промышленных условиях проводится бактериальное выщелачивание урановых руд месторождения Элиот - Лейк. На шахте «Стенрок» кислые шахтные воды содержат 1812 г/м3 11зО8, которая осаждалась известью вместе с железом. Уран в, рудах этого месторождения присутствует в виде окиси, которая хорошо растворяется продуктами бактериального окисления пирита. Подземное выщелачивание урана проводится в 1200 забоях общей площадью 460—650 м2. Орошение бактериальными растворами и промывка бортов забоев осуществляются в дневную и вечернюю смену — 7 дней в неделю. Ежедневно орошается 12 забоев. Цикл орошения повторяется через 3 месяца. Выщелачи-вающие растворы при рН 2,3—2,8 проходят через рудное тело и собираются в подземные резервуары, куда для предотвращения коррозии трубопроводов и насосов добавляется аммоний до рН 5. Затем растворы подаются на поверхность, где для перевода солей железа и урана" в раствор рН снижается до 2,4. Раствор очищается и направляется на извлечение урана ионообменными смолами или осаждением аммонием. Таким способом ежегодно добывается более 60 т U3O8, стоимость которого составляет 0,69 долл. за 1 кг. При подземном выщелачивании на руднике «Шели Бэйзин» (Канада) направление и скорость потоков выщелачивающего раствора регулируются расположением дренажных скважин, которые пробуриваются в рудном теле. Распределительные скважины имеют диаметр 76 мм и располагаются по три на расстоянии 7,6 м от приемной скважины диаметром 203 мм. Скважины герметизируются и начинают действовать после введения растворов через высоконапорные форсунки до тех пор, пока скорость вытекающего раствора не достигнет требуемого уровня. ' После насыщения рудного тела выщелачивающими растворами кислотность выходящего раствора достигает 5 г/л Н2SО4. При скорости потока 284 л/мин уран появляется в продуктивном растворе через 48 ч при концентрации 0,2—0,35 г/л. .Иногда в качестве окислителя в растворы добавляется хлорат натрия, а также флокулянт, который улучшает условия прохождения растворов через малопроницаемый материал. Подземное бактериальное выщелачивание урана осуществляется также на руднике «Милликен» (Канада), где этим способом ежегодно добывается около 60 т U3O8. Около 20 лет на некоторых урановых месторождениях Франции извлекается из шахтных вод уран. Примером может служить рудник «Экарпьер». В этом районе широко распространена урановая минерализация, которая приурочена к зонам контакта гранитов с метаморфическими породами. Оставшиеся после подземной разработки руды целики оказались сильно разру-шенными. Содержание урана в добываемых рудах составляет около 0,08 %, имеются участки, содержащие только 0,02— 0,04 % урана. Переработка этих руд обычными методами оказалась неэкономичной, поэтому были проведены исследования по возможности применения в этом районе процесса подземного выщелачивания. Извлечение урана с помощью ионообменных смол осуществлялось сначала из растворов, вытекающих из-под складов руды и отвалов. Количество раствора было очень незначительно и целиком зависело от количества атмосферных осадков. Например, из растворов, содержащих 150—250 мг/л урана, извлекалось в месяц не более 200 кг металла. При сильных дождях шахтные воды рудника содержали 40 мг/л растворенного урана при рН 4 и дебите 160 м3/ч. Это позволило разработать проект извлечения урана непосред-ственно из рудной залежи и значительно снизить потери металла с шахтными водами. Для улавливания рудничных вод на пяти горизонтах рудника, которые располагаются один от другого на расстоянии 40 м, была построена дренажная система, которая позволила отделить минерализованные урансодержащие руды от неминерализованных. Испытания позволили разработать схему, по которой все минерализованные воды, имеющие рН 3, собираются по полиэтиленовым трубам на горизонтах 160 и 200 м и насосной станцией, расположенной на горизонте 160 м, подаются на поверхность в четыре резервуара общей вместимостью 1000 м3. Для устранения зависимости объема шахтных вод от количества атмосферных осадков дренажная сеть была дополнена разветвленной системой подачи воды в отдельные участки рудника с устройством вводов в отработанные камеры. Извлечение металла в 1966 г. достигло 2,5 т в месяц при концентрации в шахтных водах 100 мг/л. Расширена и ионообменная установка гидрометаллургического завода, где к восьми имеющимся реакционным колоннам было добавлено еще три. Производительность предприятия составила в 1966 г. 35 т урана. Во время лабораторных исследований из шахтных вод была выделена культура тионовых микроорганизмов, специфичных для месторождения «Экарпьер» и обладающих чрезвычайно высокой активностью, что позволяет говорить о биологическом характере выщелачивания урана. Технико-экономические расчеты показали, что при запасах урана 2000 т и при извлечении его 50%, капиталовложения, необходимые для дополнительного получения урана 25 т/год, окупятся в течение одного года при минимальном содержании урана в растворах 14 мг/л. Отработку месторождения подземным бактериально-химическим выщелачиванием предполагалось завершить в 1975 г. при ежегодном производстве урана 35 т. Метод подземного выщелачивания урановых руд был применен на шахте «Шапель-Ларжио» того же бассейна. Общие запасы урана на этом участке месторождения составляли около 6 тыс. т при среднем содержании урана в рудах 0,1 %. Шахта расположена в 40 км от завода, поэтому уран из минерализованных вод осаждался в бассейнах известью, а затем осадок, представляющий собой неочищенный уранат кальция с содержанием 20—10 % урана, доставлялся на завод в цистернах . Подземное выщелачивание урана осуществляется также на рудниках Франции «Бружо», «Сань», где добывается ежегодно от 6 до 45 т урана в год. Download 5.55 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling