CC BY
127
------------------------------------ © Д.С. Антонов, З.А. Искаков,
Ю.С. Александров, А.С. Мукушева, Е.Е. Жатканбаев, 2011
УДК 622.349.5
Д. С. Антонов, З.А. Искаков, Ю. С. Александров,
А.С. Мукушева, Е.Е. Жатканбаев
ИССЛЕДОВАНИЕ УРАНОНОСНЫХ ПЕСКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ
Представлены результаты лабораторных исследований образцов руды месторождения Инкай. Изучен гранулометрический, химический и минералого-петрографический состав руды, проведены лабораторные испытания по выщелачиванию урана из рудоносных песков, исследовано влияние серной кислоты и её концентрации на скорость процесса выщелачивания урана.
Ключевые слова: уран, подземное выщелачивание, месторождение, коффинит, уранил, кольматационный эффект.
~ЖЪ основных направлениях разви-
MJ тия НАК «Казатомпром» предусмотрено на основе достижений науки и техники обеспечить наращивание мощностей по выпуску урановой продукции.
Проектирование добычных полигонов предприятий подземного выщелачивания, ввод в эксплуатацию новых участков месторождения требует сбора ряда данных, характеризующих месторождение, постоянного изучения, подбора наиболее выгодных условия осуществления производства.
Технологические исследования керна являются обязательной частью в общем комплексе проектных решений предприятий подземного выще-лачивания. Основное назначение исследований сводится к получению геотехнологических показателей, которые используются в качестве исходных данных для проектирования опытно-промышленного комплекса по добыче урана способом подземного выщелачивания.
Шу-Сырасуйская урановорудная провинция, в состав которой входит ме-
сторождения Инкай, расположена в Южно-Казахстанской области Республики Казахстан [1].
Месторождение Инкай относится к гидрогенному типу, было открыто в 70-х годах ХХ века, частично разрабатывалось в 80-х годах, после чего было законсервировано. С 2007 года эксплуатация месторождения возобновляется.
В настоящей работе представлены результаты лабораторных исследований образцов руды месторождения Инкай. Изучен гранулометрический, химический и минералого-петрографический состав руды, проведены лабораторные испытания по выщелачиванию урана из рудоносных песков, исследовано влияние серной кислоты и её концентрации на скорость процесса выщелачивания урана, исследовано влияние добавок окислителей ^3+, Н2О2) на процесс выщелачивания урана.
В работе были использованы следующие методы исследований: ситовой анализ, фракционирование в дистиллированной воде, микроскопия, оптикопетрографический анализ, рентгенофа-
Таблица 1
Гранулометрический состав технологической пробы месторождения Инкай
Фракция, мм
+10.0 -10,0 +7,0 -7,0 +5,0 -5,0 +3,0 -3,0 +2,0 -2,0 +1,0 -1,0 +0,5 -0,5 +0,25 -0,25 +0,1 -0,1 +0,05 -0,05
Содержание, %
5.1 3.3 5.1 9.3 9.7 19.7 3.1 20.3 18.8 4.5 1.0
Таблица 2
Химический состав технологической пробы месторождения Инкай
Компонент % SiO2 82.9 ТЮ2 0.2 А1203 6.3 Fe2Oз 2.6 FeO 0.6 МпО 0.02 СаО 2.2 MgO 0.3 и308 0.072
Компонент % №20 0.9 к2о 2.2 Р205 0.03 ^бщ 0.4 СО2 0.5 С орг. 0.3 Влага 0.2 I 99.6
Таблица 3
Средний минеральный состав технологической пробы месторождения Инкай
Минералы %
Кварц SiO2 66.7
Калиевый полевой шпат КАМ308 13.1
Полевые шпаты (плагиоклаз) NaAlSiзO8 8,3
Каолинит [А1^і205(0Н)4] 4.0
Слюды (мусковит) [КАІ^і^АЬОмХОН^і] 2.2
Кальцит (возможно Mg-кальцит) [Ca,Mg(COз)2] 2.8
Минералы железа 2,9
Минералы урана 0.072
зовый анализ, рентгеноспектральный анализ, гамма-спектрометрия, химические методы. Обобщённые результаты анализов представлены в табл. 1—3.
На месторождении Инкай рудное тело представлено средне и крупнозернистым песком с примесью гальки и преобладающим размером частиц -2 +0,1 мм.
Минеральный состав руд, как и вмещающих пород, складывается из кварца, полевых шпатов и обломков кремнистых и алюмосиликатных пород, т.е. устойчивых (кварц, кремнистые породы) и менее устойчивые (полевые шпаты, алюмосиликатные породы) к воздействию кислых и щелочных реагентов используемых в практике подземного вы-
щелачивания [1; 2]. Уран представлен в основном настураном, отмечается коф-финит.
Низкое содержание карбонатов в руде свидетельствует о том, что наиболее подходящим выщелачивающим реагентом, в данном случае является серная кислота. Поэтому дальнейшее опробование керна на выщелачивание урана проводили серной кислотой.
Для определения геотехнологических параметров влияющих на процесс подземного выщелачивания урана была проведена серия экспериментов. Лабораторные исследования по выщелачиванию урана проводились в фильтрационных трубках по
Таблица 4
Состав исходных выщелачивающих растворов
№ опыта Концентрация (Н2SO4), г/л Окислитель
1 5
2 10
3 20
4 30
5 40
6 5—»30
7 30 Fe3+ 1 г/л
С о отношение ЖЯ
Рис. 1. Зависимость изменения концентрации урана в продуктивных растворах от Ж: Т
стандартной методике изложенной в работах [2; 3].
Состав выщелачивающих растворов на стадии закисления представлен в табл. 4. В процессе выщелачивания концентрацию серной кислоты в выщелачивающем растворе постепенно снижали (кроме опыта 1), так чтобы обеспечить на выходе величину рН продуктивных растворов 2,0 — 2,5. В опыте 6 выщелачивание проводилось в «мягком» режиме — постепенное увеличение кислотности
выщелачивающего раствора с 5 до 30 г/л, и затем, снижая до 3 г/л. В опыте 7 определяли влияние окислителей на процесс выщелачивания, в качестве окислителя использовали ионы трёхвалентного железа, окисленные перекисью водорода.
На рис. 1 представлена зависимость изменения концентрации урана в отбираемых пробах продуктивных растворов от Ж:Т. Кривая полученная в результате проведения опыта 1 имеет один пик с максимальной концентрацией урана при рН = 7.5-8.5, также в этот период в растворах обнаружено наличие бикарбонат ионов НСО3-, что очевидно соответствует выщелачиванию урана по кислотно-бикарбонатному механизму (см. ниже).
Вторая кривая (опыты 2—7) характеризует изменение концентрации урана в продуктивных растворах в процессе выщелачивания в опытах 2-7. При этом частные зависимости имеют аналогичный вид, поэтому на рисунке показана усреднённая кривая, объединяющая зависимости каждого опыта, в которых процесс выщелачивания сопровождается появлением двух пиков с максимальной концентрацией урана в продуктивных растворах.
Появление первого пика на выходной кривой (опыты 2—7) концентрации урана соответствует рН продуктивных растворов 7.5—8.5. Также во время первого пика в продуктивных растворах обнаружено наличие бикарбонат ионов НСО3-, которые образуют с ионами уранила хорошо растворимые комплексные соединения. Вероятно, в данном случае имеет место выщелачивание урана по кислотно-бикарбонатному механизму, когда при введении в трубку разбавленной серной кислоты происходит взаимодействие последней с карбонат содержащими вмещающими породами [2]:
СаС03 + H2SO4 — CaSO4 + Н2О +
+ СО2.
Образующийся диоксид углерода растворяется в воде с образованием
100
о4
£ 80 -го а
ш 60 -s
| 40 -
<и
§ 20 -s
0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
изменение Ж/Т Рис. 2. Зависимость степени извлечения урана от Ж:Т
Таблица 5
Средняя скорость фильтрации выщелачивающего раствора через слой руды на различных стадиях выщелачивания
Опыт Средняя скорость фильтрации, м/сут
Закисление Выщелачивание Довыщелачивание
1 0,07—0,08 0,15—0,18 0,15—0,18
2 0,08 0,22—0,24 0,22—0,24
3 0,08 0,22—0,24 0,22—0,24
4 0,08 0,26—0,28 0,26—0,28
5 0,05—0,06 0,22—0,23 0,22—0,23
6 0,09 0,23—0,24 0,23—0,24
7 0,09 0,23—0,24 0,23—0,24
рение минералов урана в серной кислоте.
На рис. 2 представлена зависимость степени извлечения урана от Ж:Т. Из графика видно, что наилучшие показатели по выщелачиванию урана получены при использовании выщелачивающих растворов с концентрацией серной кислоты 30 г/л и выше. Однако увеличение концентрации кислоты с 30 до 40 г/л приводит к незначительному возрастанию скорости выщелачивания урана. При использовании выщелачивающих растворов с концентрацией серной кислоты 5 г/л скорость выщелачивания урана низкая.
угольной кислоты, которая также взаимодействует с карбонатами вмещающих пород:
Са^)С03 + Н2СО3 —
— Са^)(НС03)2.
И далее взаимодействие идёт по уравнению
и03 + Са^)(НС03)2 + 0.5Н20 —
— Са2^МШ3(ТО3)3]4- + 2Н2О +
+ СО2.
Второй пик (рН=3,5-2,5) соответствует выщелачиванию урана по кислотному механизму, когда произошло взаимодействие кислоты с рудовмещающими породами и началось раство-
Использование растворов с концентрацией серной кислоты 5 г/л не позволяет получить в процессе выщелачивания двух максимумов на кривой концентрации урана в продуктивных растворах (см. рис. 1, опыт 1), что и является причиной низкой скорости перехода урана из руды в раствор.
В опыте 6, где закисление проводилось в «мягком» режиме, скорость выщелачивания достаточно высокая и позволяет несколько уменьшить кольмата-ционные эффекты. Цель данного опыта
— снизить химическую кольматацию возникающую в период закисления.
Применение окислителей повышает степень извлечения урана на 1,28 %.
В табл. 5 представлены величины средней скорости фильтрации выщелачивающего раствора через слой руды на различных стадиях выщелачивания. Во всех опытах в период закисления наблюдается временная кольматация, которая затем исчезает. Очевидно в этот период кислые растворы, обогащённые железом и алюминием в результате реакции с породами, продвигаясь по направлению к выходу, нейтрализуются за счёт взаимодействия с новыми объёмами пород, и гидроксиды железа и алюминия вследствие увеличения в растворах концентрации ионов ОН- выпадают в осадок.
Выпавшие в осадок гидроксиды из-за весьма рыхлого характера осадка и ухудшают проницаемость пробы, что выражается в снижении объёмов отбираемых проб продуктивных растворов. Однако последующими порциями более кислых растворов, нейтрализуемыми в прогрессивно уменьшающейся степени, выпавшие гидроксиды вновь растворяются, так что через некоторое время после выхода продуктивных растворов с рН=2 ниже описанные кольматационные эффекты исчезают [4].
Из табл. 5 видно, что наибольшая кольматация проявляется в опыте 1, когда на протяжении всего опыта не изменялась концентрация кислоты в выщелачивающем растворе (5 г/л) и в опыте 5, где на закисление использовался раствор с концентрацией серной кислоты 40 г/л.
Следует отметить, что опыты по фильтрационному выщелачиванию проводились на технологической пробе с нарушенной структурой, поэтому по полученным результатам по скорости фильтрации невозможно сделать окончательных выводов о фильтрационных свойствах изучаемого образца. Тем не менее, определение скорости фильтрации на перемешанном материале даёт возможность оценки изменения проницаемости рудной пробы в результате взаимодействия раствора реагента с породообразующими минералами.
В результате проведённых исследований выявлено, что рудные пробы месторождения Инкай представлены средне- и крупнозернистым полевошпат-кварцевым песком, с низким содержанием карбонатов.
Ураноносные пески месторождения Инкай характеризуются благоприятными показателями для сернокислотного подземного скважинного выщелачивания урана. Урановая минерализация легко вскрывается растворами серной кислоты с концентрацией в пределах от 5 до 40 г/л.
Степень извлечения урана достигнутая в лабораторных условиях составляет, для всех опытов 90 % и выше.
Использование на стадии закисления выщелачивающих растворов с концентрацией серной кислоты до 10 г/л характеризуется медленным протеканием стадии закисления и медленной скоростью вскрытия урановой минерализации.
Повышение скорости закисления и скорости выщелачивания урана наблюдается при использовании выщелачивающих растворов с концентрацией серной кислоты 30 г/л.
Использование выщелачивающих растворов с концентрацией кислоты 40 г/л — не рационально, т.к. незначитель-
но увеличивает скорость выщелачивания урана и стадию закисления, а также способствует ухудшению фильтрационных свойств рудной пробы.
Применение окислителей (Бе3+, Н2О2) в вышеуказанном варианте выщелачивания повышает извлечение урана на 1,28 %.
1. Бровин К.Г., Грабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски, разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием. — Алматы: Гылым, 1997. — 384 с.
2. Шевченко В.Б., Судариков Б.Н. Технология урана. — М.: 1961.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Справочник по геотехнологии урана. /В.И. Белецкий, Л.К. Богатков, Н.И. Волков и др.; Под. ред. Д.И. Скороварова. — М.: 1997. — 672 с.
4. Грабовников В.А. Геотехнологические исследования при разведке металлов. М.: 1995.
115 М=1
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------------
Антонов Д.С., Искаков З.А., Александров Ю.С., Мукушева А.С., Жатканбаев Е.Е. — Национальная атомная компания «Казатомпром», Алматы, Республика Казахстан.
А
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Д.СЕРИКБАЕВА И ДГП «ИНСТИТУТ ГОРОГО ДЕЛА ИМ. Д.А.КУНАЕВА
ТУНГУШБАЕВА Зухра Кыдыргазиновна Разработка методических основ оперативного снижения потерь разведанных запасов при эксплуатации полиметаллических месторождений 25.00.22 к.т.н.
