Оптимизация расхода кислоты при подземном скважинном выщелачивании урана Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© А.Е. Рогов, В.Г. Язиков, В.Л. Забазнов, 2002

УДК 553.4:622.839.43

А.Е. Рогов, В.Г. Язиков, В.Л. Забазнов

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСХОДА КИСЛОТЫ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СКВАЖИННОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ УРАНА

П

ри подземном скважинном выщелачивании урана с применением растворов серной кислоты управление ее концентрацией в выщелачивающем растворе (ВР) является центральной задачей на всем интервале времени эксплуатации отдельных блоков. До настоящего времени эта задача решается на практике опытным путем по аналогии, что не всегда обеспечивает минимально необходимые расходы кислоты, стоимость которой является весьма существенной составляющей в расходах на процессы ПСВ. Теоретическое обоснование концентрации ВР мало освещено в известных работах. В этой связи в настоящей статье предложены определенные решения, позволяющие обосновать минимально необходимый расход кислоты при эксплуатации блоков от основных параметров.

Многими исследователями и практиками [1, 2] установлена закономерность уменьшения удельного расхода кислоты с ростом продуктивности рудного тела в блоке, измеряемого в кг/м2 или в метропроцентах.

Обработка обширного статистического материала по различным месторождениям, отрабатываемых способом ПСВ урана с применением серной кислоты, позволила нам аналитически описать эти закономерности экспоненциальными статистическими уравнениями вида:

-25,3-

К] = 196 • е

Мэ

-42,4-

К] =220•е

Мэ

(1)

э, кг/кг

Из уравнений (1) получено одно усредненное:

-18,3

К] = 172 • е

Мэ

, кг/кг,

(2)

где тс - среднее содержание урана в метропроцентах в одной ячейке у или блоке; Мэ - средняя эффективная мощность, м; К - расход килограмма кислоты на килограмм урана.

Учитывая, что метропроцент можно заменить через продуктивность в виде:

тс = -

Шя_

17 :

(3)

из уравнений (1) и (2) получим:

-1,5

К] = 196 •

Мэ

-2,5Т

К] =220•е и усредненное:

т

-1,1-

Мэ

, кг/кг

, кг/кг

(4)

К] =172

е

Мэ

(5)

где тя•] - средняя продуктивность в ячейке, кг/м Определим расход кислоты в каждой ячейке.

-1,1

К] = а • R2

•172 •

Мэ

кг/ячейка.

(6)

Горнорудная масса одной ячейки выразится:

2

(7)

грм ^ Ко 'М э ' Рп, где а- параметр, определяемый по специальной таблице и равный: а =2,6 - для гексагональной схемы вскрытия; а = 1,3 - для треугольной; а = 2,0 - для квадратной; а = 1,59 - для прямоугольной при соотношении а = 2Ь (а -расстояния между скважинами в ряду и Ь - между рядами); а = 2,86 - для восьмигранной; рп - плотность пород скелета пласта т/м3.

Исходя из уравнений (7) и (6) получаем удельный расход кислоты на 1 т ГРМ в виде:

-1,1-

К

172•тя •е

Мэ

]грм

Мэ

кг/т.

(8)

Следует подчеркнуть, что уравнения (4) и (5) можно и даже необходимо адаптировать к конкретным месторождениям и их участкам путем накопления статистического материала.

В общем случае эти уравнения имеют вид:

-Ь-

К] = а • е

Мэ

кг/кг

(9)

где а и Ь - некоторые постоянные для конкретных условий величины.

Для их определения достаточно минимум два экспериментальных удаленных (по площади) значения

(К11; К12; тЯ1; тя2; Мэ1; Мэ2):

-Ь

т я1

Кц = а • е М э1 -ь^г

Мэ2

(10)

К12 = а' е

Поделив первое уравнение на второе после несложных операций, получим:

1 К

Ь =—------=—Яп

тя2 тя1

1,1

К

1,2

М э2 -М

э1

е

■т

е

и

Теперь зная Ь, из (10) легко определить постоянную - а. Причем при правильном определении (подсчете) Ь величины а из двух уравнений (10) должны быть равными.

Таким образом, на практике легко адаптировать полученные решения (5), (б), (8) к условиям отрабатываемых блоков.

Зная удельные расходы кислоты, легко получить необходимую концентрацию раствора кислоты в ВР в общем виде:

K„„ =

a • e

Мэ

Мэ • f • Рп

г/л

(12)

или в частном:

-1,1

K вр =

172 • тяj • e

Мэ

г/л

(13)

Мэ ' / ' Рп где f - параметр отношения Ж:Т.

Например, для условий Мынкудука имеем тя =

=10 кг/м2; Мэ = 14 м; f = 2,5; рп = 1,7 т/м3, тогда по (13) получим:

10

-1,1

172-10 • e 14 _

K вр =-----------------------= 13,1 г/л,

^вР

2,5 -14 -1,7

что вполне сходится с реальными данными.

Нестационарные решения по расходу кислоты

Ясно, что при эксплуатации любого блока со временем продуктивность пласта падает по экспоненте в соответствии с формулой:

тяо -тяо\1----Ct

1

или после преобразований:

тя (t) = тяо exp(-C1t),

(14)

(15)

где тяо - начальная продуктивность пласта для t = 0.

В соответствии с (15) концентрация раствора кислоты в ВР должна уменьшаться. Поэтому, подставляя (15) в (9), получим:

KJ (t) = aexp[- b • тяо exp(-Qt)/Mэ J, кг/кг (16)

и для (12):

K (t) = mяо exp(-Qt)• aexp|-b• тяо exp(-Qt)/M3 | г/л

P M э • f • Рп

(17)

аналогично для (8):

t ) = тяо exp(-C1t)• aexp|- b• тяо exp(-C1t)/Мэ | кг/т = Мэ • Рп ’

(18)

Полученные уравнения (16), (17) и (18) являются общими и они применимы для любых условий ПСВ урана с использованием выщелачивающих растворов, независимо от того будет ли это кислота или иной другой реагент.

Суммарный расход кислоты на добычу Qu кг урана определим исходя из формулы (5) с учетом (15):

K

грм \

K (t)= 172exp -Ц^рМ-C1t), кг,кг

Мэ

и тогда имеем:

Тэ

172 г

SK = Qu— Г exP 1 э

- 1,1т яо exp(- C1t)

Мэ

• dt, кг.

Годовой расход кислоты определим по

SK • 365 ^ EK ,

K год =------г = 0,365—, т/год.

Тэ-103 Тэ

(19)

(20)

(21)

Подставляя в (21) значение из (20), получим:

Тэ

K год 62,8 QU Г exp

1 э о

- 1,1т яо exp(- C1t)

Мэ

• dt,

(22)

Интеграл (22) в явном виде не берется, поэтому рекомендуется его приближенная сумма. При большом значении Тсу-:

1 1

еС<

eClt

(23)

поэтому можно взять интервал по одному месяцу и получить ряд:

I exP

-1,1т яо exp (- Qt)

Мэ

- 1,1т яо exp dt и > exp —

j=1

(- QAt;)

Мэ

М].

(24)

Пример расчета

Рассмотрим конкретный пример для усредненных условий месторождения Муюнкум:

Тя = 7,2 кг/м2; Мэ = 18 м; f = 2,7; Рп = 1,55 т/м3; С = 0,54.

По формуле (13) подсчитываем начальную концентрацию кислоты в ВР:

Ц-7,2

172 • 7,2 е 18 К вр =------- ----------= 10,8 г/л,

^вР

18 • 2,7-1,55

что соответствует реальной ситуации.

Для изучения расхода кислоты по времени, например, при t = 5 и 6 лет получим по формуле (17):

_5Ю,54/

-Ц-7,2е /18

K вр(5) = -

7,2e_5Ю,54 •Ше

18 • 2,7 1,55

■ = 0,8 г/л,

K вр(6) =

7,2e_5•0,54 472е

^•0,54/ -1,1^7,2е /18

= 0,5 г/л.

18 • 2,7 1,55

По формулам (8) и (18) определяем удельный расход кислоты на 1 т ГРМ:

1,17,2

K

172 • 7,2 e 18

грм

= 29,16 кг/т,

18 '1,55

Кгрм(5) = 2,16 кг/т; Кгрм(6) = 1,35 кг/т.

По формуле (5) определим расход кислоты на 1 кг урана:

b

Т

_117,2

К ' = 172е 18 = 107 кг/т.

Полученные результаты свидетельствуют о правильности теоретических посылок и полученных конечных формул.

Таким образом, нами получены расчетные формулы для прогнозных проектируемых величин расхода кислоты при ПСВ урана в функции времени эксплуатации блоков. Эти формулы рекомендуются для включения в автоматизированную систему управления процессом ПСВ металлов в блок "закисления".

----------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Грабовников В.А. Геотехнологи-ческие исследования при разведке металлов. - М.: Недра. 1995. - 153 с.

2. Бровин К.Г., Гоабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки под-

земным выщелачиванием. лым, 1997. - 384 с.

- Алматы: Га-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------

Рогов А.Е. - кандидат технических наук, ИГД им. Кунаева. Язиков В.Г. - доктор технических наук, НАК Казатампром. Забазнов В.Л. - кандидат технических наук, НАК Казатампром.