CC BY
317
- © В.И. Голик, В.Б. Заалишвили,
Ю.И. Разоренов, 2014
УДК 504.55.054:662 (470.6)
В.И. Голик, В.Б. Заалишвили, Ю.И. Разоренов ОПЫТ ДОБЫЧИ УРАНА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕМ
Описан опыт подземного и кучного выщелачивания урана на предприятиях Мин-средмаша СССР. Даны сведения о темпах развития сырьевой базы уранодобыва-ющей отрасли. Приведены показатели выщелачивания урана в штабелях и кучах. Обоснованы достоинства комбинирования традиционных технологий разработки и технологий выщелачивания.
Ключевые слова: выщелачивание, уран, сырье, штабель, куча, комбинирование, технология, разработка, эффективность, недра, добыча, переработка.
Основные источники энергии -уголь, газ и нефть истощаются, и задача поиска новых энергоносителей становится весьма актуальной. Одним из наиболее перспективных источников энергии является уран. Объемы его добычи увеличиваются, тем не менее, не удовлетворяют запросы потребителей. Мировое производство урана оценивается в 40 тыс. т.
Необходимость развития атомной энергетики обусловила высокие темпы развития сырьевой базы уранодо-бывающей отрасли. За 1965-1970 г. объем добычи руд в отрасли увеличился в 2,2 раза, за 1970-1975 г. -еще в 1,9 раза и в 1975-1980 г. -в 1,4 раза. Для решения аналогичных задач при более благоприятных горнотехнических условиях добычи руд цветной и черной металлургии потребовалось 25-30 лет, а угольной промышленности - 50 лет [1].
При общем росте производства руд в отрасли происходило снижение объема добычи на открытых горных работах, что предполагает повышение значимости подземных горных работ. В ближайшие годы возрастает значимость комбинированной отработки месторождений с применением подземного и кучного выщелачивания, которые позволяют снизить ка-
питальные вложения в 1,5-2,0 раза и трудоемкость в 5-7 раз.
Россия по производству урана (3,3 тыс. т) занимает четвертое место после Канады, Австралии и Казахстана. Кроме расширения сырьевой базы урана за счет новых месторождений значение приобретает разработка и внедрение рациональных технологий их разработки.
Подземным способом добывают, ориентировочно, 50% урана, открытым - 27%, скважинным выщелачиванием - 19%, кучным - 2%, другими способами - 2%.
Показателен опыт предприятия Лермонтовского горно-металлургического рудоуправления, где подземным и кучным выщелачиванием добывали уран с 1966 г. в течение 30 лет. Его опыт стал основой развития новой технологии, как в отечественной практике, так и странах социалистического содружества (Висмут, ГДР).
В Казахстане уран выщелачивали из балансовых запасов прожилко-во-вкрапленных руд месторождений «Звездное» и «Восток», а также более 20 лет в кучах на месторождении Ма-ныбай.
Технологии с выщелачиванием являются основными на Приаргун-ском горно-химическом комбинате (ППГХК).
Рис. 1. Эффективность выщелачивания урана
Кучное выщелачивание 40-50% урана из забалансовых руд уменьшает их радиационную активность и сокращает эксплуатационные потери.
Промышленными ураново-рудны-ми объектами являются месторождения Стрельцовского рудного района (93%), Зауральского района (7%) и подготавливаемые к освоению запасы Ви-тимского рудного района. Резервным объектом с золотоурановыми рудами является Эльконский рудный район (Якутия).
Добыча урана подземным выщелачиванием позволяет уменьшить объем выдачи горной массы на поверхность на 70% с сокращением объемов отходов (рис. 1).
Наиболее прогрессивным и экономически выгодным является подземное скважинное выщелачивание урана из месторождений пластово-инфильтра-ционного типа в водопроницаемых породах. В России так отрабатывают месторождения Зауралья [2].
Скважинным выщелачиванием и сейчас разрабатывают месторождение Северного Казахстан Семизбай. Выемочный участок включает в себя технологические, наблюдательные и вспомогательные скважины (рис. 2).
Производительность закачки -2-3 м3/ч и откачки 3-5 м3/ч. При экономически приемлемой себестоимости получают металл из месторождения, которое традиционным спо-
собом эксплуатировать было невозможно.
По запасам урана Россия занимает восьмое место в мире. Ограниченность запасов урана и существенный дефицит его требуют организации рационального использования имеющихся минеральных ресурсов.
Эффективность эксплуатации месторождений урановых руд обеспечивается применением селективных систем разработки с заполнением выработанного пространства закладочными смесями, а также технологий, в которых традиционные способы добычи сочетаются с новыми геохимическими методами выщелачивания металлов из руд.
На ПППХК кучным выщелачиванием (КВ) перерабатывается руда с содержанием урана менее 0,12% [3]. На водонепроницаемую основу укладываются рудные штабели (кучи) высотой
Рис. 2. Схема скважинного выщелачивания на месторождении «Семизбай»
Установка ПВ
Ствол № 3 В
Скважина для выдачи продуктивных растворов 0 250 мм, I. = 440 м
Скважина для подачи рабочих
растворов
0 250 мм, I. = 390 м
15 м. До 2005 г. в штабели укладывали руду крупности (-200 мм), которую орошали серной кислотой непрерывно в течение двух лет. За время извлекалось до 70% урана. В течение 150 холодных дней года интенсивность выщелачивания снижается на 20%.
В настоящее время бедную руду после сортировки перед укладкой в штабели дробят до крупности -50 мм. Интенсивность выщелачивания возросла в 2-3 раза, а коэффициент извлечения увеличился с 60-70% до 80-85%.
Подземное выщелачивание (ПВ) урана из руд с содержанием менее 0,15% осуществляется по усовершенствованной схеме (рис. 3).
Магазинированная в камере руда в течение года орошается серной кислотой. Из штрека для сбора продуктивных растворов в нижней части камеры растворы перекачиваются на технологическую установку для первичной переработки. Потери урана при ПВ не превышают 30-35%.
На Стрельцовском месторождении комбинируют варианты: добыча богатых руд нисходящей слоевой системой с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью и переработкой товарной руды на заводе; добыча рядовых руд системой подэтажных штреков и кучное выщелачивание; подземное выщелачивание бедных балансовых руд.
Подземное выщелачивание лишено трудоемких и затратных процессов: полное извлечение руды из недр; транспорт рудной массы; гидрометаллургический передел руды. Это позволяет, несмотря на сравнительно невысокий показатель извлечения металла из руды (0,65-0,70), за счет вовлечения в переработку дополнительных объемов металла из забалансовых руд (+5%), эффективно отрабатывать руды с низким содержанием урана.
Комплексирование технологий позволяет увеличить эксплуатационные запасы урана на 10-30% повысить производительность труда горнора-
бочих по выпуску урана в год в 1,3 -2,1 раза и снизить трудоемкость горных работ в 1,5-4,5 раза.
Применение подземного и кучного выщелачивания дает возможность получать дополнительный прирост запасов на эксплуатируемых и вновь разрабатываемых месторождениях в объеме 10-30% по урану, что равносильно открытию крупных месторождений.
Важнейшим аспектом совершенствования технологии является извлечение наиболее богатых участков залежей из подготовительно-нарезных работ с минимальными потерями и разубоживанием и выщелачиванием на месте залегания оставшихся запасов.
Подземное выщелачивание проводится с восьмидесятых годов прошлого века с наращиванием объемов и доведением удельного веса технологии до 30% в общем объеме производства урана.
Параметры блока подземного выщелачивания: длина - 120-150 м; ширина - 30-40 м; высота - 40-60 м. Блок подготавливается восстающими выработками и подэтажными штреками. Отрезная щель формируется взрыванием вертикальных скважин на отрезной восстающий. Руда отбивается на отрезную щель скважинами диаметром 57-105 мм из уступов в отступающем порядке. Скважины бурятся восходящими веерами из под-этажных штреков. В процессе отбойки проводится частичный выпуск (до 30%) взорванной руды для создания компенсационного пространства.
Выше на 10-15 м рудного магазина проходится оросительный горизонт, с которого бурятся оросительные скважины диаметром 105 мм. Ниже камеры с магазинированной рудой проходится дренажный горизонт и оборудуется приемный зумпф для улавливания продуктивных растворов. Применяемые реагенты: рас-
твор серной кислоты концентрацией 3-5 г/л, интенсивность орошения -45-50 л/ч-м2.
Выщелачивание руды осуществляется в фильтрационно-динамическом режиме, при достижении концентрации урана в растворе 20-30 мг/л до-укрепление рабочих растворов прекращается. В течение 3-4 суток блок промывается маточниками сорбции при подаче растворов с производительностью в 30-35 м3/ч. После этого раствор из блока выпускается, блок заполняется шахтной водой и выстаивается в течение 15-20 суток.
Коэффициент извлечения при блоковом подземном выщелачивании колеблется от 50% до 90%. Только за период 1974-2000 гг. произведено 1827 т урана. Экономический эффект от применения геотехнологических методов извлечения урана из скальных руд за этот период составил &14 млн.
Выщелачивание забалансовых и беднобалансовых руд производится с 1974 г. За это время переработано до 10 млн т горной массы с извлечением урана 40-50%. С 1990 г. в кучах выщелачивают балансовые руды с содержанием урана до 0,15% с извлечением урана 60-85%.
Выщелачивание руды осуществляется инфильтрационным потоком раствора серной кислоты. На начальном этапе концентрация кислоты поддерживается на уровне 20-25 г/л при интенсивности орошения 40-45 л/ч-м2. Закисление заканчивается при достижении величины рН = 2,5-3,0. На стадии активного выщелачивания концентрация серной кислоты поддерживается на уровне 3-10 г/л при рН = 1,7-1,9. Интенсивность непрерывного орошения - 25-30 л/ч-м2. Отработка штабеля заканчивается по достижении устойчивой концентрации металла в продуктивном растворе < 0,015 г/дм3. Время выщелачивания штабеля 300-350 суток. Регенераты
Откаточный
Дренажные скважины
Перепускная ■■'¡подающие -^Гкдо0-скважина скважины изоляция
горизонт
Рис. 4. Схемы блокового выщелачивания на Быкогорском месторождении: слева с дроблением руд; справа - без дробления
направляются на переработку с получением закиси-окиси урана.
Быкогорское месторождение не отличалось большими масштабами и запасами урана, а размещение в курортной зоне Минеральных вод существенно осложняло разработку. К началу 70-х гг. прошлого столетия балансовые запасы были отработаны традиционными системами с закладкой и магазинированием руды с переработкой на гидрометаллургическом заводе. В дальнейшем месторождение осваивалось методами подземного выщелачивания [4].
С 1963 г. на предприятии освоен способ подземного и кучного выщелачивания.
Новая технология позволил не только сохранить объем добычи урана на уровне 1963 г., но и осуществить рост производства, несмотря на снижение содержания урана в руде более чем в пять раз.
Были усовершенствованы параметры буровзрывных работ и разработаны прогрессивные варианты подготовки блоков для подземного выщелачивания (рис. 4).
Объем извлекаемой на поверхность горной массы был доведен до минимума, производительность труда на горных работах увеличена более чем в 9 раз, осуществлен перевод на
бесцеликовую отработку рудных тел, улучшены санитарно-гигиенические условия труда.
Предприятие явилось пионером в промышленном освоении способа подземного и кучного выщелачивания и внесло большой вклад в развитие геотехнологических методов при добыче урана.
Для развития технологий выщелачивания урана представляет интерес опыт предприятий Первого Главного управления Минсредмаша СССР, работавших на территориях союзных республик.
На месторождении Чаркасар-1 (Таджикистан) после отработки балансовых запасов выщелачивали забалансовые руды с содержанием урана 0,018%. Горную массу орошали через скважины с поверхности земли раствором серной кислоты с производительностью 30 м/ч. Продуктивные растворы собирали внизу и подавали на переработку ионообменным способом. Маточники доукрепляли реагентом и вновь подавали на орошение. Ежегодно добывали 9,0 т урана с себестоимостью в 2 раза ниже, чем при отработке балансовых руд. Расход кислоты -105,8 кг/кг урана.
Руды месторождения Чаркасар-11 залегали в мелкотрещиноватых гранитах. После отработки балансовых
руд осуществляли подземное выщелачивание урана из забалансовых руд с содержанием 0,023%. Горную массу орошали растворами серной кислоты с расходом 64,2 кг/кг. Время отработки блока - 300 дней. Концентрация урана в продуктивных растворах -38 мг/л. Среднегодовая производительность по урану около 30 т. Здесь же осуществляли кучное выщелачивание руд с содержанием урана 0,018%.
На месторождении Киик-Тал уран выщелачивали без дробления руды. Вмещающие породы - мелкозернистый гранитоид. Содержание урана в руде - 0,017%. Выщелачивали серной кислотой с концентрацией реагента на стадии закисления 30-35 г/л, в период активного выщелачивания и на стадии доработки - 10 г/л. В продуктивных растворах концентрация -40-90 мг/л. Среднегодовая производительность по урану 40 т.
На месторождении Табошар забалансовые руды с содержанием 0,017% обрушили и затопили раствором серной кислоты. Растворы откачивали на поверхность и перерабатывали на сорбционной установке. Ежегодно выпускали 12 т урана. Расход кислоты на 1 кг урана -224 кг.
Кучное выщелачивание из бедных руд месторождений Адатаньга, Каш-тасай и Джекиндек проводилось в кучах объемом по 100 тыс. т при исходном содержании урана 0,012%. Ин-
тенсивность орошения - 30-60 л/м2/ч с концентрацией серной кислоты 1020 г/л. Ежегодно добывали 8 т урана с расходом 180 кг серной кислоты на 1 кг урана.
На месторождении Звездном (Казахстан) в блоке замагазинировали 69 тыс. т руды. За два года выщелачивания коэффициент извлечения из руды составил 70%, а сквозной коэффициент извлечения урана из погашенных запасов блока - 87%, что на 1,5% превысило показатели традиционного подземного способа.
На месторождении Маныбай в течение 20 с лишним лет осуществляли кучное выщелачивание забалансовых уран-молибденовых руд и хвостов суспензионного выщелачивания. В добычу было вовлечено около 8 млн т отходов. Промышленная установка обеспечивала добычу урана 80 т/год и молибдена 120 т/год.
Эффективность рациональных технологий с выщелачиванием металлов из руд обеспечивается теоретической обоснованностью и изученностью физико-химических процессов и закономерностей подготовки руд к выщелачиванию.
Сочетание традиционных технологий разработки и технологий выщелачивания позволяет извлекать богатые руды при подготовительно-нарезных работах и подвергать выщелачиванию на месте залегания рядовые и бедные руды [5].
1. Бубнов В.К, Голик В.И., Капканщи-ков А.М. и др. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов. -Акмола: Жана Арка, 1995. - 601 с.
2. ГоликВ.И. // Ляшенко В.1., Люлько О.В., Стусь В.П. Охорона навколишнього середо-вища та людини в урановидобувних регюнах. Позитрон Gmbh. - Киев, 2004. - 485 с.
3. Култышев В.И., Голик В.И. История и перспективы выщелачивания урана // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 7. - С. 138-143.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Голик В.И. Научно-технический прогресс в истории подземной добычи радиоактивных руд. ЦНИИ и ТЭИ Ч М. - М., 1992. -162 с.
5. Голик В.И. Цидаев Т.С., Цидаев Б.С. Повышение эффективности добычи руд на основе комбинирования традиционных и инновационных технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2012. - № 4. - С. 11-18. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Голик Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник,
Заалишвили Владислав Борисович - доктор физико-математических наук, профессор, директор,
Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства Республики Северная Осетия-Алания, e-mail: [email protected];
Разоренов Ю.И. - доктор технических наук, профессор, проректор по науке, зав. кафедрой,
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, e-mail: [email protected].
UDC 504.55.054:662 (470.6) URANIUM LEACHING EXPERIENCE
Golik V.I., Doctor of Technical Sciences, Professor, Chief Researcher,
Zaalishvili V.B., Doctor of Physical and Mathematical, Professor, Director,
Center of Geophysical Research, Vladikavkaz Scientific Center
of the Russian Academy of Sciences and the Government
of Republic of North Ossetia-Alania, e-mail: [email protected];
Razorenov Yu.I., Doctor of Technical Sciences, Professor,
Vice-rector on Science, Head of Chair,
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI),
e-mail: [email protected].
The experience of the underground and heap leaching of uranium en-terprises Minsredmasha USSR. Provides information on the rate of develop-ment of the resource base of the uranium mining industry. The indexes of uranium leaching in piles and piles. Substantiated advantages of combining traditional technology development and leaching technologies.
Key words: leach uranium raw stack, heap, combining technology, development, ef-ficiency, minerals, mining, processing.
REFERENCES
1. Bubnov V.K, Golik V.I., Kapkanshhikov A.M. Aktual'nye voprosy dobychi cvetnyh, redkih i blagorodnyh metallov (Topical issues in nonferrous, rare and noble metal mining), Akmola, Zhana Arka, 1995, 601 p.
2. Ляшенко В.1., Люлько О.В., Стусь В.П. Охорона навколишнього середовиша та людини в урановидобувних регюнах. Позитрон Gmbh. Kiev, 2004, 485 p.
3. Kultyshev V.I., Golik V.I. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2011, no 7, pp. 138-143.
4. Golik V.I. Nauchno-tehnicheskij progress v istorii podzemnoj dobychi radioaktivnyh rud. CNII i TJel Ch M (Scientific-and-technological advance in the history of underground radioactive ore mining. Central Scientific Research Institute of Information and Feasibility Studies in Iron Industry), Moscow, 1992, 162 p.
5. Golik V.I. Cidaev T.S., Cidaev B.S. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten', 2012, no 4, pp. 11-18.
