CC BY
90
---------------------------------- © Э.А. Пирматов, С.А. Дюсамбаев,
Б. О. Дуйсебаев, Е.Е. Жатканбаев, Л. С. Вятченникова, Г.А Садырбаева,
2006
УДК 622.272:622.775
Э.А. Пирматов, С.А. Дюсамбаев, Б. О. Дуйсебаев,
Е.Е. Жатканбаев, Л. С. Вятченникова, Г.А. Садырбаева
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ
СЕМИЗБАЙ
Введение
ТЪ последнее время возобновился .М-3 интерес к месторождению урана Семизбай (Северный Казахстан), которое отрабатывалось в опытном масштабе Целинным ГХК в период с 1973 по 1989 гг. В тот период по ряду причин месторождение не было принято к промышленной отработке. В настоящее время требуется решить вопрос об экономически эффективной отработке данного месторождения, на основе выполнения цикла НИР по геологии, минералогии, петрографии, вещественному составу, гидродинамическому моделированию и разработки эффективной технологии подземного скважинного выщелачивания.
Изученность месторождения Урановое месторождение Семизбай было открыто в 1973 году в результате совместных геолого-исследо-вательских работ ЦГХК и ВНИИХТа и было оценено как крупный промышленный объект.
Идея о применении ПСВ возникла в 1980-81 г, когда в процессе завершения детальной разведки ЦГХК совместно с ВНИИХТом была выполнена оценка целесообразности отработки «законтурных» руд - расположенных за границами проектируемых карьеров - способом
Семинар № 18
подземного скважинного выщелачивания.
Геологическое строение
Основной структурой Семизбайского месторождения является одноименная эрозионно-тектоническая депрессия, которая представляет из себя древнюю длительно развивавшуюся долину, выполненную мезозойско-кайнозойскими отложениями.
Урановое оруденение месторождения сосредоточено на двух водоносных горизонтах: верхнесемизбайский горизонт (ВРГ) и нижнесемизбайский горизонт (НРГ).
Гидрогеологические условия
В гидрогеологическом отношении Семизбайская депрессия расположена на границе двух гидрогеологических регионов - Иртышского артезианского бассейна, входящего в систему ЗападноСибирских артезианских бассейнов и Казахской складчатой страны. Вся Се-мизбайская депрессия врезана в кристаллические породы, в основном, в граниты Жаман-Кой-тасского гранитного массива, сменяющегося на востоке эффузивно-осадочными образованиями, являющимися ее ложем. Восточная часть депрессии, погружаясь на северо-восток, уходит в Иртышский артезианский бассейн.
По литолого-стратиграфическим
признакам в пределах месторождения Семизбай выделяются следующие водоносные зоны и комплексы:
1. Комплекс верхнечетвертичных и современных аллювиальных и озерноаллювиальных отложений.
2. Люлинворский горизонт эоцена
(P2ii).
3. Первый верхнесемизбайский комплекс верхней юры - нижнего мела (J3 - K1 sm2-3) (надрудный горизонт).
4. Второй верхнесемизбайский горизонт верхней юры - нижнего мела
(верхний рудный горизонт - ВРГ).
5. Нижнесемизбайский комплекс верхней юры - нижнего мела (нижний рудный горизонт - НРГ).
6. Трещинные воды комплекса скальных пород верхнего рифея - девона (подрудный горизонт).
Руды месторождения визуально не отличаются от вмещающих пород и выделяются только по результатам опробования. Уран в них находится в минеральной и сорбированной формах. Руды представлены в основном рыхлым и слабо сцементированным материалом; руды на карбонатном цементе (карбонатные руды) по месторождению составляют 20 %.
Вещественный состав руд и его влияние на геотехнологические параметры
Урановая минерализация на месторождении установлена во всех литологических разностях осадочных пород. Незначительные концентрации урана обнаружены также в гранитах фундамента депрессии. Уран в рудах находится в минеральной и сорбированной формах. Последняя распространена широко, но в богатых рудах основная масса урана связана с минеральными формами. Долю урана, приходящуюся на ту или иную форму, установить
трудно, поскольку соотношение форм переменно.
Сорбированный уран в рудах связан с углефицированными обломками растений, глинистыми минералами цемента и гидроокислами железа. Минералы урана представлены коффинитом, на-стураном, урановыми чернями и редко встречающимися вторичными минералами. Кроме того, в незначительном количестве присутствуют урансодержащие ильменит, титаномагнетит и лейкоксен.
Распределение урановых минералов в рудах неравномерное - в бедных рудах они отмечаются лишь в виде мелких и редких выделений, в участках богатого оруденения - образуют густую вкрапленность и небольшие стяжения, иногда полностью замещая глинистый цемент и частично развиваясь по обломкам. В большинстве случаев настуран и коф-финит находятся в тесной ассоциации с пиритом и марказитом.
Органическое вещество распространено довольно широко. Его содержание в пересчете на Сорг варьирует от десятых долей до 5 %. Представлено оно угле-фицированными растительными остатками (листья, корни, стебли, кора, стволы), которые по степени углефикации могут быть отнесены к бурым углям.
Руды месторождения подразделяются на типы только по их литологическому составу, поскольку по другим признакам, в частности по минералогическому составу, они существенно не различаются.
Установлены следующие четыре типа руд:
-алюмосиликатные (СО2<2 %)
в глинах и алевролитах, в глинистых песках и песчаниках, в гравелитах и конгломератах с песчано-глинистым цементом; -карбонатные (СО2>2 %) в песчаниках и конгломератах с карбонатным цементом.
Из-за небольшого распространения, руды в породах, обогащенных углефи-цированной растительной органикой, как самостоятельный тип нами не рассматриваются.
В 1972 году были проведены гидрогеологические исследования в результате которых была установлена невозможность отработки месторождения открытым способом (карьер) из - за большой обводненности.
Так как руды являются песчаными и обводнены, они благоприятны для отработки месторождения подземно-
скважинным способом.
На основе изучения литологических и фильтрационных свойств руд выделяются следующие литолого-
фильтрационные типы, которые с учетом содержания в них СО2, могут быть объединены в две основные группы:
1.Руды, пригодные для ПВ (Кф>0,5 м/сутки, СО2<2 %).
1.1. В песчаных отложениях.
1.2. В гравийных отложениях.
1.3. В песчано-галечниковых отложениях.
2. Руды, непригодные для ПВ (Кф<0,5 м/сутки, СО2>2 %).
2.1.В глинах и алевролитах.
2.2.В глинистых галечниках и ва-лунниках.
2.3.В крепких карбонатизирован-ных породах.
2.4.В породах фундамента и коре выветривания.
В целом по месторождению к пригодным для ПВ можно отнести 70 % всех руд. Среди непригодных для сернокислотного подземного выщелачивания выделяются следующие руды: в скальных карбонатных отложениях (10 %), в глинистых галечниках (10 %), глинах и алевритах (около 10 %).
Существуют, как известно, два основных метода выщелачивания урана -щелочной и сернокислотный.
Щелочной метод непригоден для Семизбая из-за кольматации пласта, обусловленной набуханием монтмори-лонита при применении таких растворителей как бикарбонат натрия.
Нами были проведены исследования по сернокислотному выщелачиванию урана.
Для проведения исследований были пробурены скважины с отбором керно-вого материала.
Опробование керна
Опробование керна и выделение рудных интервалов проводилось на основе данных гамма-каротажа и радиометрического контроля с помощью радиометра СРП-68.
Для проведения лабораторных работ (минералогических, технологических,
аналитических исследований) проведен отбор частных керновых проб. Данные по опробованию керна скважин, приведены в табл. 1 и 2.
Лабораторные исследования керно-вого материала
Для проведения аналитических исследований истертый керновый материал в количестве 120 г был проанализирован на содержание урана, диоксида углерода, углерода общего, серы общей и сульфатной. Результаты анализов приведены в табл. 3.
В табл. 3 среди 39 проб, отобранных при керновом опробовании, выделяются шесть проб скважины 2 по резко повышенной карбонатности. Это пробы 21325, 21267, 21297, 21309, 21310 и 21326 с содержанием диоксида углерода в пределах 5,51 - 13,579 %. Эти пробы характеризуют линзовидные прослои кар-бонатизированных песков, гравия и галечно-гравийно-песчаных пород и пред-
ставляют собой «скальные» крепкие песчаники, гравелиты, конгломераты
Характеристика керновых проб по скважине 2 участка №1
№ скв Номер пробы Инт. опробов., м Длина интервала, м Вес пробы, г Структура пробы Литология РСА и,%
2 2976 97,6-102,2 4,6 250 Нарушенная Пески алевритистые 0,004
ВРГ 21024 102,4-102,6 0,2 250 Нарушенная Пески тонко-мелкозернистые 0,019
21046 104,6-105,1 0,5 250 Нарушенная Пески мелкозернистые 0,021
21051 105,15-105,3 0,15 250 Нарушенная Пески мелкозернистые 0,470
21053 105,3-105,8 0,5 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,038
21058 105,8-108,2 2,4 250 Нарушенная Пески алевритистые 0,005
2 21162 116,2-116,8 0,6 250 Нарушенная Пески алевритистые 0,007
НРГ 21168 116,8-118,0 1,8 250 Нарушенная Пески средне-мелкозернистые 0,065
21212 121,2-122,2 1,0 250 Нарушенная Пески средне-мелкозернистые 0,005
21222 122,2-123,0 0,8 250 Нарушенная Пески крупнозернистые гравийные 0,006
21238 123,8-124,4 0,4 250 Нарушенная Пески крупнозернистые гравийные 0,006
21260 126,0-126,4 0,4 250 Нарушенная Пески крупнозернистые гравийные 0,030
21272 127,2-127,8 0,5 250 Нарушенная Пески крупнозернистые гравийные 0,260
21280 128,0-128,5 0,5 250 Нарушенная Пески разнозернистые гравийные 0,150
21328 132,8-133,6 0,8 250 Нарушенная Пески среднезернистые 0,004
Таблица 2
Характеристика керновыш проб по скважинам 1 и 3 участка №2
№ скв Номер пробы Инт. опробов., м Длина интервала, м Вес пробы, г Структура пробы Литология РСА и,%
1 1745 74,5-74,7 0,2 250 Нарушенная Пески среднезернистые 0,001
1774 77,4-77,9 0,5 250 Нарушенная Алеврит песчаный 0,002
1790 79,0-79,4 0,4 250 Нарушенная Пески разнозернистые 0,002
1799 79,9-81,4 0,5 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,013
1821 82,1-82,7 1,0 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,061
1836 83,6-84,5 0,9 250 Нарушенная Пески разнозернистые гравийные 0,012
1859 85,9-86,5 0,6 250 Нарушенная Пески разнозернистые гравийные 0,195
1868 86,8-88,4 1,6 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,400
1910 91,0-91,2 0,2 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,038
1914 91,4-92,5 1,1 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,035
1927 92,7-93,4 0,7 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,032
3 3849 84,9-87,5 2,6 250 Нарушенная Пески разнозернистые 0,003
3875 87,5-88,7 1,2 250 Нарушенная Пески разнозернистые гравийные 0,003
3887 88,7-89,8 1,1 250 Нарушенная Пески разнозернистые гравийные 0,006
3914 91,4-92,3 0,9 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,040
3924 92,4-93,5 1,1 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,274
3936 93,6-94,7 1,1 250 Нарушенная Пески крупнозернистые 0,015
3949 94,9-95,3 0,4 250 Нарушенная Пески разнозернистые 0,006
Таблица 3
Содержание компонентов в частных пробах по скважинам 1, 2, 3
Номер частной керно-вой пробы Содержание компонентов в пробе, %
и СО2 Собщ* 8общ* ^сульфат
1 2 3 4 5 6
1745 0,001 Не опр. Не опр. 0,25 Не опр.
1774 0,002 Не опр. Не опр. Не опр. 0,047
1790 0,002 Не опр. Не опр. Не опр. 0,32
1799 0,013 <0,10 0,475 0,801 0,038
1821 0,061 2,71 0,888 0,167 0,031
1836 0,012 <0,10 0,019 0,033 0,18
1859 0,195 <0,10 0,053 0,063 0,003
1868 0,400 <0,10 0,109 0,223 0,25
1910 0,038 <0,10 1,314 2,233 0,30
1914 0,035 <0,10 0,740 1,582 0,28
1927 0,032 <0,10 0,70 2,895 0,17
3849 0,003 Не опр. 0,068 0,17 Не опр.
3875 0,003 Не опр. 0,094 0,29 Не опр.
3887 0,006 Не опр. 0,123 0,34 Не опр.
3914 0,040 Не опр. 0,126 1,01 Не опр.
3924 0,274 <0.10 0,284 1,05 Не опр.
3936 0,015 <0,10 0,231 0,66 Не опр.
3949 0,006 Не опр. 0,261 0,81 Не опр.
2976 0,004 Не опр. Не опр. Не опр. Не опр.
21024 0,019 <0,10 0,366 0,382 0,23
21046 0,021 <0,10 0,096 0,243 0,085
21051 0,470 <0,10 1,783 Не опр. Не опр.
21053 0,038 <0,10 0,052 0,05 0,730,18
21058 0,005 Не опр. 0,710 0,079 0,15
21162 0,007 Не опр. 0,268 0,09 Не опр.
21168 0,065 <0,10 0,081 Не опр. Не опр. Продолжение табл. 3
1 2 3 4 5 6
21212 0,005 Не опр. 0,017 Не опр. Не опр.
21222 0,006 Не опр. 0,110 Не опр. Не опр.
21235 0,017 8,48 2,310 0,016 0,054
21238 0,006 Не опр. 0,034 0,042 0,040
21260 0,030 <0,10 0,076 Не опр. Не опр.
21267 0,022 13,579 3,70 1,01 0,47
21272 0,260 0,17 0,084 0,21 0,49
21280 0,150 0,57 0,342 0,78 0,056
21297 0,007 5,51 1,50 0,097 0,65
21309 0,004 9,28 Не опр. Не опр. Не опр.
21310 0,013 12,441 3,39 0,59 0,47
21326 0,005 10,21 Не опр. Не опр. Не опр.
21328 0,004 Не опр. Не опр. Не опр. Не опр.
Таблица 4
Характеристика технологических проб
№ проб и, % СО2, % А1, % Са, % Ме, % Геобщ, % Ге2+, % 8, % Номера частных проб
1Т 0,0343 0,20 4,44 0,49 0,38 2,05 0,61 1,24 1799, 1821, 1836, 1859, 1868, 1910, 1914, 1927
2ТВ 0,0314 <0,10 3,91 0,33 0,28 0,81 0,33 0,14 21024, 21046, 21051, 21053, 21058
2ТН-1 0,0411 <0,10 3,92 0,41 0,38 0,71 0,33 0,028 21162, 21168, 21212, 21222
2ТН-2 0,0762 0,25 3,29 0,43 0,22 0,94 0,41 0,23 21238, 21260, 21272, 21280, 21328
3Т 0,0373 <0,10 4,41 0,35 0,36 1,9 0,57 1,11 3849, 3875, 3887, 3914, 3924, 3936, 3949
4Т 0,0407 <0,10 3,46 0,31 0,26 1,0 0,32 0,6 Сборная из технологических проб 1Т, 2ТВ, 2ТН-1, 2ТН-2, 3Т
Таблица 5
Гранулометрический состав технологических проб
Номера проб
Размер фр, мм 1Т 2ТВ 2ТН-1 2ТН-2 3Т 4Т
>10
10,0-5,0 1,35 0,94
5,0-2,0 9,06 0,37 3,93 8,29 8,95 8,15
2,0-1,0 5,42 0,14 2,09 4,13 3,96 4,12
1,0-0,5 34,38 13,52 25,47 27,61 27,38 28,25
0,5-0,25 15,93 22,48 21,74 22,34 20,40 18,47
0,25-0,1 14,26 38,83 17,72 16,42 14,45 14,44
0,1-0,05 3,66 7,39 5,53 4,22 3,71 3,83
0,05-0,01 12,38 11,29 10,80 14,78 14,37 12,15
0,01-0,005 4,16 4,59 11,06 0,17 6,38 9,00
0,005-0,001 0,43 0,38
<0,001 0,21 0,23 0,00 0,02 0,13 0,01
Коллоид 1 0,34 0,14 0,55 0,38 0,23
Коллоид 2 0,24 0,62 0,70 0,34 0,28 0,43
Итого 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
на карбонатном и глинисто-карбонатном цементе. Все разности пород этого класса пород содержат повышенные количества урана в пределах 0,004-0,007 и 0,013-0,017 %. По документации керна в
скважине 2 в НРГ в интервале 123,4 -134,6 м, то есть на 11,2 м отмечено развитие шести линзовидных прослоев карбонатных пород общей мощностью 4 м. Ширина отдельных линз различная и варьирует от 0,1 м до 1 м.
Формирование технологических проб Для технологических исследований на предмет извлечения урана методом ПСВ в лабораторных условиях сформированы 6 технологических проб. Характеристики сборных, технологических проб, помещены в табл. 4 и 5.
Работы по изучению вещественного состава руд продолжаются.
Были проведены предварительные эксперименты по выщелачиванию руд. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие основные выводы:
1) Рудовмещающие породы место -рождения Семизбай представлены песчаниками и гравелитами на глинистом и
карбонатном цементе, алевритами и глинами, углистыми разновидностями. Наиболее широко развиты малокарбонатные песчаные отложения с глинистым заполнителем.
2) Уран содержится практически во всех разновидностях горной массы, но основное его количество сконцентрировано в песчаных отложениях. Распределение урана крайне неравномерно. Наиболее высокие содержания приурочены, главным образом, к участкам, обогащенным органическими веществами и сульфидами.
3) По данным результатов лабораторных опытов по агитационному выщелачиванию определена оптимальная концентрация серной кислоты - 5 г/л, что соответствует малореагентому методу выщелачивания
4) Для переработки руд фильтрационным способом приемлемо сернокислотное выщелачивание.
5) При фильтрационном выщелачивании (в трубках) руд (содержание урана 0,04 %) 0,5 % и 1,5 %) раствором серной кислоты достигнуты следующие показатели:
■ степень извлечения урана - 8082 %;
■ расход кислоты - 20-32 кг/т руды;
6) При фильтрационном сернокислотном выщелачивании в трубках наблюдается снижение скорости фильтрации растворов с увеличением концентрации кислоты в выщелачивающих растворах - в 2-9 раз по сравнению с исходной при увеличении кислотности с 5 г/л до 15 г/л.
7) Руды способны интенсивно окислиться кислородом воздуха.
8) При обработке водой кернового материала, находившегося в контакте с воздухом, степень извлечения урана достигает 10 %.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------
Пирматов Э.А., Дюсамбаев С.А., Дуйсебаев Б.О., Жатканбаев Е.Е., Вятченникова Л.С., Садырбаева Г.А. - ИВТ.
---------------------------------------- © Г. С. Крылова, Е.А Кошель,
2006
УДК 622.342.13
Г.С. Крылова, Е.А. Кошель
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗОЛОТА ИЗ ЗОЛОТОНОСНЫХ КОР ВЫВЕТРИВАНИЯ
