CC BY
74
1 2 (г ) + (1 - 2 ) у ( г )е К (ф ).
Таким образом, при условии выполнения (2) имеем
К (ф(г),*) 1 Э2> ( ) 1 Э2т/
------------------=------------тт(*)"
1ІШ -
к
/ ч 2т
К( о - х]) ,х
і=1
(2т)! Э
2т
(х)
или
1 Э2 тг ( )к
Лт (х)К
(2т)! Эі2
/ \ 2т
-хі) ,х
і=1
+ о
X/ \2т
(і - хі) ’х
і=1
\\
//
Раскрывая ф (г ) и произведя преобразования, получим (3). Теорема доказана.
ЛИТЕРАТУРА
1. Виденский В.С. Линейные положительные операторы конечного ранга. Учеб. пособие. - Л.: ЛГПИ, 1985. - 68 с.
2. Абакумов Ю.Г., Банин В.Г. Линейные функционалы и условия аппроксима-
ции. Учеб. пособие. - Чита: ЧГПИ, 1993. -42 с.
3. Абакумов Ю.Г., Банин В.Г. Аппроксимативные свойства некоторых классов линейных операторов. - Чита: СО РАН: ЧГПИ, 1993. - 62.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА ИЗ БЕДНЫХ ВЫСОКОКАРБОНАТНЫХ РУД
УДК 662.349.5:662.775:669.822
А.А. Морозов, соискатель каф.
ПРМПИ, ЧитГУ
Научные интересы: совершенствование процессов и повышение эффективности кучного выщелачивания урановых руд
В статье рассмотрены вопросы повышения эффективности кучного выщелачивания урана из бедных высококарбонатных руд путем использования в качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ) гу-матов натрия (ГН). Результаты ряда проведенных исследований на высококарбонатном (более 40 % по CaCOз) рудном материале «Аргунского» месторождения показали возможность эффективного применения ГН в процессе содового выщелачивания урана (рис. 2). Степень извлечения урана сопоставима с величиной извлечения при использовании перманганата калия (67,3 %) и составляет 65,6 % за 226 сут. Установлен рациональный диапазон расхода данного вида ПАВ - 6...8 кг/т.
Полупромышленными испытаниями по кучному выщелачиванию бедных высококарбонатных урановых руд доказана эффективность применения в качестве ПАВ гуминовых веществ, в частности гуматов натрия, являющимися альтернативой использования дорогостоящих окислителей и других активаторов ■
HEIGHTENING OF PERFORMANCE OF A HEAP LEACHING OF URANIUM FROM POOR HIGHLY OF CARBONACEOUS ORES
I n a paper the problems of a heightening of performance of a heap leaching of uranium from poor highly of carbonaceous ores are reviewed by usage in process as surface-active agents (SAA) of humates of sodium (HS). Results of a series of the held studies on highly(high) carbonaceous (more than 40 % on CaCO3) ore material "Argunskogo" of a field has shown a possibility of effective applying HS during soda leaching of uranium (fig. 2). The extent of withdrawal of uranium is comparable to magnitude of withdrawal at usage of permanganate of potassium (67,3 %) and compounds 65,6 % for 226 day. The rational range of expenditure of the given aspect SAA - 6-8 kgs/t is established (installed).
The industrial trials on a heap leaching poor highly of carbonaceous uranium ores demonstrate operational effectiveness in quality SAA of humin substances, in particular (personally) of humates of sodium being alternative of usage of cost intensive oxidants and other catalysts ■
± ± ±
Последнее десятилетие мировая урановая промышленность развивается крайне нестабильно. Это связано, прежде всего, с несоответствием между топливными потребностями АЭС и производством природного урана, дефицит которого на данный момент составил 40-45 % [ 1 ].
Склады природного урана как основного источника покрытия дефицита неуклонно истощаются. Изменить положение в урановом производстве можно при условии открытия месторождений с относительно низкой себестоимостью производства урана, которые позволят заполнить планируемый дефицит. Однако запасы легковскрываемых химической технологией руд с высоким содержанием урана в значительной степени отработаны. Ожидать их существенного увеличения в результате геологоразведочных работ нельзя, поэтому естественна необходимость использования для добычи урана более упорного уранового сырья. Экономическая целесообразность его переработки обеспечивается использованием комбинированной разработки месторождений, элементом которой является кучное выщелачивание, позволяющее рента-
бельно перерабатывать бедные и забалансовые руды. Эффективность данного метода обеспечивается рациональноизбранной системой орошения реагентами, способностью их селективно растворять минералы-носители полезного компонента, а также возможностью изменения условий и режима работ на различных стадиях процесса.
В мировой практике наибольшее распространение получил кислотный способ выщелачивания, имеющий основные недостатки: высокую агрессивность, вследствие чего в раствор помимо урана переходят и другие компоненты руды, пустых пород; повышенный расход кислоты при отработке рудного сырья с высоким содержанием карбонатов (более 2 %); необходимость использования дорогостоящего оборудования из нержавеющей стали [2, 3, 4]. Указанные недостатки компенсируются более высоким извлечением урана по сравнению с карбонатным способом.
Карбонатное выщелачивание при наличии ряда таких преимуществ, как хорошая селективность процесса, отсутствие требований изготовления аппаратуры в антикоррозионном исполнении и ограничений по содержанию карбонатов в перерабатываемом сырье, занима-
ет лишь второе место. Основными причинами данного положения являются, в основном, низкая степень извлечения урана из отрабатываемых руд, длительность процесса выщелачивания и необходимость применения дорогостоящих окислителей. Эти проблемы эффективно решаются при применении автоклавного метода переработки карбонатных руд, позволяющего достигать степени извлечения урана до 95-96 % в сравнительно короткие сроки [5].
Тем не менее, данная технология довольно дорогостоящая и может быть экономически выгодной лишь при достаточно высоком исходном содержании урана в перерабатываемом рудном материале (на уровне 0,2.. .0,25 %).
Бедное же сырье отрабатывать таким способом нецелесообразно. Для обедненных по урану руд альтернативным методом переработки может являться кучное карбонатное выщелачивание. Однако, как показывает практика, применение данного метода малоэффективно [6]. Степень извлечения
урана не превышает 55 %.
Основная сложность процесса обусловлена относительно медленным растворением четырехвалентного урана. Его соли гидролизуются и возможность миграции резко ограничена, поэтому для его активного выщелачивания требуется применение окислителей. Для руд Аргунского месторождения с содержанием карбонатных соединений более 40 % (по СаС03) наиболее эффективным является перманганат калия (КМп04). Это подтверждают результаты тестовых опытов, проведенных на тонкоизмельченном рудном материале с применением различных окислителей (рис. 1). Применение КМп04 при нормальных условиях в агитационном режиме позволяет достичь извлечения урана до 93 %. Его расход значителен, но меньше других применяемых окислителей, при использовании которых степень извлечения урана не превышает 70 %. Кроме того, процесс выщелачивания довольно длителен (до 72 ч агитации).
я
«
а
Я
Я
<и
Т
<и
П
а
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-О
1- С применением КМп04
2 -С применением Н202
3 - С применением 02 в присутствии [Си(ЫН3)4]2
8 10 12 Расход окислителя, кг/т
Рис. 1. Зависимость извлечения урана от расхода различных окислителей при агитационном выщелачивании
1
2
3
0
2
4
6
Применительно к кучному выщелачиванию значительные расходы дорогостоящих окислителей приводят к резкому повышению себестоимости переработки карбонатных руд. В связи с чем, основными задачами исследований следует считать выявление путей совершенствования и интенсификации процесса выщелачивания карбонатного сырья, которые позволят достичь приемлемого извлечения урана, снизить расход реагентов и существенно сократить сроки переработки.
Как известно, интенсивность выщелачивания определяется скоростью проникновения растворов в глубину рудного куска, которая ощутимо мала, тем самым вынос растворенного металла за его пределы лимитируется скоростью диффузии [7]. Ее повышение возможно при условии снижения поверхностного натяжения растворов, которое в свою очередь может быть обеспечено применением поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Учитывая, что предлагаемые различными фирмами ПАВ весьма дорогостоящие, для процесса содового кучного выщелачивания бедных карбонатных урановых руд наиболее приемлемыми могут быть высокомолекулярные гуми-новые вещества или их смеси, отличающиеся простотой и дешевизной их изготовления из углей.
В этой связи, для проведения исследований по повышению эффектив-
ности выщелачивания урана, в качестве ПАВ были использованы гуминовые соединения - гуматы натрия (ГН), полученные посредством щелочной обработки угля Уртуйского месторождения. Данным веществам характерны свойства ингибиторов, позволяющие связывать глинистые фракции, не допуская миграции, снижая при этом их сорбционные свойства. Кроме того, они не препятствуют доставке раствора-реагента к урановому минералу, его растворению и выносу обогащенных растворов за пределы рудного куска.
Результаты ряда проведенных исследований на высококарбонатном (более 40 % по СаС03) рудном материале «Аргунского» месторождения показали возможность эффективного применения ГН в процессе содового выщелачивания урана (рис. 2). Степень извлечения урана сопоставима с величиной извлечения при использовании перманганата калия (67,3 %) и составляет 65,6 % за 226 сут. Совместное воздействие окислителя и ГН позволяет достичь извлечения металла 72 %, тогда как при содовом выщелачивании без их использования фильтрация растворов прекращается через 40-70 сут, что связано с образованием водонепроницаемых зон за счет перераспределения и уплотнения иловых и глинистых фракций рудного материала из верхней части колонки к ее основанию.
Таблица 1
Результаты лабораторных исследований по кучному выщелачиванию урана из высококарбонатныхруд
Класс крупности, мм ,е д у &( CQ ©Х X о К U Продолжительность, сут т н е сЗ е Р Расход, кг/т • • со * S & 3 ам род/г вг т* о К Й s a a и ю & Л I-? О ^ о ,е к е И \0 0х в и U Извлечение U, %
- 50+0 0,152 50 Na2CO3 23,7 6,2 0,118 0,112 * * 2
-50+0 0,150 226 Na2CO3 43,3 29,8 0,102 0,049 67,3
KMnO4 9,3
Na2CO3 64,2
- 50+0 0,129 222 ГН 7,1 28,5 0,090 0,044 72,1
KMnO4 10,5
- 50+0 0,155 226 Na2CO3 42,8 32,4 0,094 0,053 65,6
ГН 7,06
* - объем вывода растворов из оборота на сорбцию в среднем составил 1/3 общего объема растворов выщелачивания;
** - выщелачивание пробы руды остановлено в связи с прекращением фильтрации растворов
SS 8C
I 7C ч е
І 60
=
g 50 е т
° 40
30
20
10
0
—&—п~
□ без использования ПАВ о с исп. ГН О с исп. перманганата калия Д совместное исп. перманганата калия и ГН
30 60 90 120 150 180 210 240
Время выщелачивания, сут
0
Рис. 2. Кинетика содового выщелачивания урана из карбонатных руд (крупность -50 мм) с применением ГН и КМп04
Помимо явного улучшения фильтрационных свойств обрабатываемого рудного материала, сопоставимость показателей извлечения металла обусловлена наличием в гуматах натрия кислородсодержащих функциональных групп, в частности карбоксильных [8]. В совокупности с повышением проницаемости кислород из данных групп активно доставляется вглубь рудного куска, повышая эффективность окисления и4+, тогда как перманганат калия взаимодействует в основном с поверхностными минералами. Этот факт характеризует данные гуминовые вещества не только как ПАВ, но и как окислители, что существенно повышает техникоэкономические показатели содового кучного выщелачивания урана из карбонатных руд.
В ходе проведенных экспериментальных работ был установлен рациональный диапазон расхода данного вида ПАВ - 6...8 кг/т, позволяющий достигать полноты извлечения металла 65.75 % за 8-12 месяцев. При выщелачивании крупнотоннажных проб указанный расход может быть снижен, что
получило подтверждение в ходе полупромышленных испытаний данной технологии.
Для получения наглядных результатов данные испытания проводили на рудном материале исходной крупности (-150 +0 мм) без его дробления и удаления мелких классов, т.е. в наиболее жестких условиях. При этом в опытах с применением ГН их расход был установлен минимальным - 0,2.0,5 кг/т рудной массы. С целью сравнения результатов параллельно велось кучное выщелачивания аналогичного рудного материала по стандартной технологии без применения каких-либо активирующих веществ. В качестве реагента-растворителя использовались растворы соды с поддержанием в них в среднем соотношения карбонат: бикарбонат = 2,5 : 1. Для предотвращения активного образования щелочи дозировка реагента производилась с условием колебаний величины рН продуктивного раствора в пределах 9,5.10,0 ед.
Результаты полупромышленных испытаний представлены в табл. 2 и графически на рис. 3.
Таблица 2
Показатели кучного содового выщелачивания урана из карбонатных руд месторождения «Аргунское»
Процесс выщелачивания Содержание урана в руде, % Время выщелачивания, сут Расход ПАВ, кг/т Съем продуктивных растворов, м3/т иср в прод. растворах, г/дм3 Извлечение урана в раствор, %
Базовый (без ГН) 0,130 350 - 9,58,8 0,040 62,0
С применением ГН 0,118 370 0,190 10,1/9,6 0,044 76,3
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Время выщелачивания, сут
Рис. 3. Кинетика содового выщелачивания урана из карбонатных руд при полупромышленных испытаниях
Анализ полученных данных показал, что даже при минимальном расходе ГН эффективность выщелачивания относительно стандартной технологии выше на 14-15 % и позволяет достичь извлечение урана из недробленых бедных карбонатных руд «Аргунского» месторождения на уровне 75 % за 12 мес. В ходе проведения испытаний было также отмечено, что в первые 100 сут выщелачивания влияния ГН практически не наблюдалось. Оно стало очевидным лишь после снижения фильтрационных характеристик в базовом опыте, связанных с заиливанием межпорового пространства нижних слоев рудной массы. Столь незначительная разница в величине извлечения металла в начальном периоде и продолжительность процесса обусловлена только минимальным расходом самого ГН. При его увеличении до рациональных величин (6.8 кг/т руды) эта разница будет более резко выражена, а сроки переработки руд до уровня 70.75 % сократятся на
25.30 % времени.
Таким образом, полупромышленными испытаниями по кучному выщелачиванию бедных высококарбонатных урановых руд доказана эффективность применения в качестве ПАВ гуминовых веществ, в частности гуматов натрия, являющимися альтернативой использования дорогостоящих окислителей и других активаторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.В. Кротков // Состояние и пути развития атомной промышленности России. Горный журнал, 2003. - № 10. - С. 52-54.
2. Мамилов В.А., Петров Р.П., Шушания Г.Р. и др./ Добыча урана методом подземного выщелачивания. - М.: Атомиздат, 1980. - 248 с.
3. В.К. Ларин, Р.В. Зайцев // Опыт промышленного применения кучного выщелачивания урановых руд. Горный журнал, 1999. - № 12. - С. 51-53.
4. Под редакцией Д.К. Скороварова/ Кучное выщелачивание при разработке урановых месторождений. - М.: Энергоатомиз-
дат, 1988. - 152 с.
5. И.П. Смирнов, А.А. Матвеев, К.М.
Смирнов // Выщелачивание урановых и комплексных руд. Цветные металлы, 2003. № 4. - С. 27-34.
6. И.Г. Абдульманов / Опыт выщелачивания урана на горнодобывающих предприятиях бывшего СССР. Заключительный отчет о НИР, т. 1. - М, 2000 г. 151 с.
7. А.Н. Зеликман, Б.Г. Коршунов /Металлургия редких металлов / М.: Металлургия, 1991. - 431 с.
8. Славинская Л.П. Влияние неорганических реагентов на выход, состав и свойства гуматов из бурых окисленных углей Туар-кырского месторождения: Диссерт. канд. техн. наук. - Ташкент, 1991.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ БЕДНЫХ «УПОРНЫХ» УРАНОВЫХ РУД
УДК 662.349.5:662.775:669.822
А.А. Морозов, соискатель каф.
ПРМПИ, ЧитГУ
Научные интересы: совершенствование процессов и повышение эффективности кучного выщелачивания урановых руд
В статье рассмотрены вопросы совершенствования процессов кучного выщелачивания урана из бедных «упорных» алюмосиликатных руд путем применения рациональной схемы одновременной отработки «свежего» и частично выщелоченного штабеля КВ с рециркуляцией продуктивных растворов через последний с плотностью подачи растворов 4-8 л/час*т руды. Внедрение данной схемы растворооборота в процессе КВ позволяет:
- стабилизировать работу сорбционных напорных колонн за счет снижения нагрузки по раствору, не изменяя интенсивности орошения рудной массы. При этом снизить концентрацию урана в маточниках сорбции на 30...40 %;
- обеспечить одновременную отработку значительных объемов рудной массы при сокращении времени извлечения ценного компонента;
- повысить производительность по выпуску готовой продукции на 15.17 % ■
PERFECTING OF PROCESSES OF A HEAP LEACHING OF POOR "OBSTINATE" URANIUM ORES
I n a paper the problems of perfecting of processes of a heap leaching (HL) of uranium from poor "obstinate" silica-alumina ores are reviewed by applying the rational schema of simultaneous improvement "fresh" and fractionally leached stockpile HL with recirculating of productive solutions through last, with gravity of feeding of solutions of 4-8 l/(Hour*t) of ore. The intrusion of the given schema revolution of solutions in process HL allows:
- to stabilize operation sorbate of pressure head strings, at the expense of a decrease of an offloading on solution, not inflecting intensity of a spraying of ore mass. Thus to reduce concentration of uranium in mother liquids of sorption on 30.40 of %;
- to provide simultaneous improvement of considerable bulks of ore mass, at abbreviation(cutting) time of withdrawal of a valuable reductant;
- to increase output on discharge of finish products on 15.17 of % ■
* * *
