Выбор способа подземно-скважинного выщелачивания урана на месторождении Семизбай Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------------------- © Г. А. Садырбаева, К.А. Мырзабек,

Е.Е. Жатканбаев, С. Д. Дауренбеков,

Э.А. Пирматов, Ю.Г. Никитина,

2008

УДК 622.775

Г.А. Садырбаева, К.А. Мырзабек, Е.Е. Жатканбаев,

С.Д. Дауренбеков, Э.А. Пирматов, Ю.Г. Никитина

ВЫБОР СПОСОБА ПОДЗЕМНО-СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА НА МЕСТОРОЖДЕНИИ СЕМИЗБАЙ

Приведены результаты изучения особенностей руд уранового месторождения Се-мизбай и выбран оптимальный способ их выщелачивания.

Семинар № 10

Ж'Ж'зученность месторождения:

ЖЛ. урановое месторождение Семи-збай находится в Валихановком районе, Акмолинской области, Республики Казахстан и был открыт в 1973 г в результате геологических работ Целинного горно - химического комбината и ВНИИХТа и оценено как крупный промышленный объект. В процессе детальной разведки выполнена оценка отработки месторождения - способом подземного скважинного выщелачивания (ПСВ). На стадии геологоразведочных работ в 1976 г был поставлен первый опыт по ПСВ урана, который закончился неудачно из-за малой изученности условий месторождения. В период с 1976 по 1983 гг. в ЦНИЛ Целинного горно - химического комбината были проведены многочисленные лабораторные работы по выщелачиванию семи-збайских урановых руд, которые послужили основой для разработки регламента и проекта на опытно-промышленные работы. Опытно-про-мышленные работы начались в 1984 г с западного фланга месторождения на двух опытных ячейках и перешли в промышленную отработку месторождения, которая продол-

жалась до 1989 г. [1]. Однако, в 1989 г на общемировом падении цен на уран, промышленная отработка месторождения была прекращена. Прошедшие работы показали возможность добычи урана способом подземного выщелачивания, и в то же время выявили «узкие» места, такие как непомерно большой расход серной кислоты. Поэтому при организации новых исследований актуальным встал вопрос о выборе оптимального способа выщелачивания урана из руд месторождения Семизбай.

Геологическое строение месторождения: урановое оруденение месторождения находится на двух водоносных горизонтах: Верхний рудоносный горизонт (ВРГ) и Нижний рудоносный горизонт (НРГ). На участке 1 рудное тело находится как в ВРГ так и на НРГ. На остальных участках рудное тело находится только в НРГ.

Руды месторождения визуально не отличаются от вмещающих пород и представлены в основном рыхлым и слабо сцементированным материа-лом; руды на карбонатном цементе (карбонатные руды) по месторожде-нию в ос-

Таблица 1

Химический состав технологических проб

Проба

Содержание компонентов, %

и С02 8общ. Геобщ. Ге2+ Al Mg Ca ^бщ.

Карбонатная -5Т 0,051 2,17 0,96 1,36 0,54 0,52 0,26 1,53 0,59

Сборная - 4Т-1 0,038 0,88 0,83 1,01 0,41 0,32 0,19 0,24 0,24

новном на участке 1 в НРГ составляют около 20 % [2].

Руды месторождения, отрабатываемые способом подземного скважинного выщелачивания, подразделяются на два основных геотехнологических типа: руды оксидного и коффинитового типа.

Характерными особенностями гео-технологических свойств этих типов руд являются:

А. Руды оксидного типа, которые легко выщелачиваются слабыми растворами кислоты. Концентрация кислоты ощутимо влияет на кинетику процесса. Интенсифицирующее влия-ние добавок окислителя или повышение температуры незначительное.

Б. Руды коффинитового типа, которые достаточно хорошо выщелачиваются слабыми растворами серной кислоты, однако добавки окислителя или повышение температуры существенно улучшают кинетику и степень извлечения металла [3].

Цель работы: изучение особенностей руд уранового месторождения Се-мизбай и выбор оптимального способа выщелачивания.

Для изучения особенностей руд и выбора метода отработки были отобраны с участков месторождения керновые материалы и проведены нижеследующие виды исследований.

Первым этапом работы было проведение минералого-петрографичес-ких исследований и изучение вещественного состава рудовмещающей породы.

В результате проведенных исследований установлено, что состав рудной минерализации месторождения Семи-збай представлен коффинитом и оксидами урана.

Определены содержания урана в верхнем рудоносном горизонте и в нижнем рудоносном горизонте.

Результаты гранулометрического анализа показали о нахождении урана во всех фракциях песка которые, представлены в основном мелко-, средне-, и крупнозернистыми.

Резко повышенные концентрации урана отмечаются на поверхностях обломков обеленных пород, в частичках углефицированного растительного детрита и катунах красных глин. Данные накопления урана весьма благоприятны для извлечения методом ПСВ.

Для исследований на предмет извлечения урана методом ПСВ в лабораторных условиях были сформированы 2 технологические пробы. Характеристики проб помещены в табл.

1.

Вторым этапом работы было проведение технологических исследований, включающие в себя проведение агитационного и фильтрационного выщелачивания.

1. Агитационное выщелачивание с применением окислителей

Условия экспериментов: концентрация серной кислоты - 3 г/л, 5 г/л, 7 г/л; отношение Ж:Т = 3:1; время

Таблица 2

Агитационное выщелачивание с применением окислителей

№ пробы Выщелачивающий реагент Е,% рН ОВП, мВ

1 3г/л Н2Б04 28,76 2,14 346

2 5г/л Н2Б04 62,92 1,73 365

3 7г/л Н2Б04 70,88 1,58 377

4 3г/л Н2Б04 + 1,6 г/л Ее(3+) 32,10 2,1 478

5 5г/л Н2Б04+ 1,6 г/л Ее(3+) 23,63 1,89 484

6 7г/л Н2Б04+ 1,6 г/л Ее(3+) 25,94 1,73 486

7 3г/л Н2Б04 + 0,15 г/л ЛСТ 57,78 2,04 376

8 5г/л Н2Б04+ 0,15 г/л ЛСТ 49,05 1,57 396

9 7г/л Н2Б04+ 0,15 г/л ЛСТ 52,90 1,7 397

10 3г/л Н2Б04+ 1,6 г/л Ее(3+)+ 0,15 г/л ЛСТ 25,68 2,12 484

11 5г/л Н2Б04+ 1,6 г/л Ее(3+)+ 0,15 г/л ЛСТ 27,22 1,52 485

12 7г/л Н2Б04+ 1,6 г/л Ее(3+)+ 0,15 г/л ЛСТ 16,18 1,65 495

13 15г/л Н2Б04 73,19 0,92 412

14 15г/л Н2Б04 + 0,15 г/л ЛСТ 70,62 0,9 411

выщелачивания 4 -5 часов, масса руды -33 г. В качестве окислителей были применены трехвалентное железо 1,5 г/л и лигносульфонат аммония 0,15 г/л (ЛСТ).

Полученные результаты сведены в табл. 2 и на рис. 1.

Из данных табл. 2 и рисунка 1 видно, что для выщелачивания урана оптимальной концентрацией серной кислоты является 15 г/л. Степень извлечения достигается 73 %. Применение окислителей на степень извлечения урана незначительное.

2. Фильтрационное выщелачивание.

Для изучения выщелачиваемости карбонатных руд были проведены серии опытов.

Схема выщелачивания:

- водная отмывка;

- выщелачивание с концентрацией Н2804 от 3 до 25 г/л.

Эксперименты были проведены в стандартной установке для выщелачивания урана в трубках [4].

Результаты экспериментов представлены на рис. 2.

В результате выщелачивания карбонатной руды установлено следующее:

- оптимальной концентрацией кислоты является 3-7 г/л;

- при выщелачивании карбонатной руды максимальное содержание урана достигается при отношении Ж:Т=

0,55;

- степень извлечения урана из карбонатной руды составляет 79,5 % за 1100 часов при отношении Ж:Т = 7,2. Кривая извлечения выходит на горизонтальную асимптотику начиная с 900 часов;

- максимальное обеднение карбонатной руды и переход урана в раствор происходит уже на начальной стадии процесса. За 200 часов достигнуто максимальный пик содержания урана в растворе, однако степень извлечения еще не достигла запланированной величины. Поэтому процесс далее продолжался;

- содержание бикарбонат - иона в растворе определялось, начиная с 400 часов выщелачивания; видно, что если рН среды падает с 7 до 5-5,5, то содержание бикарбонат -иона в растворе ми-

кон-ция серной кислоты и окислителей, г/л

Рис. 1. Зависимость содержания урана и степени извлечения от различных концентрации серной кислотыг и окислителей

1- 3 г/л Н2Б04;

2- 5 г/л Н2Б04;

3 - 7 г/л Н2Б04;

4 - 3 г/л Н2Б04 + 1,6 г/л Ее(3+);

5 - 5 г/л Н2Б04 + 1,6 г/л Ее(3+);

6 - 7 г/л Н2Б04 + 1,6 г/л Ее(3+);

7 - 3 г|л Н2Б04 + 0,15 г/л ЛСТ;

8 - 5 г/к Н2Б04 + 0,15 г. л ЛСТ

9 - 7 г|л Н2Б04 + 0,15 г|л ЛСТ;

10 - 3 г|л Н2Б04 + 1,6 и|к Ее(3+) + 0,15 г|л ЛСТ;

11 - 5 г/л Н2Б04 + 1,6 г/л Ее(3+) + 0,15 г/л ЛСТ; 12- 7 г/л Н2Б04 + 1,6 г/л Ее(3+) + 0,15 г/л ЛСТ

13 - 15 г/л Н2Б04;

14 - 15 и|к Н2Б04 + 0? 15 и|к КСЫ

нимальное или вообще не обнаруживается.

Выщелачивание технологической пробы №1

Выщелачивание проводилось по следующей схеме (т.н. «жесткие» условия):

- водная отмывка;

- выщелачивание с концентрацией Н2804 от 25г/л с поэтапным понижением до 5 г/л.

Результаты экспериментов приведены на рис. 3.

В результате проведения выщелачивания по «жесткой схеме» установлено следующее:

- степень извлечения урана достигает 90% за 450-500 часов при отношении Ж:Т = 1,25. Кривая извлечения выходит на горизонтальную асимптотику за 300 часов.

- процесс выщелачивания идет по

обычной классической сернокис-

лотной схеме, т.е первоначально наступает карбонатный пик при рН= 7,7 затем сернокислотный пик при рН = 3

- трехвалентное железо в растворе появляется при рН = 2 - 2,5, т.е. когда приходит кислотный фронт.

Рис. 2

Рис. З

Рис. 4

- максимальное содержание урана при карбонатном фронте достигается при соотношении Ж:Т = 0,28, при сернокислотном фронте при значении Ж:Т = 0,4. Для сравнения был проведен опыт в «мягких» условиях выщелачивания технологической пробы №2 по следующей схеме:

- водная отмывка;

- выщелачивание с концентрацией Н2804 5г/л с поэтапным повышением до 25 г/л.

Результаты экспериментов представлены на рис. 4.

В результате проведения опыта в трубках по «мягкой» схеме выщелачивания установлено следующее:

- карбонатный пик содержания урана достигается при отношении Ж:Т = 0,53, а сернокислотный пик при Ж:Т = 0,99.

- степень извлечения достигается 75% за 1000 часов при отношении Ж:Т =

2,26. Кривая извлечения выходит на горизонтальную асимптотику за 800 часов.

- трехвалентное железо в растворе появляется при рН = 3,5 и его концентрация значительно увеличивается со снижением рН среды до рН=2.

Выводы

1. Минералого - петрографическими исследованиями руд месторождения Семизбай установлено, что состав рудной минерализации представлен коффинитом и оксидами урана.

2. Установлены содержания урана в верхнем и нижнем рудоносных горизонтах.

3. Установлены повышенные содержания урана в частичках углефици-рованного растительного детрита и ка-тунах красных глин.

4. Характер распределения урана по гранулометрическим классам, свидетельствует о нахождении урана во всех

фракциях песка. В основном наблюдается обогащение ураном алеврит-глинистых классов порового наполнителя песка.

5. При выщелачивании карбонатной руды серной кислотой механизм выщелачивания идет по щелочному методу. Оптимальной концентрацией кислоты является от 3 г/л до 7 г/л.

6. Для некарбонатного (коффини-тового) типа руды, процесс выщелачивания идет с концентрацией серной кислоты 15-20 г/л. И степень извлечения

1. О результатах геотехнологических исследований опытно - промышленной добычи урана способом ПСВ из руд месторождения Семизбай за период с 1984 по 1989 годы. Заключительный отчет, 1989.

2. Заключительный отчет по теме: «Выбор метода ПСВ урана на месторождении Се-мизбай», 2005 г.

достигает 90 % при отношении Ж:Т = 1,25.

7. Применение окислителей для выщелачивания урановых руд месторождения Семизбай незначительно влияет на скорость выщелачивания.

8. Результаты исследований и полученные геотехнологические параметры были использованы при разработке Технологических регламентов и включены в Проект Добычного полигона.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Грабовников В.А. «Геотехнологиче-ское исследование при разведке металлов», М. «Недра», 1995г.

4. Справочник по геотехнологии урана. Под редакцией проф. Д.И. Скороварова. М. Энергоатомиздат, 1997. ЕШ

— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------

Садырбаева Г.А., Мырзабек К.А. ,Жатканбаев Е.Е., Дауренбеков С.Д., Никитина Ю.Г. -ТОО «Институт Высоких Технологий» НАК «Казатомпром» г. Алматы,

Пирматов Э.А. - ТОО «Степногорский горно-химический комбинат», г. Степногорск, Республика Казахстан.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 15 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.В. Мельник.