CC BY
32
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 606:550.7; 606:661
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ УРАНА И МОЛИБДЕНА ИЗ РУДЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ВОСТОК»
Х.Х. Валиев, А.У. Бугубаева, А.Б. Амандыкова, А.Г. Булаев
Были проведены эксперименты по агитационному выщелачиванию урана и молибдена из руды месторождения «Восток» (Казахстан), которая содержала 0,285 % урана и 0,035 % молибден. Для выщелачивания использовали растворы серной кислоты с концентрацией (от 1 до 3 %), а также растворы, содержащие окислители: сульфат трехвалентного железа и персульфат аммония. Кроме того, для выщелачивания использовали пробу кислых сточных вод, отобранные на месторождении «Восток», которые содержала ионы трехвалентного железа и клетки ацидофильных микроорганизмов. Выщелачивание с помощью растворов серной кислоты позволило выщелочить не более 19,4 % урана и 24,2 % молибдена. Использование окислителей позволило увеличить степень извлечения металлов. При использовании сульфата трехвалентного железа удалось повысить степень извлечения урана до 68 %, а молибдена до 28,2 %. Выщелачивание с использованием персульфата аммония позволило извлечь 95,2 % урана и 34,8 % молибдена. Высокой степени извлечения металлов удалось достичь при использовании пробы кислых сточных вод: удалось извлечь в раствор до 95 % урана и 48,6 % молибдена. Таким образом, было показано, что кислые сточные воды, которые образуются в результате биогеохимических процессов в отвалах руд и отходов обогащения, могут быть успешно использованы в качестве растворов для окислительного выщелачивания металлов из урановых руд.
Ключевые слова: уран, молибден, выщелачивание, кислые сточные воды, ацидофильные микроорганизмы.
Разработка и внедрение эффективных методов переработки минерального сырья в данный момент является одним из важнейших факторов научно-технического прогресса. Для Республики Казахстан разработка новых технологий для горно-металлургического комплекса - это стратегически важная задача, так добыча и переработка минеральных ресурсов является одной из наиболее важных отраслей для ее экономики [1].
В последние десятилетия снижение среднего содержания металлов в рудах и усложнение их минерального состава вынуждает вовлекать в переработку бедные и забалансовые руды, а также отходы обогащения [2, 3]. Это повышает расходы на извлечение целевых компонентов, а также приводит к увеличению объемов отходов на горно-металлургических предприятиях. Нужно отметить, что широко используемые технологии обогащения и металлургии не всегда позволяют перерабатывать бедное и забалансовое сырье, поэтому возрастает роль разработки новых технологических подходов, включая гидрометаллургические [4].
Республика Казахстан является одним из мировых лидеров в добыче урана, а также владеет примерно 13 % его мировых запасов [5]. Так как большая часть урана добывается из руд с достаточно низким его содержанием (десятые доли процента), то его излечение из руд осуществляется, главным образом, с помощью гидрометаллургических технологий: выщелачивания с помощью сернокислотных или карбонатных растворов [6]. Применение различных окислителей позволяет увеличить эффективность процесса сернокислотного выщелачивания урана [6, 7]. Применение таких окислителей, как оксид марганца (пиролюзит), хлорат, пероксид водорода, ионы трехвалентного железа, повышает скорость выщелачивания урана из таких минералов, как уранинит, слабо растворимых в растворах кислот, позволяет окислить четырехвалентный уран до шестивалентного, что приводит к его растворению [6-8]. Из полученных продуктивных растворов уран может быть извлечен с помощью ионно-обменных смол или жидкостной экстракции [9-10].
Альтернативой использованию окислителей является применение процессов биовыщелачивания, основанных на активности ацидофильных микроорганизмов, окисляющих сульфидные минералы [10]. Так как урановые руды часто содержат пирит и другие сульфидные минералы, а активность микроорганизмов, по сути, приводит к образованию сернокислых растворов, содержащих ионы трехвалентного железа, то применение биовыщелачивания позволяет более эффективно извлекать уран по сравнению с сернокислотным выщелачиванием за счет биогенного образования сильного окислителя и серной кислоты [10, 11]. При этом процессы, которые лежат в основе извлечения урана из руд с помощью биовыщелачивания, не отличаются от извлечения урана с помощью химических окислителей.
Целью данной работы являлось исследование эффекта окислителей (ионы трехвалентного железа, персульфат аммония) на сернокислотное выщелачивание урана и молибдена из руды месторождения «Восток» (Республика Казахстан), а также определение возможности применения для выщелачивания образцов кислых сточных вод, которые были отобраны на месторождении.
Кислые сточные воды (в англоязычной литературе acid mine drain-
age (AMD)), которые образуются в результате биогеохимических процессов, приводящих к окислению сульфидных минералов, в местах нахождения отвалов сульфидных руд и отходов их добычи и обогащения могут потенциально рассматриваться как растворы, применимые для окислительного выщелачивания, так как зачастую содержат высокие концентрации ионов Fe3+ [12, 13].
Материалы и методы исследования
Объектом исследования была проба руды, отобранная на месторождении «Восток» (Казахстан). Руды месторождения «Восток» относятся к комплексным ураномолибденовым. Исследуемая проба руды содержала 0,285 % урана и 0,032 % молибдена. Крупность руды в пробе была -0,055 мм.
Выщелачивание проводили на шейкере при 180 об/мин и температуре 28 °С. Плотность пульпы (Т : Ж) составляла 1 : 4. Продолжительность выщелачивания в различных экспериментах составляла от 4 до 16 ч.
Выщелачивание проводили сернокислыми растворами с концентрациями от 10 до 30 г/л. В качестве окислителей использовали сульфат трехвалентного железа и персульфат аммония в различных концентрациях, которые вносили в раствор серной кислоты с концентрацией 20 г/л.
Помимо растворов окислителей, для выщелачивания использовали пробу подотвальной воды, собранную на месторождении, которая содержала 6,86 г/л Fe3+ и 106 кл/мл бактерий Acidithiobacillus ferrooxidans.
Степень выщелачивания урана и молибдена рассчитывали, измеряя их концентрации в жидкой фазе с помощью масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.
Результаты
Результаты выщелачивания урана и молибдена растворами серной кислоты показаны в табл. 1.
Таблица 1
Выщелачивание урана и молибдена растворами серной кислоты
за 4 часа
Концентрация H2SO4, г/л 10 15 20 25 30
Извлечение урана, % 1,5 1,9 9,9 17,9 19,4
Извлечение молибдена, % 2,5 4,7 8,9 15,9 24,2
Было показано, что степень выщелачивания зависела от концентрации серной кислоты, но даже в варианте с наиболее высокой концентрацией была достаточно невысокой.
Результаты выщелачивания урана и молибдена раствором серной кислоты в присутствии окислителей представлены в табл. 2 и 3.
Таблица 2
Выщелачивание урана и молибдена сернокислыми растворами сульфата трёхвалентного железа за 4 часа
Концентрация сульфата трехвалентного железа, г/л 1,16 2,32 3,48 4,64 5,8
Извлечение урана, % 26,4 35,2 45,7 47,3 68,0
Извлечение молибдена, % 8,3 7,9 14,9 13,3 28,2
Таблица 3
Выщелачивание урана и молибдена сернокислыми растворами персульфата аммония за 4 часа
Концентрация персульфата аммония, г/л 2,5 5 10 20
Извлечение урана, % 52,54 79,25 93,2 92,3
Извлечение молибдена, % 11,62 16,4 34,52 34,8
Таблица 4
Выщелачивание урана и молибдена пробой сточной кислой воды и раствором серной кислоты (20 г/л)
Продолжительность выщелачивания, ч 4 8 16
Извлечение урана, % 95,1 95,5 95,9
Извлечение молибдена, % - - 48,6
Было показано, что оба окислителя значительно увеличили степень извлечения урана даже в низких концентрациях, тогда как наиболее высокие исследованные концентрации позволили достичь высокой степени выщелачивания урана. При этом ионы трехвалентного железа достаточно
слабо влияли на степень выщелачивания молибдена, что может объясняться сравнительно высокой степенью устойчивости его минералов к окислению ионами трехвалентного железа. Персульфат аммония влиял на выщелачивание молибдена в большей степени, однако и в этом случае степень извлечения молибдена была относительно невысокой.
Результаты выщелачивания урана и молибдена с помощью пробы кислых сточных вод представлены в табл. 4. Выщелачивание проводили в течение 16 часов, периодически измеряя концентрацию урана в жидкой фазе. Было показано, что выщелачивание с пробой кислой сточной воды позволило достаточно эффективно проводить извлечения металлов. Извлечение урана было сравнимо с таковым, достигнутым при использовании самой высокой концентрации персульфата аммония. При этом была достигнута и достаточно высокая степень извлечения молибдена. Исследование динамики извлечения урана показало, что степень извлечения практически не менялась с течением времени. Таким образом, за 4 часа была достигнута практически максимальная степень извлечения урана. Проведенный эксперимент показал, что сточные воды, образующиеся в отвалах руды, могут быть использованы для интенсификации процесса выщелачивания урана.
Результаты выполненной работы показывают, что окислительное выщелачивание может быть эффективным методом извлечения урана и попутных компонентов из исследованной руды. При этом в качестве замены химическим окислителям, применение которых повышает себестоимость процесса, могут быть использованы кислые сточные воды, которые образуются в местах нахождения отвалов руд и отходов добычи и обогащения и представляют собой опасность для окружающей среды [12, 13]. Использование таких сточных вод в процессах выщелачивания может снизить их себестоимость, а также уменьшить негативное влияние хранения отходов и отвалов забалансовых руд на окружающую среду.
Список литературы
1. www.rfcaratings.kz
2. Norgate T., Haque N., Koltun P. The impact of uranium ore grade on the greenhouse gas footprint of nuclear power // Journal of Cleaner Production. V. 84. 2014. P. 360-367.
3. West J. Decreasing Metal Ore Grades: Are They Really Being Driven by the Depletion of High-Grade Deposits // Journal of Industrial Ecology. V. 15(2). 2011. P. 165-168.
4. Petersen J. Heap leaching as a key technology for recovery of values from low-grade ores - A brief overview // Hydrometallurgy. V. 165. 2016. P. 206-212.
5. Аборигенная микробиота уранового месторождения «Восток» / Х.Х. Валиев, Ж.Б. Жарлыгасов, А.Б. Амандыкова, А.У. Бугубаева // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. Вып. 3. С. 18-27.
6. Uranium extraction: the key process drivers / D. Lunt, P. Boshoff, M. Boylett, Z. El-Ansary // The J. of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. V. 107. 2007. P. 419-426.
7. Extraction of uranium from tailings by sulfuric acid leaching with ox-idants / J. Huang, M. Li, X. Zhang, C. Huang, X. Wu // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. V. 69. 2017. 012050.
9. Venter R., Boylett M. The evaluation of various oxidants used in acid leaching of uranium // Hydrometallurgy Conference 2009, Southern African Inst. Mining and Metallurgy. 2009. P. 445-456.
10. Sorption of uranium from sulfuric acid leaching solutions by strongly basic anion exchangers / D.N. Kolomiets, L.D. Troshkina, M.V. Sheremet'ev, L.V. Konopleva // Russ. J. Appl. Chem. V. 78(5). 2016. P. 722-726.
11. Abhilash, Pandey B.D. Microbially Assisted Leaching of Uranium -A Review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review: An International Journal. V. 34(2). 2013. P. 81-113.
12. Szolucha M., Chmielewskia A.G. Comparison of uranium recovery from low-grade ore by bioleaching and acid leaching // Physicochem. Probl. Miner. Process. V. 53(1). 2017. P. 136-149.
13. Akcil A., Koldas S., J. Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies, Cleaner Production, 14 (2006), 1139-1145.9.
14. Булаев А.Г., Пименов Н.В. Биотехнологии очистки сточных вод цветной металлургии // Биотехнология. 2015. № 3. С. 8-29.
Валиев Хусаин Хасенович, д-р техн. наук, проф., v-gulnar-abay@mail.ru., Республика Казахстан, Костанай, Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова,
Бугубаева Алия Узбековна, канд. с-х. наук, доц., зам. руководителя Цифрового хаба «Парасат», alia-almaz@mail.ru., Республика Казахстан, Костанай, Костанайский государственный университет имени. А. Байтурсынова,
Амандыкова Айгуль Бахылкановна, канд. с-х. наук, доц., гл. специалист Цифрового хаба «Парасат», amandykova_1983@mail.ru, Республика Казахстан, Костанай, Костанайский государственный университет имени. А. Байтурсынова,
Булаев Александр Генрихович, канд. биол. наук, зав. лабораторией, bulaev.inmi@yandex.ru, Россия, Москва, ФИЦБиотехнологии РАН
URANIUM AND MOLYBDENUM LEACHING FROM THE ORE OF "VOSTOK" DEPOSIT Kh. Kh. Valiyev, A.U. Bugubayeva, A.B. Amandykova, A.G. Bulaev
Agitation leaching of uranium and molybdenum from the ore of "Vostok" deposit (Kazahstan) containing 0.285 % of uranium and 0.035 % of molybdenum was performed. Sulfuric acid solutions (of 1 to 3 %) as well as solutions containing oxidants, ferric sulfate and ammonium per sulfate, were used as leach solutions. Also, the sample of acid mine drainage collected at "Vostok" deposit containing ferric iron ions and cells of acidophilic microorganisms was used for the leaching. Leaching with sulfuric acid solutions made it possible to leach no more than 19.4 and 24.4% of uranium and molybdenum, respectively. Oxidants allowed to increase extraction of metals. The leaching with ferric sulfate made it possible to extract up to 68 and 28.2 % of uranium and molybdenum, respectively. The leaching with ammonium persulfate made it possible up to 95.2 and 34.8 % of uranium and molybdenum, respectively. High extent of metal extraction was reached when using the sample of acid mine drainage: 95 % of uranium and 48.6 % of molybdenum were extracted. Thus, it was shown that acid mine drainage, which are formed due to complex biogeochemical processes in ore dumps and during ore dressing wastes storage may be successfully used as leach solutions for oxidative leaching of metals from uranium ores.
Key words: uranium, molybdenum, leaching, acid mine drainage, acidophilic microorganisms.
Valiyev Khusain Khusainovich, doctor technical sciences, professor, v-gulnar-abay amail. ru., Republic of Kazakhstan, Kostanay, Kostanay State University,
Bugubayeva Aliya Uzbekovna, candidate of agricultural sciences, docent, alia-almaz amail. ru., Republic of Kazakhstan, Kostanay, Kostanay State University,
Amandykova Aigul Bahalikovna, candidate of agricultural sciences, docent, amandykova_1983@mail. ru, Republic of Kazakhstan, Kostanay, Kostanay State University,
Bulaev Alexander Genrihovich, candidate of biological sciences, head the laboratory, bulaev. inmiayandex. ru, Russia, Moscow, Federal Researcher Center of RAS.
Reference
1. www.rfcaratings.kz
2. Norgate, T., Haque N., Koltun P. The impact of uranium ore grade on the greenhouse gas footprint of nuclear power // Journal of Cleaner Production. V. 84. 2014. P. 360-367.
3. West J. Declining Metal Ore Grades: Are They Really Being Driven by the Depletion of High-Grade Deposits / / Journal of Industrial Ecology. V. 15(2). 2011. P. 165168.
4. Petersen J. Heap leaching as a key technology for recovery of values from low-grade ores - A brief overview // Hydrometallurgy. V. 165. 2016. P. 206-212.
5. The aboriginal microbiota of the uranium Deposit "Vostok" / H. H. Valiev, Zh.B. Zharlygasov, A. B. Amandykova, A. U. bub-Baeva / / Proceedings of the Tula state University. Earth science. Vol. 3. Pp. 18-27.
6. Uranium extraction: the key process drivers / D. Lunt, P. Boshoff, M. Boylett, Z. El-Ansary / / The J. of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. V. 107. 2007. P. 419-426.
7. Extraction of uranium from tailings by sulfuric acid leaching with oxidants / J. Huang, M. Li, X. Zhang, C. Huang, X. Wu / / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. V. 69. 2017. 012050.
9. Venter R. and Boylett, M. The evaluation of various oxidants used in acid leaching of uranium // Hydrometallurgy Conference 2009, the Southern African Inst. Mining and Metallurgy. 2009. P. 445-456.
10. Sorption of uranium from sulfuric acid leaching solutions by strongly basic anion exchangers / D. N. Kolomiets, L. D. Troshkina, M. V. Sheremet'ev, L. V. Konopleva / / Russ. J. Appl. Chem. V. 78(5). 2016. P. 722-726.
11. Abhilash, B. D. Pandey Microbially Assisted Leaching of Uranium - A Review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review: An International Journal. V. 34(2). 2013.P. 81-113.
12. Szolucha M., Chmielewskia A. G. Comparison of uranium recovery from low-grade ore by bioleaching and acid leaching // Physicochem. Probl. Miner. Process. V. 53(1). 2017. P. 136-149.
13. Akcil A., Koldas S., J. Acid Mine Drainage (AMD): causes, treat-ment and case studies, Cleaner Production, 14 (2006), 1139-1145.9.
14. Bulaev A. G., Pimenov N. V. Biotechnology of wastewater treatment of nonferrous metallurgy // Biotechnology. 2015. No. 3. Pp. 8-29.
УДК 504.55.054:622(470.6)
К КОНЦЕПЦИИ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ДОНБАССА
В.И. Голик, В.А. Атрушкевич, А.Н. Дулин
Представлено обоснование экономической и экологической целесообразности извлечения полезных компонентов из некондиционного углесодержащего сырья, что может увеличить извлекаемую ценность угля за счет добавленной стоимости товарной продукции из отходов угледобычи до уровня рентабельности, улучшает экологическую обстановку и многократно увеличивает ресурсную базу предприятий. Показано, что Программа реструктуризации шахт Донбасса нанесла экономике России ущерб и ослабила конкурентоспособность угледобычи России на мировом рынке на многие годы, так как списываемые запасы угля многократно ценнее определенных программой значений.
Ключевые слова: товар, отходы угледобычи, рентабельность, экология, ресурсы, реструктуризация шахт, экономика, рынок.
Донецкий угольный бассейн выдал первый уголь в 1723 г. В годы довоенных пятилеток были построены более 100 новых шахт и первая в мире станция подземной газификации углей.
После восстановления шахт в 1945 г. Донбасс давал угля больше, чем любой другой угольный бассейн СССР. С середины 70-х гг. наметилась тенденция удорожания добычи угля при снижении его качества. В 19951997 гг. добыча угля была прекращена на 20 шахтах.
В конце прошлого века реализована программа сокращения добычи в Донбассе энергетических углей с компенсацией за счет Кузбасса. Это реше-
