При добыче урана способом подземного выщелачивания (далее по тексту «ПВ») необходимо учитывать неразрывную связь геотехнологических работ с дальнейшим процессом переработки растворов. В основе этой взаимосвязи лежат требования экологии и экономики. Технологическая схема и схема аппаратов наземного сорбционного комплекса должны быть привязаны к типу выщелачивающего реагента. К тому же в этом случае не требуется дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат для регенерации в сульфатную форму после десорбции, а дисбалансные растворы легко утилизируются. В данной статье также рассматриваются: конструкционные особенности сорбционных колонн, схема опытной переработки продуктивных ураносодержащих растворов ПВ, преимущества использования в процессе сорбции активированного угля.
When uranium mining method must be considered inseparable link geotechnical work to further the process of processing solutions. At the heart of this relationship are the requirements of ecology and economy. Technological and hardware circuit of the sorption complex ground should be tied to the type of leaching reagent. The most appropriate to use for desorbing that leaching agent. Moreover, in this case, does not require additional capital and operating costs for the regeneration of sulphate in the form after stripping and unbalanced solution easily utilized. Even if necessary additional operations uranium concentration of carbon desorbate anyway.
При добыче урана способом ПВ, необходимо учитывать неразрывную связь геотехнологических работ с дальнейшим процессом переработки растворов. В основе этой взаимосвязи лежат требования экологии и экономики. Технологическая и аппаратурная схемы наземного сорбционного комплекса должны быть привязаны к типу выщелачивающего реагента. Наиболее целесообразно использовать для десорбции урана с анионитом элюент того же вида и характера, что и выщелачивающий реагент. Так, при переработке сернокислых продуктивных растворов оптимальным элюентом для урана являются растворы серной кислоты, применение которых не приводит к дополнительному загрязнению окружающей среды другими анионами, как это происходит при нитратной или хлоридной десорбции. К тому же в этом случае не требуется дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат для регенерации анионита в сульфатную форму после десорбции, а дисбалансные растворы легко утилизируются. Даже при необходимости дополнительных операций концентрирования урана из сернокислых десорбатов любым ионообменным способом (экстракцией, сорбцией, электродиализом с ионитовыми мембранами) приведенные затраты на получение 1 кг урана в этом случае в 1,6–1,9 раза ниже, чем, например, при нитратной десорбции (при условной производительности по перерабатывающему раствору 1000 м3/ч со средним содержанием урана в растворах 40 мг/л и извлечением на стадии сорбции 95 %). Точно так же при выщелачивании урана растворами бикарбонатных солей оптимальной технологической схемой переработки растворов являются та, которая включает десорбцию урана концентрированными растворами аналогичных карбонат–бикарбонатных солей, что исключает введение посторонних анионов в подземные горизонты и депрессирование сорбции урана. Перед подачей продуктивных товарных растворов на сорбцию их необходимо очистить от механических примесей, содержание которых может колебаться в довольно широких пределах — от 0,05 до 0,2–1 г/л. С этой целью продуктивные растворы предварительно осветляют в прудах-отстойниках большого объема (до 5–10 тыс. м3). Дальнейшая необходимая степень очистки определяется типом используемой сорбционно-десорбционной аппаратуры (фиксированный или движущийся слой сорбента). Для дополнительной очистки растворов чаще всего применяют песчаные фильтры, иногда сетчатые, напорные или угольные фильтры и т. п. Для улавливания сорбентов из растворов перед закачкой в пласт рекомендуется осуществлять фильтрацию на сетчатых фильтрах.
Активированные угли являются эффективными поглотителями для многих веществ, включая уран, молибден, медь, ванадий, золото и др.
Схемы сорбционного взаимодействия в упрощенном виде можно представить следующим образом:
При карбонатном способе ПВ в результате взаимодействия растворов карбонатных или бикарбонатных солей с окисленными минералами урана или с минералами урана (IV) в присутствии окислителей (кислород, пероксид кислорода) образуются хорошо растворимые комплексные соединения урана, например, Na4 [UO2(CO3)3] или NH4 [UO2(CO3)3].
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема опытной переработки продуктивных урансодержащих растворов ПВ
При карбонатном способе ПВ в результате взаимодействия растворов карбонатных или бикарбонатных солей с окисленными минералами урана или с минералами урана (IV) в присутствии окислителей (кислород, пероксид кислорода) образуются хорошо растворимые комплексные соединения урана, например, Na4 [UO2(CO3)3] или NH4 [UO2(CO3)3].
Так как карбонатные и бикарбонатные соли щелочных металлов или аммония являются более мягкими выщелачивающими агентами по сравнению с кислотами, количество и содержание балластных примесей в продуктивных растворах ПВ значительно меньше, хотя карбонатные растворы в незначительной степени также выщелачивают кремний, кальций, магний и др. Из перечисленных выше ценных сопутствующих элементов в продуктивных растворах присутствуют только молибден и рений. Содержание микрокомпонентов в продуктивных растворах колеблется в широких пределах и составляет мг/л: Ti 0.2; Mn 0.1–20.0; Zn 0.1–20.0; Pb 0.006–0.01; Ni 0.1–15; Se 0.06–0.20; Cu 0.03–5; As — около 0.050.
В процессе многократной циркуляции продуктивных растворов между подземными горизонтами и наземным перерабатывающим комплексом происходит постепенное накопление в них катионных и анионных компонентов. Поэтому концентрирование урана обычными осадительными методами с учетом его низкой концентрации в растворах экономически нецелесообразно. В настоящее время для извлечения урана из продуктивных растворов повсеместно применяют сорбционные процессы. Для целей прикладной сорбционной технологии были созданы специальные типы крупномасштабного оборудования периодического и непрерывного действия. Сорбционные аппараты периодического действия представляют собой вертикальные аппараты однокамерного типа. В колоннах с неподвижным, или фиксированным, слоем сорбента поочередно проводят операции сорбции, отмывки и десорбции. Колонны соединяются по принципу блуждающего аппарата.Эти колонны имеют цилиндрический корпус диаметром 1010, 1524 и 2000 мм и предназначаются для работы при рабочем давлении до 6 атм. Для эксплуатации при давлении ниже 4 атм. выпускаются колонны диаметром 2500 и 3014 мм.
Многокамерные вертикальные аппараты по строению являются почти идентичными с, выше перечисленными, сорбционными аппаратами. Здесь также используются мелкогранулированные сорбенты (крупностью 0,63 мм).
Рис. 2. Внешний вид и проекция вертикального разреза сорбционной колонны
Изучение свойств и применение ионитов на основе активированного угля при проведении процессов сорбции является одной из актуальных тем, над которой работают и ведут исследования многие ученые на сегодняшний день. Ибо, использование активированного угля в процессе сорбции имеет ряд преимуществ: это возможность замены дорогостоящих ионообменных смол на более доступные и невысокие по стоимости активированные угли; активированные угли имеют большую на 10 % поглотительную способность по сравнению с ионообменными смолами; возможность многократного использования активированных углей, путем восстановления их поглотительных свойств; оптимальный гранулометрический состав; высокая набухаемость; относительно легкая регенерация; высокая емкость ионита по урану; химическая устойчивость и другие.
Литература:
1. Мамилов В. А., Петров В. А. и др. Добыча урана методом подземного выщелачивания. — М. Атомиздат, 1980.
2. Грабовников В. А. Геотехнологические расчеты и исследования при разведке месторождений металлов для подземного выщелачивания /ОЦНТИ ВИЭМС. М.,1978.
3. Водолазов Л. И., Дробаденко В. П., Лобанов Д.П, Малухин Н. Г. Геотехнология. Кучное выщелачивание бедного минерального сырья.- Учеб. пособие. М.,Моск. гос. геологоразв. академия, 1999.
