Уран является одним из видов топлива для ядерной энергетики и рассматривается как стратегический материал для военных целей и обеспечения энергетической независимости страны. Традиционный способ добычи заключается в извлечении руды из недр, ее дроблении и обработке для получения искомых минералов. В технологии подземного скважинного выщелачивания (ПСВ), также известного как добыча растворением, руда остается на месте залегания, и через нее прокачиваются жидкости для выщелачивания минералов из руды [1]. Совершенно очевидно, что возможности способа подземного скважинного выщелачивания еще далеко не раскрыты, применение его сегодня основано в первую очередь на сравнительно небольшом практическом опыте предыдущих лет. Добыча урана методом подземного выщелачивания Метод подземного скважинного выщелачивания является наиболее привлекательным способом добычи урана с точки зрения упрощенности технологических операций, рисунок 1. При данном методе не происходит изменения геологического состояния недр, так как не производится выемка горнорудной массы.
Показатели процесса сорбции уран — глубина извлечения, емкость анионита — зависят от содержания его в перерабатываемом растворе, характеристике анионита, а также количества в растворе ионов — депрессоров сорбции, таких как, сульфат-, нитрат- и хлорид- ионы, ионов трехвалентного железа и серной кислоты. В области низкой концентрации урана (1–2,5 мг/дм3) коэффициенты его распределения Кр на порядок выше, чем в области высокой (0,1–1,0 г/дм3). Повышение кислотности продуктивных растворов (ПР) приводит к ухудшению сорбции урана [2].
В статье предлагается проектирование системы автоматизации процесса сорбции в производстве урана, что несомненно будет способствовать улучшению сорбции урана, снижению затрат на исходное сырье, улучшению условий труда и повышению экологической безопасности при добыче урана
Рис. 1. Схема добычи урана способом подземного скважинного выщелачивания
Проектируемая система автоматизации должна обеспечить:
– максимальный выход готового продукта, согласно технологическому регламенту;
– постоянный контроль за ходом всего технологического процесса;
– стабилизация всех параметров, существенно влияющих на протекание процесса;
– безаварийную работу основных технологических аппаратов;
– обеспечение безопасных условий работы и обслуживания;
– осуществление мер по охране окружающей среды.
Если проектируемая система будет удовлетворять всем перечисленным требованиям, то мы получим стабильную работу цеха сорбции.
В данной статье рассмотрим этапы управления колонной сорбции.
Этапы управления колонной сорбции в общем соответствуют этапам технологического цикла работы колонны:
Сорбция;
Очередь разгрузки;
Разгрузка;
Очередь загрузки;
Загрузка.
В режиме «Автомат» этапы выполняются под управлением ЭВМ и контроллера
Рис. 2. Режим «Автомат»
Переключение между этапами, как и переключение между режимами дистанционного управления, производится с ЭВМ оператора с помощью панели управления соответствующей колонны, вызываемой на дисплей ЭВМ по запросу оператора см. рисунок 2.
Особенности управления на отдельных этапах цикла
Сорбция: Ручной режим управления. При ручном режиме управления оператор сам управляет клапаном подачи раствора ПР в колонну с помощью регулирующего клапана на линии ПР.
При включении этапа сорбции в ручном режиме (или переходе на ручное управление сорбцией из автоматического) панель управления расширяется вниз, открывая кнопки и числовое поле ввода для управления положением клапана ПР. Кнопками оператор может ступенчато изменять положение клапана (на 1 % — кнопкой с одной стрелкой, на 5 % — кнопкой со сдвоенной стрелкой или в крайние положения — кнопками со стрелкой+чертой). В числовом поле при этом отображается выдаваемая системой уставка положения клапана ПР в процентах, в это поле оператор может ввести сразу новое значение уставки. Фактический расход ПР через колонну отображается в поле параметра расхода на линии подачи ПР в колонну.
Уставки окончания этапа сорбции в ручном режиме не учитываются. Процесс будет продолжаться до останова его оператором с помощью кнопки «Останов» на панели управления, аварийного останова или перевода в другой режим управления и остановки по соответствующим ему условиям.
a) Блокированный ручной режим:
Ручной сблокированный режим в части управления подачей ПР аналогичен ручному. Система дополнительно контролирует уставки окончания этапа и сама останавливает сорбцию при выходе параметров за эти уставки. При этом кнопка «Сорбция» на панели управления восстанавливается и «утапливается» кнопка «Останов».
b) Автоматический режим:
При пуске сорбции в автоматическом режиме система вначале выполняет 2 кратковременных полных открытия клапана ПР для выравнивания слоя смолы в колонне, а затем переходит к автоматическому регулированию расхода ПР согласно имеющейся уставке регулирования. Кнопки управления клапаном ПР на панели управления не открываются. Система также контролирует установленные для колонны условия окончания процесса сорбции (концентрация U в маточнике из колонны, накопленная в колонне масса U, уставка времени сорбции для колонны) и сама останавливает сорбцию и переходит на следующий этап цикла («Очередь разгрузки»).
При переходе в автоматический режим из другого режима сорбции система не отрабатывает начальные импульсы полного открытия клапана ПР. Если для участка сорбции не установлен режим «Выравнивание расходов» (описание см. в разделе «Выравнивание расходов для колонн с автоматическим управлением сорбции»), то текущее значение расхода ПР записывается как уставка автоматического регулирования расхода ПР для колонны. Если режим «Выравнивание» установлен, то уставка расхода ПР пересчитывается с учетом появления еще одной колонны с автоматическим сорбированием и эта уставка перезаписывается во все колонны с автоматическим управлением сорбцией.
Оператор может остановить автоматическое сорбирование колонны с помощью кнопки «Останов» на панели управления в любом режиме. При этом в режиме «Выравнивание» осуществляется пересчет уставок расхода ПР для оставшихся колонн с автоматическим сорбированием.
Выравнивание расхода ПР для колонн с автоматическим управлением сорбции.
Система позволяет задавать режим автоматического выравнивания расхода ПР через колонны с автоматическим управлением. При этом определяется суммарный расход ПР для всех колонн с неавтоматическим управлением, вычитается из уставки расхода ПР на весь участок сорбции, а остаток делится поровну между колоннами с автоматическим управлением сорбцией и записывается в качестве уставки регулирования расхода ПР для каждой такой колонны. При изменении количества колонн с автоматическим сорбированием, изменении уставки расхода ПР на участок сорбции или изменении расхода через колонны с неавтоматическим управлением автоматически пересчитываются уставки расхода на колонну.
При назначении режима автоматического выравнивания оно выполняется контроллером. В режиме выравнивания пересчет уставок автоматического регулирования ПР для колонн производится по следующим событиям:
Назначение режима выравнивания для участка сорбции;
При переводе колонны на этапе сорбции из режима «Ручной» в «Автомат».;
Начало сорбции для колонны с автоматическим управлением;
Окончание сорбции для колонны с автоматическим управлением;
Останов сорбции на колонне оператором при любом режиме управления;
Изменение уставки расхода ПР на участок сорбции в целом;
Отсутствие любого из вышеперечисленных событий в течение 1 минуты (для учета возможного изменения расхода ПР через колонны с неавтоматическим управлением).
Контроллер изменяет уставки автоматического регулирования расхода ПР для колонн в пределах, заданных минимальным и максимальным расходом для колонны. При выходе рассчитываемой уставки за эти пределы эта уставка не заносится, а на верхний уровень системы выдается соответствующий сигнал предупреждения. При появлении этого сигнала на верхнем уровне системы на дисплей оператора выводится окно с сообщением о выходе рассчитываемой уставки за пределы и предлагаются варианты ответных действий:
Ничего не предпринимать;
Установить уставку равной допустимому пределу;
При выходе за нижний предел — отключить колонну с наименьшим временем сорбирования.
Таким образом, выбрав первый вариант, оператор затем может самостоятельно перевести любую колонну в ручной или автоматический режим, остановить колонну, изменить расход через колонну с ручным управлением.
Литература:
- Арене В. Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология) М, — Недра. — 1986. — 279 с.
- Б. А. Хакимов, Ж.Курбонов. Анализ продуктивных растворов и сорбция урана на анионитах// Труды всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки». Красноярск. -2015. –С.31–33.
