ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ МКУЖУ РИВЕР В ТАНЗАНИИ

Полный текст

Введение Особенности формирования месторождения Мкужу Ривер (низкое содержание металлов, пространственное распределение минерализации, фильтрационная и геохимическая неоднородность) и специфика метода подземного выщелачивания (ПВ) (фильтрационный режим, селективность действия выщелачивающих растворов и др.) предъявляют повышенные требования к исходной и оперативной геолого-гидрогеологической и геотехнологической информации на всех стадиях освоения месторождения. Широкий диапазон изменения характеристик природных факторов предопределяет необходимость их типизации для комплексной оценки пригодности месторождений к разработке способом ПВ. Под геотехнологическими условиями уранового месторождения Мкужу Ривер понимается комплекс природных факторов, существенным образом влияющих на возможность применения, кинетику и результаты ПВ урана. Изучение таких условий имеет некоторые особенности, а выбор технологий ПВ базируется на выделении благоприятных и неблагоприятных факторов с районированием месторождений по характерным признакам. Указанные особенности связаны с исследованиями литологических типов пород, геои гидрогеохимической обстановки рудовмещающих (продуктивных) горизонтов; природных факторов, влияющих на процесс ПВ (проницаемость, карбонатность, сульфидность рудовмещающих горизонтов и т.п.); природно-технологических зон, отличающихся по условиям применения ПВ. Методы исследования Поставленные задачи исследования решены с использованием общепринятых методических подходов решения задач на рудах с нарушенной и ненарушенной структурой материалов, которые отбирались из скважин, пробуренных на разведываемых и эксплуатируемых месторождениях в урановом проекте Мкужу Ривер в Танзании. Геотехнологические исследования по оценке возможности выщелачивания полезных компонентов из руд месторождения Мкужу Ривер выполнялись в лабораторных и производственных условиях. Лабораторные исследования велись по общепринятым методикам [1-4; 8]. Особенности формирования месторождения Мкужу Ривер и специфика метода ПВ предъявляют повышенные требования к исходной и оперативной геологогидрогеологической и геотехнологической информации на всех стадиях освоения месторождения. По степени влияния на процесс подземного выщелачивания факторы подразделяются на решающие, главные и второстепенные, а по условиям применения ПВ - на весьма благоприятные, благоприятные и неблагоприятные (таблица). Таблица составлена на основании результатов, полученных в результате предварительного гидрогеологического исследования. Геолого-гидрогеологические условия месторождения Мкужу Ривер [Table. Geological and hydrogeological conditions of the Mkuju River deposit] Таблица Факторы, затрагивающие процесс ПВ [Factors affecting ISL] Благоприятные параметры [Favorable parameters] Полученные параметры [Obtained parameters] Фактор [Factor] Гидравлическаяпроводимость [Hydraulic conductivity (permeability factor)] 1-5 м/5 суток [m/5 days] 1,8-5,1 м/5 суток [m/5 days] + Проницаемость руд [Permeability of ores] 10-100 м2/суток [m2/day] 18,7-34,3 м2/ суток [m2/day] + Глубина залегания рудных тел [Depth of mineralization] <200 м [m] 26-56 м [m] ++ Содержание карбоната (СО2) [Carbonatecontent (СО2)] 1-2% 0,7% ++ Минеральныйсоставруд [Mineral composition of ore] Распространенные окисиурана [Disseminated uranium oxides] Вторичный минерализация урана [Secondary uranium mineralization] + Окончание таблицы Факторы, затрагивающие процесс ПВ [Factors affecting ISL] Благоприятные параметры [Favorable parameters] Полученные параметры [Obtained parameters] Фактор [Factor] Продуктивность пласта [Ore productivity] 1-5 кг/м2 [kg/m2] 1,2-18 кг/м2 [kg/m2] + Положение рудного тела в водоносном горизонте в нижней части, в верхней части [Water confining beds in the aquifer top, bottom] Выдержанный водоносный горизонт [Aged aquifer] Наличие глинистого слоя 0,4 м до 3,5 м толщиной [The presence of clay layer 0.4 m to 3.5 m thick] +- Глубина залегания уровня подземных [Depth of underground water] 10-100 м [m] 21,8-24 м [m] + Водообильность (удельный дебит) руд [Waterabundance (specificyield] 0,1-0,5 л/с [l/s] 0,1 л/с [l/s] + - Толщина продуктивного водоносного слоя [Thicknessofproductiveaquifer] 10-30 м [m] Более 30 м и до 1,5 м толщина водоносного слоя [Over 30 m and local up to 1.5 m thick confining beds] + Положение рудного тела в водоносном горизонте [Minera lizationlocationinaquifer] В средней и нижней части [In the middle and lower parts] В средней и верхней части [In the middle and upper parts] + - Температура подземных вод [Aquifertemperature] 10-30° 26° + К основным факторам, определяющим возможность разработки месторождений способом подземного выщелачивания, относятся продуктивность руд и проницаемость пород продуктивных горизонтов. Месторождения инфильтрационного типа рекомендуются к отработке этим способом только в том случае, если продуктивный горизонт представлен водопроницаемыми породами и обводнен, а полезные компоненты в руде представлены минеральными формами, легко вскрываемыми слабыми водными растворами кислот или солей щелочных металлов. В реальных условиях отдельные участки месторождений характеризуются различным соотношением параметров природных факторов, что может потребовать применения при разработке различных технологических схем и режимов ПВ, конструкций скважин и предопределяет необходимость проведения районирования месторождений по технологическим признакам. Целью такого районирования является выделение на месторождении участков (залежей или блоков), характеризующихся близкими условиями эксплуатации. Оно носит комплексный характер и определяется рядом ведущих природных факторов, влияющих на процесс ПВ. При этом один или несколько показателей выступают в качестве таксономических, а остальные - в качестве дополнительных показателей для характеристики выделенного участка месторождения. В результате по каждому такому участку оцениваются геотехнологические условия добычи полезных компонентов и прогнозируются значения основных геотехнологических параметров (концентрация реагента и металлов в продуктивных растворах, время отработки блока, расход реагентов, степень извлечения металлов из недр, состав остаточных растворов ПВ) [7]. На рисунке с учетом открытой пористости представлено следующее: · скорость фильтрации, которая изменятся в пределах от 0,37 м/сут до 1,69 м/ сут.; · концентрация серной кислоты в выщелачивающем растворе; · выщелачивание концентратов; · извлечение урана в растворе за короткий промежуток времени; · урановый концентрат достигает 125 мг/л. а б в Рисунок. Результаты выщелачивания крана серной кислотой при разной концентрации серной кислоты: а - 5 мг/л; б - 10 мг/л; в - 20 мг/л [Figure. Results of uranium leaching by sulfuric acid at different concentrations of sulfuric acid: a - 5 mg/l; б - 10 mg/l; в - 20 mg/l] Следует отметить, что при расходе растворов 10 мг/л получаются более точные результаты. Обсуждение Таким образом, геотехнологическое районирование позволяет оценить особенности разработки отдельных рудных залежей или их частей, что повышает достоверность исходных данных для технико-экономической оценки месторождений, способствует разработке мероприятий по охране окружающей среды и выработке рекомендаций по дифференцированному расположению скважинных систем, применяемым реагентам, режимам процессов выщелачивания и др. При геотехнологическом районировании месторождений в качестве объединяющего параметра, характеризующего эффективность процесса подземного выщелачивания, является коэффициент извлечения урана, который можно рассчитать, используя следующую формулу [5]: Cпр 10k C K M = и P м , fK m M (1) где Cпр - содержание урана в продуктивных растворах (продуктивность раствора - коэффициент извлечения урана из пласта; СР - содержание урана в руде; f - отношение, характеризующее потребность в растворах для выщелачивания урана с коэффициентом извлечения kи; Km и Kм - коэффициенты фильтрации соответственно пласта руды и продуктивного горизонта в целом; М и м - мощность продуктивного горизонта и пласта руды. В формуле (1) все параметры возможно определить лабораторно. Однако при лабораторных исследованиях коэффициенты фильтрации определяются приблизительно. Также затруднена дифференцированная оценка коэффициента извлечения, поскольку для разных способов ПВ (кислотного, кислотно-бикарбонатного, карбонатного и т.п.) эти технологические параметры будут иметь различные значения. Поэтому для технологического районирования месторождений предложено использовать условную продуктивность растворов: Су = Ср. (2) В выражение (2) входят только геологические параметры, не зависящие от применяемых реагентов. Районирование месторождений с использованием условной продуктивности растворов целесообразно применять в тех случаях, когда невозможно с достаточной достоверностью воспроизвести природные условия подземного выщелачивания, а также в тех случаях, когда неизвестны технические схемы отработки залежей. В этих случаях получаемые результаты считаются по абсолютным значениям от контрольных расчетов, но имеют практически идентичную качественную картину распределения участков месторождения с различными геотехнологическими характеристиками. Результаты изучения геотехнологических условий месторождений рекомендуется представлять в виде геотехнологических разрезов по разведочным проблем, являющихся основой для проведения районирования месторождения. Таким образом, на подземное выщелачивание оказывает влияние большое число факторов, а изучение геотехнологических условий месторождений является основой для количественной и качественной оценки взаимосвязей природных и промышленных компонентов природно-промышленной системы. При этом после выделения факторов, определяющих принципиальную пригодность месторождения к применению подземного выщелачивания, устанавливают факторы, которые требуют адаптации способа ПВ к конкретным геологическим и гидрогеологическим условиям [1; 5]. Заключение Проведено исследование оценки возможности выщелачивания полезных компонентов из руд месторождений; приведены результаты промышленного внедрения адаптационной концепции физико-химических геотехнологий при рациональном освоении ресурсов Мкужу Ривер в Танзании. Описаны результаты исследования выщелачивания полезных компонентов из руд с использованием больших по массе пробных руд в колоннах большого размера, которые позволяют получить более достоверные результаты при выщелачивании извлекаемого урана серной кислоты.

Об авторах

Евгений Валентинович Киселевский

Российский университет дружбы народов (РУДН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: kiselevskiy_ev@rudn.university

кандидат технических наук, доцент, директор департамента геологии, горного и нефтегазового дела Инженерной академии, Российский университет дружбы народов. Область научных интересов: применение методов подземного выщелачивания для решения экологических и экономических проблем для добычи уранового сырья в Танзании

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Джума Кассим Кумбикила

Российский университет дружбы народов (РУДН)

Email: kumbikila@yahoo.com

аспирант департамента геологии, горного и нефтегазового дела Инженерной академии, Российский университет дружбы народов. Область научных интересов: применение методов подземного выщелачивания для решения экологических и экономических проблем для добычи уранового сырья в Танзании

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Валентина Михайловна Усова

Российский университет дружбы народов (РУДН)

Email: usova_vm@pfur.ru

старший преподаватель департамента геологии, горного и нефтегазового дела Инженерной академии, Российский университет дружбы народов. Область научных интересов: применение методов подземного выщелачивания для решения экологических и экономических проблем для добычи уранового сырья в Танзании

Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

Список литературы