Добыча руды
Методы добычи урановых руд, в общем, аналогичны методам добычи руд других редких и цветных металлов. Существуют как открытые, так и закрытые разработки. Легче всего добывать руду из россыпных месторождений (золотоносные пески, монацитовые пески). Для добычи требуется экскаватор и самосвал, в некоторых случаев земснаряд. Золотоносные пески чаще перерабатываются с помощью драг, при этом производится добыча и гравитационное обогащение. Труднее перерабатываются коренные месторождения. В силу того, что редкие металлы содержатся в руде в малых количествах, выбор метода добычи диктуется физико-химическими свойствами вмещающих пород, таких как песчаники, известняки.
В зависимости от характера залегания рудного тела создаются рудники различных типов:
а) открытые рудники (карьеры);
б) подземные рудники, в том числе рудник-штольня, в котором разрабатываемый пласт соединяется с дневной поверхностью наклонной или горизонтальной выработкой, рудник-шахта, где пласт соединяется с поверхностью вертикальной выработкой.
Основной метод добычи коренных руд – буровзрывной. На урановых рудниках США применяются аммиачно-селитряные взрывчатые вещества с добавкой дизельного топлива. Чаще всего используются эмульсионные взрывчатые вещества (ВВ), содержащие аммиачную селитру и масла типа АС-ДТ. Масла предотвращают растворение аммиачной селитры подземными водами. Используются ВВ типа порэмитов на основе гранулированной аммиачной селитры и дизельного топлива или масла, а также игданиты – на основе пористой селитры и дизельного топлива.
Например, ВВ марки АНФО состоят из гранулированной аммиачной селитры повышенной пористости (94,5% масс) и дизельного топлива (5,5 % масс.). Расход взрывчатых веществ составляет 0,25 – 0,8 кг на 1 м3 руды. С помощью перфораторов в горной массе бурятся шпуры, в которые закладываются заряды. Производится подрыв пласта, а затем после проветривания забоя – погрузка отпаленной руды.
На открытых рудниках можно применять заряды большей мощности, поэтому в карьерах бурятся глубокие шпуры большого диаметра. В карьерах США диаметр шпуров составляет 48, 80 и 130 мм, глубина ― от 1,2 м до 10 – 15 м при расстоянии между шпурами несколько метров.
В подземных рудниках, чтобы не обрушить кровлю пласта применяются малые заряды, шпуры бурятся чаще, мельче. На шахтах ЮАР глубина шпуров – 1,1 м, расстояние между ними 254 мм, диаметр шпуров ― 36 – 40 мм.
Начинает внедряться электровращательный способ бурения скважин взамен перфораторного.
В случае проходки мощных пластов применяется камерно-столбчатая система разработки. В этом случае при прямой проходке пласта до 1/3 рудной массы остается в виде целиков-колонн, поддерживающих кровлю пласта. Оставленные целики отпаливаются на обратном ходе. Предварительно отработанные камеры заполняются твердеющими смесями на основе цемента, песка, измельченного шлака. Расход цемента 40 – 63 кг на 1 м3 закладки.
При малой мощности пласта (1 – 2,5 м) применяется сплошная выемка лавами с твердеющей закладкой отработанных лав.
В структуре затрат на получение химического концентрата урана стоимость эксплуатационных расходов по добыче руд составляет 38 – 44%, что несколько больше стоимости гидрометаллургической переработки (32 – 38%), и амортизационных отчислений от капитальных вложений и рудодобычу и гидрометаллургическую переработку (24 – 30%).
Поэтому выбор типа рудников и системы проходки пласта определяются экономическими расчетами, стремлением обеспечить минимальную себестоимость добычи руды.
Как правило, при добыче руды она сортируется еще в забое. Часто богатые гнезда руды выбираются отдельно еще до отпала всей массы. Вследствие того, что пласт руды непостоянен, наблюдаются сбросы, разветвления, приходится разрабатывать не только пласт, но и окружающие слои горной массы. Если толщина пласта руды составляет 15 – 20 см, то для полного извлечения приходится выбирать пласт толщиной до 2,5 м. При этом сначала отпаливается и отбирается кровля пласта, а затем сам пласт. Эта масса подается отдельно в виде концентрата, а затем разрабатывается подошва пласта.