4..3 Растворители кислотного типа

В практике СПВ обычно используют серную кислоту. В редких случаях используют азотную и соляную кислоты,

Серная кислота выщелачивает уран весьма эффективно. Преимущества и недостатки кислотного выщелачивания вытекают из того, что кислоты растворяют больше пустых пород, чем щелочные растворители и, следовательно, извлекают больше урана.

Кислоты растворяет также значительное количество таких опасных продуктов, как торий и другие токсичные металлы, но меньше радия и селена.

При сернокислотном выщелачивании вызывает проблемы восстановление водоносного горизонта после отработки. Однако оно значительно легче, чем после аммоний карбонат-бикарбонатного выщелачивания.

Пригодность месторождения для кислотного процесса определяется стоимостью расходуемой кислоты и масштабом развития кольматации пласта сульфатом кальция и образующимся при разложении кальцита углекислым газом. Расход потребляемой кислоты можно принять прямо пропорциональным содержанию кальцита.

При повышенном содержании карбонатов в рудах сернокислотное выщелачивание вызывает кольматацию сульфатом кальция и углекислым газом. Она может быть уменьшена путём постепенного увеличения концентрации кислоты. По оценке отдельных исследователей сульфат кальция представляет более серьёзную проблему, чем CO₂, так как последний имеет высокую растворимость, особенно при давлении.

Серная кислота реагирует с окисленным ураном с образованием растворимого анионного комплекса согласно следующим уравнениям:

UO₃ + H₂SO₄ UO₂SO₄ + H₂O

UO₂SO₄ + H₂SO₄ H₂[UO₂(SO₄)₂]

H₂[UO₂(SO₄)₂] + H₂SO₄ H₄[UO₂(SO₄)₃].

Азотная и соляная кислоты предлагаются для выщелачивания руд, которые не могут быть вскрыты другими растворителями.

Азотная кислота может быть при определённых условиях окислителем; обе кислоты более эффективны, чем H₂SO₄ для руд, содержащих больше сланцев, глин и углекислого вещества. Однако применение этих кислот вызывает более жесткие ограничения с точки зрения охраны подземных вод.

5 Выбор окислителей

В качестве окислителей в практике подземного скважинного выщелачивания обычно используют кислород, пероксид водорода и хлораты.

Применение кислорода осложнено тем, что для получения приемлемой растворимости кислород должен быть введён в рудное тело под давлением. Он обычно вводится в забой скважины на глубину подачи раствора выщелачивания, что требует оборудования раздельной линии для кислорода к каждой откачной скважине. Подача О₂ в скважину обычно осуществляется с помощью диспергаторов.

Недостатком применения кислорода является присутствие в пласте газовых пузырьков и кольматация ими пласта. Пузырьки могут образовываться даже тогда, когда растворимость О₂ не превышена, это происходит из-за недостаточного перемешивания кислорода и растворителя. В этом случае пузырьки блокируют закачную скважину. Лишь эффективно функционирующий диспергатор, обеспечивающий получение очень мелких пузырьков (меньше размера пор рудного слоя), позволяет уменьшить развитие газовой кольматации.

Перекись водорода используется на большинстве опытных участков ПВ США. Она удобна в эксплуатации, так как может быть введена в растворитель в одной точке под атмосферным давлением вместо требующегося для О₂ оборудования раздельной линии во все закачные скважины. Повышенные концентрации Н₂О₂ (по сравнению с кислородом) могут вводиться без развития значительной газовой кольматации. Это преимущество особенно важно для неглубоких месторождений.

Исследования показали, что Н₂О­₂ окисляет более эффективно, чем кислород. Однако нет единого мнения о том, в какой степени это преимущество проявляется в недрах. Большинство исследователей считает, что Н₂О₂ разлагается до кислорода столь быстро, что она не превосходит по воздействию на полноту и скорость выщелачивания эквивалентное количество кислорода.

Разложение Н₂О₂ в кислотных растворителях протекает медленнее чем в щелочных. Она более стабильна в кислоте, чем в щёлочи той же самой чистоты.

Перекись водорода для приготовления растворителя доставляется и транспортируется в виде растворов 50 –70% Н₂О₂. Обычно она хранится на месте в виде раствора с содержанием менее 51% Н₂О₂.

Высокая стоимость Н₂О₂, а также практическая невозможность её рециркуляции привели к тому, что она стала основной статьёй затрат на большинстве действующих предприятий, использующих этот окислитель.

Хлораты являются эффективными окислителями в кислых средах, которые содержат железо. Очевидно, хлораты окисляют железо, а железо окисляет уран. Однако хлораты натрия и калия не окисляют уран достаточно эффективно в карбонат-бикарбонатных растворах.

Другие недостатки хлоратов обусловлены образованием хлоридов и их накоплением по мере рециркуляции растворителя. Присутствие хлоридов связано с применением коррозионностойкой аппаратуры. Кроме того, они отрицательно влияют на ёмкость сорбентов.

Натрий в хлорате натрия может вызвать набухание глин.

Эти проблемы, однако, не исключают возможности использования хлоратов. Они могут найти применение при отработке неглубокозалегающих месторождений и особенно в случае использования кислотных растворителей.