6 Способы интенсификации процесса подземного выщелачивания урана

По своей сущности все известные способы интенсификации процесса подземного выщелачивания можно классифицировать следующим образом:

• гидродинамические;

• физические;

• физико-химические;

• химические.

6.1 Гидродинамические способы

В проницаемых рудах скорость химической реакции растворителя с рудой и породой значительно выше скорости подвода растворителя и отвода продуктов реакции путем фильтрации, то есть можно допустить, что скорость выщелачивания практически линейно зависит от скорости фильтрации. Для низкокарбонатных руд зависимость скорости продвижения границы выщелоченной зоны  от скорости фильтрации растворов V прямолинейная ( = bV); для руды, содержащей значительное количество карбонатов, она соответствует степенной функции ( = bVⁿ), где b и n  величины, постоянные для данной руды и принятой концентрации кислоты, определяются опытным путем. Увеличение скорости фильтрации растворов в определенной степени способствует ускорению процесса подземного выщелачивания урана, в особенности для карбонатизированных руд. При этом снижается расход кислоты, величина Т:Ж и, соответственно, себестоимость добываемой продукции [23, 24].

Известен ряд способов увеличения скорости фильтрации с применением различных сетей скважин. В зависимости от формы и размера рудных залежей применяют линейные, ячеистые системы расположения скважин, расстояние между скважинами варьируют от 7,5 до 50 и более м [17, 23]. Существуют способы расчета оптимального расстояния между скважинами при линейном их расположении [25]. Разработанный метод расчета оптимальной сети расположения скважин на примере месторождения Уванас (Казахстан) показывает, что минимальная стоимость отработки достигается при расстоянии между скважинами в рядах, равном 15 м, и между рядами  100 м [26].

Скорость фильтрации растворов можно увеличить за счет улучшения проницаемости рудного тела. Существует способ сооружения скважин, при котором отверстия в фильтре перфорируют непосредственно в обсадной колонне сооруженной скважины, при этом плотность отверстий у основания рудной зоны делают больше, чем в верхней ее части. Это позволяет приблизить эпюру работы фильтра к линейной [27].

Применение наклонно-направленного бурения, когда вместо отдельных закачных и откачных скважин сооружают одну основную, из которой в рудной зоне под определенным углом отходят боковые скважины, позволяет резко сократить число скважин. Наличие ориентированных по водоносному горизонту фильтров позволяет вводить в одновременную отработку значительно большие объемы минерализованной зоны, приводит к циркуляции в недрах большего количества раствора, что в конечном счете увеличивает скорость извлечения урана [28, 29].

Еще одним направлением гидродинамических способов интенсификации являются способы, основанные на изменении направления потоков растворителя в процессе выщелачивания, что приводит к вовлечению в отработку застойных зон. Применяются при этом различные варианты: откачку и закачку чередуют с временной остановкой части скважин при использовании откачных и закачных рядов; с чередованием работы скважин со смещением их работы в ряду; отключение закачных рядов и закачку растворов через одну в скважины откачных рядов на завершающей стадии отработки блоков [30, 31, 32].

На месторождениях Узбекистана и Казахстана разработан и внедрен в производство способ подземного выщелачивания урана с реверсированием потока растворителя на стадии закисления, позволяющий снизить расход серной кислоты, уменьшить кольматацию прифильтровых зон и фильтров скважин, интенсифицировать процесс [33].

На предприятиях подземного скважинного выщелачивания успешно используется реверсирование растворов на 90° на заключительной стадии отработки, что позволяет эффективно извлекать уран из так называемых “мертвых” зон, расположенных на линии откачных и закачных рядов. Этим способом дополнительно можно извлечь до 20 % урана без увеличения расхода кислоты [34].