3.1 Сернокислотное выщелачивание урана

Процесс взаимодействия подземных вод, подкисленных серной кислотой, с горной породой можно разбить на 4 стадии.

3.1.1 Первая стадия закисления

В начальный момент поступления кислоты в рудное тело серная кислота начинает взаимодействовать с карбонатами, содержащимися в породе. При этом активную зону выщелачивания можно разбить на две подзоны:

Первая подзона, находящаяся непосредственно в местах поступления кислоты, характеризуется избытком кислоты и карбонаты при взаимодействии с кислотой переходят в сульфаты:

кальцит: ;

магнезит: ;

доломит: .

Выделяющаяся угольная кислота способствует понижению рН раствора.

За счет растворения трехокиси урана в растворе начинает появляться уран:

В растворе серной кислоты также начинают растворяться породообразующие компоненты /17/:

Таким образом, в растворе первой подзоны возрастает содержание кремниевой кислоты, ионов появляется уран, а содержание серной кислоты по мере продвижения раствора убывает. При движении такого раствора по рудному телу можно выделить вторую подзону активного выщелачивания, характеризующуюся недостатком серной кислоты. При этом карбонаты будут реагировать с серной кислотой с образованием бикарбонатов:

.

Образовавшиеся гидрокарбонаты взаимодействуют с UO₃:

Бикарбонаты также образуются при взаимодействии углекислоты с карбонатами, поскольку углекислый газ в подземной воде не может свободно выделиться в атмосферу:

где, Ме - кальций, натрий или закисное железо.

Изменение парциального давления СО₂ (контакт растворов с воздухом) приводит к разложению как бикарбонатов кальция и магния, так и комплексных соединений уранила с образованием основных солей кальция, уранатов и полиуранатов /17/.

Находящиеся ранее в растворах сульфатные комплексы урана по мере повышения рН раствора переходят в карбонатные. Содержание урана в растворе резко повышается.

При повышении рН раствора ионы трехвалентного железа, находясь в гидролизованной форме, начнут частично окислять двуокись урана, переводя её в раствор /18/:

Итак, раствор второй подзоны активного выщелачивания характеризуется повышением рН вплоть до рН подземной воды и резким повышением содержания урана в растворе.

При продвижении этого раствора далее по рудному телу в третьей зоне – зоне, еще не подвергшейся выщелачиванию, - начинают активизироваться процессы гидролиза, переосаждения, ионного обмена и т.д.

Находящийся в растворе уран будет гидролизоваться. При этом, если в растворе находились сульфатные комплексы урана, они разрушаются, образуя гель UO₂(OH)₂:

Карбонатные комплексы урана также гидролизуются с образованием аква-гидроксо-карбонатных комплексов, однако они по-прежнему находятся в растворе /5/.

Находящиеся в растворе ионы будут гидролизоваться с образованием соответствующих гидроокисей:

Выпадающие в осадок гидроокиси образуют мицеллы, несущие положительный или отрицательный заряд. При этом, если мицеллы гидроокиси железа заряжены положительно, они сорбируют уран, находящийся в виде гидроокиси, а также отрицательно заряженные частицы двуокиси марганца. Если же мицеллы гидроокиси железа заряжены отрицательно, то урана и марганца они не сорбируют, а сорбируют -ионы и на поверхности таких частиц осаждается уран с образованием минералов отенита, уранофана /19/.

В этих же условиях уран осаждается коллоидной кремнекислотой с образованием минералов гиалитов /19/.

В определенных условиях при нейтрализации сернокислых урансодержащих растворов в присутствии углекислоты, карбонатов и бикарбонатов кальция могут образовываться минералы типа ураноталлита – шрекингерита /19/.

В случае присутствия урана в растворе в форме карбонатных комплексов ионы Cu²⁺, Ca²⁺, Pb²⁺, образующие труднорастворимые карбонаты, могут разлагать уранилкарбонатные комплексы, осаждая уран в виде других труднорастворимых соединений /19/.

Таким образом, первая стадия закисления характеризуется следующими признаками:

1. рН раствора, поступающего из откачных скважин, не изменяется и находится в пределах рН подземной воды (обычно 6-8).

1. Возможно повышение в растворе содержания урана за счет бикарбонатного эффекта.

2. Наблюдается уменьшение коэффициента фильтрации выщелачиваемой зоны за счет химической кольматации осадками гипса, гидроксилов железа, алюминия, пузырьками СО₂ и т.д.