Стадия закисления

Технология кислотного выщелачивания

При подземном выщелачивании урана выделяют три основных стадии отработки: закисление рудовмещающего пласта, выщелачивание (или активного выщелачивания) и довыщелачивание (или отмывка). Четкой границы между этими стадиями не существует. С одной стороны, в процессе насыщения (закисления) растворителем рудоносного пласта одновременно происходит интенсивное выщелачивание, с другой - насыщение протекает довольно длительное время, в течение которого значительная часть добываемого металла извлекается из недр. Стадии выделяют для лучшего контроля и управления процессом подземного выщелачивания. Для разделения выщелачивания на стадии используют отношение Ж/Т: закисление - Ж/Т от 0 до 0.25; выщелачивание -Ж/Т от 0.25 до 1.5; довыщелачивание Ж/Т - от 1.5 до 2.5 - 3.

На стадии закисления идет откачивание или отдавливание подземных вод и заполнение порового пространства раствором реагента, который переведет предназначенный для добычи металл в растворимую форму. Во время заполнения объема выщелачивания раствором реагента происходит не только откачивание или отдавливание подземных вод, но и одновременно протекают химические реакции кислоты с рудой и вмещающей породой, а также присутствует эффект перемешивания растворов текущих по разным линиям тока с учетом фильтрационной неоднородности пород и плотности растворов по законам подземной гидродинамики. В этот период целесообразны наибольшие концентрации реагента и скорость фильтрации для быстрейшего заполнения выщелачивающим раствором продуктивного горизонта. Время протекания первой стадии зависит от конкретных условий и принятой системы разработки и составляет от 2 до 5 месяцев. Стадия заканчивается появлением в продуктивных растворах устойчивых содержаний урана, и заполнением выщелачивающего объема рабочими растворами, это достигается при Ж/Т = 0.25.

Концентрация серной кислоты при закислении поддерживается в пределах 20 - 40 г/л, и только при наличии карбонатных пород в продуктивном горизонте концентрация снижается до 10 - 15 г/л. Концентрация кислоты в выщелачивающих растворах должна регулироваться остаточной кислотностью откачиваемых растворов. На стадии закисления остаточная кислотность не должна быть ниже 2 г/л, а верхняя граница определяется перерабатывающим комплексом согласно принятой технологии.

На этой стадии обычно расходуется до 30 % общего количества реагента.

При кислотном выщелачивании фронт урансодержащих растворов движется с некоторым отставанием от действительной скорости фильтрации потока, что связано с нейтрализацией реагента и частичного переосаждения добытых металлов. Обычно это отставание тем больше, чем ниже концентрация кислоты в ВР. Для всех песчаных руд повышение концентрации серной кислоты в выщелачивающем растворе при закислении пласта интенсифицирует процесс и увеличивает степень извлечения урана за счет вовлечения в процесс минералов, которые требуют более жестких условий вскрытия, а также благодаря разложению экранирующих пленок. Но концентрация выщелачивающего реагента должна соответствовать некоторому оптимальному значению, определяемому затратами на него. Не следует допускать непомерно высокую остаточную кислотность в продуктивных растворах.

В период закисления и активного выщелачивания увеличение скорости фильтрации растворов (в пределах исключающих суффозионное перемещение частиц) является положительным фактором с точки зрения ускорения процесса подземного выщелачивания и сокращения расхода кислоты. Скорость фильтрации определяется дебитами скважин

Q

V = -----------, (7)

2 *F* N_э

где Q - дебит скважины; F - площадь поперечного сечения потока жидкости, определяется эффективной мощностью и расстоянием между скважинами; N_э - эффективная пористость.

Отсюда следует, что процесс выщелачивания целесообразно проводить при больших дебитах скважин. Наоборот, всякое уменьшение дебитов скважин и в особенности перерывы (остановки) в их работе являются нежелательными при закислении и активном выщелачивании, поскольку приводят к общему увеличению времени отработки, к потере металла из-за его переотложения и гравитационного опускания, к увеличению расхода кислоты.

На стадии закисления нельзя допускать снижения концентрации выщелачивающего раствора, скорости выщелачивания и длительных остановок, так как это ведет к осаждению урана, его переотложению. При увеличении рН растворов при их нейтрализации в пласте, сульфатные комплексы урана гидролизуются, выпадают в осадок и активно сорбируются глинистой фракцией. Для перевода этого урана в раствор требуются дополнительные затраты кислоты.

Во время закисления продуктивного горизонта происходит изменение проницаемости пород и руд в результате химической реакции их с раствором реагента и частичной кольматации поровых каналов продуктами взаимодействия. Для уменьшения этого явления необходимо поддерживать высокую кислотность выщелачивающего раствора не допуская выпадения осадков, и высокую скорость выщелачивания. Искусственная остановка фильтрации приводит к временному ухудшению проницаемости, поскольку химическая реакция продолжается, а выноса продуктов взаимодействия не происходит.

В результате кольматации могут снижаться дебиты скважин, особенно если скважины были плохо освоены или бурились с нарушением технологии, а также при подаче в закачные скважины грязных растворов. На таких скважинах должны своевременно проводится восстановительные работы.

Применяют два вида закисления: прямое (или традиционное) и опережающее (или пассивное).

При прямом способе закисления в закачные скважины закачивают выщелачивающий раствор, и одновременно идет откачка из откачных скважин. Заполнение выщелачивающего объема технологическими растворами осуществляется путем откачивания пластовой воды на поверхность. Недостатком этого способа закисления является то, что из откачных скважин в начальный период времени поступает пластовая вода и раствор с незначительным содержанием урана, который не целесообразно отправлять на перерабатывающий комплекс. На рис. 4а показан график изменения содержания урана в продуктивном растворе в зависимости от времени при прямом закислении. Максимальное содержание урана в продуктивных растворах достигается примерно при Ж/Т=0.25

При опережающем закислении выщелачивающий раствор подается в откачные скважины, закачные скважины при этом не работают. После заполнения половины порового объема горнорудной массы (Ж/Т=0.12-0.15) выщелачивающий раствор подают в закачные скважины, а из откачных скважин начинают добывать продуктивный раствор. При опережающемзакислении часть пластовой воды вытесняется за контур блока, а не откачивается на поверхность, и раствор из откачных скважин начинает поступать сразу с промышленным содержанием урана, что является достоинством этого метода.

Метод опережающего закисления хорошо применять при наличии “лишних” выщелачивающих растворов (во время вывода из эксплуатации отработанных блоков). При этом из отработанного блока происходит только откачивание растворов, а маточные растворы после установки доукрепляются и поступают в новый блок для опережающего закисления. В отработанном блоке, работающем только на откачку, происходит подтягивание технологических растворов, сокращение зоны растекания, что облегчит рекультивацию блока. А так как маточные растворы уже имеют какую-то кислотность, то при использовании их для приготовления выщелачивающих растворов на закисление сокращается расход кислоты.

Опережающее закисление дает хорошие результаты при небольшой мощности продуктивного горизонта (до 15м) или при расположении рудного тела у нижнего водоупора, это исключает потерю урана во время гравитационного опускания.

Если статический уровень воды в скважинах высокий (близок к поверхности) или скважины самоизливаются, то применение опережающегозакисления оказывается затруднительным или невозможным, т. к. при нагнетании растворов возрастает пьезометрический уровень на всем блоке, и может происходить самоизлив в неработающих скважинах. Также затруднительно применение опережающего закисления, если рудное тело расположено в верхней части водоносного горизонта большой мощности, т. к. есть риск опускания и потери рабочих растворов. Это можно предотвратить бурением откачных скважин ниже закачных и тщательным замером подаваемых растворов по каждой ячейки.

Для опережаюшегозакисления характерно два пика повышения концентрации урана в продуктивных растворах (рис.4б). Первый пик наблюдается непосредственно после начала откачивания растворов при Ж/Т= 0.2-0.28 по ВР, это фронт растворов поданных в эти же откачные скважины развернутый на 180`. Второй более значительный пик наблюдается при Ж/Т= 0.55-0.65 по ВР, когда к откачной скважине подходит фронт растворов поданных уже в закачные скважины. Если пассивно было закислено менее половины объема выщелачивания, то “провал” между пиками будет значительным, а если больше половины объема, то может наблюдаться один пологий пик, но при этом остаточная кислотность может быть довольно высокой.

Опережающее закисление, по сравнению с прямым, позволяет снизить себестоимость добываемого урана и сократить время отработки, если при этом соблюдена технология и условия залегания руды соответствует вышеизложенным требованиям.

При любом методе закисления концентрация кислоты в выщелачивающих растворах в начальный период не должна быть ниже 20 - 25 г/л, это позволит сократить зоны вторичного обогащения и потерю урана, уменьшит кольматационные явления, ускорит закисления блока.

Дата добавления: 2015-08-31