Основные технологические параметры

Для правильного ведения процесса подземного выщелачивания, соблюдения технологического режима, анализа работы полигона, планирования добычи урана и расхода реагентов необходимо выполнять расчеты ряда геотехнологических параметров.

Показатели геотехнологического процесса – к основным геотехнологическим показателям относятся: степень извлечения полезного компонента, величина Ж/Т, удельный расход реагента. Остальные технологические показатели (концентрация извлекаемого компонента в растворе, время выщелачивания и т.п.) являются производными.

Эффективная мощность продуктивного водоносного горизонта (М_Э) - часть общей мощности продуктивного водоносного горизонта (включающая рудные тела и вмещающие породы, исключая промежуточные водоупоры), которая прорабатывается технологическими растворами. (Cтратиграфическая мощность продуктивного водоносного горизонта - мощность горизонта от верхнего до нижнего водоупора)

При мощности рудовмещающего водоносного горизонта до 10 - 15м (в зависимости от длины фильтра) она практически вся участвует в процессе выщелачивания, т.е. мощность водоносного горизонта и эффективная мощность совпадают.

При мощности рудовмещающего горизонта > 15м и расположении рудного тела ближе к нижнемуводоупору, эффективная мощность определяется расстоянием от верха фильтра до кровли нижнего водоупора (подошвы водоносного горизонта) с учетом растекания выше фильтра:

,

где - длина фильтра, м

h – расстояние от низа фильтра до нижнего водоупора, м.

1.2 - эмпирический коэффициент, учитывающий растекания растворов выше фильтра.

При мощности рудовмещающего водоносного горизонта до 30-40м и рудном теле значительно меньших размеров, расположенном в верхней или средней части горизонта, расчет эффективной мощности выполняется следующим образом:

, м

где h_a - величина активной зоны работы нижней части фильтра (ниже фильтра) рассчитывается по формуле Е.А.Замарина.

, м

, м

где S - понижение уровня при откачке, м;

l - длина фильтра, м;

Н_а - активная зона фильтра, м.

При значительной мощности водоносного горизонта и маленькой длине фильтра S (понижение) можно рассчитать по формуле Н.К. Гринского для напорного горизонта:

, м

где Q - производительность скважины, м³/cут.;

К_ф - коэффициент фильтрации, м/сут.;

l - длина фильтра, м;

r - наружний радиус скважины, м.

Выщелачиваемая площадь (F) - площадь продуктивного водоносного горизонта, на которой происходит движение технологических растворов, м².

Выщелачиваемый объем (V) - столб горной массы в продуктивном горизонте, имеющий высоту, равную эффективной мощности (М_Э) и площадь, равную выщелачиваемой площади (F).

, м³

Эксплуатационный блок ПВ – геологически однородная часть залежи, отрабатываемая единой системой скважин ПВ, которые одновременно включаются и одновременно выводятся из процесса.

Горнорудная масса (ГРМ) - часть общей массы продуктивного водоносного горизонта (включающего рудные тела и вмещающие породы), охваченная потоком технологических растворов, размерность - т.

, т

где F - выщелачиваемая площадь блока (участка, ячейки), м²;

М_э - эффективная мощность рудовмещающего водоносного горизонта, м;

d - объемная масса рудовмещающих пород и руд, т/м³.

Отношение Ж:Т (Ж/Т) - количество выщелачивающего раствора, приходящееся на весовую единицу выщелачиваемой горнорудной массы, обеспечивающее заданное извлечение полезного ископаемого из месторождения или его части. (Отношение количества поданного выщелачивающего раствора к горнорудной массе.)

где Q_ВР - количество поданного в блок (участок, ячейку) ВР за время t, м³;

ГРМ - горнорудная масса, т

Основным геотехнологическим параметром, на базе которого могут проводиться прогнозные и другие расчеты, является безразмерная величина, равная массе выщелачивающего раствора, приходящегося на единицу массы прорабатываемой горнорудной массы - отношение Ж/Т. (Среднюю объемную массу технологического раствора за весь период эксплуатации принимают равной 1г/см³, при этом масса растворов численно равна его объему, поэтому в литературе можно встретить определение Ж/Т как отношение объема растворов к горнорудной массе.) Иногда различают Ж/Т_ВР - отношение массы выщелачивающего раствора к горнорудной массе и Ж/Т_ПР - отношение массы продуктивного раствора к горнорудной массе. При соблюдении баланса растворов эти величины равны, Ж/Т_ВР = Ж/Т_ПР. Принято Ж/Т считать по ВР, но при математическом моделировании и прогнозировании процесса ПВ используют обе величины.

Выход продуктивных растворов с единицы выщелачиваемой горнорудной массы определяет время отработки, расход реагента, среднее содержание извлекаемого урана в растворе, производительность наземного перерабатывающего комплекса и т. д.

Величина Ж/Т используется для характеристики не только конечных результатов, но и динамики процесса выщелачивания, как безразмерная координата времени. Процесс подземного выщелачивания урана из руд происходит не равномерно и требует прокачки через пласт раствора реагента в количестве, многократно превышающем поровый объем пород, а отношение Ж/Т характеризует динамику оборачиваемости растворов в продуктивном горизонте. Это самая оптимальная величина для выделения стадии закисления Ж/Т от 0 до 0.2-0.25, выщелачивания Ж/Т от 0.2-0.25 до 1.5, довыщелачивания Ж/Т от 1.5 до 2.5-3 (рис.5), а так же для подачи реагента с необходимой концентрацией в данный момент отработки.

Скорость фильтрации не равномерна в пространстве и изменяется в зависимости от стадии отработки блока, поэтому не пригодна для расчетов, расчеты производят через отношение Ж/Т. Для каждой исходной концентрации растворителя общее количество рабочего раствора, необходимое для достижения одной и той же степени извлечения, практически не зависит от скорости фильтрации и может выражаться отношением объема раствора (Ж) к прорабатываемой горнорудной массе (Т). Из этого следует, что Ж/Т характеризует полноту извлечения (при данной концентрации реагента).

Степень извлечения (e) – количество извлеченного из недр полезного компонента, выраженное в % относительно исходных запасов.

, %

где åP_U - сумма добытого из блока урана, кг;

P - запасы блока, кг.

Степень разубоживания – величина, показывающая кратность разбавления продуктивных растворов подземными водами, поступающими из-за контура полигона и растворами, фильтрующимися по безрудным и выщелоченным участкам (зонам) продуктивного горизонта в блоке ПВ.

Расход кислоты, поданной в блок за определенный период времени, определяют как разность закаченной в блок с выщелачивающими растворами кислоты и откаченной из него с продуктивными растворами.

, кг

где Q_К - количество поданной в блок 100% кислоты за время t, кг;

Q_ВР и Q_ПР - количество поданных в блок выщелачивающих растворов и откаченных из блока продуктивных растворов за время t, м³;

С_K.ВР и С_K.ПР - концентрация кислоты в выщелачивающих и продуктивных растворах, г/л.

Рассчитанный расход кислоты должен быть сопоставим с показаниями приборов (счетчиков, расходомеров).

Для всех расчетов используют концентрация кислоты, равную 100%. Чтобы пересчитать количество кислоты, содержащееся в техническом продукте (92.5%) на содержание 100%, пользуются формулой:

Q_К (100%) = Q_К (92.5%) ×0.925, кг

Q_К (92.5%) = Q_К (100%) × 1.08. кг

Удельный расход реагента – количество реагента, расходуемого на извлечение единицы массы полезного компонента (кг/кг) или на взаимодействие с горнорудной массой (кг/т).

, кг/кг

, кг/т

где å Q_К - суммарная количество поданной в блок кислоты, кг;

ГРМ - горнорудная масса блока, т.

å Р_U - суммарное количество добытого урана из блока, кг.

Добытый уран из недр (P_U) определяют как количество урана полученного в продуктивных растворах за определенный промежуток времени за минусом урана закаченного в блок с выщелачивающими растворами.

, кг

где Q_ПР и Q_ВР - количество продуктивных растворов, добытых из блока и количество поданных в блок выщелачивающих растворов за определенное время, м³;

С_U.ПР и С_U.ВР – концентрация урана в продуктивных и выщелачивающих растворах, г/л.

, г/л

Основы химического взаимодействия при ПВ.

Реакции взаимодействия оксидов урана и примесей в руде и вмещающей породе при кислотном выщелачивании.

В минералах зоны гипергенеза встречаются соединения только четырех и шестивалентного урана. Особенностью минералов урана является присутствие в них урана в виде кислородных соединений – окислов (оксидов). Природный уран имеет первичное и вторичное происхождение. В первичных рудах уран, как правило, находится в восстановленном (IV) состоянии (UO₂) и лишь в малой степени – в окисленной (VI) состоянии (UO₃).

Почти все соединения урана (VI) содержат не ион U⁺⁶, а группу уранила отличающуюся исключительной химической стойкостью и полностью входящую в состав образующихся соединений.

В природных условиях уранил – ион образуется в результате окисления U⁴⁺ кислородом воздуха или окислителями находящихся в природных водах. Уранил относится к числу крупных катионов, в результате чего даже при очень низком содержании уранил – иона в природных водах при его осаждении образуется самостоятельные минералы ураннила.

В сернокислом растворе при рН≤2,5 (U (VI)) находится в виде уранил иона, т.е. сульфат ураниладиссоциирован.

При рН >2,5 поведение урунил – иона в водных растворах носит весьма сложный характер, т.к. в этой области рН уранил - ион гидролизуется. Реакции очень сложны и зависит от рН, солевого состава (комплексообразователей) и концентрации уранил – иона в растворе.

Например:

Конечной стадией гидролиза является образование гидроокиси уранила при рН ≈ 4-5.

Сульфат уранила () образующийся в первом уравнение не безводная соль а аквокомплексы

рН=1,5-2,0

Соединения также способны растворятся в серной кислоте

Однако при рН ≈ 1,5-2 (достигаемых в натурных условиях подземного выщелачивания) интенсивность такого растворения невелика. Роль природного интенсифицируемого агента, в основном играют соединения железа (III), практически всегда присутствующего в рудах и способных повышать ОВП растворов до 400-500 мв.

Расход кислоты на выщелачивание урана, а следовательно и содержание примесей в руде определяется минералогическим составом руд и вмещающих пород при взаимодействии с разбавленным раствором серной кислоты переходят в раствор в различной степени.

В начальный момент поступления кислоты в рудное тело серная кислота начинает взаимодействовать с карбонатами, содержащими в породе.

кальцит

магнезит

доломит

Выделяющаяся угольная кислота способствует понижения рН раствора

За счет растворения треокиси урана в растворе начинает появляется уран:

В растворе серной кислоты также начинают растворятся породообразующие компоненты:

(кремнезем при комнатной температуре плохо взаимодействует)

т.е. в растворе возрастает содержание кремневой кислоты, ионов появляется уран, а содержание серной кислоты по мере продвижения раствора убывает. При этом карбонаты будут реагировать с серной кислотой с образованием бикарбонатов:

Образовавшиеся гидрокарбонаты взаимодействуют с :

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

где Ме – кальций, натрий или закисное железо.

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

т.е. данный раствор характеризуется повышением рН вплоть до рН подземной воды и резким повышением содержания урана в растворе. Находящийся в растворе уран будет гидролизоваться. При этом, если в растворе находились сульфатные комплексы урана, они разрушаются, образуя

Находящиеся в растворе ионы будут гидролизоваться:

При рН от1,0 до 1,5 двуокись урана растворяется в серной кислоте присутствии трехвалентного железа.

Процесс окисления описывается следующими уравнениями:

При снижении рН до рН < 4,5 растворяются выпавшие ранее в осадок гидроокиси железа, алюминия:

Расчет объема емкостей для технологических растворов ПР и ВР при достижении проектной мощности в 500 тонн и содержании урана в продуктивных растворах равном 60мг/л приведен в таблице 2.

Расчет объёмов пескоотстойников ПР и ВР при содержании урана в ПР – 60 мг/л (производительность 500 тонн урана в год в виде растворов товарного десорбата).

№ п/п	Параметр	Обозначение	Единица измерения	Величина
	Годовой фонд рабочего времени	tгод	час	8 000
	Содержание урана в ПР	СПР^U	мг/л
	Содержание урана в МС	СМС^U	мг/л
	Коэффициент извлечения урана из ПР	Кизвл	%	95,0
	Производительность полигона скважин	Vполигона	м^3/час
	Рабочий объём пескоотстойника с учетом коэффициента запаса	Кзап	час	1,2
Vп/о	м^3
	Объём «мертвого» объёма пескоотстойника	Кост	%
Vост	м^3
	Объём аварийного объёма пескоотстойника	Кавар	%
Vавар	м^3
	Общий объём пескоотстойника	Vобщ	м^3
	Принимаемый объём пескоотстойника	Vобщ	м^3

Дата добавления: 2015-08-31