Общая характеристика процесса

С физико-химических позиций процесс ПСВ можно определить как процесс гетерогенных[1] взаимодействий, сопровождающихся изменением концентрации реагирующих веществ в жидкой и твердой фазах при фильтрационном перемещении жидкой фазы в пределах объема выщелачивания.

В процессе подземного выщелачивания движение растворителя осуществляется по порам и капиллярам рудовмещающего пласта под воздействием искусственно создаваемого потока раствора реагента и системы закачных и откачных скважин.

В ходе реакций растворения выделяются три стадии:

· первая - поступление растворителя к поверхности твердого вещества, распространение растворителя внутри пор и капилляров и вытеснение поровой воды;

· вторая - собственно химическое взаимодействие на поверхности раздела фаз и образование порового химического раствора с равновесной или близкой к ней концентрацией металла;

· третья - отвод продуктов реакции от участка химического взаимодействия, вытеснение металлосодержащего раствора из пор и капилляров свежим растворителем.

Скорость процесса выщелачивания зависит от скоростей протекания всех трех стадий и определяется скоростью самой медленно протекающей стадии, чаще всего это скорость подвода растворителя и отвода продукта реакции.

Реальный процесс фильтрационного выщелачивания урана всегда усложнен, так как растворитель реагирует не только с урановыми минералами, но и минералами вмещающих пород. Так на растворение 1 кг урана расходуется 0,4 - 0,8 кг серной кислоты, а на растворение 1 кг кальцита (CaCO₃) требуется 1 кг серной кислоты.

Подземное выщелачивание урана из руд – процесс, прежде всего химический. До поступления в пласт реагента промышленные воды не содержат уран промышленной концентрации. Для выщелачивания необходимо сначала откачать подземные воды и заполнить поровое пространство раствором реагента, который переведет предназначенный для добычи уран в растворимую форму.

Процесс подземного выщелачивания урана из руд происходит неравномерно и требует прокачки через пласт раствора реагента в количестве, многократно превышающем поровый объем пород.

Физические свойства, а также химический состав раствора и вмещающих пород претерпевают непрерывные изменения в течение всего процесса выщелачивания.

На месторождениях гидрогенного типа урановоеоруденение представлено в основном урановыми чернями, настураном и коффинитом и образуют лентообразные в плане и роллообразные в разрезе рудные залежи с областями выклинивания зон пластового окисления (ЗПО). Вблизи границы зон отмечается резкое изменение окраски от желтой до темно-серой, характерной для восстановленных форм урана. Расположение окисленной и восстановленной зон оказывают значительное влияние на зональность выделившихся из раствора рудных минералов урана, селена, ванадия, молибдена и др.

В настоящее время наиболее распространенным методом извлечения урана является кислотное выщелачивание. При кислотном выщелачивании содержание карбонатов в рудах и вмещающих породах, находящихся в зоне выщелачивания не должно превышать 2 % (в противном случае применяют карбонатный способ выщелачивания). В качестве реагента используются водные растворы серной кислоты с концентрацией 5 - 30 г/л.

При кислотном выщелачивании шестивалентный уран переходит в раствор в виде сульфата уранила и комплексных анионов:

Соотношение их в растворах определяется рН среды. Оптимальной кислотностью для выщелачивания урановых минералов является рН=1.5-2.0. При повышении рН шестивалентный уран осаждается из растворов.

При наличии в выщелачиваемых рудах четырехвалентного урана, слабо растворимого в растворах серной кислоты, требуется добавление окислителя. В качестве его используют кислород, перекись водорода, хлорат натрия, азотную кислоту, пиролюзит (MnO₂), соли трехвалентного железа, бактерии. Использование того или иного окислителя и его количество определяется лабораторным или опытным путем.

В присутствии окислителя двухвалентное железо окисляется кислородом до трехвалентного, а трехвалентное железо способствует переходу четырехвалентного урана в шестивалентный.

Эта реакция также является обратимой при определенном окислительно-востановительном потенциале и рН среды. В присутствии ионов трехвалентного железа окисление четырехвалентного урана начинается уже при ОВП=350-400 мВ, что примерно соответствует коэффициенту окисления 0.2.

Практически полное окисление достигается приКок. >0.5 и ОВП=550 мВ.

Дата добавления: 2015-08-31