Динамика движения урана

При сернокислотном выщелачивании первые порции рабочего раствора начинают извлекать уран и легкорастворимые соединения других элементов (Fe, Al, Cu, Ca, Mg и др.) из начальных сечений, транспортируя их по направлению фильтрации (от закачной скважины к откачной). Одновременно по пути движения происходит нейтрализация сернокислотного раствора за счет его реакции. В результате расходования реагента, рН среды повышается и уран выпадает в твердую фазу на кислотно-щелочном барьере. Совместно с гидролизом уранил-иона осуществляется гидролиз растворенных примесей при различных рН среды. Фронт ураносодержащих кислых растворов движется по пласту с отставанием от истинной скорости фильтрационного потока. Выпадение в осадок ряда примесей в результате повышения рН может временно снижать проницаемость пород.

На некотором расстоянии от места подачи реагента в рудный пласт формируется участок растворов с равновесной концентрацией урана, в котором не происходит дополнительного его извлечения. Раствор проходит как бы транзитом через этот участок, не изменяя содержания урана в руде. Одновременно с формированием участка с равновесной концентрацией урана перед ним образуется участок вторичного обогащения, где уран выпадает в твердую фазу. Когда процесс выпадения урана в твердую фазу происходит на участках, не затронутых выщелачиванием, идет обогащение руды, концентрации урана превышают начальные значения. Последующие порции рабочего раствора, которые подходят к этой зоне, нейтрализованы уже в меньшей степени, и при достижении необходимой кислотности начинают извлекать уран, переоткладывая его далее по пути движения растворов. Осуществляется непрерывное перемещение фронта кислых растворов и связанных с ним участков равновесной концентрации и вторичного обогащения.

Такая картина характерна для возрастающих значений выходных концентраций урана в растворе. Ширина этих участков по мере удаления от места подачи реагента в пласт непрерывно растет вплоть до подхода к месту откачки продуктивных растворов. Это необходимо обязательно учитывать при определении расстояния между скважинами и выборе концентрации выщелачивающего реагента, чтобы сократить размеры участка вторичного обогащения и уменьшить частоту его образования, но при этом не допустить перерасхода реагента.

Повышение содержаний урана в растворе до максимальных значений соответствует достижению максимума концентраций в твердой фазе до выходного сечения (до откачной скважины). К этому времени поровое пространство в выщелачиваемом объеме рудовмещающего горизонта заполняется раствором реагента. В дальнейшем происходит постепенное нарастающее выщелачивание оставшегося урана из руд и уменьшение его концентраций в растворе.

Таким образом процесс выщелачивания представляет собой многократное растворение и осаждение, т.е. переотложение урана на подвижном физико-химическом барьере (кислотно-щелочном и окислительно-восстановительном). Наличие эффекта переотложения урана учитывается при изучении его содержаний в твердой фазе в ходе ПВ и при оценке результатов последнего.

Технологические растворы обладают повышенной плотностью и вязкостью по сравнению с подземными водами. В однородной по проницаемости среде технологические растворы будут стремиться передвигаться преимущественно по нижней части водоносного горизонта. Практика подземного выщелачивания подтверждает опускание более тяжелых растворов в нижнюю часть водоносного горизонта. Чем больше концентрация раствора, а следовательно, и его плотность, тем выше скорость гравитационного опускания. Скорость гравитационного опускания растворов при отсутствии перемещения жидкости под действием разности напоров может быть приближенно определена из следующего выражения:

где K_ф - коэффициент фильтрации; D - разность плотностей вытесняющей и вытесняемой жидкости; n_э - эффективная пористость; h - коэффициент анизотропности.

В проницаемых рудоносных песках обычно V_г составляет около 1 см/ч. Исследования показывают, что при использовании фильтра ограниченного рудным интервалом, нижняя часть водоносного горизонта (ниже фильтра) подвергается воздействию реагента и, кроме того, в ней могут произойти потери растворов, наиболее богатых полезным компонентом.

Дата добавления: 2015-08-31