96926

Метод подземного скважинного выщелачивания (ПВ)

Курсовая

География, геология и геодезия

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.

Русский

2015-10-12

673.5 KB

25 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки и техники в современном мире определяется невиданным по своим масштабам научно-техническим прогрессом, характерной чертойкото-рого является очень быстрый рост энерговооруженности производства.

Мировое потребление основных энергоресурсов достигло гигантских размеров. Особенностью научно-технической революции является ускоряющееся развитие атомной энергетики, которая становится все более весомой составляющей в производстве электроэнергии. Такие гигантские масштабы развития атомной энергетики потребуют соответствующего обеспечения ее природным ураном. В соответствии с этим возрастут потребности в уране, которые могут быть удовлетворены за счет добычи промышленных руд, разрабатываемых традиционными способами (подземными или открытыми горными работами), и вовлечения в эксплуатацию месторождений в основном гидрогенного генезиса, представленных бедными или убогими рудами, а также месторождений, залегающих в сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях. Месторождения второй группы — с бедными и убогими рудами, несущими в себе запасы урана,— до последнего времени не были вовлечены в промышленную разработку традиционными способами добычи по технико-экономическим соображениям.

Эта важная задача, имеющая большое народнохозяйственное значение, к настоящему времени в значительной степени решена. Особенно в последнее десятилетие были проведены большие работы по разработке и внедрению в промышленных масштабах геотехнологической добычи урана, получившей название метода подземного выщелачивания (ПВ). Подземное выщелачивание — метод добычи урана путем избирательного его растворения химическими реагентами из руд на месте их залегания и последующего извлечения из урансодержащих растворов. На некоторых месторождениях построены предприятия и ведется добыча методом ПВ. На ряде месторождений проведены опытно-промышленные работы по добыче урана этим методом. На некоторых предприятиях метод ПВ стал основным при добыче урана. Нет сомнения, что число таких предприятий в будущем увеличится. Сырьевую базу предприятий, добывающих уран методом ПВ, в настоящее время составляют главным образом бедные месторождения гидрогенного генезиса, залегающие в водопроницаемых песчано-глинистых отложениях депрессионных зон земной коры. Частично в эксплуатацию вовлечены за балансовые запасы гидротермальных и метаморфических месторождений, руды которых требуют подготовки — предварительного дробления на месте их залегания. Одновременно были выполнены научно-исследовательские и опытно- конструкторские работы, касающиеся различных сторон этого метода добычи — от методов поисков и разведки месторождений до получения готовой продукции в цехах переработки урансодержащих растворов. Выполненные работы позволили выявить особенности и закономерности процессов подземного выщелачивания, определить оптимальные границы применения метода ПВ, его преимущества и недостатки по сравнению с традиционными способами добычи.

Разработаны требования к разведке месторождений, включая проведение опытных работ и основы проектирования предприятий ПВ, а также основные вопросы охраны окружающей среды. Сконструированы и внедрены в производство многие виды оборудования, аппаратов, механизмов, материалов и приборов измерения, предназначенных для метода ПВ. Наряду с этим многие проблемы и вопросы нуждаются в решении и совершенствовании. Решение их несомненно будет способствовать дальнейшему улучшению технико-экономических показателей предприятий, применяющих метод ПВ. Несмотря на новизну метода и нерешенность ряда вопросов, выполненные исследования и накопленный предприятиями опыт позволили  установить, что метод ПВ обладает рядом больших технических, экономических и социальных преимуществ по сравнению с традиционными методами применительно к гидрогенным месторождениям, представленным проницаемыми рудными телами.  

Основными преимуществами ПВ являются вовлечение в эксплуатацию бедных, убогих и за балансовых руд, а также месторождений, характеризующихся сложными условиями залегания и имеющих крупные запасы урана по вполне приемлемой стоимости единицы конечной продукции, что значительно расширяет сырьевую базу; снижение в2—4 раза капитальных вложений  строительство предприятий и, следовательно, сокращение сроков строительства; повышение в 2—4 раза производительности труда по конечной продукции и соответствующее сокращение численности работающих; значительное улучшение условий труда на предприятиях, добывающих уран; уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду, особенно на поверхность земли и воздушный бассейн.

Теоретической и практической основой разработки и внедрения в промышленность управляемого процесса подземного выщелачивания урана послужили известные достижения в области геологии, гидрогеологии, гидродинамики, геохимии, химии и гидрометаллургии, в исследовании природы фильтрационных процессов, извлечении рудообразующих компонентов в жидкую фазу и последующем сорбционном извлечении урана из бедных растворов сложного слоевого состава. Следует отметить, что в настоящее время метод ПВ не может быть применен для всех типов урановых месторождений. Границы его применения рассмотрены в соответствующих главах настоящей работы. Расширение границ использования этого прогрессивного метода, поиски путей и средств его применения для других типов месторождений (не только урановых) являются одной из главных задач недалекого будущего.

Введение

В последнее время для добычи многих твердых полезных ископаемых (ПИ) применяют геотехнологические методы добычи с использованием буровых скважин. Они позволяют упростить и удешевить добычу, производить отработку бедных месторождений, а также месторождений, характеризующихся сложными условиями залегания. Вскрытие рудной залежи осуществляют буровыми скважинами, которые предлагается называть геотехнологическими.

Геотехнологические методы добычи полезных ископаемых позволяют снизить в некоторых случаях в 2 – 4 раза капитальные затраты на строительство предприятий, повысить производительность труда по конечной продукции, сократить численность работающих. Кроме того, их применение способствует значительному улучшению условий труда и уменьшению отрицательного воздействия на окружающую среду.

Одним из геотехнологических методов является метод подземного выщелачивания (ПВ). Подземное выщелачивание ПИ, метод добычи полезного ископаемого избирательным растворением его химическими реагентами в рудном теле на месте залегания с извлечением на поверхность. ПВ применяется для добычи цветных металлов и редких элементов и др. ПВ относится к фильтрационным процессам и основано на химических реакциях «твёрдое тело – жидкость».

При ПВ проницаемых рудных тел месторождение вскрывается системой скважин, располагаемых (в плане) рядами, многоугольниками, кольцами. В скважины подают растворитель, который, фильтруясь по пласту, выщелачивает полезные компоненты. Продуктивный раствор откачивается через другие скважины (рис 1). В случае монолитных непроницаемых рудных тел залежь вскрывают подземными горными выработками, отдельные рудные блоки дробят с помощью буровзрывных работ (рис 2). Затем на верхнем горизонте массив орошают растворителем, который, стекая вниз, растворяет полезное ископаемое. На нижнем горизонте растворы собирают и перекачивают на поверхность для переработки.


Основные сведения о методе подземного выщелачивания

Подземное выщелачивание цветных металлов известно с 16 в. (Испания), в крупных промышленных масштабах метод впервые освоен на медном руднике Кананеа в Мексике (1924г) и на медноколчеданных месторождениях Урала (1939—42гг). Урановые руды разрабатываются ПВ с 1957г. ПВ применяется в ряде стран (США, СССР, Франция, Япония, ГДР и др.); в 1974г этим способом было получено 20% мировой добычи меди.

Сущность подземного выщелачивания ПИ заключается в избирательном переводе полезного компонента в жидкую фазу путем управляемого движения растворителя по руде в естественном залегании или подготовленного к растворению и подъему насыщенного металлом раствора на поверхность. С этой целью через скважины, пробуренные с поверхности в пласт полезного ископаемого нагнетается химический реагент, способный переводить минералы полезного ископаемого в растворимую форму. Раствор, пройдя часть рудного пласта, через другие скважины поднимается на поверхность и далее по трубопроводу транспортируется к установкам для переработки.

Рис. 1. Схема отработки пластовых месторождений выщелачиванием через скважины: 1 — узел приготовления растворов; 2 — нагнетательные скважины; 3 — дренажные скважины; 4 — компрессор; 5 — воздухопровод для эрлифта продуктивных растворов; 6 — коллектор для продуктивных растворов; 7 — отстойник; 8 — установка для переработки раствора.

Рис. 2. Схема подземного выщелачивания скальных руд: 1 — ёмкость для растворителя; 2 — насос; 3 — трубопровод рабочих растворов; 4 — отрабатываемый блок руды; 5 — ёмкость для сбора продуктивных растворов; 6 — насос; 7 — ёмкость для продуктивных растворов на поверхности; 8 — сорбционная установка; 9 — отстойник отработанного раствора; 10 — ёмкость для доукрепления растворов; 11 — пресс-фильтр.

Важнейшими природными предпосылками применения ПВ являются способность ПИ и его соединений переходить в раствор при воздействии на рудный пласт водного раствора выщелачивающего реагента, а также возможность фильтрации выщелачивающих растворов в породах продуктивного горизонта.

Выбор растворителя для ПВ зависит от состава руд. Наиболее широкое применение находят водные растворы кислот (серной, соляной, азотной) или соды.

ПВ применяется при добыче урановых руд, цветных и редких металлов (медь, никель, свинец, цинк, золото и др.). Имеются предпосылки использования его для добычи фосфоритов, боратов и др.

Важным фактором повышения эффективности добычи методом ПВ является правильный выбор схемы размещения технологических скважин и расстояний между ними. В практике эксплуатации месторождений в основном применяется линейная схема расположения скважин, представляющая собой чередование рядов нагнетательных и откачных скважин. Расстояния между рядами и скважинами в ряду колеблются в широких пределах (15 – 50 м и более). Наиболее широкое распространение получила схема 25х50 м.

ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

Понятия и термины

Выщелачивание – химический процесс перевода одного или нескольких компонентов из твердых тел в жидкость с помощью раствора реагентов.

Подземное выщелачивание – химический способ добычи полезных компонентов с помощью раствора реагента без извлечения руды на поверхность.

Скважинное подземное выщелачивание СПВ – процесс переработки руд в естественных условиях в рудных телах, вскрытых технологическими скважинами и подготовленных к выщелачиванию специально выполненным комплексом работ, обеспечивающих закачку растворов через закачные скважины и вывод растворенного полезного ископаемого через откачные скважины, осуществление контроля за ходом процесса и возможно более полной переработки руды в недрах.

Реагент – химическое вещество (обычно в виде водного раствора), используемое для выщелачивания или ускорения извлечения полезного компонента.

Технологический (рабочий) раствор - водный раствор реагентов и продуктов их взаимодействия с вмещающей средой (рудой и вмещающими породами). При подземном выщелачивании технологические растворы подразделяются на выщелачивающие, продуктивные, маточные, сбросные.

Выщелачивающий раствор (ВР) - раствор, содержащий необходимые для извлечения полезного компонента реагенты и подаваемый в закачные скважины.

Продуктивный раствор (ПР) - раствор, сформировавшийся в недрах в результате физико-химического взаимодействия выщелачивающего раствора с минералами руд и вмещающих пород продуктивного горизонта и содержащий полезное ископаемое (ископаемые) в концентрации выше минимально промышленной.

Маточный раствор - продуктивный раствор, из которого извлечен полезный компонент. Маточный раствор используется для приготовления выщелачивающего раствора путем доукрепления его выщелачивающими реагентами.

Сбросной раствор - маточный раствор, который не может быть по тем или иным причинам использован для приготовления выщелачивающего раствора. Сбросной раствор может быть направлен в гидрографическую сеть только после соответствующей очистки от вредных составляющих.

Фронт технологического раствора – пространственное положение в определенный момент времени одновременно поданной в закачную скважину (или в закачные скважины) порции технологического раствора.

Традиционноезакисление - в закачные скважины закачивают выщелачивающий раствор и одновременно идет откачка из откачных скважин.

Опережающеезакисление - выщелачивающий раствор подается в откачные скважины, закачные скважины при этом не работают, растворы не откачиваются.

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 (МЭ) - 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

hрасстояние 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 ha - 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 ;

На- 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.;

Кф- 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 (МЭ) 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;

Мэ- эффективная мощность рудовмещающего водоносного горизонта, м;

- 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 QВР - 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/ТВР - отношение массы выщелачивающего раствора к горнорудной массе и Ж/ТПР - отношение массы продуктивного раствора к горнорудной массе. При соблюдении баланса растворов эти величины равны, Ж/ТВР = Ж/ТПР. 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 () – количество извлеченного из недр полезного компонента, выраженное в % относительно исходных запасов.

, %

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

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

СK.ВР и СK.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:

QК(100%)  = QК(92.5%) 0.925, кг

QК(92.5%) = QК(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   QК - суммарная количество поданной в блок кислоты, кг;

ГРМ - горнорудная масса блока, т.

РU - суммарное количество добытого урана из блока, кг.

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

, кг

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

СU.ПР и СU.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 уранилапри 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

1

Годовой фонд рабочего времени

tгод

час

8 000

2

Содержание урана в ПР

СПРU

мг/л

60

3

Содержание урана в МС

СМСU

мг/л

3

4

Коэффициент извлечения урана из ПР

Кизвл

%

95,0

5

Производительность полигона скважин

Vполигона

м3/час

1150

6

Рабочий объём пескоотстойника с учетом коэффициента запаса

Кзап

час

1,2

Vп/о

м3

1380

7

Объём «мертвого» объёма пескоотстойника

Кост

%

15

Vост

м3

207

8

Объём аварийного объёма пескоотстойника

Кавар

%

15

Vавар

м3

207

9

Общий объём пескоотстойника

Vобщ

м3

1794

10

Принимаемый объём пескоотстойника

Vобщ

м3

3000

Общая характеристика процесса

С физико-химических позиций процесс ПСВ можно определить как процесс гетерогенных1 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.

4.5 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 Kф- коэффициент фильтрации; - разность плотностей вытесняющей и вытесняемой жидкости; nэ - эффективная пористость; - коэффициент анизотропности.

В проницаемых рудоносных песках обычно Vг 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.

Разбавление продуктивных растворов в подземных условиях

Большое влияние на формирование продуктивных растворов оказывает слоистая неоднородность геологического разреза. Руды обычно слагают только часть водоносного горизонта, а при их отработке раствор реагента захватывает почти все проницаемые породы. По законам подземной гидродинамики поток растворов распределяется по отдельным слоям пород в соответствии с их водопроводимостью (произведение коэффициента фильтрации данного слоя на его мощность). В процессе откачки продуктивных растворов происходит их разбавление растворами, поступающими с безрудных участков разреза водоносного горизонта. Чем выше водопроводимость слоя, тем большее количество растворов проходит по нему, т.е. общий расход потока распределяется по отдельным слоям в соответствии сихводопроводимостью

  1.  Системы разработки

Под системой разработки месторождения методом ПВ понимается схема расположения технологических скважин и заданный режим их эксплуатации.

В соответствии с морфологией, гидрогеологическими условиями рудных залежей для эксплуатации применяются линейные (рядные), ячеистые и комбинированные схемы расположения технологических скважин.

Соотношение числа откачных и закачных скважин во всех системах рекомендуется более 1:2, так как это позволяет соблюдать главное условие - баланс откачиваемых и закачиваемых растворов, а однотипные фильтры имеют дебит при откачивании растворов больше, чем приемистость при закачивании. При различных конструкциях откачных и закачных скважин, соотношения между их числом может быть другим.

Линейные системы состоят из последовательно чередующихся рядов откачных и закачных скважин. Расстояние между рядами в зависимости от конкретных условий может быть от 10 до 100 м (обычно 25 – 60 м). Уменьшение межрядных расстояний позволяет сократить время отработки, снизить прорабатываемую растворами мощность пород, сократить расходы реагентов, но сопровождается повышением затрат на бурение.

Расстояние между скважинами в ряду обычно меньше межрядных расстояний, соотношение расстояний колеблется от 1:2 до 1:10. Уменьшение расстояний между скважинами в ряду обеспечивает фронтальное перемещение растворов от закачного к откачному ряду, что интенсифицирует процесс добычи.

Линейная система позволяет учитывать неоднородность пласта, путем уменьшения или увеличения расстояний между скважинами и рядами в пределах одного блока, добиваясь равномерной его отработки.

Ячеистые системы состоят из равномерно чередующихся на рудной залежи закачных и откачных скважин, образующих треугольные, четырехугольные гексагональные и другие ячейки. Расстояние между откачной и закачной скважинами в этих системах обычно достигает 80 м.

Линейные системы более удобны и проще для контроля и управления процессом ПВ, тогда как ячеистые системы требуют наличия измерительных приборов на каждой скважине и в меньшей степени управляемы, поскольку каждая закачная скважина работает на 3 – 4 ячейки одновременно. А для использования реверсированных потоков при ячеистой схеме расположения скважин необходимо еще и знание литологии, и точные расчеты движения растворов и их количество.

Ячеистые системы вскрытия применяют на небольших линзовидных залежах, на залежах сложной конфигурации, на опытных ячейках.

При выборе системы вскрытия учитывают расположения рудного тела в разрезе, его конфигурацию, наличие промежуточных водоупоров, фильтрационную неоднородность продуктивного горизонта и др. Окончательное решение принимается после проведения опытно-промышленных испытаний.

При выборе расстояний между скважинами и рядами необходимо учитывать не только геологические и гидрогеологические особенности залежи, но и экономические показатели. При сгущении сети, сокращается время отработки залежи, но увеличиваются затраты на бурение. При увеличении расстояний между скважинами и рядами, сокращаются затраты на бурение, но увеличивается время отработки, при прочих равных условиях (производительность скважин, удельный расход реагентов и т.д.). Параметры сети вскрытия должны давать максимальную рентабельность отработки.

  1.  Схемы установки фильтров

Фильтры технологических скважин чаще устанавливаются в интервале залегания оруденения или на всю мощность при малых мощностях (менее 12 м) продуктивных горизонтов.

Если мощность горизонта более 12 - 15 м, то расположение фильтров скважин в основном определяется положением рудного тела в разрезе и фильтрационной неоднородностью пород. Рассмотрим несколько вариантов:

  •  Рудное тело приурочено к нижнемуводоупору. Фильтры закачных скважин устанавливаются на руду, фильтры откачных скважин устанавливаются на руду и до нижнего водоупора (рис. ).
  •  Рудное тело находится в верхней или центральной части горизонта большой мощности. Фильтры закачных скважин устанавливаются на руду. Фильтры откачных скважин должны располагаться ниже так, чтобы избежать потерь растворов за счет гравитационного опускания.
  •  Рудное тело расположено в центральной части разреза, но имеет проницаемость значительно ниже, чем вмещающие породы. Фильтры закачных скважин устанавливаются над рудой, а фильтры откачных скважин – под рудой (рис. ).
  •  Рудное тело представлено двумя крыльями. Если расстояния между крыльями не превышает 5-6 м, крылья отрабатываются совместно (рис. ). Если расстояния между крыльями более 6 м, отрабатывается каждое крыло отдельно. Надо избегать установки двойных фильтров, их работа не эффективна. Нижние фильтры не работают в полном объеме, и нижнее крыло отрабатывается плохо или не отрабатывается совсем.

Длина фильтров определяется проектной производительностью скважин при заданном диаметре фильтров с учетом фильтрационных свойств пород, и обычно не превышает 10 м.

Фильтры наблюдательных скважин устанавливаются на всю мощность продуктивного горизонта.

  1.  Реагенты, используемые при отработке руд урановых месторождений

Карбонатное (бикарбонатное) выщелачивание, БКВ – выщелачивания полезных компонентов из руды с помощью растворов карбонатов или бикарбонатов (обычно натрия или аммония). В подземных условиях обязательно применение окислителя.для растворения 4-х валентного урана и поддержания его в растворенном состоянии. Имеет четко выраженный селективный (выборочный) характер воздействия на руду. Растворенный металл переходит в раствор с образованием анионных комплексов с карбонатами (CO3-) в щелочной среде. Этот метод подходит для горных пород, образованных такими кислотоемкими составляющими, как кальцит.

Реагенты: Карбонат аммония - (NH4)2CO3, бикарбонат аммония – NH4HCO3, карбонат натрия – Na2CO3, бикарбонат натрия – Na2HCO3

Окислители: кислород, пероксид водорода, хлораты, гипохлориты калия и натрия, калий марганцовокислый и др.

Преимущества:

  •  высокая селективность, имеет рН способствующий минимальному взаимодействию с рудой;
  •  карбонатность руд не имеет значения;
  •  меньше растворяется селен и мышьяк;
  •  простая схема технологического передела.

Недостатки:

  •  извлечение урана из недр не превышает 60 – 65%;
  •  требуется окислитель;
  •  вместе с ураном извлекается радий, повышается радиоактивность ПР;
  •  ионообменнаякольматация, образование Na+ способствует разбуханию глин и ухудшению проницаемости;
  •  образования NH4+ ведет к загрязнению подземных вод, трудно выводится из пласта (сложная рекультивация);
  •  может возникнуть газовая кольматация скважин О2 из-за подачи окислителя;
  •  при приготовлении выщелачивающих растворов, может образовываться осадок CaCO3, для его устранения необходимо вводить ингибиторы или отстаивать ВР в течение 18-24 часов перед подачей в пласт;
  •  уран мигрирует на большие расстояния, требуется жесткое соблюдение баланса растворов.

Кислотное (сернокислотное) выщелачивание – выщелачивание полезных компонентов растворами серной кислоты из руд, не содержащих значительного количества карбонатов (до 2% по СО2). Расход кислоты на извлечение 1 кг урана составляет для четырехвалентных форм 0,8 кг, для шестивалентных – 0,4 кг, а для растворения 1 кг кальцита – 1кг. В отличие от карбонатного выщелачивания характеризуется комплексным воздействием на руду и породу и связано с переводом в раствор большего количества элементов. По сравнению с бикарбонатными растворами обладает более интенсивной кинетикой процесса и повышенным извлечением полезных компонентов.

Реагенты: серная кислота – Н2SO4. Может применятся соляна (HCl) и азотная (HNO3) кислоты, но они гораздо дороже и их применение приведет к загрязнению подземных вод хлором и нитратами соответственно.

Преимущества:

  •  извлечение урана до 90%;
  •  высокие концентрации урана в ПР;
  •  применение окислителя не обязательно;
  •  неспособность растворять молибден, который мешает извлечению радия;
  •  наименьший ущерб подземным водам.

Недостатки:

  •  растворение рудовмещающих пород;
  •  карбонатность должна быть не более 2%,
  •  кольматация скважин гипсом.

5. 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 .

Стадия закисления

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* Nэ

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

Стадия выщелачивания

На этой стадии идет активное извлечение урана. В этот период следует постепенно понижать концентрацию реагента, сохраняя высокую скорость фильтрации растворов. Концентрация серной кислоты в выщелачивающем растворе около 7 - 15 г/л, определяется остаточной кислотностью. Остаточная кислотность в продуктивных растворах не должна быть ниже 2 г/л при Ж/Т <1 и ниже 1 г/л при Ж/Т от 1 до 1.5. На этой стадии значительно меньше проявляются кольматационные явления, кроме механической кольматации, которая мало зависит от стадий выщелачивания. Период выщелачивания определяется по Ж/Т от 0.25 до 1.5. Одним из важных условий успешного ведения процесса подземного выщелачивания является необходимость соблюдения баланса растворов по откачке-закачке, в результате чего обеспечиваются условия относительной локализации зоны циркуляции растворов в пределах отведенной горнорудной массы. Разубоживание продуктивных растворов или растекание выщелачивающих растворов за контур блока приводит к увеличению сроков отработки, перерасходу реагентов, увеличению себестоимости урана.

Стадия довыщелачивания

Эта стадия является завершающей и заключается в вытеснении остаточных урансодержащих растворов бедными выщелачивающими растворами (маточниками сорбции). Концентрация серной кислоты в выщелачивающих растворах должна быть небольшой, только для поддержания рН среды меньше 2. На данной стадии при повышении концентрации кислоты в ВР происходит повышение остаточной кислотности в продуктивных растворах, но увеличения концентрации урана не происходит. На заключительной стадии процесс выщелачивания полезного компонента значительно  замедляется, так как к этому времени остается трудно извлекаемая его часть. С целью дополнительного извлечения урана из недр целесообразно уменьшить скорость фильтрации на стадии довыщелачивания, используя пульсирующий режим откачки (с периодическими остановками в течение длительного периода времени) или разреженные сети технологических скважин, это позволит изменить направления потока и проработать застойные зоны. Стадия довыщелачиваания по Ж/Т выделяется с 1.5 до 2.5 - 3. Выщелачивание урана завершается при достижении концентрации в продуктивных растворах определенного минимального значения (например: 20 мг/л), при котором себестоимость урана становится выше оптимальной границы.

После завершения выщелачивания проводятся мероприятия по рекультивации водоносного горизонта, ликвидации технологических скважин, систем трубопроводов и т. д., рекультивации  поверхности скважинного поля.

Схема циркуляции растворов в процессе подземного выщелачивания

Схема циркуляции растворов в процессе подземного выщелачивания приведена на рисунках 1 и 2.

Схема предусматривает откачку продуктивных растворов (ПР) из откачных скважин отрабатываемого блока, отстаивание растворов от механических примесей с выводом последних из процесса, сорбционное извлечение урана из растворов, осветление маточников и подкисление их концентрированной серной кислотой, подачу подкисленного выщелачивающего раствора (ВР) через закачные скважины в рудное тело блока

Геотехнологическая схема добычи урана из месторождений осадочного типа различными скважинными системами включает следующие взаимосвязанные технологические процессы:

  •  Собственно сернокислотное выщелачивание урана из рудных тел на месте их залегания с получением продуктивных урансодержащих растворов.
  •  Сорбционное извлечение урана из продуктивных растворов ионитами с получением насыщенного уранового ионита и обедненных по урану возвратных растворов (маточников сорбции), возвращаемых в цикл подземного выщелачивания после доукрепления серной кислотой.
  •  Регенерация насыщенного ионита с получением товарного уранового концентрата и отрегенерированного ионита в исходной солевой форме, возвращаемого на сорбцию урана из продуктивных растворов.

Принципиальная схема подземного скважинного выщелачивания урана растворами серной кислоты приведена на рисунке 5.1.

Рис 5.1. Принципиальная схема подземного скважинного выщелачивания урана из рыхлых осадочных отложений растворами серной кислоты

Для подземного скважинного выщелачивания урана из руд, залегающих в рыхлых осадочных обводненных отложениях с горизонтальным или слабонаклонным залеганием пластов в продуктивном горизонте, применяют различные системы откачных-закачных скважин, пробуренных с поверхности. Принципиальная аппаратурная схема представлена на рисунке 5.2.

Растворы из общего магистрального трубопровода 1 поступают в технологический узел закисления 2, где доукрепляются до заданной концентрации серной кислотой, подаваемой насосом 11 из расходной емкости концентрированной серной кислоты 10. Далее выщелачивающие растворы подаются в схему обвязки блока ПВ.

Продуктивные растворы из откачных скважин выдаются на поверхность погружными насосами или эрлифтами и поступают в блочный коллектор продуктивных растворов 6, по которому транспортируются в отстойник продуктивных растворов 7 блока ПВ. Осветленные растворы из отстойника 7 насосами 8 подаются в общий коллектор продуктивных растворов 9 для транспортировки растворов на перерабатывающую установку.

Концентрированная серная кислота завозится на рудник ПВ в железнодорожных и автоцистернах. Как правило, расходная емкость для накопления и отстаивания рабочего объема кислоты оборудуется на несколько блоков ПВ.

Отработку блока осуществляют при выполнении следующих требований:

  1.  Соблюдать баланс откачки-закачки растворов по блоку, рядам и ячейкам скважин. Суммарные расходы ПР и ВР должны быть одинаковыми.
    1.  Подавать в скважины только осветленные, то есть очищенные от механических примесей растворы. Предельно допустимая концентрация механических примесей в ВР составляет 5 мг/л.
    2.  Подавать на подкисление ВР кислоту, очищенную от механических примесей.
    3.  При ремонтно-восстановительных работах в скважинах откачиваемые растворы направлять в специальную емкость для отделения механических примесей, после чего осветленные растворы направлять в общий коллектор ПР.

Рис.5.2. Принципиальная аппаратурная схема блока подземного выщелачивания


Геотехнологические режимы закисления и выщелачивания блоков

Одними из основных контролируемых параметров в процессе закисления и выщелачивания блоков являются количество кислоты в килограммах, поданное на тонну горнорудной массы блока, вовлеченной в переработку, и концентрация кислоты в выщелачивающих и продуктивных растворах, г/л

Согласно требованиям стандарта предприятия СТП Г2 с 79-83 «Растворы подземного выщелачивания для сорбционного извлечения урана» остаточная кислотность в продуктивных растворах на всех стадиях выщелачивания не должна превышать 3 г/л.

Оптимальным значением остаточной кислотности в продуктивных растворах при выщелачивании до Ж/Т = 1,5 - 2,0 является кислотность 2 – 3 г/л. При кислотности выше 3 г/л увеличивается расход кислоты и ухудшаются условия сорбционной переработки растворов, а при кислотности ниже 2 г/л развиваются процессы гидролиза, сопровождающиеся осаждением гидроксила урана.

Концентрация кислоты в выщелачивающих растворах в зависимости от стадии отработки блока может варьировать в следующих пределах:

  •  закисление             -  от 50 - 20 г/л до 15 - 10 г/л,
  •  выщелачивание     -  от 20 - 10 г/л до 5 г/л,
  •  довыщелачивание –  от  5  до 3 г/л.
  •  отмывка                    - от 3 до  1,5 г/л (без подкисления).

Закисление блоков можно осуществлять двумя способами:

  •  прямоезакисление - ВР подают в закачные скважины, и растворы откачивают через откачные скважины;
    •  опережающее закисление - ВР подают в рудное тело через откачные скважины, без откачки растворов.

Примерная динамика подачи кислоты в зависимости от стадии отработки приведена в таблице 7.1. Для каждого месторождения должна разрабатывается уточненный режим подачи кислоты. Удельный расход кислоты на тонну горнорудной массы индивидуален для каждого месторождения и зависит от кислотоемкости руды и вмещающих пород.

Таблица 7.1.

Динамика подачи кислоты

Стадия отработки

Ж/Т

Удельный расход кислоты, кг/т ГРМ

Остаточная кислотность в ПР, г/л

Концентрация кислоты в ВР, г/л

Закисление

до 0,25

до 4,5 - 6,0

3,0 – 2,0

50 - 10

Активное выщелачивание

0,2 – 0,6

3,6 – 8,5

3,0 – 2,0

15 - 6

Выщелачивание

0,5 – 1,2

5,0 – 10,5

3,0 – 2,0

10 - 5

Довыщелачивание

1,0 – 1,6

7,0 – 12,0

2,0 - 1,5

8 - 3

Отмывка

2,5 – 3,5

8,0 – 14,0

1,5

3 – 1,5

Режим подачи кислоты:

  1.  Значение расхода кислоты по стадиям отработки в таблицах приведено с учетом остаточной кислотности. В расчетах среднего расхода кислоты использовано значение остаточной кислотности 3 г/л.
  2.  Под количеством кислоты подаваемой на 1 т горнорудной массы, подразумевается количество 100% кислоты, добавленное в выщелачивающие растворы для подкисления.
  3.  Кислотность выщелачивающих растворов должна корректироваться в процессе эксплуатации блока в соответствии с остаточной кислотностью продуктивных растворов. При большой остаточной кислотности ПР концентрация кислоты в ВР уменьшается, а при низкой кислотности ПР - увеличивается. Но при этом необходимо учитывать время реагирования – время, за которое новые порции раствора, поданного в закачную скважину, дойдут до откачной скважины.
  4.  При отработке блоков до Ж/Т=1,0 остаточная кислотность не должна быть ниже 2,0 г/л,
  5.  При отработке от Ж/Т=1,0 до Ж/Т=2,0 остаточная кислотность не должна быть ниже 1,5 г/л.
  6.  После достижения стадии выщелачивания по Ж/Т=2,0, дальнейшую отработку блоков ведут маточниками сорбции с кислотностью 1,5 – 2,5 г/л без дополнительного подкисления.
  7.  Продолжительность опережающего режима закисления определяется временем прохождения фронтом закисления половины расстояния между откачными и закачными рядами (по данным наблюдательных скважин или согласно расчету).
  8.  При опережающем режиме закисления перед реверсом потока необходимо в откачные скважины в течение 3 – 7 суток подавать маточники сорбции, чтобы отжать от откачных скважин фронт растворов с высокой кислотностью и, после запуска их в откачном режиме, не иметь большой остаточной кислотности в продуктивных растворах.
  9.  Количество необходимой кислоты QK (92.5%) можно посчитать по формуле:

, кг

где dК - удельный расход кислоты на тонну ГРМ, кг/т.;

ГРМ - горнорудная масса, т;

1,08 – коэффициент пересчета со 100% кислоты.

  1.  Необходимо чтобы операторы технологического поля умели правильно отстроить нужную кислотность при любой производительности выщелачивающих растворов. Какой расход кислоты (QК, м3) нужно выставить на кислотном расходомере для достижения необходимой кислотности в ВР (СВР, г/л) можно определить по формуле:

, м3,

где QК- расход кислоты, м3;

QВРрасход ВР, м3;

СВР - концентрация кислоты в выщелачивающих растворах, г/л;

СМС - концентрация кислоты в маточниках сорбции, г/л;

- плотность кислоты, г/см3 (для 92.5% серной кислоты =1.82 г/см3).

После настройки расхода кислоты, нужно отобрать пробу ВР на определение содержания кислоты и убедиться в правильной настройке. При автоматизированной подаче кислоты работа упрощается.

Нарушениями технологического режима закисления и выщелачивания блоков ПВ считаются:

  •  Подача кислоты, кг/т ГРМ, по стадиям отработки блоков (по Ж/Т) ниже или выше указанных в таблице 1 пределов;
  •  Подача маточников сорбции без подкисления на стадии закисления и активного выщелачивания (при Ж/Т менее 1,5);
  •  Превышение остаточной кислотности продуктивных растворов более 3 г/л.

6. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В процессе эксплуатации на скважинах необходимо проводить геофизические исследования для контроля за техническим состоянием скважин, открытостью и состоянием фильтров, для наблюдения за движением выщелачивающих растворов и степенью отработки.

Показатели ПВ во многом зависят от технического состояния скважин, поэтому за состоянием скважин необходимо осуществлять постоянный контроль до вывода их из эксплуатации.

Целостность обсадной колонны, состояние и открытость фильтра исследуется токовым каротажем. На закачных скважинах токовый каротаж проводят чаще, чем на откачных, если закачные скважины работают под давлением (см. таблицу 4).

Наблюдения за движением рабочих сернокислых растворов проводятся с помощью индукционного каротажа, который при использовании непроводящей (неметаллической) обсадной колонны дает возможность зафиксировать изменения минерализации пластовых вод как продуктивного, так и вышележащих горизонтов. Систематические изменения по наблюдательным, закачным и откачным скважинам и анализ полученных материалов позволяют определить преимущественные пути движения растворов и выявить конкретные факторы, влияющие на их распределение в блоках, а также судить о полноте охвата рудных залежей процессом выщелачивания.

По результатам индукционного каротажа совместно с гамма-каротажем можно судить о перетоках (утечках) технологических растворов в вышележащие горизонты, о глубине проникновения кислых растворов в результате разливов.

Гамма-гамма каротаж (плотностной) позволяет оценивать наличие и качество цементации скважин на стадии эксплуатации.

С помощью расходометрии можно проследить работу фильтра по всей его длине.

Для определения качества отработки блока и выявления застойных зон в кислых средах применяют прямые методы определения урана: метод гамма-каротажа нейтронов спонтанного деления и метод гамма-каротажа мгновенных нейтронов деления (КНДМ).

Для правильной оценки результатов геофизических исследований в скважинах необходимо знать литологию как продуктивного, так и вышележащих горизонтов. На каждой скважине на стадии сооружения должен проводиться первичный комплекс геофизических исследований (ГК, ПС, КС, ТК). Без этого не возможно правильно интерпретировать результаты индукционного и других видов каротажей.

7. ОХРАНА НЕДР

7.1. Характер загрязнения при подземном выщелачивании

Подземное выщелачивание – по существу безотходное производство, осуществляемое на месте залегания рудных тел без производства горных работ, нарушающих существующие природные условия недр и поверхности. В отличие от подземных и открытых горных работ здесь нет отвалов пород и хвостохранилищ, не происходит осушение водоносных горизонтов, нет шахтных и сбросных вод, загрязняющих поверхность, атмосферу и источники водоснабжения. Поэтому подземное выщелачивание влияет на состояние окружающей среды по сравнению с горным способом значительно меньше.

При подземном выщелачивании загрязнение обычно сводится к воздействию на земную поверхность и водоносный горизонт вредных для здоровья человека и живой природы химически активных веществ, используемых и образующихся в процессе извлечения урана из недр. Хотя это загрязнение имеет локальный характер, оно должно контролироваться как в процессе подземного выщелачивания, так и после его завершения при рекультивации.

7.1.1. Характер загрязнения воздушного бассейна

Скважинный вариант вскрытия и отработки месторождений полностью исключает какие-либо источники пылевыделения и в десятки раз уменьшает выделение радиоактивных веществ в атмосферу. Наибольшим источником выделения радона являются откачные скважины. При эрлифтном способе подъема растворов около скважин образуется небольшое аэрозольное облако, состоящее из распыленных частиц раствора и газообразных продуктов, включая радон. Некоторое количество радона и короткоживущих продуктов его распада сразу же после выброса в атмосферу рассеивается, теряет свою активность, и реальной опасности в дальнейшем не представляют. Такое аэрозольное загрязнение не превышает допустимых пределов и лишь немного выше окружающего фона. Откачка растворов погружными насосами вместо эрлифтов ликвидирует распыление продуктивного раствора, создает возможность герметизации откачных скважин и, как следствие, резко сокращает выделение в атмосферу радона.

7.1.2. Характер загрязнения поверхности

Наибольшую опасность для окружающей среды при подземном выщелачивании представляет загрязнение земной поверхности и в особенности почвы, с которой связна жизнь растительного и животного мира, а также человеческая деятельность.

Основным источниками загрязнение земной поверхности при подземном выщелачивании являются:

  •  утечки технологических растворов при разрывах трубопроводов;
  •  переливы растворов при снижении приемистости открытых закачных скважин;
  •  сброс растворов при чистке технологических скважин или отборе проб, когда продуктивные растворы поступают не в специальные передвижные емкости, а изливаются непосредственно на землю.

На поверхность земли с растворами попадают обычно серная кислота и ее соли, нитраты и радионуклиды (уран, торий, радий, полоний и др.). В результате почва может стать на время полностью непригодной для жизни растений или эти растения, поглощая радионуклиды, приобретут опасные для животных и человека свойства.

Максимальное загрязнение почвы чаще всего ограничивается глубинами 40 - 60 см и редко достигает 1 м. Глубина загрязнения почв определяется их фильтрационными и физико-химическими свойствами. Максимальные уровни загрязнения поверхности наблюдаются в рядах технологических скважин около трубопроводов растворов.

Самоочищение почвы и миграция загрязняющих компонентов в подпочвенные слои осуществляется обычно крайне медленно и может составить несколько десятков лет. В пустынных и полупустынных районах с сильными ветрами возможно формирование значительных по площади ореолов загрязнения земной поверхности (до 10 км) в соответствии с розой ветров.

Если земли пригодны для сельскохозяйственного использования, то в целях предотвращения загрязнений перед началом эксплуатации участка производится снятие поверхностного плодородного слоя почвы по всей длине ряда эксплуатационных скважин на ширину 4 – 5 м и глубиной 40 – 50 см.

Надежная герметизация трубопроводов и высокий уровень организации службы эксплуатации могут сократить загрязнение поверхности земли до минимума.

7.1.3. Загрязнение подземных вод при ПВ

Подземное выщелачивание связано с введением в продуктивный водоносный горизонт химических реагентов и поэтому непременно сопровождается загрязнением подземных вод в районе действия технологических скважин.

При использовании серной кислоты в раствор в той или иной степени переходят почти все имеющиеся в породах элементы в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации для питьевого водоснабжения. Общая минерализация подземных вод возрастает до 15 – 25 г/л.

При работе участков ПВ в сбалансированном режиме большого загрязнения обычно не бывает, граница ореола загрязнения достигает расстояния 50 – 100 м от крайних скважин.

Концентрация всех загрязняющих компонентов в процессе сернокислотного подземного выщелачивания быстро уменьшается с удалением от крайних технологических скважин. Наблюдается образование определенной геохимической зональности:

UFe3+Al3+Fe2+Ca2+NO3-SO42-.

Содержание урана, железа, алюминия в законтурных растворах определяется в основном величиной рН. Ориентировочно могут быть названы следующие значения рН, при которых резко снижается концентрация макрокомпонентов и урана: U (pH2 - 2.5), Fe3+ (pH3), Al3+ (pH4 - 5), Fe2+ (pH6). Однако в карбонатных породах уран может мигрировать в нейтральной среде (рН=7) в виде карбонатных комплексов уранила.

Содержание кальция в растворах эксплуатационных блоков при сернокислотном выщелачивании достигает 0,5 – 0,6 г/л и определяется растворимостью гипса. По мере удаления от действующего участка содержание кальция быстро уменьшается до фоновых значений.

Катионы щелочных металлов (Na+, K+, Mg2+ и др.) в нейтральной среде подземных вод довольно активно поглощаются породами, в особенности глинистой фракцией.

Большой миграционной способностью обладают анионы NO3- и SO42-. Сульфат-ион часто образует малорастворимые соли некоторых металлов и гипс, в результате чего его количество постепенно уменьшается. Анион NO3- не образует нерастворимых соединений, но концентрация его снижается по мере удаления от выщелачиваемого участка в результате разбавления.

Концентрация сопутствующих радиоактивных элементов при сернокислотном выщелачивании урана невелика. Так, например, радий переходит в раствор в количестве не более 2 % от его общего содержания в рудах. Он мигрирует на небольшие расстояния (несколько десятков метров), так как присутствие в воде иона SO42- приводит к образованию слаборастворимого гипса, а также практически нерастворимых сульфатов бария, свинца, стронция, что вызывает соосаждение радиоактивных элементов.

Снижение концентрации загрязняющих компонентов в недрах происходит под действием химического взаимодействия с минералами пород, нейтрализации среды, ионообменных процессов, сорбции, диффузии.

При использовании бикарбонатного реагента, оказывающего селективное воздействие на урановые руды, количество поступающих в подземные воды компонентов загрязнения резко сокращается. В растворе (кроме соединений урана) появляется повышенное количество карбонатных и бикарбонатных ионов, Ca2+, Mg2+, NH+, K+, Na+. Реакция среды слабощелочная. Несмотря на ограниченный комплекс вредных примесей, состав загрязнений при бикарбонатном выщелачивании нельзя признать экологически менее вредным, поскольку в этом случае в раствор переходят соединения радия, а нередко и селена, имеющих большую миграционную способность в щелочной среде. Карбонатные комплексы урана устойчивы в нейтральной и щелочной среде и также способны мигрировать.

7.2. Контроль состояния подземных и поверхностных вод на полигонах подземного выщелачивания

Система контроля состояния подземных и поверхностных вод на полигонах ПВ определяется природной сложностью месторождения, геолого-гидрогеологическими условиями, принятой технологией отработки, географией полигона ПВ и его местоположением в существующем хозяйственно-питьевом водозаборе, сельскохозяйственном севообороте и состоянием поверхностного ландшафта c учетом санитарных норм.

Контролю подвергаются все водоносные горизонты в районе действующего полигона ПВ, поверхностные сборы атмосферных осадков, а также пескоотстойники с продуктивными (ПP) и выщелачивающими (ВР) растворами.

Система контроля базируется на отборе проб из вышеперечисленных источников наблюдения, систематизации данных геофизического контроля, проведении анализа с последующей разработкой необходимых мероприятий.

Основные цели применяемой системы контроля:

  •  определение первичного химического состава и уровня вод;
  •  контроль за изменением химического состава и динамического уровня растворов в отрабатываемом продуктивном горизонте в результате ПВ и после отработки;
  •  контроль за распространением ореола растворов ПВ в горизонтальном и вертикальном направлениях;
  •  управление процессом ПВ, совершенствование технологии отработки с целью исключения растекания технологических растворов за пределы отрабатываемых площадей;
  •  совершенствованиеобвязки полигонов, ремонтно-восстановительных работ в скважинах, сокращающих разливы технологических растворов.

Система контроля разрабатывается на стадии проектирования эксплуатационных блоков на основании данных поисковых геологоразведочных работ, лабораторных исследований, опытных полевых испытаний и опыта эксплуатации аналогичных месторождений.

На стадии проектирования эксплуатационных блоков определяются конструкции и расположение наблюдательных скважин по каждому водоносному горизонту, каждому пескоотстойникуПР и ВР, места отбора поверхностных вод, виды и частота исследований.

По мере отработки месторождения сеть наблюдательных скважин, места опробования поверхностных вод, а также методы геофизического контроля, должны корректироваться с учетом конкретной обстановки и накопленного опыта эксплуатации.

Конструкция наблюдательных скважин должна обеспечивать опробование только одного водоносного горизонта и исключать перетоки подземных вод (растворов) между водоносными горизонтами. Оголовки наблюдательных скважин оборудуются бетонными отмостками и съемными крышками.

Сеть наблюдательных скважин должна быть достаточной для достижения целей системы контроля.

Места отбора поверхностных вод определяются в зависимости от возможных мест разливов технологических растворов, рельефа местности и дальнейшей миграции за пределы отрабатываемого месторождения.

7.2.1. Сеть наблюдательных скважин

Система контроля должна включать три сети наблюдательных скважин.

1.Наблюдательные скважиныдля контроля за возможными утечками растворов из пескоотстойниковПР и ВР;

Скважины для контроля за утечками растворов из пескоотстойниковПР и ВР располагаются по периметру пескоотстойниковв один - два ряда. Количество скважин в ряду на каждую сторону котлована пескоотстойникасооружается из расчета расстояния в 10-15 м между скважинами в ряду. Расстояние 1–го ряда скважин от бровки пескоотстойника 2-5 м, 2-го ряда 5-15 м. Фильтры скважин должны перекрывать возможный поток. При значительном удалении дна котлована от водоупора(5-15 м) низ фильтра устанавливается на 4-5 м ниже дна котлована пескоотстойника.

2. Наблюдательные скважины для контроля за технологическим процессом в зоне гидродинамического воздействия откачиваемых и закачиваемых растворов;

Скважины для контроля за технологическим процессом находятся как внутри эксплуатационных блоков (между закачными и откачными рядами), так и в зоне растекания откачиваемого и закачиваемого растворов (до 50 м от внешней границы эксплуатационного блока).

При отработке неширокой (до 150-200 м) залежи, расстояние между наблюдательными скважинами внутри залежи составляет 200-250 м, При отработке широких (свыше 200 м) залежей на одну скважину должна приходиться площадь 35-40 тыс.м2.

В зоне растекания ПР и ВР сооружается по одной скважине с каждой стороны отрабатываемой залежи (эксплуатационного блока).Расстояние между скважинами вдоль длинной оси рудной залежи - 200-250 м.

3. Наблюдательные скважины для контроля за растеканием растворов в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Для контроля за растеканием в вертикальном направлении на каждый водоносный горизонт сооружается одна наблюдательная скважина. Скважины располагаются кустами. Расстояние между кустами 450-500 м при отработке нешироких залежей и один куст на 200-250 тыс. м2 - для широких залежей.

Для контроля за растеканием растворов в горизонтальном направлении сооружается по одной скважине за пределами зоны растеканияПР и ВР в направлении естественного потока подземных вод от отрабатываемой залежи.Расстояние от границы эксплуатационного блока должно быть 100-200м.

7.3. Рекультивация поверхности и подземных вод

7.3.1. Рекультивация поверхности.

В настоящее время для рекультивации добычных полигонов  разрабатывают и внедряют два способа.

По первому способу предусматривается до начала работ снятие слоя почвы мощностью до 0,5 м и вывоз за пределы участка. Загрязненный в процессе отработки блока грунт нейтрализуют известью, а затем удаляют для захоронения  в специальных траншеях. После завершения отработки блока ранее снятый грунт возвращают на прежнее место.

Второй способ рекультивации поверхности основан на применении электросорбционной технологии (ЭСТ). Проводится промывка пород (один или несколько поровых объемов) с наложением электрического поля. При этом одну группу электродов располагают в приповерхностном слое (анод), второй – в толще глинистого водоупора (катод). Поддерживается напряжение 50 В, сила тока изменяется от 45 до 5 А в зависимости от электропроводимости обрабатываемого массива. Способ может быть рекомендован для условий, когда верхний слой грунта подстилается водоупорными глинами.

7.3.2. Рекультивация подземных вод

Выбор способа рекультивации подземных вод определяется методом выщелачивания и зависит от геолого-гидрогеологических особенностей месторождения и хозяйственного использования подземных вод. Основные из них следующие:

  1.  Промывка пластовыми водами. Из блока откачиваются растворы с дальнейшим использованием их на новых блоках. При этом происходит подтягивание подземных вод естественного состава. Для достижения исходного химического состава подземных вод требуется извлечение на поверхность 5-10 поровых объемов отработанного блока.
    1.  Естественная деминерализация. Снижение минерализации растворов происходит естественным путем вследствие физико-химических реакций взаимодействия с вмещающими породами. Длительность процесса зависит от состава пород и скорости естественного потока и может занимать десятки лет. Данный способ применяется в горизонтах, содержащих непригодные для водопользования воды. Интенсифицировать процесс можно, вытесняя остаточные растворы сжатым воздухом или откачивая растворы из специально пробуренных скважин в стороне от отработанной залежи с одновременной закачкой воды с противоположной стороны ореола
    2.  Реагентная очистка остаточных растворов на поверхности. Очистка растворов происходит с помощью многоступенчатых химических схем и требует специальных установок. Для достижения естественной концентрации подземных вод необходимо извлечение 5-10 поровых объемов жидкости из отработанного блока. Такая очистка применяется при восстановлении вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения
  2.  Очистка растворов в недрах с помощью электросорбционной технологии. Через скважины в продуктивный горизонт вводят положительные электроды, а в глинистые участки разреза – катоды. Постоянный электрический ток создает направленное движение ионов металла к катоду и поглощение их глинами. Применение ограничено глубиной скважин до 100м. Способ позволяет получать практически исходные значения радионуклидов и сульфатов.

РАБОЧАЯ ИНСТРУКЦИЯ

для оператора геотехнологических скважин

1.Назначение

Настоящая рабочая инструкция устанавливает основы деятельности, ответственность и полномочия оператора ГТС, с целью организации и выполнения процесса подземного сернокислотного выщелачивания.

2. Сфера действия:

    Настоящая инструкция распространяется на технологическую службу УТГП и является обязательной к применению.

3.Общие требования безопасности и охраны труда

3.1. К работе в качестве оператора геотехнологических скважин (далее–оператора) допускаются лица в возрасте не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, для определения их пригодности к выполнению обязанностей по этой профессии.

- Все рабочие при поступлении на работу должны пройти предварительное обучение на рабочем месте по  безопасности и охране труда, радиационной безопасности по специальной программе в течение 8-10 смен,  

- На время обучения операторы должны допускаться к работе совместно с опытными рабочими. К самостоятельной работе по профессии операторы могут быть допущены только после окончания обучения и успешной сдачи экзаменов.

- Все вновь принятые, а также переведенные с другой работы операторы перед допуском к работе должны получить на рабочем месте инструктаж по   ОТ, РБ и ООС по утвержденной программе.

4.Характеристика работ

Основными технологическими операциями и работами по обслуживанию и соблюдению технологического режима оператором геотехнологических скважин являются:

- запуск и обслуживание технологических скважин;

- обслуживание откачных и закачных скважин, насосов перекачки растворов и узла подкисления растворов;

- наблюдение за работой обслуживаемого оборудования, регулирования соответствующей арматуры, включение и отключение насосов, другого оборудования с целью поддержания заданного технологического режима работы участка;

- обход и осмотр состояния обслуживаемого оборудования, резервуаров, трубопроводов, электрооборудования, а также состояния приборов контроля за технологическим процессом на участке.

- организация прокачки скважин для удаления механических примесей, а также производство химической обработки скважин.

- мелкий ремонт неисправностей, выявленных в ходе осмотра оборудования (набивка сальников, арматуры и насосов, устранение течей в прокладках, замена прокладок во фланцевых соединениях, чистка щелевиков на воздухоотделителях кислотопроводов и др.)

- отбор проб в отдельных позициях установки и доставка в лабораторию.

4.1 Опасные и вредные производственные факторы и меры безопасности при их наличии

Опасные и вредные производственные факторы, воздействующие на работника:

• концентрированная серная кислота;

• ионизирующее излучение;

• электрический ток;

• вращающиеся части механизмов;

• работа с инструментом и оборудованием;

• производственные газы и пары химикатов, а также попадание технологических растворов внутрь организма.

           Для работы с кислотами и их растворами допускаются операторы ГТС, прошедшие обучение и проверку знаний по безопасности и охране труда, промышленной безопасности.

Характеристика опасных и вредных производственных факторов, воздействующих на работника:

Серная кислота – H2SO4 – бесцветная маслянистая жидкость с удельным весом 1,84 г/см3. При попадании на тело вызывает тяжёлые ожоги. Пары кислоты вызывают раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация паров в воздухе – 1мг/м3.

     Воздействие на кожу человека неорганических кислот (серной, азотной) вызывает очень болезненные, длительно незаживающие химические ожоги. При попадании кислот на кожу человека необходимо немедленно промыть поражённый участок большим количеством чистой воды и обратиться в медпункт.

      Во избежание химических ожогов и отравлений особое внимание следует обратить на герметизацию оборудования и коммуникаций. Протечки  кислоты категорически запрещаются. Фланцевые соединения трубопроводов и оборудования должны иметь защитные кожуха.

При разведении концентрированных кислот необходимо кислоту лить тонкой струёй в воду, при одновременном перемешивании. Лить воду в кислоту категорически запрещается, во избежание выброса. Категорически запрещается эксплуатация оборудования и коммуникаций с пропусками кислот из-за не плотностей или неисправностей.

Ионизирующее излучение.

           Источником радиационной опасности являются: радиоактивные элементы, находящиеся в продуктивных растворах. Они излучают гамма и бета излучения, действующие на организм извне, т.е. внешнее облучение. Уровень этого облучения невелик, т.к. мало содержание радионуклидов. Предельно допустимое значение 20,0 мЗв/год. Большую опасность представляет внутреннее облучение из-за попадания в организм аэрозолей, содержащихся в атмосфере. В результате прямого контакта с растворами происходит радиоактивное загрязнение рук, тела и спецодежды. С рук они могут попасть в организм при еде, курении и т.д. При несоблюдении мер радиационной защиты и правил личной гигиены длительное воздействие вредных производственных факторов может привести к нарушению состояния здоровья, причём развитие болезней может происходить в течение длительного периода (нескольких лет). Особенно вредно курение на рабочих местах: Эффективными средствами радиационной защиты являются гидроуборка рабочих помещений, вентиляция, герметизация оборудования, пылеподавление.

5. Обязанности оператора

5.1 Перед началом работы

• Перед началом работы оператор   должен переодеться в спецодежду (нательное белье,   костюм, ботинки), проверить наличие и исправность СИЗ. Принять смену у оператора, сдающего смену.

• При приеме смены оператор обязан ознакомиться с состоянием, схемой и режимом работы участка путем личного осмотра всего оборудования и коммуникаций, а также узнать от сдающего смену обо всех  замечаниях и неполадках в оборудовании, за которым нужно вести наблюдение, включая и оборудование, находящееся  в ремонте или резерве.

• Проверить наличие и принять инструмент, материалы, приспособления, приборы, ключи от   помещений, средства защиты, оперативную документацию.

• Ознакомиться  со всеми записями и распоряжениями за время, прошедшее со времени его последней смены и получить задание на работу от мастера под роспись.

• При обнаружении недостатков или повреждений, которые оператор сам не может устранить, он обязан не приступая к работе, сообщить о них лицу, технического надзора (мастеру, механику, начальнику участка).

• При осмотре скважин или при работе над скважиной оператор обязан до начала работы внимательно осмотреть почву непосредственно у скважин, находясь на безопасном расстоянии от нее. Если при этом обнаружатся провалы почвы или другие опасные повреждения почвы вокруг скважины, то приближаться к такой скважине ЗАПРЕЩАЕТСЯ, а опасное место должно быть ограждено до ликвидации обнаруженных нарушений

5.2. Во время работы

• хорошо знать назначение, устройство и принцип действия отдельного оборудования и механизмов участка, а также схему расположения трубопроводов и запорной арматуры на них в пределах участка;

• исполнять все письменные и устные распоряжения административно- технического персонала участка, ответственного за технологический режим (начальника участка, мастера, механика);

• проводить все технологические операции и работы в строгом соответствии с требованиями технологической инструкции и установленного режима работы.

• знать основные причины повреждений и аварий на обслуживаемом оборудовании, а также нарушений технологического режима работы участка, уметь их находить и устранять.

• Во время  работы оператор обязан производить регулярные (не менее 3-х раз в смену) обходы и осмотры оборудования на участке и в случае необходимости производить мелкий ремонт, а также обнаруженных утечек растворов.

• В зимнее время оператор должен следить, чтобы все обледеневшие проходы, лестницы, площадки для обслуживания воздухоотделителей были своевременно очищены от снега и льда, а в случае необходимости посыпаны песком или мелким шлаком.

• Отбор проб продуктов производства оператор обязан производить только в установленных точках технологической схемы, пользуясь специальными устройствами или пробоотборниками.

5.3. По окончании работы

• Оператор обязан привести в порядок инструмент и материалы, используемые в работе, вычистить площадки и лестницы от допущенных проливов и сдать смену принимающему.

• При сдаче смены сообщить мастеру и принимающему смену оператору обо всех отклонениях  и замечаниях по работе в течение смены.

6. Ответственность

• В течение смены оператор является лицом, ответственным за  правильное обслуживание и безаварийную работу всего оборудования добычного участка.

• При нарушении режима работы, повреждений или аварий оператор обязан немедленно сообщить об этом мастеру смены и принять меры к восстановлению нормального режима под его руководством.

7. Требования безопасности  и  охраны  труда  в аварийных ситуациях.

• При возникновении аварийной ситуации оператор   должен оповестить руководство  согласно утвержденных схем оповещения.   

• Включить аварийную сигнализацию. Принять меры по немедленному выводу людей из опасной зоны, если имеются пострадавшие, оказать первую доврачебную  медицинскую помощь. Немедленно сообщить по телефону (рации) в пожарную часть 1141 , в мед.пункт 1133, мастеру (нач. участка). Далее действовать в соответствии с планом ликвидации  аварий.

• При пожаре сообщить по рации мастеру смены и действовать в соответствии с утвержденной инструкцией № 20-03-11-08.

РАБОЧАЯ ИНСТРУКЦИЯ

Технологический узел закисления УГТП

1.Назначение

Технологический узел закисления (ТУЗ) предназначен для смешивания маточных растворов с кислотой и подача их по блокам.

Производственной программой ТУЗа является подкрепление выщелачивающих растворов до концентрации от 10 до 25 г/л

2. Сфера действия:

    Настоящая инструкция распространяется на технологическую службу УГТП и является обязательной к применению.

3.Общие требования безопасности и охраны труда

3.1. К самостоятельной  работе к эксплуатации и безопасному обслуживанию технологического узла закисления допускаются лица в возрасте не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, для определения их пригодности к выполнению обязанностей по этой профессии. Прошедшие инструктаж по ТБ на рабочем месте и сдавшие экзамены на знание настоящей инструкции.

- Проверка знаний по «Правилам» и инструкциям проводится не реже одного раза в 12 месяцев.

- Все вновь принятые, а также переведенные с другой работы перед допуском к работе должны получить на рабочем месте инструктаж по   ОТ, РБ и ООС по утвержденной программе.

4.Характеристика реагентов

Серная кислотаH2SO4 – бесцветная маслянистая жидкость с удельным весом 1,84 г/см3. При попадании на тело вызывает тяжёлые ожоги. Пары кислоты вызывают раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация паров в воздухе – 1мг/м3.

При внезапном появлении в воздухе паров кислот, необходимо срочно одеть противогаз марки В или М. При отсутствии противогаза или его неисправности можно кратковременно пользоваться мокрым носовым платком.

При разведении концентрированных кислот необходимо кислоту лить тонкой струёй в воду, при одновременном перемешивании. Лить воду в кислоту категорически запрещается, во избежание выброса. Категорически запрещается эксплуатация оборудования и коммуникаций с пропусками кислот из-за не плотностей или неисправностей

Дозировка кислоты в маточные растворы производится в турбулентном узле смешивания методом «труба в трубу», что предотвращает чрезмерный перегрев растворов.

При попадании серной кислоты на тело необходимо сразу же промыть пораженное место обильной струей воды раствором пищевой соды 2% и немедленно обратиться в медпункт.

При попадании серной кислоты в глаза необходимо сразу же промыть  обильной струей воды раствором пищевой соды 0,5% и немедленно обратиться в медпункт.

5. Оборудование

ТУЗ представляет собой систему обвязки трубопроводов кислоты и маточных растворов с необходимой запорной арматурой: поворотными заслонками, шаровыми кранами, вентилями, датчиками давления, обратными клапанами и расходомерами.

ТУЗ оборудован пунктом экстренной самопомощи: ванна, бачок с водой – 1000 л., нейтрализирующими средствами и СИЗ.

Обвязка, запорная арматура выполнена в коррозионностойком исполнении.

Смесительные устройства закрыты сплошным ограждением – экранами, конструкция и размеры которых каждом случае должны быть определены проектом.                                                                                                                                                                                                                                

6. Обязанности оператора ГТС

Маточные растворы из общего магистрального трубопровода поступают в технологический узел закисления, где доукрепляются до заданной концентрации серной кислотой, подаваемой по кислотопроводу.  Далее выщелачивающие растворы подаются в схему обвязки блоков ПВ то есть в УПРР.

 Оператор ГТС должен:

Хорошо знать назначение, устройство и принцип действия отдельного оборудования и механизмов, а так же схему трубопроводов и запорной арматуры узла закисления.

Вести наблюдения за работой обслуживаемого оборудования, регулирования соответствующей арматуры с целью поддержания заданного технологического режима работы ТУЗ: расход кислоты – непрерывно; расход растворов – непрерывно; кислотность растворов – среднесменная проба. Расчетным путем выставлять заданную кислотность.

При приеме смены оператор обязан ознакомиться с состоянием, схемой и режимом работы участка путем личного осмотра всего оборудования и коммуникаций, а также узнать от сдающего смену оператора обо всех  замечаниях и неполадках в оборудовании.

Перед началом работы в ТУЗ оператор   должен одеть СИЗ.

По окончании работы оператор обязан привести в порядок инструмент и материалы, используемые в работе, сдать смену принимающему оператору.

При сдаче смены сообщить мастеру и принимающему смену оператору обо всех отклонениях  и замечаниях по работе в течение смены.

 7. Отклонения от нормального режима и методы их устранения.

Вид отклонения от нормального технологического режима

Возможные причины отклонения

Методы устранения отклонения и действия персонала

11.

Высокая (низкая) кислотность выщелачиваещего раствора

1.Большая (низкая) подача кислоты в маточные растворы

2.Не достаточное смешивание кислоты с раствором

3. Не исправен один из расходомеров (кислоты или раствора)

1.Пересчитать подачу кислоты.

2.Отобрать пробу в узле распределения растворов.

3. Вызвать слесаря КИП и А.

32.

Течь с трубопровода растворов (кислоты)

1.Разрыв трубопровода

2. Непрочное соединение трубопровода

3. Выдавило прокладку

1.Остановить подачу раствора (кислоты).

2.Поменять прокладку

3. Вызвать слесаря ПМО.

43.

Не поступает кислота в узел смешивания

-забита линия подачи кислоты

-не исправна запорная арматура

-не достаточное давление в кислотопроводе

-прочистить линию

-отревизировать запорную арматуру

-поднять давление

8. Требования безопасности  и  охраны  труда  в аварийных ситуациях.

При возникновении аварийной ситуации оператор   должен оповестить руководство  согласно утвержденным схемам оповещения.   

Включить аварийную сигнализацию. Принять меры по немедленному выводу людей из опасной зоны, если имеются пострадавшие, оказать первую доврачебную  медицинскую помощь. Немедленно сообщить по телефону (рации) в пожарную часть 1141 , в мед.пункт 1133, мастеру (нач. участка). Далее действовать в соответствии с планом ликвидации  аварий.

При пожаре сообщить по рации мастеру смены и действовать в соответствии с утвержденной инструкцией 20-03-11-08.

РАБОЧАЯ ИНСТРУКЦИЯ

Узел приема и распределения растворов УГТП

1.Назначение

Узел приема и распределения растворов (УПРР)  предназначен для контроля и учета закачиваемых выщелачивающих растворов на отдельную скважину определенного блока и откачиваемых продуктивных растворов с каждой откачной скважины.

Производственной программой УПРР является распределение и прием растворов с определенного блока выщелачивающих и продуктивных растворов. Контроль и регулировка подачи растворов, отбор проб.

2. Сфера действия:

    Настоящая инструкция распространяется на технологическую службу УГТП и является обязательной к применению.

3.Общие требования безопасности и охраны труда

3.1. К самостоятельной  работе к эксплуатации и безопасному обслуживанию технологического узла закисления допускаются лица в возрасте не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, для определения их пригодности к выполнению обязанностей по этой профессии. Прошедшие инструктаж по ТБ на рабочем месте и сдавшие экзамены на знание настоящей инструкции.

- Проверка знаний по «Правилам» и инструкциям проводится не реже одного раза в 12 месяцев.

- Все вновь принятые, а также переведенные с другой работы перед допуском к работе должны получить на рабочем месте инструктаж по   ОТ, РБ и ООС по утвержденной программе.

4.Характеристика реагентов

Серная кислотаH2SO4 – бесцветная маслянистая жидкость с удельным весом 1,84 г/см3. При попадании на тело вызывает тяжёлые ожоги. Пары кислоты вызывают раздражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация паров в воздухе – 1мг/м3.

При внезапном появлении в воздухе паров кислот, необходимо срочно одеть противогаз марки В или М. При отсутствии противогаза или его неисправности можно кратковременно пользоваться мокрым носовым платком.

При разведении концентрированных кислот необходимо кислоту лить тонкой струёй в воду, при одновременном перемешивании. Лить воду в кислоту категорически запрещается, во избежание выброса. Категорически запрещается эксплуатация оборудования и коммуникаций с пропусками кислот из-за не плотностей или неисправностей

При попадании серной кислоты на тело необходимо сразу же промыть пораженное место обильной струей воды раствором пищевой соды 2% и немедленно обратиться в медпункт.

При попадании серной кислоты в глаза необходимо сразу же промыть  обильной струей воды раствором пищевой соды 0,5% и немедленно обратиться в медпункт.

5. Оборудование

УПРР представляет собой систему обвязки трубопроводов выщелачивающих и продуктивных растворов с необходимой запорной арматурой: поворотными заслонками, шаровыми кранами, регулирующими вентилями, датчиками давления, обратными клапанами , расходомерами и пробоотборниками.

Обвязка и запорная арматура выполнена в коррозионностойком исполнении.

6. Обязанности оператора ГТС

Выщелачивающий раствор из технологического узла закисления поступают в узел приема и распределения растворов, где разводящими трубопроводами распределяется по скважинам.  

Продуктивные растворы, откаченные со скважин, поступают в узел приема далее по магистральному трубопроводу продуктивных растворов поступает в узел переработки продуктивных растворов.

 Оператор ГТС должен:

Хорошо знать назначение, устройство и принцип действия отдельного оборудования и механизмов, а так же схему трубопроводов и запорной арматуры УПРР.

Вести наблюдения за работой обслуживаемого оборудования, регулирования соответствующей арматуры с целью поддержания заданного технологического режима работы УПРР: расход растворов – непрерывно; кислотность растворов – среднесменная проба, давление в трубопроводе - постоянно.

При приеме смены оператор обязан ознакомиться с состоянием, схемой и режимом работы участка путем личного осмотра всего оборудования и коммуникаций, а также узнать от сдающего смену оператора обо всех  замечаниях и неполадках в оборудовании.

По окончании работы оператор обязан привести в порядок инструмент и материалы, используемые в работе, сдать смену принимающему оператору.

При сдаче смены сообщить мастеру и принимающему смену оператору обо всех отклонениях  и замечаниях по работе в течение смены.

 7. Отклонения от нормального режима и методы их устранения.

Вид отклонения от нормального технологического режима

Возможные причины отклонения

Методы устранения отклонения и действия персонала

11.

Не поступает маточный раствор в УПРР

Остановка насоса в центральной насосной станции

Перекрыта запорная арматура на трубопроводе подачи растворов в УПРР

Проверить запорную арматуру

32.

Течь с трубопровода растворов

1.Разрыв трубопровода

2. Непрочное соединение трубопровода

3. Выдавило прокладку

1.Остановить подачу раствора 2.Поменять прокладку

3. Вызвать слесаря ПМО.

43.

Резкое падение давления в трубопроводе ниже рабочего

1. Вышел из строя насос.

2. Забилась линия подачи раствора.

3. Порыв на трубопроводе

  1.  Проверить линию подачи раствора, места возможного порыва, узлы соединений, запорную арматуру

Расходомер не отображает расход растворов на закачной линии

1. Вышел из строя насос.

2. Забилась линия подачи раствора.

3. Не работает расходомер

  1.  Проверить давление в трубопроводе
    1.  Проверить линию подачи растворов
    2.  Проверить визуально  поступает ли раствор в скважину
    3.  Вызвать слесаря КИП и А

Расходомер не отображает расход растворов на откачной  линии

1. Вышел из строя погружной насос.

2. Забилась откачная линия.

3. Не работает расходомер

1.Проверить давление в трубопроводе

2.Проверить линию откачки растворов

3.Вызвать слесаря КИП и А

8. Требования безопасности  и  охраны  труда  в аварийных ситуациях.

При возникновении аварийной ситуации оператор   должен оповестить руководство  согласно утвержденным схемам оповещения.   

Включить аварийную сигнализацию. Принять меры по немедленному выводу людей из опасной зоны, если имеются пострадавшие, оказать первую доврачебную  медицинскую помощь. Немедленно сообщить по телефону (рации) в пожарную часть 1141 , в мед.пункт 1133, мастеру (нач. участка). Далее действовать в соответствии с планом ликвидации  аварий.

При пожаре сообщить по рации мастеру смены и действовать в соответствии с утвержденной инструкцией 20-03-11-08.

3   Мероприятия по охране труда и окружающей среды.

3.1 Основные правила безопасности эксплуатации производства.

Классификация производственных зданий, помещений, наружных установок взрывоопасности, пожароопасности и санитарной характеристике

Таблица № 7

Наименование

производственных

зданий,

помещений,

наружных

установок

Категория

взрывопожарной

и пожарной

опасности

помещений

и зданий

(ЛНТП 24-86)

Классификация внутри и вне

помещений для выбора и установки электрооборудования

(ПУЭ)

Группа производств, процессов по

санитарной

характеристике

по СНИП

2.09.04-87

Класс взрывоопасной

или

пожароопасной

зоны

Категория и группа взрывоопасных

мест

Здание переработки

продуктивных растворов (ЦППР)

II -Д

Помещение с химически

активной средой,II

Не взрывоопасные

Склад приема и хранения серной кислоты

II -Д

Помещение с химически

активной средой,II

Не взрывоопасные

Склад товарного десорбата и пункт дезактивации

II -Д

Помещение с химически

активной средой,II

Не взрывоопасные

Технологическая насосная станция

II -Д

Помещение с химически

активной средой,II

Не взрывоопасные

Пожароопасные и токсичные свойства сырья, полупродуктов, ГП, и отходов производства

Таблица №8

Наименование

сырья,

полупродуктов,

отходов,

ГП и отходов

производства

Класс

опас

ности

ГОСТ

12.10.

07-76

температура

Область

воспламенения,%

объемн.

харак

терис

тика

токсич

ности и

воздейст

вия на

человека

ПДК вредных

вещ-в

в

воздухе

рабочей зоны

произ.

помещений

(ГОСТ 12.1005-88),

мг/м3

вс

пыш

ки

воспла

мене

ния

само

воспла

мене

ния

нижний предел

верх

ний предел

Серная кислота

(концентриров).

2

не взрывоопасное, не горючее вещество

токсичен

1,0

Товарный регенерат

1

не взрывоопасное, не горючее вещество

токсичен

раст.U-

0,015;

H2SO4-

1,0

продуктивный

маточный,

рабочий

раствор

1

не взрывоопасное, не горючее вещество

токсичен

раст.U-

0,015;

H2SO4-

1,0

Ионит

PuroliteA-500.

1

не взрывоопасное, не горючее вещество

токсичен

раст.U-

0,015;

Требования к персоналу

Запрещается приём на работу рудника ПСВ,  лиц моложе 18 лет.

Все рабочие и служащие, поступающие на работу,  подлежат предварительному медицинскому освидетельствованию, а  также в дальнейшем периодическому медицинскому освидетельствованию не реже 1 раза в год.

Все рабочие должны пройти обучение  технике безопасности по утверждённой программе  с обязательной сдачей экзаменов в комиссиях под председательством главного инженера рудника.

К управлению машинами и механизмами, к работе с хим. реагентами и ремонту электрооборудования допускаются только лица, прошедшие специальное обучение, успешно сдавшие экзамены и получившие соответствующее удостоверение.

Основные опасности в производстве.

Химические ожоги концентрированной серной кислотой, регенерирующими растворами, товарным регенератом, выщелачивающим раствором.

Отравление парами (аэрозолями) серной кислоты.

Отравление аэрозолями водорастворимого соединения урана.

Отравление аэрозолями нерастворимого соединения урана.

Поражение электрическим током.

Травмирование от вращающихся механизмов.

Загорание электрооборудования.

Травмирование при нечеткой организации ремонтно-монтажных работ.

Травмирование при разгрузке, складировании, погрузке материалов и сырья.

К числу специфических факторов, оказывающих вредное воздействие, относятся:

- наличие ионизирующего излучения;

- радиоактивный газ радон (продукт распада радия - 226) в атмосфере и дочерние продукты его распада;

- запыленность и загазованность радиоактивными веществами семейства урана, находящимися в атмосфере в виде пыли и аэрозолей.

Наиболее характерными причинами, вызывающими производственный травматизм являются:

нарушение технологического режима;

неправильность эксплуатации оборудования;

неисправность оборудования, инструментов, приспособлений, использование их не по назначению;

работа при выключенной вентиляции;

отсутствие или неисправность защитных ограждений;

загромождение проходов и рабочих мест и их плохая освещенность;

работа без защитных средств и соответствующей специальной одежды;

невнимательность и недисциплинированность работника.

. Обеспечение средствами индивидуальной защиты

Все работники обеспечиваются спецодеждой, индивидуальными средствами индивидуальной защиты по соответствующей номенклатуре согласно утвержденных норм СУОТ, бытовыми помещениями, расположенными в административно-бытовом комплексе (АБК). В состав АБК входят: помещение для чистой одежды, спец. одежды, душевые, столовая, прачечная, помещение дозиметрического контроля и ряд других помещений.

    На складе приема и хранения серной кислоты, складе десорбата и дезактивации, в здании переработки продуктивных растворов, имеется по комплекту защитных средств, включающий фильтрующие противогазы марки «М»

Основные правила безопасной работы с серной кислотой и ее растворами.

Пожаро - и взрывобезопасна. Пары токсичны. ПДК паров в воздухе рабочей зоны - 1 мг/л. При попадании на кожу вызывает сильные ожоги. При попадании в глаза может вызвать потерю зрения. Вдыхание концентрированных паров может привести к потере сознания и тяжёлому поражению лёгочной ткани.

При попадании серной кислоты на кожный покров, необходимо немедленно промыть поражённый участок обильным количеством проточной воды, обработать 5 % раствором пищевой соды, доставить пострадавшего в медицинский пункт.

При попадании серной кислоты в глаза, необходимо немедленно промыть глаза обильным количеством проточной воды, промыть глаза 0,5 % раствором пищевой соды, доставить пострадавшего в медицинский пункт.

Таблица  9 - Основные свойства хим. реагентов по пожароопасности и токсичности

Наименование

сырья,

реагентов,

продукции

Класс

опас-ности

Степень опасности

Характеристика

токсичности

(воздействие на

человека)

ПДК

раб.

зоны

ГОСТ

12.1.005-88

1

2

3

4

5

Серная кислота.

II

Пожаро-взрывобезопасна.

При попадании на кожу вызывает сильные ожоги. При попадании в глаза может вызвать потерю зрения. Вдыхание паров может привести к тяжелому поражению легочной ткани.

Токсична.

1,0 мг/м3

3.2 Противопожарные мероприятия

Территория участка должна постоянно содержаться в чистоте и систематически очищаться от отходов производства. Металлолом, промасленные обтирочные материалы и производственные отходы должны храниться в металлической таре в специально отведенных местах.

Ко всем зданиям и сооружениям участка должен быть обеспечен свободный допуск. Проезды и подъезды к зданиям, а также подступы к пожарному инвентарю и оборудованию должны быть всегда свободными.

О закрытии отдельных дорог, препятствующим проезду пожарных машин, необходимо немедленно уведомить пожарную охрану.  

На территории склада хранения концентрированной серной кислоты применение открытого огня (костры, факелы) категорически запрещается.

19.2 Содержание  производственных и иных помещений участка.

На всех производственных и иные помещениях участка должны своевременно производить уборку и содержать  в чистоте.

Проходы, выходы, коридоры, тамбуры, лестницы не разрешается загромождать различными предметами и оборудованием. Все двери эвакуационных выходов должны открываться.  

В производственных и административных помещениях запрещается:

1.  хранить легковоспламеняющиеся веществ (бензин, керосин, растворители и т.п);           

2. разбрасывать промасленные обтирочные и другие материалы; их  необходимо убирать в металлические ящики с плотно закрывающимися крышками и по окончании смены удалять из производственных помещений;

3. производить работ с применением открытого огня (электрогазосварочные                      работы, работы с паяльной лампой и др),  без разрешения начальника участка и                      санкции инспектора по ПБ;

4.  использовать пожарный инвентарь на хозяйственные нужды;

5. сушить спецодежду и другие горючие материалы на трубопроводах отопления;             

6.  оставлять после окончания работы, включенные в электросеть нагревательныеи осветительные приборы;

7.  курение на участке допускается в специально отведенных местах (по согласованию с инспектором по ПБ),  оборудованных для окурков емкостями с водой. В этих   местах должны быть вывешены надписи «Место для курения»;

8.  использовать для отопления производственных и административных помещений самодельные электропечи.

19.3   Порядок действий работников участка при возгорании.

 Каждый рабочий или служащий, обнаруживший пожар или возгорание обязан:  

        9. немедленно сообщить мастеру смены, начальнику участка (зам. начальника участка) .

10.приступить к тушению очага пожара,  имеющимися средствами  пожаротушения (огнетушители, внутренний пожарный кран, шланги для воды);

11.  принять меры по вызову к месту пожара начальника цеха, энергетика или мастера;  

12.  произвести аварийную остановку процесса согласно рабочей инструкции;

        13.  организовать при необходимости отключение электроэнергии.                                                                   

14.  действовать согласно распоряжений руководителя тушения пожара.

3.3Источники загрязнения

Специфической особенностью решения проблем охраны окружающей среды на месторождении является то, что к общему решению задач по охране земель, недр, вод, атмосферы добавляется необходимость решения задач по обеспечению радиационной безопасности окружающей среды.

Урановое оруденение локализуется на глубине порядка 70-120метров и радиоактивного влияния на поверхность при этом не оказывает. Проведенная радиометрическая съемка поверхности показала, что на месте расположения полигона ПСВ месте, интенсивность гамма дозы не превышает 20мкр/час.

           Даже в случае безупречного скважинного подземного способа добычи урана и правильного управления отходами переработки может иметь место опасность возникновения риска внешнего и внутреннего воздействия любого уровня.

В процессе ПСВ урана на месторождении возможно случайное растекание растворов, сопровождающееся загрязнением поверхности. Недолговременное пребывание персонала на таких участках особой опасности не представляет.

Приотработке месторождения способом скважинного подземного выщелачивания образуются газообразные радиоактивные вещества (радон-222), жидкие и твёрдые отходы, содержащие естественные радиоактивные изотопы (радий, уран).

Технология скважинного ПВ урана из недр связана с извлечением на поверхность лишь небольшого количества горнорудной массы при подготовке эксплутационных блоков к отработке,  и является практически  безотходным производством.

В местах пролива растворов поверхность земли может загрязняться сульфатами и естественными радионуклидами уран-радиевого ряда.

При правильном ведении процесса ПСВ, создании оборотной системы водоснабжения, поверхность практически не загрязняется, что приводит к минимальным затратам на рекультивацию.

-Основные виды радиационного и химического загрязнения:

Внешнее гамма-излучение.

Загрязнение воздуха радионуклидами и их поступление в организм.

Загрязнение воздуха токсичными химическими веществами

Загрязнение рабочих поверхностей оборудования, зданий и сооружений радионуклидами.

Загрязнение почвы полигонов и территории цеха переработки продуктивных растворов.

Загрязнения вод.

В целях предотвращения указанных выше загрязнений и снижения их влияния на окружающую среду предусмотрены следующие мероприятия.

По пункту 1:

- оповещение персонала о наличии зон, где предполагается проявление радиоактивности;

- вывешивание предупредительных и информационных знаков по контуру рабочей зоны;

- проведение 1 раз в полугодие гамма-съёмки территории полигона технологических скважин и ежемесячной гамма-съёмки в УППР.

По пункту 2:

- использование системы местной вентиляции с улавливанием аэрозолей в аппарате АСГБ здания УППР;

- замеры загрязнённости долгоживущими радиоактивными аэрозолями на участках сорбции с периодичностью один раз в месяц

- ежемесячный контроль за герметичностью технологических трубопроводов полигона ПСВ.

По пункту 3:

- выбор специальных нержавеющих сталей для оборудования, стойких к воздействию используемых технологических растворов;

- организация местных отсосов со всего технологического оборудования.

По пункту 4:

- организация ежесменной гидроуборки рабочих зон;

- дезактивация оборудования и трубопроводов, выводимых в ремонт или подлежащих захоронению;

- максимальная автоматизация технологических процессов.

По пункту 5:

- ежесменный контроль проливов и течей производится не только визуально при регулярных осмотрах оборудования и трубопроводов,  но и средствами автоматики;

- периодическая дезактивация почвы полигона, территории УППР и пром. площадки по мере выявления повышенных очагов загрязнения с отправкой твёрдых слаборадиоактивных отходов на участок временного хранения  твёрдых слаборадиоактивных отходов рудника ПСВ.

По пункту 6:

- перед сдачей в эксплуатацию каждая скважина проверяется на целостность обсадной колонны;

- проведение ежеквартального контроля целостности обсадной колонны каждой скважины;

- бурение наблюдательных скважин вокруг технологических полей;

- проведение ежеквартального комплексного опробования наблюдательных скважин, расположенных на вероятных путях растекания технологических растворов;

- ежеквартальный замер пьезометрических уровней в наблюдательных скважинах;

- оперативный контроль и управление процессом выщелачивания посредством регулирования расхода ВР по блокам и скважинам и концентрации серной кислоты в ВР;

- использование в качестве буферных ёмкостей ПР и ВР пескоотстойников с системой контроля за состоянием противофильтрационного экрана, выполненного из кислотостойких материалов, а также наличием  резервного пескоотстойника, используемого в аварийных ситуациях как накопитель и испаритель, связанных с дебалансом растворов ПР и ВР.

Отходы производства:

Газообразные сбросы в атмосферу

Газообразные сбросы вентиляционных систем от оборудования и обменной вентиляции содержат концентрации ВХВ на уровне и ниже ПДК, что позволяет сбрасывать их в атмосферу без очистки.

Жидкие отходы

Замкнутая схема движения потоков на перерабатывающем комплексе и низкие удельные расходы применяемых реагентов позволяют избежать появления дебалансовых объёмов технологических растворов и исключить из схемы организованные жидкие и твёрдые сбросы вредных химических  веществ, негативно влияющих на окружающую среду.

Прочие жидкие отходы представлены двумя типами:

- хоз.фекальные сточные воды ;

- ливневые и талые воды.

На пром. площадке хоз. фекальные сточные воды отводятся самотёком в очистные сооружения.

Ливневые и талые воды с кровли зданий отводятся непосредственно на отмостку зданий и далее по спланированной поверхности на естественную поверхность.

Твёрдые слаборадиоактивные и токсичные химические отходы

В процессе работ по ПСВ урана на месторождении твёрдые слаборадиоактивные отходы будут представлены в основном:

- песками и илами, поступающими с продуктивными растворами;

- крошкой и боем ионообменной смолы.

К обычным твёрдым отходам относятся:

- использованные материалы, оборудование и запасные части к нему;

- строительный мусор;

- обёрточные материалы и бытовой мусор.

Данные отходы после проверки на  радиоактивное загрязнение будут вывозиться в соответствующие разрешенные места хранения и переработки отходов.

В технологической схеме переработки продуктивных растворов не образуется твердых отходов. Жидкие отходы, представляющие собой маточники  сорбции, и содержащие уран в концентрации до 3мг/л, направляются частично на приготовление десорбирующего раствора, а основной объем направляется в карту

ВР и после доукрепления серной кислотой вновь используется в качестве выщелачивающего раствора. Маточники донасыщения,  содержащие уран в концентрации 50-500мг/л объединяются с продуктивными растворами и поступают на передел сорбции в колонны СНК-3м. Все технологические разливы, а также растворы после замывки оборудования дренажным насосом расположенным на отметке 0.00 УППР откачиваются в карту ВР и используются в дальнейшем как указано выше. Сброс жидких стоков в окружающую среду  отсутствует.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Используемый Казатомпромом метод подземного скважинного выщелачивания (ПВ) оказывает минимальное отрицательное воздействие на окружающую среду, что подтверждено многолетними исследованиями. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) признает данную технологию как самый экологически чистый и безопасный способ отработки месторождений.

Подземное скважинное выщелачивание является способом разработки рудных месторождений песчаникового типа без поднятия руды на поверхность путем избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. При этом урансодержащая руда остается под землей в отличие от традиционных методов добычи (шахтный и карьерный), требующих значительных затрат на рекультивацию, в связи с чем данный метод ПСВ отличается высокой экологической безопасностью, низкими затратами и упрощенностью технологических операций.

Казатомпром имеет богатый непревзойденный опыт применения сернокислотного выщелачивания урана на территории Северо-Казахстанской области.

Метод ПВ – это процесс замкнутого цикла, включающий в себя следующие основные стадии:

1.   Бурение скважин, установка технического оборудования и сооружение технологического полигона:

В зависимости от конфигурации ураново-рудного тела могут использоваться 2 различных типов вскрытия  полигонов: линейный или гексагональный.

2.   Подача через закачные скважины раствора серной кислоты слабой концентрации в рудоносный горизонт.

Большинство месторождений Северо-Казахстанской области имеет верхний и нижний водоупор из глинистых пород, что позволяет концентрирование выщелачивания только в зоне оруденения.

3.   Основной процесс выщелачивания происходит под землей, где уран переходит в так называемый продуктивный раствор.

4.   Продуктивный раствор поднимается на поверхность и проходит процесс сорбции и десорбции в ионообменных колоннах. Затем из товарного десорбата происходит осаждение и сушка урана до получения желтого кека.

Рудник ПВ, с перерабатывающим комплексом, к примеру, на 500 тонн природного урана в год, уместился бы на четверти типичного гидрометаллургического завода такой же мощности.

5.   Желтыйкек перерабатывается в закись-окись урана на одном из трех аффинажных заводах Казатомпром.

6.   В будущем, все уранодобывающие предприятия планируют выпускать конечный продукт в виде уранового концентрата качества ASTM на местах добычи.

В отличие от добычи урана карьерным или шахтным методом при разработке месторождения методом ПВ отпадает необходимость строительства хвоста  хранилищ для хранения отходов c высоким уровнем радиации.

Однозначно установлено, что природная гидрогеохимическая среда на урановых месторождениях Северного Казахстана обладает уникальной способностью к самовосстановлению от техногенного воздействия. За счет постепенного восстановления естественных окислительно-восстановительных условий происходит хоть и медленный, но необратимый процесс рекультивации подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов. Казатомпром также разработал метод значительной интенсификации этого процесса, ускоряющий рекультивацию в десятки раз.

Примером естественной деминерализации остаточных растворов может служить результат 13-летних наблюдений, проведенных на месторождении Ирколь.

Таким образом, метод подземного скважинного выщелачивания, применяемый в Южном Казахстане, является без преувеличения самым экономичным и экологически безопасным методом добычи из всех известных.

Общая себестоимость на предприятиях ПСВ в 3-6 раз ниже ее себестоимости на предприятиях с традиционным горным способом добычи урана.

  1.  СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Инструкция (методические указания) по подземному скважинному выщелачиванию урана. Национальная атомная компания «КАЗАТОМПРОМ». Алматы, 2006 г.

Добыча металлов способом выщелачивания. В.П. Новик-Качан, Н.В. Губкин,            Д.Т. Десятников, Н.И. Чесноков. Министерство цветной металлургии СССР.

Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием. А.И. Калабин. Атомиздат, Москва, 1969 г.

Основное оборудование для производства урана. А.Менлибаев, А.М. Интыкбаев, Б.О. Дуйсебаев. Издательство «Бастау». Алматы, 2004 г.

Справочник молодого аппаратчика-химика. В.К. Гусев, А.А. Черспанов. Химия. Москва, 1991 г.

Уранодобывающая промышленность и окружающая среда. Мосинец В.Н., Грязнов М.В., Энергоиздат, Москва, 1983 г.

Гидрогеологические прогнозы качества подземных вод. Гольдберг В.М., Недра, Москва, 1976 г.

Правила промышленной безопасности при разработке рудных месторождений способами подземного скважинного и кучного выщелачивания.

  1.  Абрамов А.А.  Переработка, обогащение и комплексные использование жидких полезных ископаемых:Учебник для вузов. В 2-х т.Т

ɪ.Обогатительные процессы и аппараты:-М.: Издательство МГГУ, 2003---470с,-- Т. ɪɪ. Технология обогащения полезных ископаемых.- М.: Издательство МГГУ, 2004.---510с.

  1.  Справочник.Технологическая оценка минерального сырья.В 4-х книгах/Под ред. П.Е. Остапенко.-М.:Недра, 1990-1991
  2.  Справочное пособие.Техника и технология обогащения урана/ Под ред. Акад. В.А. Чантурия.—М.:Наука, 1999.- 622с.
  3.  Черняк А.С Химическое обогащение урана.М.:Недра, 1987.-223с.
  4.  Чуянов Г.Г. Сорбционное и дисорбционное о охрана окружающей среды –М.:Недра, 1087.-223с
  5.  Бобков А.С. Блинов А.А. И др. «Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности»  М.: Химия 1998
  6.  Кривцов Б.С. Руднев А.П. «Техника безопасности и противопожарная защита на обогатительных фабриках» М.: 1973
  7.  Моршинин В.М. «Охрана труда на обогатительных фабриках» М.: Недра 1986
  8.  Цыпин Е.Ф., Морозов Ю.П, Козин В.З. Моделирование процессов схем. Учебник,- Екатеренбург: Издательство Уральского университета,1996-368с.
  9.  Полкин С.И. Метод подземного выщелачивания.-М:Недра,1987
  10.  Егоров В.Л. Схемы сорбции и десорбции колон. Издательство АГН,1997 421с.
  11.  Бедрань Н.Г, Скоробогатова Л.М. Метод ПСВ и безопасное извлечение урана-М.: Альтекс,2003.-303с.

2.1 Расчет геотехнологических параметров.

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 (МЭ) - 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

hрасстояние 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 ha - 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 ;

На- 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.;

Кф- 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 (МЭ) 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;

Мэ- эффективная мощность рудовмещающего водоносного горизонта, м;

- 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 QВР - 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/ТВР - отношение массы выщелачивающего раствора к горнорудной массе и Ж/ТПР - отношение массы продуктивного раствора к горнорудной массе. При соблюдении баланса растворов эти величины равны, Ж/ТВР = Ж/ТПР. ПринятоЖ/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 () – количество извлеченного из недр полезного компонента, выраженное в % относительно исходных запасов.

, %

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

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

СK.ВР и СK.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:

QК(100%)  = QК(92.5%) 0.925, кг

QК(92.5%) = QК(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   QК - суммарная количество поданной в блок кислоты, кг;

ГРМ - горнорудная масса блока, т.

РU - суммарное количество добытого урана из блока, кг.

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

, кг

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

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

, г/л

1Гетерогенный -


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1173. Роль и значение полиграфии в системе рыночной экономии 29.5 KB
  Промышленность является фундаментом для общественного производства продукции и основой для развития экономических субъектов рыночной экономики. Промышленность характеризуется отраслевой структурой, на которую оказывают влияние следующие факторы: развитие научно-технического прогресса.
1174. Предприятие – основное звено экономики 27.5 KB
  Коммерческие и некоммерческие предприятия. Полная совместная субсидиарная имущественная ответственность всех участников предприятия.
1175. Характеристика основного капитала 90.5 KB
  Отличительной особенностью основных фондов является их многократное использование в производственном процессе, где они подолгу не изменяют своего внешнего вида.
1176. Характеристика оборотного капитала 53.5 KB
  Оборотные производственные фонды, состоящие из производственных запасов (материалы, комплектующие, тара, запчасти), незавершенного производства, расходов будущих периодов и готовой продукции. Оборотные фонды, участвующие в сфере обращения. Они называются фондами обращения (денежные средства).
1177. Организация фонда оплаты труда на предприятии 33.5 KB
  Тарифная система, которая помогает качественно измерить труд работника различной квалификации и соответственно регулировать его зарплату. Нормирование труда, которое позволяет определить норму времени на выполнение определенной работы в конкретных организационно-технических условиях. Формы и системы оплаты труда, позволяющие рассчитать з/п работников предприятия.
1178. Нормирование труда 34.5 KB
  Экологическое обоснование, под которым понимается рациональное использование фонда рабочего времени. Физиологическое обоснование, под которым понимается обоснование норм времени с точки зрения напряженности, монотонности, температуры, освещения и т.д. выполняемой работы. Социальное обоснование, под которым понимается поддержание в рабочем творческого начала с помощью материальных и моральных символов.
1179. Формы и системы оплаты труда 81 KB
  Сдельная форма оплаты труда. Сдельно-премиальная система. Повременная форма оплаты труда. Бестарифная форма заработка сотрудников предприятия.
1180. Понятие о себестоимости продукции 48 KB
  Выявление и рациональное использование внутрипроизводственных резервов предприятия. Расчет затрат на выпуск производственной программы. Расчет (калькуляция) по всей номенклатуре выпускаемой продукции.
1181. Понятие о ценообразовании 63.5 KB
  Дифференциация по структуре ценообразования. Учет всех затрат, связанных с производством и сбытом продукции. Возмещение этих затрат. Гибкость цен. Основные принципы ценообразования.