gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2021-3-158-169gscience-287Research ArticleBENEFICIATION AND PROCESSING OF NATURAL AND TECHNOGENIC RAW MATERIALSОБОГАЩЕНИЕ, ПЕРЕРАБОТКА МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯProspects for selective-and-advanced recovery of rhenium from pregnant solutions of in-situ leaching of uranium ores at Dobrovolnoye depositПерспективы селективно-опережающего извлечения рения из продуктивных растворов подземного выщелачивания урановых руд месторождения ДобровольноеРуденкоА. А.RudenkoA. A.

Алексей Анатольевич Руденко – кандидат геолого-минералогических наук, заместитель начальника отдела анализа и экспертиз

г. Москва

Alexey A. Rudenko – Cand. Sci. (Geol. and Min.), Deputy Head of the Analysis and Expertise Department

Moscow

Rudall2007@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5523-0247ТрошкинаИ. Д.TroshkinaI. D.

Ирина Дмитриевна Трошкина – доктор технических наук, профессор, кафедра «Технология редких элементов и наноматериалов на их основе»

Scopus ID 6603490618

г. Москва

Irina D. Troshkina – Dr. Sci (Eng.), Professor, Department of Technology of Rare Elements and Nanomaterials Based on Them

Scopus ID 6603490618

Moscow

tid@muctr.ruДанилейкоВ. В.DanileykoV. V.

Владимир Васильевич Данилейко – доктор технических наук, директор по специальным проектам

г. Москва

Vladimir V. Danileyko – Dr. Sci (Eng.), Director for Special Projects

Moscow

danileykovv@gmail.comБарабановО. С.BarabanovO. S.

Олег Станиславович Барабанов – кандидат экономических наук, первый заместитель генерального директора

г. Москва

Oleg S. Barabanov – Cand. Sci. (Econ.), First Deputy General Director

Moscow

OleStBarabanov@armz.ruВацураФ. Я.VatsuraF. Ya.

Федор Ярославович Вацура – аспирант, кафедра «Технология редких элементов и наноматериалов на их основе»

Scopus ID 57200650509

г. Москва

Fedor Ya. Vatsura – PhD student, Department of Technology of Rare Elements and Nanomaterials Based on Them

Scopus ID 57200650509

Moscow

 

fedotik_r2s@mail.ruАО «РУСБУРМАШ»РоссияJSC “RUSBURMASH”Russian FederationРоссийский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева (РХТУ им. Д. И. Менделеева)РоссияMendeleev University of Chemical Technology of RussiaRussian FederationАО «Атомредметзолото»РоссияJSC ARMZ (Atomredmetzoloto Uranium Holding Co., the Rosatom’s mining division)Russian Federation20211310202163158169Copyright © Rudenko A.A., Troshkina I.D., Danileyko V.V., Barabanov O.S., Vatsura F.Y., 20212021Руденко А.А., Трошкина И.Д., Данилейко В.В., Барабанов О.С., Вацура Ф.Я.Rudenko A.A., Troshkina I.D., Danileyko V.V., Barabanov O.S., Vatsura F.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/287

Analysis of exploration materials and market conditions showed that by-product recovery of rhenium, one of the rarest strategic elements of the periodic system, was not always effective in processing the whole volume of pregnant uranium-bearing solutions. The main goal of the research was to develop an effective method for recovery rhenium from pregnant solutions in in-situ uranium leaching. The objectives of the research were as follows: evaluation of the possibility of selective-and-advanced recovery of rhenium from ores by in-situ leaching method and comparison of the technological advantages of the new proposed method with the known ones. The study involved the analysis of historical geological, mineralogical and geochemical information on the Dobrovolnoye deposit and analysis of technological aspects of by-product recovery of rhenium in the world practice. A selective-and-advanced scheme of rhenium recovery from pregnant uranium-bearing sulfate (sulfuric acid) solutions of the Dobrovolnoye deposit ISL (Russia) using mobile installations was proposed. The process has the following features: zoning of production blocks when constructing injection and extraction (pumping) wells; piping of selective extraction wells into a separate collecting pipe; implementation of advanced rhenium sorption. The process implementation makes it possible to obtain rhenium from economically viable areas of the uranium deposit. The mobile installation includes the following main units: a filter for purification (aftertreatment) to remove suspension, a chain of sorption apparatuses (sorption filters or columns), connecting fittings, control and measuring instruments. The sorption apparatuses are filled with rhenium-selective ionite (ion exchanger). As a selective sorbent for the primary concentration of rhenium from sulfate solutions (pH 2), weakly basic nitrogen-bearing ionites containing amine functional groups of various types can be used. If further concentration of rhenium is required, in order to unify the equipment used, materials with a mobile extractant phase (so-called TVEXs (solid extractants or Levextrel resins in English literature) and so-called “impregnated” or “impregnates”), such as TVEX-DIDA containing diisododecyl amine, or TAA-impregnate containing trialkylamine, can be used. Rhenium desorption from these materials is carried out by an ammonia solution, which allows producing rough ammonium perrhenate from the eluate. Economic aspects of the rhenium selective-andadvanced technology were evaluated. Implementation of the recovery selective-and-advanced technology allows obtaining rhenium from economically-viable areas of the uranium deposit.

Анализ геологоразведочных материалов и рыночной конъюнктуры показал, что попутное извлечение одного из самых редких стратегических элементов периодической системы – рения – не всегда эффективно при переработке всего объема продуктивных урансодержащих растворов. Основная цель исследований – разработка эффективного способа извлечения рения из продуктивных растворов при скважинном подземном выщелачивании урана. Задачами исследований являлись: оценка возможности селективно-опережающего извлечения рения из руд способом скважинного подземного выщелачивания и сопоставление технологических преимуществ нового предлагаемого способа с известными. В работе использован анализ геологической, минералого-геохимической информации предыдущих лет изучения месторождения Добровольное и анализ технологических аспектов попутной добычи рения в мировой практике. Предложена селективно-опережающая схема извлечения рения из продуктивных сернокислых урановых растворов подземного выщелачивания урановых руд месторождения Добровольное (Курганская область, Россия) с использованием мобильных установок. Технология имеет следующие отличия: зонирование эксплуатационных блоков при сооружении закачных и откачных скважин; обвязку откачных селективных скважин в отдельный коллектор; осуществление опережающей сорбции рения. Ее осуществление дает возможность получать рений из экономически выгодных участков месторождения урана. Мобильная установка включает следующие основные узлы: фильтр для очистки (доочистки) от взвесей, каскад сорбционных аппаратов (сорбционных фильтров или колонн), соединительную арматуру, контрольно-измерительные приборы. Сорбционные аппараты заполняются селективным на рений ионитом. В качестве селективного сорбента для первичного концентрирования рения из сернокислых растворов (рН 2) могут быть использованы слабоосновные азотсодержащие иониты, содержащие функциональные группы аминов различного типа. При необходимости дальнейшего концентрирования рения с целью унификации используемого оборудования можно применить материалы с подвижной фазой экстрагента (твэксы или импрегнаты), например, ТВЭКС-ДИДА, содержащий диизододециламин, или импрегнат-ТАА, содержащий триалкиламин. Десорбция рения с этих материалов осуществляется раствором аммиака, что позволяет получить из элюата черновой перренат аммония. Оценены экономические аспекты селективно-опережающей технологии рения. Реализация технологии селективно-опережающего извлечения дает возможность получать рений из экономически выгодных участков месторождения урана.

уранскважинное выщелачиваниеКурганская областьренийсерная кислотасхема извлечениядобычной блокдифференциацияоптимизацияпродуктивностьселективностьuraniumin-situ leachingKurgan regionrheniumsulfuric acidrecovery schemeproduction blockdifferentiationoptimizationproductivityselectivityReferencesАкимова И. Д., Бабкин А. С., Иванов А. Г. и др.; Солодов И.Н. (ред.) Геотехнология урана (российский опыт). М.: АРМЗ; 2017. 541 с.Akimova I. D., Babkin A. S., Ivanov A. G. et al.; Solodov I. N. (ed.). Uranium geotechnology (Russian experience). Мoscow: ARMZ; 2017. 541 p. (In Russ.)Кисляков Я. М., Машковцев Г. А., Мигута А. К. и др. Уран. Справочник. М.: ЗАО «Геоинформмарк»; 1997. 70 с.Kislyakov Ya. M., Mashkovtsev G. A., Miguta A. K. et al. Uranium. Handbook. Мoscow: CJSC Geoinformmark Publ.; 1997. 70 p. (In Russ.)Лебедев В. М. Ядерный топливный цикл: Технологии, безопасность, экономика. М.: Энергоатомиздат; 2005. 316 с.Lebedev V. М. Nuclear fuel cycle: Technologies, Safety, Economy. Мoscow: Energoatomizdat Publ.; 2005. 316 p. (In Russ.)Палант А. А., Трошкина И. Д., Чекмарев А. М., Костылев А. И. Технология рения. М.: ООО «Галлея-Принт»; 2015. 329 с.Palant A. A., Troshkina I. D., Chekmarev A. M., Kostylev A. I. Technology of Rhenium. Мoscow: Galleya-Print LLC Publ.; 2015. 329 p. (In Russ.)Каблов Е. Н., Бондаренко Ю. А., Колодяжный М. Ю., Сурова В. А., Нарский А. Р. Перспективы создания высокотемпературных жаропрочных сплавов на основе тугоплавких матриц и естественных ком- позитов. Вопросы материаловедения. 2020;(4):64–78. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2020-104-4-64-78Kablov E. N., Bondarenko Yu. A., Kolodyazhny M. Yu., Surova V. A., Narsky A. R. Prospects for the creation of high-temperature heatresistant alloys based on refractory matrices and natural composites. Voprosy Materialovedeniya. 2020;(4):64–78. (In Russ.) https://doi.org/10.22349/1994-6716-2020-104-4-64-78Петрушин Н. В., Оспенникова О. Г., Елютин Е. С. Рений в монокристаллических жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газотурбинных двигателей. Авиационные материалы и технологии. 2014;(S5):5–16.Petrushin N. V., Ospennikova O. G., Elyutin E. S. Rhenium in single crystal nickel-based superalloys for gas turbine engine blades. Aviatsionnye Materialy and Tekhnologii. (In Russ.). 2014;(S5):5–16.Каблов Е. Н., Карпов Ю. А., Титов В. И., Карфидова Е. Н., Кудрявцева Г. С., Гундобин Н. В. Определение рения и рутения в наноструктурированных жаропрочных никелевых сплавах для авиационно-космической техники. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014;80(1):6–12. URL: http://old-zldm.ru/upload/iblock/820/1028686120148001006.pdfKablov E. N., Karpov Yu. A., Titov V. I., Karfidova E. N., Kudryavtseva G. S., Gundobin N. V. Determination of Rhenium and Ruthenium in Nanostructured Heat-Resistant Nickel Alloys for Aerospace Equipment. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika. 2014;80(1):6–12. (In Russ.). URL: http://old-zldm.ru/upload/iblock/820/1028686120148001006.pdfЛузановский А. Г., Турамурадов И. Б., Туресебеков А. Х. Перспективные особенности добычи рения и осмия из золото-урановых руд и горючих сланцев Кызылкумов. Горный вестник Узбекистана. 2007;(1):31–33. URL: http://gorniyvestnik.uz/assets/uploads/pdf/2007-yanvar-mart.pdfLuzanovsky A. G., Turamuradov I. B., Turesebekov A. Kh. Prospective features of rhenium and osmium extraction from gold-uranium ores and oil shale of Kyzyl Kum. Gorniy Vestnik Uzbekistana. 2007;(1):31–33. (In Russ.). URL: http://gorniyvestnik.uz/assets/uploads/pdf/2007-yanvar-mart.pdfКаримов Х. К., Бобоноров Н. С. и др. Учкудукский тип урановых месторождений Республики Узбекистан. Ташкент: «ФАН»; 1996. 336 с.Karimov Kh. K., Bobonorov N. S. et al. Uchkuduk type uranium deposits of the Republic of Uzbekistan. Tashkent: FAN Publ., 1996. 336 p. (In Russ.).Левченко Е. Н., Быховский Л. З., Спиридонов И. Г., Ключарев Д. С. Особенности учета запасов редких металлов. Разведка и охрана недр. 2019;(1):45–51.Levchenko E. N., Bykhovskiy L. Z., Spiridonov I. G., Klyucharev D. S. Features of accounting rare metal reserves. Razvedka i Okhrana Nedr. 2019;(1):45–51. (In Russ.)Лаверов Н. П., Абдульманов И. Г., Бровин К. Г. и др. Подземное выщелачивание полиэлементных руд. М.: Изд-во Акад. горн. Наук; 1998. 446 с.Laverov N. P., Abdulmanov I. G., Brovin K. G. et al. Underground leaching of polyelement ores. Мoscow: Publishing house of Academy of Mining Sciences; 1998. 446 p. (In Russ.)Ортиков И. С., Небера В. П. Извлечение рения из растворов выщелачивания урана в Кызылкумской провинции. Цветные металлы. 2010;(3):78–83.Ortikov I. S., Nebera V. P. Recovery of rhenium from uranium leach solutions in Kyzylkum province. Tsvetnye Metally. 2010;(3):78–83. (In Russ.).Волков В. П., Мещеряков Н. М., Никитин Н. В., Михайленко М. А. Промышленный опыт сорбционного извлечения рения из оборотных растворов подземного выщелачивания урана. Цветные металлы. 2012;(7):64–67.Volkov V. P., Meshcheryakov N. M., Nikitin N. V., Mikhaylenko M. A. Industrial experience of sorptive extraction of rhenium from the circulating leach solutions of uranium. Tsvetnye Metally. 2012;(7):64–67. (In Russ.).Шарафутдинов У. З., Курбанов М. А., Аликулов Ш. Ш., Ганиева Д. С. Исследование сорбционных свойств анионитов при совместной сорбции урана и рения в процессе подземного выщелачивания урана. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(3-1):136–146. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_31_0_136Sharafutdinov U. Z., Kurbanov M. A., Alikulov Sh. Sh., Ganieva D. S. Adsorption properties of anion-exchange resins in joint uranium and rhenium sorption during in-situ uranium leaching. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021;(3-1):136–146. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_31_0_136Волков В. П., Михин О. А., Першин М. Е. Промышленный опыт извлечения рения из урансодержащих растворов ПВ с получением чистых солей перрената аммония. В: Актуальные проблемы урановой промышленности. V Междунар. науч.-практ. конф. Сб. науч. работ. Алматы: ТОО «Vivapromotion»; 2008. С. 353.Volkov V. P., Mikhin O. A., Pershin M. E. Commercial experience of rhenium recovery from ISL uranium-containing solutions with producing pure salts of ammonium perrhenate. In: Actual problems of uranium industry. Proceedings of the V International Scientific-Practical Conference. Almaty: Viva-Promotion LLP Publ.; 2008. P. 353Volkov V. P., Mescheryakov N. M. Sorptive recovery of rhenium from circulating solutions of uranium in situ leaching operation at Navoi GMK, Uzbekistan. In: 7th Int. Symp. on Technetium and Rhenium – Science and Utilization (ISTR-2011). 04-08 July 2011. Moscow: Publishing House Granitsa; 2011. P. 107.Volkov V. P., Mescheryakov N. M. Sorptive recovery of rhenium from circulating solutions of uranium in situ leaching operation at Navoi GMK, Uzbekistan. In: 7th Int. Symp. on Technetium and Rhenium – Science and Utilization (ISTR-2011). 04–08 July 2011. Moscow: Publishing House Granitsa; 2011. P. 107.Санакулов К. С., Петухов О. Ф., Курбанов М. А. Исследование и разработка комбинированной технологической схемы извлечения рения из руд при подземном выщелачивании. Горный журнал. 2018;(9):69–73. https://doi.org/10.17580/gzh.2018.09.10Sanakulov K. S., Petukhov O. F., Kurbanov M. A. Investigation and development of hybrid recovery of rhenium during in-situ ore leaching. Gornyi Zhurnal. 2018;(9):69–73. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/gzh.2018.09.10Загородняя А. Н., Абишева З. С., Пономарева Е. И., Боброва В. В. Комбинированная сорбционно-экстракционно-электродиализная технология получения перрената аммония из урансодержащих растворов. Цветные металлы. 2010;(8):59–62.Zagorodnaya A. N., Abisheva Z. S., Ponomareva E. I., Bobrova V. V. Combined sorption-extractionelectrodialysis process for producing ammonium perrhenate from uranium-containing solutions. Tsvetnye Metally. 2010;(8):59–62. (In Russ.)Zagorodnyaya A. N., Abisheva Z. S., Sharipova A. S., Sadykanova S. E., Bochevskaya Ye. G., Atanova O. V. Sorption of rhenium and uranium by strong base anion exchange resin from solutions with different anion composition. Hydrometallurgy. 2013;(131–132):127–132. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2012.11.003Zagorodnyaya A. N., Abisheva Z. S., Sharipova A. S., Sadykanova S. E., Bochevskaya Ye. G., Atanova O. V. Sorption of rhenium and uranium by strong base anion exchange resin from solutions with different anion composition. Hydrometallurgy. 2013;(131–132):127–132. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2012.11.003Белецкий В. И., Богатков Л. К., Волков Н. И. и др.; Скороваров Д.И. (ред.) Справочник по геотехнологии урана. М.: Энергоатомиздат; 1997. 672 с.Beletsky V. I., Bogatkov L. K., Volkov N. I. et al.; Skorovarov D. I. (ed.). Handbook of Uranium Geotechnology. Мoscow: Energoatomizdat Publ.; 1997. 672 p.Нестеров Ю. В. Иониты и ионный обмен. Сорбционная технология при добыче урана и других металлов методов подземного выщелачивания. М.: ООО «Юникорн-Издат»; 2007. С. 204.Nesterov Yu. V. Ionites and Ion Exchange. Sorption Technology in Uranium and Other Metals Mining by In-situ Leaching Methods. Мoscow: Unicorn Izdat LLC Publ.; 2007. P. 204Блохин А. А., Михайленко М. А. Процессы ионообменной сорбции в гидрометаллургии рения. Цветные металлы. 2019;(10):18–27. https://doi.org/10.17580/tsm.2019.10.03Blokhin А. А., Mikhaylenko M. A. Ion-exchange sorption in the hydrometallurgy of rhenium: a review. Tsvetnye Metally. 2019;(10):18–27. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2019.10.03Fathi M. B., Rezai B., Alamdari E. K. Competitive adsorption characteristics of rhenium in single and binary (Re-Mo) systems using Purolite A170. International Journal of Mineral Processing. 2018;169:1–6. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2017.10.003Fathi M. B., Rezai B., Alamdari E. K. Competitive adsorption characteristics of rhenium in single and binary (Re-Mo) systems using Purolite A170. International Journal of Mineral Processing. 2018;169:1–6. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2017.10.003Wang Y., Wang С. Recent advances of rhenium separation and enrichment in China: Industrial processes and laboratory trials. Chinese Chemical Letters. 2018;29(3):345–352. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.01.001Wang Y., Wang С. Recent advances of rhenium separation and enrichment in China: Industrial processes and laboratory trials. Chinese Chemical Letters. 2018;29(3):345–352. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2018.01.001Chopabayeva N. Sorption and desorption of rhenium ions by lignin sorbents. Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019;54(3):585–594. URL: https://dl.uctm.edu/journal/node/j2019-3/17_18-56_p_585-594.pdfChopabayeva N. Sorption and desorption of rhenium ions by lignin sorbents. Journal of Chemical Technology and Metallurgy. 2019;54(3):585–594. URL: https://dl.uctm.edu/journal/node/j2019-3/17_18-56_p_585-594.pdfHui Hu, Longli Sun, Bangqiang Jiang, Huixiong Wu, Qingming Huang, Xiaohui Chen. Low concentration Re(VII) recovery from acidic solution by Cu-biochar composite prepared from bamboo (Acidosasa longiligula) shoot shell. Minerals Engineering. 2018;124:123–136. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.05.021Hui Hu, Longli Sun, Bangqiang Jiang, Huixiong Wu, Qingming Huang, Xiaohui Chen. Low concentration Re(VII) recovery from acidic solution by Cu-biochar composite prepared from bamboo (Acidosasa longiligula) shoot shell. Minerals Engineering. 2018;124:123–136. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.05.021Трошкина И. Д., Обручникова Я. А., Пестов С. М. Сорбция металлов материалами с подвиж- ной фазой экстрагентов. Российский химический журнал. 2017;61(4):54–65. (Пер. вер.: Troshkina I. D., Obruchnikova Y.A., Pestov S.M. Metal sorption by materials with a mobile phase of extractants. Russian Journal of General Chemistry. 2019;89:2721–2732. https://doi.org/10.1134/S107036321912048X)Troshkina I. D., Obruchnikova Y. A., Pestov S. M. Metal sorption by materials with a mobile phase of extractants. Russian Journal of General Chemistry. 2019;89:2721–2732. https://doi.org/10.1134/S107036321912048X (Orig. ver.: Troshkina I. D., Obruchnikova Y. A., Pestov S. M. Metal sorption by materials with a mobile phase of extractants. Rossiiskii Khimicheskii Zhurnal. 2017;61(4):54–65. (In Russ.))Troshkina I. D., Balanovskyi N. V., Obruchnikova Ya. A., Vatsura F. Ya., Vanin I. A., Zhukova O. A., Ratchina K. A. Recovery of rhenium by amine-contained sorbents. In: 10th International Symposium on Technetium and Rhenium – Science and Utilization (ISTR-2018). 03–06 October 2018. Moscow: Publishing House Granitsa; 2018. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.31744.07686Troshkina I. D., Balanovskyi N. V., Obruchnikova Ya. A., Vatsura F. Ya., Vanin I. A., Zhukova O. A., Ratchina K. A. Recovery of rhenium by amine-contained sorbents. In: 10th International Symposium on Technetium and Rhenium – Science and Utilization (ISTR-2018). 03–06 October 2018. Moscow: Publishing House Granitsa; 2018. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.31744.07686

The authors declare that there are no conflicts of interest present.