Влияние глинистых минералов на процесс подземного выщелачивания урана

В последние годы с развитием техники и технологии подземного выщелачивания (ПВ) доизвлечение урана из ранее отработанных блоков становится не только актуальной, но и вполне достижимой задачей, так как извлечение остаточного запаса урана из ранее отработанных блоков не требует дополнительных расходов на необходимую инфраструктуру. Одним из важнейших факторов формирования остаточного запаса урана в отработанных блоках является присутствие глинистых минералов в рудном горизонте. В связи с этим нами был проведен ряд исследований по изучению отрицательного и положительного влияния глинистых минералов на процесс ПВ. Водопроницаемость и относительно хорошая фильтрация (не менее 0,5–1 м/сут) руд и пород продуктивного горизонта занимают первое место в ряду гидрогеологических факторов, влияющих на эффективность ПВ урана. Вторым по значимости гидрогеологическим фактором является отсутствие гидрологической связи продуктивного водоносного горизонта с непродуктивными горизонтами, то есть обязательное наличие водоупоров. При этом роль глин в указанных гидрогеологических факторах – двоякая. В первом случае наличие глин негативно сказывается как на скорости фильтрации растворов, так и на извлечении урана. Во втором – наличие глинистых минералов (в качестве водоупоров) усиливает эффект ПВ. В результате исследования дана оценка роли глинистых минералов в процессе подземного выщелачивания урана; определены коэффициенты диффузии нитрат-ионов в глинах и рассчитано защитное действие водоупоров; установлено влияние содержания глин в рудном песчаном горизонте на коэффициенты фильтрации растворов; определены статические обменные емкости глин по урану путем исследования процесса сорбции урана на глинистых образцах из сернокислых и бикарбонатных растворов. Проведенными исследованиями установлены коэффициенты диффузии нитрат-ионов в монтмориллонитовых и каолинитовых глинах, которые составили 3,34 · 10⁻⁶ и 2,14 ·10⁻⁶ см²/с. С учетом полученных расчетами значений коэффициентов диффузии защитное время глинистого водоупора для нитрат-ионов составило 43 года. При 20%-ном содержании глинистых минералов коэффициент фильтрации растворов снижается до значений, когда условия ПВ становятся неблагоприятными. Экспериментально установлено, что сорбция урана глинистыми минералами зависит как от природы глин, так и от состава раствора. Из сернокислых растворов сорбция урана протекает заметно лучше, чем из бикарбонатных растворов. При этом наибольшие значения статической обменной емкости по урану получены для бентонита (104 мг/г).

1. Аренс В. Ж. Физико-химическая геотехнология. М.: МГГУ; 2001. 656 с.

2. Руденко А. А., Трошкина И. Д., Данилейко В. В. и др. Перспективы селективно-опережающего извлечения рения из продуктивных растворов подземного выщелачивания урановых руд месторождения Добровольное. Горные науки и технологии. 2021;6(3):158–169. https://doi.org/10.17073/25000632-2021-3-158-169

3. Голик В. И., Комащенко В. И., Разоренов Ю.И., Валиев Н.Г. Опыт подземного выщелачивания металлов из балансовых запасов руд. Известия УГГУ. 2017;(2):57–62. https://doi.org/10.21440/2307-20912017-2-57-62

4. Подрезов Д. Р. Задачи совершенствования управления и повышения эффективности функционирования технологических блоков рудника подземного скважинного выщелачивания урана. Горные науки и технологии. 2020;5(2):131–153. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2020-2-131-153

5. Белецкий В. И., Долгих П. Ф., Петров Р.П. и др. Справочник по геотехнологии урана. Под ред. Скороварова Д.И. М.: Энергоатомиздат; 1997. С. 127–132.

6. Петухов О.Ф., Истомин В. П., Руднев С. В., Хасанов А. С. Уран. Ташкент: Turon Zamin-ziyo; 2015. С. 437–453.

7. Петухов О.Ф., Курбанов М. А., Ахадов Х. Р., Халимов И. У. Классификация урановых месторождений, отрабатываемых методом подземного выщелачивания. Горный вестник Узбекистана. 2021;(2):16–21. URL: http://gorniyvestnik.uz/assets/uploads/pdf/2021-aprel-iyun.pdf

8. Аликулов Ш. Ш., Халимов И.У. Интенсификация параметров подземного выщелачивания урана из слабопроницаемых руд на примере урановых месторождений Узбекистана. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(3):37–38. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-3-0-37-48

9. Затенацкая Н. П., Сафохина И. А. Диффузионное выщелачивание глин. М.: Наука; 1968. С. 54–58.

10. Грим Р. Минералогия и практическое использование глин. М.: Мир; 1967. С. 47–53. (Ориг.: Grim R. E. Applied clay mineralogy. NY, Toronto, London: McGraw-Hill Book Company, Inc.; 1962)

11. Латышев В. Е., Груцинов В.А., Петухов О.Ф. Сорбция тяжелых металлов природными неорганическими минералами. Горный вестник Узбекистана. 2002;(4):24–29. URL: http://gorniyvestnik.uz/assets/uploads/pdf/2002-oktyabr-dekabr.pdf

12. Дривер Дж. Геохимия природных вод. М.: Мир; 1985. С. 97–100. (Ориг.: Drever J. I. The geochemistry of natural waters. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, Inc.; 1982)

13. Аксельруд Г.А., Лысянский В. М. Экстрагирование: система твердое тело-жидкость. Л.: Химия; 1974. С. 167–176.

14. Товбина З. М., Стражко Д. Н. Изучение диффузии растворенных веществ в силикагелях. Украинский химический журнал. 1968;34(9):876–880.

15. Гольдберг В. М., Скворцов Н. П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М.: Недра; 1986. С. 143.

16. Толстов Е. А., Толстов Д. Е. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе. М.: Геоинформцентр; 2002. С. 9–28.

17. Амфлет Ч. Неорганические иониты. М.: Мир; 1966. С. 34–39. (Ориг.: Amphlett C. B. Inorganic ion exchangers. Amsterdam–London–NY: Elsevier Publ. House; 1964)