Технологічні схеми вилуговування корисного компоненту з техногенного родовища

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологічні схеми вилуговування корисного компоненту з техногенного родовища

Петрівський Я.Б. к.ф.-м.н., доцент

Рівненський державний гуманітарний університет

Запропоновані технологічні схеми виймання корисного компоненту з урановмістких техногенних родовищ. Обґрунтовано доцільність застосування інфільтраційної схеми вилуговування.

The technological plans of extraction a useful component from uranium containing technogenic deposit are offered. The expediency of application of exterior filtration plan of a lixiviation is justified.

Стрімкий прогрес та розвиток науки, техніки, виробництва, використання складних машин, механізмів та технологій у всіх сферах людської діяльності, інтенсифікація господарської діяльності людства супроводжується накопиченням великої кількості промислових відходів до яких відносять відвали гірських порід та відходів вуглевидобувних, металургійних, хімічних виробництв, збагачувальних фабрик, енергетичних підприємств та інших виробництв. Все це є техногенними родовищами, на які за кордоном звернули увагу ще у 70-х роках ХХ ст. Потрібно зауважити що в розвинених індустріальних країнах світу рівень використання промислових відходів досягає 70-80%, тоді як в Україні не перевищує на даний час 5-10%. У США, наприклад, з промислових відходів отримують 20% всього алюмінію, 33% заліза, 50% свинцю та цинку, 44% міді. На території України результатом діяльності 500 промислових підприємств є накопичення тільки твердих відходів біля 25 млр.т. Ці відходи негативно впливають на промислові ландшафти та екологію, займаючи площу біля 150 тис. га землеробних земель. Станом на 01. 06.2000р. було відомо про 1600 техногенних об'єктів по 13 областях України та частково у Криму. Встановлено, що в результаті переробки тільки вказаних промислових відходів потреби промисловості України можуть бути забезпечені на десятиріччя у скандії, галії, ітрії, танталі, ніобії, ртуті, цезії. Щорічна потреба у дефіцитних для країни свинці, цинку, міді, ванадії, цирконії, золоті, сріблі, літії може бути задоволена на 10-25%. Наприклад, у промислових відходах Нікитівського ртутного комбінату(НРК) визначені прогнозовані ресурси: сурми - 5 540т, миш'яку - 4280т, літію - 1450 т, ртуті - 720т, срібла - 3,2 т, золота - 1,2т. Відомі розроблені технологічні схеми по вилученню вказаних металів дозволяють по закінченню циклу виймання, піскові - глинясті продукти промислових відходів використовувати для виготовлення цегли, будівельних розчинів, бетонів та іншого. Здійснена в УкрДІМР (м.Сімферопіль) та Геопрогнозі (м.Київ) техніко - економічна оцінка комплексного освоєння відходів НРК вказала на їх доцільність та прибутковість. У відходах Запорізького титаномагнієвого комбінату визначено вміст цирконію - 0,35%; ніобію -0,28%; танталу - 0,017%; ванадію -0,09%; ітрію -0,03%; міді -0,1; оксиду титану - 7,8. Ці метали містяться у технологічно доступній для їх виймання формі. Зауважимо, що при вмісті по 0,1% перших двох металів та 0,012% танталу їх ендогенні родовища уважаються промисловими. Техногенні родовища Криворізького залізорудного басейну можуть бути джерелом видобутку золота. У відходах збагачення залізистих кварців встановлено до 1,5-1,9 г/т золота, з яких в УкрДІМР(м. Сімферополь) отримано концентрати, що можуть бути використані для гідрометалургійного вилучення [1,2].

Особливе місце в проблемі накопичення техногенних відходів займає питання нагромадження відходів ядерного енергетичного циклу.

Так, наприклад, тільки на території Дніпропетровської області налічується 80 млн. т радіоактивних відходів, що накопичились внаслідок видобутку уранової руди в Жовтих Водах та її переробки в Дніпродзержинську. Шість з дев'яти хвостосховищ, що введені в експлуатацію ще у 1949 -1956 роках розміщені в балках без будь якого захисту, не законсервовані та являють собою постійне джерело інтенсивного радіоактивного забруднення промислових площадок, територій міста, поверхневих та ґрунтових вод. Очевидною та домінуючою складовою в даному випадку є екологічний аспект вказаної проблеми.

Питання про перетворення Чорнобильської зони відчуження(ЧЗВ) в екологічно безпечну систему, локалізація залишків ядерного палива та продуктів вибуху аварійного енергоблоку Чорнобильської атомної станції більш ніж 21 рік залишаються предметом багатьох наукових досліджень та дискусій.

Достатньо перспективною при розв'язку проблеми радіаційної безпеки урановмістких хвостосховищ, залишків ядерного палива в об'єкті «Укриття», ЧЗВ в цілому, є пропозиція по використанню результатів наукового відкриття «Закономерность снижения радиоактивности техногенных формаций при бактериальном выщелачивании урана» [3,4]. Пропонується використати сформульовану у науковому відкритті невідому раніше закономірність зниження радіоактивності техногенних формацій, яка полягає у тому, що при переході урану з твердих урановмістких утворень техногенних формацій у технологічні розчини, які не розчинюють ці утворення, відбувається збагачення технологічних розчинів ураном.

Аварійний четвертий енергоблок ЧАЕС, за думкою авторів, потрібно розглядати як техногенне родовище корисних копалин, мінеральною речовиною (корисним компонентом) в якому вміщується ядерне паливо - двооксид збагаченого урану (UO₂).

Обґрунтовано, що процес вилуговування при цьому доцільно здійснювати із застосуванням інфільтраційної схеми, що передбачає створення вертикального потоку розчину вилуговування, який скрізь товщу паливовмістких мас та підстилаючих порід під дією градієнтів тиску поступає на поверхню захисного екрану [5,6].

Важливою складовою розпочатих досліджень є створення та обґрунтування відповідних технологічних схем вилуговування корисного компоненту із урановмістких техногенних родовищ, які можливо реалізувати відомими надійними технологіями інженерної практики та результатом дозволяють отримати максимально можливе виймання урану із техногенних накопичень.

Вилуговування урану по інфільтраційній схемі зображено на рис.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Інфільтраційна схема вилуговування корисного компоненту з техногенного родовища

Із використанням свердловинних гідромоніторів, що встановлені на даху саркофагу, розчин вилуговування 1 у вигляді крапель поступає на поверхню радіоактивного пилу 2, а потім у створені в техногенному родовищі 3 тріщини гідророзриву 4. По поверхні відокремлення паливомістких мас 3 і зруйнованої основи аварійного блоку розчин вилуговування потрапляє в систему тріщин основи. Потім розчин по поверхні відокремлення основи аварійного блоку та крівлі підстилаючих порід 5, просочується в систему тріщин 6, утворених методом гідророзриву з використанням робочого агенту та обсадних колон 7, що не видаляють з метою запобігання змикання тріщин 6. По системі тріщин 6 продуктивний розчин поступає на поверхню розділу підстилаючих порід 5 та захисного екрану 8. По поверхні захисного екрану продуктивний розчин з використанням гідротранспортної системи подається на сорбуючі колони.

На рис.2 зображено технологічну схему створення вертикальних тріщин гідророзриву в обмеженому об'ємі підстилаючих порід техногенного родовища в ізометрії.

Для створення ефективної пористості підстилаючих порід 5, обмежених з боків бетонними стінками 11 технологічної камери, штреку, відрізної щілини, щілинної виробки та захисним екраном 8, здійснюють гідророзрив останніх [6, 7].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Система вертикальних тріщин гідророзриву в обмеженому об'ємі підстилаючих порід техногенного родовища в ізометрії: 3 - техногенне родовище; 5 - підстилаючи породи; 6 - система відокремлених тріщин гідророзриву; 8 - захисний екран; 9 - пакери; 10 - система горизонтальних свердловин; 11 - бетонне укріплення; 12- втулки(головки) для нагнітання рідини розриву

вилуговування техногенне родовище

З щілин виробки по напрямку до штреку бурять систему горизонтальних свердловин 10 із встановленою розрахунком відстанню між свердловинами в рядах. Свердловини обладнують перфорованими трубами в торцевих відрізках яких в межах бетонної крепі за допомогою пакера 9 створюють ущільнення, що дозволяє витримати високий тиск. Для створення розривів або глибоких тріщин в техногенному родовищі та підстилаючих породах в горизонтальні свердловини закачують під великим тиском газ, воду або спеціальну псевдопластичну рідину розриву, здійснюючи при цьому гідророзрив та утворюючи при цьому систему тріщин 6, що поширюються в вертикальному напрямку та забезпечують стійкий гідродинамічний зв'язок через робочій розчин в системі гідромонітори - паливовміщюючи маси - підстилаючи породи - захисний екран.

Технологічні схеми процесу вилуговування зображено на рис. 3 та рис. 4.

Рис.3. Технологічна схема процесу вилуговування при інфільтраційній схемі подачі робочого розчину

На даху саркофага 13 монтують магістральний трубопровід 14 для подачі розчину вилуговування. Магістральний трубопровід 14 з'єднують з ділянковими трубопроводами 15, що забезпечені засувками 30. На магістральному трубопроводі проміж суміжними ділянковими трубопроводами встановлюють засувки 16. В отворах, зроблених на даху саркофагу, розміщують відрізки труб 17 верхні торці яких з'єднують з ділянковими трубопроводами 15. Зовнішню поверхню кожного відрізка труби забезпечують пакеруючими елементами з метою запобігання потрапляння атмосферних опадів на корисну копалину 3. На нижніх торцевих частинах відрізків труб 17 встановлюють свердловинні гідромонітори 18, що зволожують поверхню корисної копалини розчином вилуговування. Вскриття та підготовку родовища до вилуговування здійснюють паралельно з будівництвом інженерної системи подачі розчину вилуговування через саркофаг в руду(рис.4).

Рис.4.Технологічна схема подачі робочого розчину в руду: 19 - промисловий майданчик; 20, 21 - основний та резервний насоси; 22, 23 - засувки; 24,25 - ємності з розчином вилуговування; 14 - магістральний трубопровід; 26, 27 - трубопроводи; 28, 29 - засувки; 15 - ділянкові трубопроводи; 30 - засувки

В околі саркофага на промисловому майданчику 19 монтують основний 20 та резервний 21 насоси, що через засувки 22 та 23 з'єднують з ємностями 24 та 25 з розчином вилуговування. На даху саркофага 13 монтують магістральний трубопровід 14 для подачі робочого розчину. Магістральний трубопровід 14 з'єднують з трубопроводами 26 та 27, що засувками 28 та 29 з'єднуються до нагнітальних патрубків насосів 20 та 26 відповідно. На даху саркофагу до магістрального трубопроводу 14 приєднують ділянкові трубопроводи 15, які містять засувки 30. На магістральному трубопроводі між суміжними ділянковими трубопроводами встановлюють засувки 16. В отворах, пророблених на даху саркофагу розміщують відрізки труб 17, верхні торці яких з'єднують з ділянковими трубопроводами 15. Зовнішню поверхню кожного відрізка труби ущільнюють пакеруючими елементами з метою запобігання потрапляння атмосферних опадів на корисну копалину 3. На нижніх торцевих частинах відрізків труб 17 встановлюють свердловинні гідромонітори 18, що зрошують поверхню руди розчином вилуговування. Вилуговування корисного компоненту(двооксиду урану) здійснюють наступним чином. З ємності, наприклад 24, при відкритих засувках 22, 28 та закритій 29 працюючим насосом 20 розчин вилуговування по трубопроводу 26, а потім по магістральному трубопроводу 14, відрізками труб 17 подають на свердловинні гідромонітори 18. Свердловинні гідромонітори 18 працюють в автоматичному режимі зрошування - спочатку радіоактивного пилу 2, потім руди 3. У даному випадку, як зазначалось, доцільно застосовувати інфільтраційну схему вилуговування, що передбачає створення вертикального потоку розчину вилуговування. Можлива контурна та суцільна схеми вилуговування.

Суцільна схема вилуговування передбачає зрошення всього об'єму руди, що міститься в саркофазі. Насоси 20 та 21 при відкритих засувках 28 та 29 працюють в паралельному режимі, при цьому насос 20 при відкритій засувці 22 подає робочій розчин з ємності 24. Засувки 16 на магістральному трубопроводі та засувки 30 на ділянкових трубопроводах 15 відкривають. Спостереження за процесом зрошення руди здійснюють із використанням свердловинних телевізійних систем, встановлених в саркофазі. Виймання корисного компоненту з продуктивних розчинів здійснюють на промисловому майданчику, розміщеному в околі аварійного енергоблоку. З цією метою використовують комплекс споруд, що називають сорбційною установкою. Комплекс складається з сорбційних та регенеруючих колон, басейнів для багатих та бідних розчинів, ємностей для хімічного концентрату, насосів, системи трубопроводів та допоміжних споруд для приготування розчинів вилуговування.

Запропоновані та обґрунтовані технологічні схеми створення комплексу вилуговування урану з техногенного родовища, що функціонує за суцільною схемою в інфільтраційному режимі вилуговування, забезпечують процес виймання корисного компоненту, зменшуючи при цьому радіаційне навантаження на екосистему від урановмістких техногенних утворень.

Література

1. Галецький Л.С., Науменко У.З., Пилипчук А.Д. Техногенні родовища - нове нетрадиційне джерело мінеральної сировини в України // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. 2002. № 56. С. 77 81.

2. Панов Б.С. Техногенные месторождения Донбасса и Украины // Наукові праці Донецького національного технічного університету. 2004. Вип.81. С.3 7.

3. Диплом на открытие №261. Закономерность снижения радиоактивности техногенных формаций при бактериальном выщелачивании урана / Черней Э.И., Булат А.Ф., Садовенко И.А.и др. Рег. № 318; Заявл. от 24 августа 2004 г.

4. Закономерность снижения радиоактивности техногенных формаций при бактериальном выщелачивании урана / Черней Э.И., Булат А.Ф., Садовенко И.А. и др. Рівне: Волин. обереги, 2004.-572с.

5. Петривский Я.Б. Инфильтрационная схема выщелачивания урана из техногенного месторождения // Геологічний журнал. - 2007. - Вип.2.

6. Петривский Я.Б. Подготовка техногенного месторождения к гидроразрыву подстилающих пород // Гірничі, будівельні, дорожні і меліоративні машини. - 2006. - №68. - С. 18 - 23.

7. Петрівський Я.Б. Поширення тріщини гідророзриву у підстилаючих породах техногенного родовища // Вісник інженерної академії України. 2007. №2. - С. 11 - 17.

Размещено на Allbest.ru