Кучное выщелачивание урана

Кучное выщелачивание как метод извлечения урана из бедных руд уже в течение нескольких лет применяется в США, Франции, Аргентине, Испании и др., хотя и в менее широком масштабе, чем подземное выщелачивание. Обычно этот метод служит для дополнительного получения урана из руд с содержанием урана 0,01—0,05%, которые нерентабельно перерабатывать на заводе. Процесс осуществляется чаще всего на специально подготовленных площадках, иногда — в перколяторах. Извлечение урана кучным выщелачиванием составляет 75—80%. Кучным выщелачиванием можно извлекать уран из хвостов радиометрической сортировки, а также из старых хвостовых отвалов.

Так, фирма «Юнион карбайд» (США) успешно применяет этот метод в крупном масштабе для извлечения урана из руд с содержанием урана 0,03% (район Мэйбелл, шт. Колорадо) (только в летние месяцы). Руда укладывается в штабель, вмещающий 250000 т руды, на площадке размером 180х122 м, имеющей небольшой уклон. Руда в штабеле уплотняется и выравнивается. Горизонтальная поверхность штабеля разделяется небольшими насыпями на 14 участков для облегчения контроля за выщелачивающими растворами. Процесс выщелачивания производится в два этапа: сначала руду орошают раствором кислоты, а затем промывают раствором из хвостовых прудов. Растворы перколируют через слой руды и через специальные отверстия стекают в дренажную трубу, проложенную под основанием штабеля. Урансодержащие растворы перекачивают на завод для извлечения из них урана. Производство урана таким способом на участке Мэйбелл достигает 45 т/год.

Фирма «Петротомикс» кучное выщелачивание осуществляет на площадке размером 45х45 м. Руда укладывается в штабель высотой 4,5 м. Основание площадки покрыто полихлорвиниловыми листами толщиной 6—8 мм, сверху которых проложены пластмассовые перфорированные трубы для дренирования продукционного раствора с площадки. Отверстия в трубах расположены на расстоянии 915 мм друг от друга. Поверхность штабеля руды разделена на квадраты размером 12х12 м. В качестве выщелачивающего раствора служит рафинат с завода по переработке руды, его расход 95 л/мин. урансодержащие растворы из перфорированных труб направляют в один из двух зумпфов, представляющих собой углубления размером 12x12 м каждое. Во избежание утечки растворов зумпфы выложены листовым пластиком толщиной 20 мм. Когда концентрация урана в зумпфе достигает 0,5 г/л, раствор перекачивают на завод для переработки экстракционным методом; в противном случае им орошают штабель руды. Рециркуляция раствора продолжается до достижения указанной выше концентрации урана в нем.

Длина штабеля руды может достигать 90 м, ширина — 20 м„ высота — 10 м. Перфорированные трубы (диаметром до 0,1 м) укладывают в канавки глубиной 30,5 см с уклоном 3°. Отверстия диаметром 15,8 мм могут располагаться двумя параллельными рядами. Перфорированные трубы сначала засыпают очищенным от песка слоем гравия, а промежуточное пространство — пустой породой с помощью проходческой погрузочной машины. Это обеспечивает упругое основание, уменьшающее повреждение полиэтиленовых листов сбрасываемой рудой при подготовке штабеля руды к выщелачиванию.

Фирма «Вестерн ньюклеар» для кучного выщелачивания руды с содержанием урана 0,05% использует 7—10%-ный раствор H2SO4. Продукционные растворы (концентрация кислоты — 6%, урана — 1 г/л) подают на переработку экстракционным способом в две ступени; при расходе 600 л/мин О:B = 1:4,5. Рафинат (0,01 г U3O8/л) подкисляют и направляют на орошение штабеля руды. Реэкстракцию урана осуществляют раствором карбоната натрия (при концентрации 200 г/л). Реэкстракт в цистернах транспортируют на завод «Сплит Рок» для дальнейшей переработки (объединяют с регенератом). Расход кислоты 22—27 кг/т руды.

Во Франции также широко используется кучное выщелачивание. Для орошения руды над штабелем устанавливают перфорированные трубы. Подачу сернокислых растворов для орошения руды и откачки урансодержащих растворов производят насосами. Все трубопроводы для продукционных растворов с содержанием урана 0,05—0,1 г/л выполнены из пластмассы. На рис. 6.15 показана схема кучного выщелачивания, применяемая во Франции.

В Мексике разработан метод кучного выщелачивания руды месторождения Эль-Нопаль с запасами 300 т U3O8 со средним содержанием урана 0,28%. По-видимому, это первый случай переработки руды с таким содержанием урана кучным выщелачиванием. Метод выбран после предварительных экономических расчетов, которые показали, что стоимость получения урана этим методом при коэффициенте извлечения 80% будет значительно ниже, чем при переработке обычным способом при коэффициенте извлечения 90%.

Довольно большое внимание кучному выщелачиванию уделяется в Испании, особенно применительно к глинистым и сильно выветренным рудам. Изучались два процесса: перколяционное выщелачивание забалансовой руды (0,025—0,04% U) с последующим экстракционным извлечением урана из растворов и перколяционное выщелачивание крупнокусковой бедной руды (0,04—0,05% U3O8) (тонкие фракции будут подвергать кучному выщелачиванию с последующей сорбцией урана из растворов). Производительность опытной установки — 100 т/сут по забалансовой руде и 100 т/сут по бедной. Извлечение урана при выщелачивании 50% для первого процесса и 83—85% для остальных. Разработана комбинированная схема переработки сильно выветренных руд. Предполагаемый расход реагентов, (кг/т руды): серной кислоты 45; известняка 27; извести 6,2; сульфата аммония 0,17; аммиака 0,13; амина 0,0081; изодецилового спирта 0,008; керосина 0,25 л/т руды. Пуск установки был намечен на середину 1976 г.

Иногда кучное выщелачивание проводится под землей, причем руда в штабелях орошается рудничной водой (Португалия). В качестве реагентов используются пирит и сульфат железа, которые смешивают с рудой в количестве, составляющем 0,4 и 0,2% соответственно. Метод применим к руде с содержанием урана 0,076—0,15%. Среднее извлечение урана 57—70% (до 85%) при продолжительности выщелачивания 13—20 мес. Затраты на получение урана таким способом не превышают 7,3 долл./кг U3O8.

Кучное выщелачивание можно осуществлять в перколяторах. Например, в Португалии таким образом выщелачивают руду месторождения Сеньора-дас-Фонтес, залегающего в сланцевой зоне, локализованной около контакта с гранитами. Уран в основном представлен отенитом, породообразующие минералы — силикаты и алюминаты. Среднее содержание U3O8 в руде 0,148%.

В процессе выщелачивания производили пять кислотных обработок и пять промывок, каждая из которых продолжалась 48 ч. Концентрация кислоты в первых выщелачивающих растворах составляла 7%, в остальных 5%. Первые две промывки осуществлялись бедными растворами от двух последних. Среднее извлечение составляло ~85% U3O8 при расходе кислоты — 33,5 кг/т руды.

Выщелачивание в переколяторах в опытно-промышленном масштабе практикуется в Индии. В Багинде действует опытная установка по кучному выщелачиванию производительностью 25 т руды/сут. Кучное выщелачивание позволит извлекать уран из старых отвалов с содержанием урана 0,045%.