УДК 622.775 Е.Е. Жатканбаев

УДК 622.775
Е.Е. Жатканбаев
СЕРНОКИСЛОТНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ УРАНА ИЗ РУД МЕСТОРОЖДЕНИЯ
ИНКАЙ В АГИТАЦИОННОМ РЕЖИМЕ
Единственным и эффективным методом добычи урана в Казахстане является его подземное
скважинное выщелачивание (ПСВ). Метод подземного выщелачивания имеет существенные
преимущества перед традиционным горным способом добычи руд и переработкой их на заводах,
так как позволяет снизить себестоимость урановых руд и более полно использовать урановое
сырье. К основным достоинствам способа подземного выщелачивания относятся возможность
отработки месторождений, приуроченных к сильнообводненным пластам, в том числе бедных и
забалансовых для горного способа руд, сокращение срока ввода месторождения в эксплуатацию,
автоматизация процессов добычи и переработки продуктивных растворов на поверхности.
Целью статьи является определение оптимального режима агитационного выщелачивания
для проведения фильтрационного выщелачивания урана из руд месторождения Инкай.
Исследования проводились на двух технологических пробах, отобранных из двух скважин
№ 1 и №2 на месторождении Инкай. Скважина №1 пробурена во фронтовой части рудного тела,
приуроченной к мешку, скважина № 2 пробурена в крыле рудного тела.
Данные по определению гранулометрического,
химического и
минералогопетрографического составов руды были представлены ранее в работе [1].
Исследуемым рудам свойственно низкое содержание Сорг 0,27-0,30 %, серы 0,32-0,39% и
отсутствие фосфора, следовательно, по химическому составу руды относятся к силикатному типу
с низким содержанием карбонатов.
Низкое содержание карбонатов в руде свидетельствует о том, что наиболее подходящим
выщелачивающим реагентом, в данном случае является серная кислота. Поэтому для определения
геотехнологических параметров подземного выщелачивания урана дальнейшее опробование керна
на фильтрационное выщелачивание урана проводили серной кислотой.
Перед проведением исследований по фильтрационному выщелачиванию были проведены
опыты на руде месторождения Инкай методом агитационного выщелачивания. Проведение этих
опытов является предварительным этапом в исследовании технологических свойств руды и дает
возможность ориентировочной оценки вскрываемости руд с подбором оптимальной концентрации
выщелачивающего реагента для проведения фильтрационного выщелачивания, приближённого
его расхода, а также эффективности некоторых добавок на процесс выщелачивания.
Для проведения агитационного выщелачивания пробы руды измельчали до - 0,074мм. Масса
навески руды в каждом опыте составляла 50г, объем раствора-150 мл. Измельченная руда с
выщелачивающим раствором при соотношении жидкой фазы к твердой Ж:Т = 3:1
взаимодействовала в течение 6 ч. в условиях постоянного перемешивания при комнатной
температуре. По истечении установленного времени руду отфильтровывали от раствора с
помощью вакуум-фильтра и промывали через фильтр водой объёмом 100 мл. Фильтрационные и
промывные растворы анализировали на содержание урана, железа, и на остаточное содержание
выщелачивающего реагента, а также измеряли окислительно-восстановительный потенциал и рН
растворов. Рудные кеки анализировались на остаточный уран методом рентгенофлуоресцентного
анализа. Извлечение урана рассчитывалось по остаточному содержанию в кеках, дополнительно
проверялось по содержанию в растворах.
Результаты опытов представлены на рис. 1. Как видно, уран извлекается из руды
выщелачивающими растворами с содержанием кислоты более 3 г/л. При концентрации
выщелачивающего реагента 5 г/л вскрытие урана было на уровне 14,1 %. Дальнейшее увеличение
концентрации серной кислоты до 7 г/л способствовало извлечению 58,3 % урана из руды.
Увеличение концентрации серной кислоты с 7 до 8 г/л повысило степень извлечения урана с
58,3 до 77,7 %, а до 10 и 12г/л – до 87,5 и 90,7 % соответственно.
степень извлечения, %
100
80
Проба № 1
Проба № 2
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
Концентрация серной кислоты, г/л
Рис. 1. Влияние концентрации серной кислоты в выщелачивающем растворе на извлечение урана
Концентрация железа, г/л
При концентрации H2SO4 выше 12г/л кривая степени извлечения выходит на асимптоту, что
свидетельствует о том, что дальнейшее увеличение содержания серной кислоты в
выщелачивающем растворе не приводит к значительному повышению степени извлечения урана.
Так, при концентрации H2SO4 15 г/л, 25 г/л и 40 г/л уран вскрывался на 91,4; 95,6 и 96,1 %
соответственно.
В фильтрационных растворах после агитации серной кислотой обнаружено наличие ионов
двух- и трёхвалентного железа. В данном случае процесс выщелачивания урана сопровождается
также переходом железа из руды в раствор. Растворение железа начинается при концентрации
серной кислоты более 5 г/л в выщелачивающем растворе (рис. 2). Концентрация железа на рис. 2
представлена в виде суммы концентраций Fe3+, Fe2+.
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
0
5 10 15 20 25 30 35 40
Концентрация кислоты, г/л
Рис. 2. Влияние концентрации серной кислоты в выщелачивающем растворе на растворение железа,
содержащегося в руде
Известно, что добавки окислителей особенно необходимы в тех случаях, когда в руде
имеется большое содержание четырехвалентного урана и выщелачивание растворами серной
кислоты без добавок окислителей затруднено. Для увеличения степени извлечения урана
используют серную кислоту в смеси с окислителями - азотной кислотой, пиролюзитом,
хлорнокислым натрием, с солями трехвалентного железа и другими окислителями [1–3]. Выбор
сернокислых солей трехвалентного железа в качестве окислителя в наших исследованиях был
обоснован тем, что именно железо является непосредственным окислителем урана. Другие
окислители (пиролюзит, пероксид водорода, азотная кислота, кислород воздуха и др.) в случае,
когда в растворах имеются ионы железа, служат только для перевода ионов Fe2+ в Fe3+ [4, 5].
Исследовано влияние содержания соли железа в выщелачивающем растворе с
концентрацией серной кислоты 8 г/л на извлечение урана. Результаты опытов показывают, что
добавление соли Fe3+ в количестве 1г/л являются достаточными и дальнейшее повышение
концентрации трехвалентного железа мало влияет на повышение степени извлечения урана [6].
Так, при выщелачивании растворами с содержанием серной кислоты 8 г/л без добавок
окислителя извлечение составило 77,7 %, а в присутствии окислителя степень извлечения урана
при этой же концентрации серной кислоты достигает 90,8 %.
Однако, извлечение 90% урана из руды возможно и при агитации растворами серной
кислоты с концентрацией 10-12 г/л. Поэтому на вопрос о целесообразности использования
окислителей можно ответить только после технико-экономического расчёта и сравнения методов
выщелачивания.
Была изучена кинетика процесса агитационного выщелачивания урана. На рис. 3
представлена кинетическая кривая выщелачивания урана растворами с различным содержанием
серной кислоты
(8 г/л и 25 г/л), ход кривых для проб 1 и 2 аналогичен, поэтому на рисунке
представлены кривые для пробы 1.
100
Извлечение,%
80
60
8 г/л
25 г/л
40
20
0
0
5
10
15
20
25
Продолжительность выщелачивания, час
Рис. 3. Кинетика извлечения урана в раствор при различных концентрациях серной кислоты в
выщелачивающем растворе
Как видно из рис., увеличение концентрации серной кислоты незначительно влияет на
кинетику выщелачивания. Из анализа хода кривых следует, что основная масса урана вскрывается
в трубках за 6-8 ч. агитационного выщелачивания. После 10 ч агитации кривые кинетики
выщелачивания выходят на асимптоту, и дальнейшее увеличение времени агитации незначительно
влияет на степень извлечения урана.
Таким образом, из проведенных опытов ясно, что:
- исследованные рудные пробы месторождения Инкай представлены средне- и
мелкозернистым полевошпаткварцевым песком с низким содержанием карбонатов;
- выщелачивание урана начинается при использовании выщелачивающих растворов с
концентрацией серной кислоты 7 г/л. Урановая минерализация при этом вскрывается на 60 %;
- степень извлечения 90% достигается в условиях лабораторного агитационного
выщелачивания растворами серной кислоты при концентрации 12-15 г/л.
- для достижения степени извлечения урана 80-90 % остаточная кислотность в
продуктивных растворах должна составлять не менее 1-1,5 г/л серной кислоты;
- использование наряду с серной кислотой сернокислой соли трехвалентного железа
повышает степень извлечения урана в среднем на 7% по сравнению с раствором без добавки при
одинаковой концентрации серной кислоты.
ЛИТЕРАТУРА
1
. Антонов Д.С., Искаков З.А., Жатканбаев Е.Е., Александров Ю.С., Мукушева А.С. Исследование
ураноносных песков месторождения Инкай // Сборник XI международной научно-практической
конференции «Полярное сияние 2008», Санкт-Петербург. – С. 178-179.
2. Бровин К.Г., Грабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски, разведка и
промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием. – Алматы:
Ғылым, 1997. - 384 с.
3. Ергожин Е.Е., Мухитдинова Б.А., Шекеева Б.Ж., Боранбаев Б.Ж. Подземное выщелачивание урана
(обзор) // Химический журнал Казахстана.- 2008.-№2.- С. 5-28.
4. Филиппов А.П., Нестеров Ю.В., Носов В.Д. Опытно-промышленное использование подземного
выщелачивания урана с использованием HNO2 в качестве окислителя // Горный журнал.- 2004. № 10. -С. 5255.
5
. Несмеянова Г.М. Изучение процесса окисления и растворения соединений урана в кислых средах и
влияние на него различных примесей, встречающихся в рудах.// Кандидатская диссертация. 1957.
6.
Каневский В.А., Филиппов А.П., Стрелков Л.А. Современное состояние теорий процессов
окисления-восстановления и поиск новых окислителей в гидрометаллургии урана // Материалы 7
технологической конференций отрасли. – Шевченко, 1972.
Резюме
Мақалада Инкай кен орнынан өндірілген рудадаң уранның агитациялық шаймалауының зерттеүлері
ұсынылған. Шаймалау ерітіндісінің оптималдық концентрациясы анықталған. Уранды рудадаң шығару
дəрежесіне тотықтырғыштың əсері жəне шаймалауының кинетикасы зерттелген.
Summary
The researches on agitation leaching of uranium from ores of deposit Inkai are presented in the article.
Optimum concentration of leaching solution is determined. Influence of oxidizer on recovery degree and kinetics
of leaching of uranium from ore samples are researched.
Keywords: in-situ leaching of uranium, agitation and filtration leaching, acidity, leaching solution, filtration rate
ТОО «Семизбай – И»
Поступила 03.04.09 г.