Скважинное подземное выщелачивание металлов¶

Скважинное подземное выщелачивание металлов — это физико-химический способ добычи полезных ископаемых, при котором извлечение металлов из руды осуществляется непосредственно в недрах Земли путём нагнетания в пласт растворов реагентов через скважины и последующей откачки продуктивного раствора на поверхность. Метод относится к геотехнологическим (скважинным) способам добычи и применяется преимущественно для урана, а также меди, золота и ряда других элементов.

¶История

Первые промышленные испытания подземного выщелачивания начались в СССР в 1950-х годах. В 1963 году на руднике в Кызылкумах (Узбекистан) был запущен первый в мире промышленный полигон скважинного выщелачивания урана. В последующие десятилетия технология распространилась в Казахстане, США, Австралии и Китае. К началу XXI века скважинное выщелачивание стало основным способом добычи урана в мире, обеспечивая около 50–55 % мирового производства этого металла.

¶Физико-химические основы

Процесс основан на способности определённых химических реагентов переводить металлы из нерастворимых минеральных форм в растворимые соединения. Для урана чаще всего применяются растворы серной кислоты (кислотное выщелачивание) либо растворы карбоната и бикарбоната аммония или натрия (карбонатное выщелачивание). В кислой среде уран переходит в раствор в виде сульфатных комплексов, в карбонатной — в виде уранил-карбонатных комплексов.

Для меди и золота используются растворы серной кислоты с окислителями (например, перекисью водорода) или цианидные растворы (для золота). Реагент подаётся в рудный горизонт через систему закачных скважин, фильтруется через пористую руду, растворяет металл и отбирается через добычные (откачные) скважины.

¶Технологическая схема

Обустройство полигона скважинного выщелачивания включает:

• Разведочное бурение и оконтуривание рудного тела.
• Сеть скважин — закачных и откачных, расположенных по треугольной или квадратной сетке (расстояние между скважинами обычно 20–50 м).
• Систему трубопроводов для подачи реагентов и транспортировки растворов.
• Сорбционную установку на поверхности — ионообменные колонны или экстракционные аппараты для извлечения металла из продуктивного раствора.
• Регенерацию раствора — возврат маточного раствора в цикл с добавлением свежего реагента.

Продуктивный раствор, содержащий целевой металл, поднимается на поверхность, проходит сорбцию, после чего обеднённый раствор вновь закачивается в пласт. Таким образом, процесс носит замкнутый циклический характер.

¶Требования к условиям применения

Скважинное выщелачивание применимо только при соблюдении ряда горно-геологических условий:

• рудное тело должно быть проницаемым (песчаники, гравелиты, трещиноватые породы);
• рудный горизонт должен быть изолирован сверху и снизу водоупорными слоями (глины, мергели) для предотвращения загрязнения смежных водоносных горизонтов;
• руда должна быть рыхлой или слабосцементированной, не содержащей значительных количеств карбонатов (для кислотного выщелачивания);
• глубина залегания обычно ограничена 300–500 м, хотя известны проекты до 800 м.

¶Преимущества и недостатки

Преимущества метода:

• отсутствие вскрышных работ и отвалов пустой породы;
• минимальное нарушение земной поверхности;
• относительно низкая себестоимость добычи по сравнению с традиционными шахтами и карьерами;
• возможность отработки бедных и сложных руд, нерентабельных для других способов;
• сокращение сроков строительства рудника.

Недостатки:

• риск загрязнения подземных вод реагентами и растворёнными металлами;
• ограниченная применимость в зависимости от геологических условий;
• сложность контроля распространения растворов в пласте;
• длительный период восстановления качества подземных вод после завершения добычи.

¶Применение по видам металлов

Уран — основная область применения. Казахстан, Узбекистан, США и Австралия добывают уран преимущественно этим способом. В Казахстане на скважинное выщелачивание приходится более 90 % добычи урана.

Медь — применяется для окисленных медных руд и вторичных сульфидов. Промышленные проекты действуют в Чили, США (штат Аризона) и Перу.

Золото — используется в ограниченных масштабах для рыхлых руд и хвостов обогащения, преимущественно в России (Сибирь, Дальний Восток) и странах СНГ.

Прочие металлы — ведутся экспериментальные работы по извлечению никеля, кобальта, редкоземельных элементов и германия.

¶Экологические аспекты

Основной экологический риск связан с миграцией продуктивных растворов за пределы рудного тела. Для предотвращения этого используются гидравлические барьеры — дополнительные откачные скважины по контуру полигона. После завершения добычи выполняется санация: нейтрализация кислых растворов, откачка и очистка загрязнённых вод, консервация скважин. В России и Казахстане действуют нормативные требования по мониторингу подземных вод в течение 10–30 лет после закрытия полигона.

¶Распространение в России

В России скважинное выщелачивание урана применяется на месторождениях Зауралья (Курганская область, Далматовское месторождение) и Забайкалья (Хиагда, Бурятия). Оператором является АО «Хиагда» (входит в контур «Росатома»). Объёмы добычи по этой технологии составляют около 30–40 % российской добычи урана, остальное приходится на шахтный способ (Приаргунское производственное горно-химическое объединение).

¶Источники

• Малютин А. С., Смирнов А. Л. «Геотехнология урана: скважинное подземное выщелачивание». — М.: Недра, 2010.
• Ковалев А. А. «Скважинная гидродобыча и подземное выщелачивание полезных ископаемых». — Екатеринбург: УГГУ, 2014.
• Дергачев А. Л., Рыбальченко И. И. «Подземное выщелачивание руд». — Томск: ТПУ, 2008.
• Отчёт МАГАТЭ «Manual of Acid In Situ Leach Uranium Mining Technology» (IAEA-TECDOC-1239), 2001.