Добыча урановой руды

Особенностью разработки урановых месторождений является возможность применения для них как обычных горных способов добычи (открытый и подземный), так и способов подземного (скважинное, блочное) и кучного выщелачивания. Распространённость в мире различных способов добычи урана: подземный 37%, открытый 24%, попутная добыча 18%, скважинное подземное выщелачивание 12%, неопределён 7%.

При добыче и производстве урана предпринимаются различные меры предосторожности для защиты здоровья персонала:

  • - Тщательно контролируется уровень запылённости, чтобы минимизировать попадание в организм у- или а-излучающих веществ. Пыль является главным источником радиоактивного облучения. Она обычно даёт вклад в 4 мЗв/год в ежегодную дозу, получаемую персоналом.
  • - Ограничивается внешнее радиоактивное облучение персонала в шахтах, на заводах и местах размещения отходов. На практике уровень внешнего облучения от руды и отходов обычно настолько низок, что он практически не влияет на увеличение допустимой ежегодной дозы.
  • - Естественная вентиляция открытых месторождений уменьшает уровень экспозиции от радона и его дочерних изотопов. Уровень облучения от радона не превышает 1% от уровня, допустимого для непрерывного облучения персонала. Подземные рудники оборудуются системами вентиляции для достижения того же уровня. На Австралийских и Канадских подземных рудниках средняя доза облучения составляет ~з мЗв/год.
  • - Существуют строгие гигиенические нормы на работу персонала с концентратом оксида урана, поскольку он химически токсичен, подобно оксиду свинца. На практике предпринимаются предосторожности, защищающие органы дыхания от попадания токсинов, аналогичные тем, которые используются при работах на свинцовых плавильных печах.

Остановимся на основных методах добычи уранового сырья несколько подробнее.

Шахтный способ добычи урана - один из основных способов производства урана. Организация работ аналогична методам горнодобывающей промышленности других металлов, но есть и отличия. Урановые руды залегают чаще всего в виде узких пластов, что приводит к образованию рудника в виде разветвлённых штреков. Так как разработка урановой руды ведётся на одном горизонте с образованием штреков и очистных блоков, расположенных вблизи от основной откаточной выработки, то образование пыли в значительной мере локализовано. Отсутствие циркуляции воздуха от одного блока к другому не вызывает их взаимного загрязнения, а образование пыли в урановых рудниках не велико.

При эксплуатации подземных урановых рудников шахтные воды рудника постоянно откачиваются и направляются на гидрометаллургический завод в систему замкнутого технологического водооборота. Мощная вентиляция не позволяет концентрироваться радону в воздухе. Если после окончания рабочей смены вентиляция выключается, то атмосферные концентрации радона и его дочерних продуктов резко возрастают, и поэтому перед началом следующей смены необходимо снижать эти концентрации до предельно допустимых

Основная опасность для шахтёров урановых рудников исходит от вдыхания воздуха, содержащего радон, выделившийся из руды. В урановых рудах, кроме урана, содержатся все другие члены радиоактивного ряда, в котором он является материнским нуклидом. Наибольшую опасность для здоровья горняков представляют следующие элементы этого семейства: 222Rn, 21t*Pb, 211Bi и 21«Ро. Содержание радона в атмосфере рудника определяется скоростью эманирования, скоростью вентиляции и периодом полураспада радона. Непосредственные дочерние продукты распада радона имеют малый период полураспада и быстро накапливаются в атмосфере, даже если радон поступает в шахту без дочерних продуктов.

Ввиду того, что относительная вредность дочерних продуктов радона больше, чем вредность самого радона, контроль за радиоактивным загрязнением воздуха в урановых рудниках может осуществляться по продуктам его распада. В качестве допустимого рабочего уровня содержания дочерних продуктов распада радона в рудничной атмосфере предлагается величина «скрытой энергии», равная 1,з*ю5 МэВ/л воздуха.

Популярным способом добычи урана являются открытые карьеры (некоторые из них глубиной до 500 м). Считается, что радиационная опасность таких карьеров для шахтёров значительно меньше, чем подземных шахт. Однако, для окружающей среды открытая добыча урана может представлять серьёзную опасность из-за пылеуноса. Изменения ландшафтов, нарушение растительного покрова, неблагоприятные воздействия на местную фауну - неизбежные последствия открытых разработок. Трудной задачей является засыпка карьера отработанной породой и рекультивация после окончания горнодобывающих работ.

Существуют правила и законы, определяющие меры по охране окружающей среды, оговаривают такие требования, как предварительные

оценки воздействия на окружающую среду; постепенное проведение программы восстановления, включая восстановление ландшафтов и лесных массивов, посадка эндогенной флоры, восстановление эндогенной дикой природы; а также проверки соответствия состояния окружающей среды существующим нормам.

Рис. 4. Добыча урана методом подземного выщелачивания.

Добыча растворением

(выщелачивание на месте залегания) включает в себя введение щёлочной или кислой жидкости (например, серной кислоты) через скважины в залежи урановой руды, и выкачивание обратно. Этот способ не требует удаления руды с места добычи, но может использоваться только там, где месторождения урана расположены в водоносном слое в водопроницаемой породе и не слишком глубоко (-200 м).

Преимущества этой технологии - уменьшенный риск несчастных случаев и облучения для персонала, низкая стоимость, не требуется много места для складирования отходов. Главные недостатки - риск отклонения выщелачивающих жидкостей от месторождения урана и последующего загрязнения грунтовой воды, и невозможность восстановления естественных условий в зоне выщелачивания после окончания операций. Возникшая загрязненная смесь или перемещается в водохранилища, или отправляется в глубокие ликвидационные колодцы.

Выщелачивание - извлечение одного или нескольких компонентов из руд, концентратов, отходов производства водным раствором, содержащим щелочь, кислоту или другой реагент, а также с использованием определенных видов бактерий; частный случай экстрагирования из твёрдой фазы. Обычно выщелачивание сопровождается химической реакцией, в результате которой извлекаемый компонент переходит из формы, не растворимой в воде, в растворимую.

Подземное выщелачивание - выщелачивание на месте залегания урановых руд. Оно включает впрыскивание серной кислоты в массу руды и исключает проблему хранения хвостов, но при неблагоприятных условиях может вызвать загрязнение подземных вод.

Выщелачивание основано на способности извлекаемого вещества растворяться лучше, чем остальные. Растворители - раствор аммиака, кислот, щелочей, хлоридов металлов или хлора, сульфатов и т.п. Выщелачивание может сопровождаться окислением извлекаемого материала с целью перевода труднорастворимых соединений в легкорастворимые (окислительное выщелачивание). В качестве окислителя применяют газы (воздух, кислород), жидкие и твёрдые неорганические вещества (HN03, Мп02, КМп04 и др.), бактерии (бактериальное выщелачивание).

Скважинное подземное выщелачивание применяется при отработке пластовых месторождений. Условиями его применимости являются высокая проницаемость и обводнённость рудовмещающей среды. При использовании этого способа месторождение разделяется на полигоны, последовательно разбуриваемые системами закачных и откачных скважин, причём на одну закачную приходится две-три или более откачных. Время выщелачивания урана из пород на каждом полигоне составляет 1^-3 года. В зависимости от состава используемых рабочих растворов выделяют кислотную схему выщелачивания урана (растворы серной кислоты) и карбонатную схему (растворы карбонатов-бикарбонатов натрия и аммония).

Подземное выщелачивание состоит в подаче выщелачивающего раствора под землю непосредственно в рудное тело или в слой специально подготовленной руды и выкачивании раствора, просочившегося через слой руды, на поверхность. Известны два основных варианта подземного выщелачивания - скважинный (бесшахтный) и шахтный (блочный). В подземных рудниках используются старые или специально созданные шахты, подготовленные подземные камеры с обрушенной рудой, а для сбора продукционного раствора - штольни или штреки.

Подземное выщелачивание, применяемое обычно при глубине залегания рудного тела не более боо м, позволяет вовлечь в горнорудную промышленность бедные урановые руды, резко сократить объёмы капитальных вложений и сроки строительства предприятий, повысить в несколько раз производительность труда, значительно уменьшить вредное воздействие на природу (не нарушать ландшафт, резко снизить количества твёрдых отходов и вредных веществ, выносимых на поверхность земли, сравнительно просто восстанавливать отработанные участки).

Подземное скважинное выщелачивание является способом разработки рудных месторождений без поднятия руды на поверхность путём избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. Данный метод осуществляется бурением скважин через урановорудные тела, подачей раствора в урановорудные тела, подъёма урансодержащих растворов на поверхность и извлечением из них урана на сорбционных ионообменных установках, добавлением кислоты в маточные растворы и закачкой их снова в недра. При скважинном выщелачивании не происходит изменения геологического состояния недр, так как не производится выемка горнорудной массы.

В процессе скважинного выщелачивания в подвижное состояние в недрах переходит и выводится на поверхность менее 5% радиоактивности, по сравнению со 100% при традиционных способах добычи урана. Отпадает необходимость строительства хвостохранилищ для хранения отходов с высоким уровнем радиации. Природная гидрогеохимическая среда на урановых месторождениях обычно способна к самовосстановлению от техногенного воздействия. За счёт постепенного восстановления естественных окислительно-восстановительных условий происходит медленный, но необратимый процесс рекультивации подземных вод рудовмещающих водоносных горизонтов. Существуют методы значительной интенсификации этого процесса, ускоряющий рекультивацию в десятки раз.

Тем не менее, метод скважинного выщелачивания является достаточно опасным с экологической точки зрения способом добычи. Выщелачивающий уран-содержащий раствор может вытечь из рудного тела зоны через разломы в горной породе или разрывы в гидроизолирующих слоях с последующим распространением по водоносному слою. Это может привести к загрязнению грунтовой воды на больших расстояниях от рудника. Помимо урановых выщелачивающие растворы растворяют и другие минералы, в результате чего подвижным становится не только уран, но и элементы: радий, мышьяк, ванадий, молибден, кадмий, никель, свинец и др., причём они концентрируются в тысячу раз. Минералы осаждаются из раствора в процессе подземного выщелачивания, образуя кальцит, гипс и другие минералы. Возникшие осадки могут уменьшить или даже полностью блокировать поток раствора через урансодержащие области, приводя к непредсказуемым результатам или преждевременному закрытию рудника.

Скважинное выщелачивание производит большие количества сточных вод и растворов, от которых нужно избавиться экологически приемлемым способом. К ним относятся промывные воды и жидкие отходы от урановой обогатительной фабрики. Эти жидкости смешивают и повторно закачивают в ту же самую грунтовую воду, что участвовала в добыче урана, или закачивают в глубокий водоносный слой далеко от других пользователей грунтовых вод. В этих жидких отходах находятся высокие концентрации радионуклидов и тяжёлых металлов, и область их распространения нуждается в восстановлении после закрытия рудника.

Кучное выщелачивание - процесс получения полезных компонентов растворением подготовленного (раздробленных бедных руд или хвостов обогатительной фабрики) и уложенного в специальный штабель минерального сырья, с последующим их выделением (осаждением) из циркулирующих растворов.

Кучное выщелачивание применяется для переработки руд, содержащих легкорастворимые полезные компоненты; такие руды должны быть относительно пористыми и недорогими. Иногда кучное выщелачивание используется для переработки отвалов, возникших в результате процессов предшествующей добычи. Для загрузки руды подготавливается слабо наклонная поверхность, непроницаемая для выщелачивающих растворов. Вдоль и поперек этой поверхности создаются водосборные углубления для дренажа. После загрузки руда заливается количеством выщелачивающего раствора, достаточным для того, чтобы пропитать всю её толщу. Раствор проникает между частицами руды и производит растворение полезных компонентов. Через некоторый период времени материал высушивают и извлекают корку, образованную растворившимися ценными составляющими, а обработанную рыхлую породу смывают в дренажную систему.

Выщелачивание путём просачивания используется при переработке руд, которые при дроблении измельчаются плохо и не содержат природного шлама или глины. Это довольно медленный процесс. Выщелачивание при просачивании осуществляется в баках, хорошо приспособленных для загру'зки и разгрузки. Дно бака должно быть эффективным фильтром, позволяющим производить через него закачку и откачку раствора. Баки загружаются раздробленной рудой определенной фракции крупности. Затем выщелачивающий раствор закачивается в бак и впитывается в руду. По истечении необходимого времени выдержки раствор с выщелоченными компонентами откачивается, а руда промывается для удаления остатков выщелачивающего раствора.

В процессе выщелачивания возможны выбросы пыли, радона и выщелачивающей жидкости. После завершения процесса выщелачивания, в особенности если руда содержит сульфид железа, то после её доступа к воде и воздуху может начаться непрерывное бактериальное производство кислоты в отвалах, что ведёт к самопроизвольному выщелачиванию урана в течение многих столетий с загрязнением грунтовых вод.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >