Уранодобытчики отзываются о скважинном подземном выщелачивании, одном из самых популярных способов извлечения урана, не иначе как в превосходной степени: самый экономичный, самый экологичный, самый безопасный. «СР» разобралась, как работает этот метод, а заодно выяснила, почему советская технология лучше американской, где самый дешевый уран и можно ли вести добычу в вечной мерзлоте.
В профессиональной литературе и публицистике часто можно встретить информацию, что метод скважинного подземного выщелачивания (СПВ) в начале 1960-х годов независимо друг от друга изобрели в СССР и в США. Кто все-таки был первым, история умалчивает. Бесспорно одно: советские ученые разработали технологию сернокислотного выщелачивания (американцы, напротив, сосредоточились на содовом), и именно эта технология доминирует, ее применяет, в частности, мировой лидер по добыче урана Казахстан.
Самый-самый
Как можно догадаться из названия, уран извлекается под землей, или, говоря профессиональным языком, в месте залегания: через руду прокачивают реагенты — растворы серной кислоты или соды, которые растворяют урановые минералы. По оценкам экспертов, себестоимость добычи при сернокислотном способе более чем в два раза ниже, чем при содовом, а капитальные затраты — в 1,5 раза ниже.
Так как руда остается в недрах, почвенный покров почти не нарушается, не формируются отвалы пустых пород, не образуются хвосты переработки руд, вот почему подземное выщелачивание — экологически чистый метод. Территорию месторождения сразу после рекультивации можно использовать под сельскохозяйственные нужды, а на самовосстановление водоносного горизонта потребуется несколько лет.
При карьерном и шахтном способе добычи руду для получения уранового концентрата надо извлечь из недр, раздробить, переработать. При подземном выщелачивании передел добычи руды полностью исключен: начальная стадия гидрометаллургической переработки, растворение урановых минералов, происходит в недрах. За счет этого метод скважинного подземного выщелачивания прочно закрепился на первом месте по экономике. Сегодня 28 из 45 действующих в мире рудников отрабатываются именно так, при этом 17 рудников — с себестоимостью добычи ниже средней спотовой цены за первые две декады ноября (23 доллара за фунт U3O8).
Еще один плюс — этот способ самый безопасный. Рабочие, операторы не контактируют с урановой рудой и наиболее опасным для человека продуктом распада урана — газом радоном. За все время использования подземного выщелачивания ни одного случая переоблучения персонала не зафиксировано. В наши дни ношение дозиметров на рудном поле СПВ отменено. С датчиками теперь заходят только на перерабатывающие производства, где имеют дело уже с концентратом.
Одно но
Почему весь уран не добывают этим экономичным, экологичным и безопасным способом? Потому что есть ряд технических ограничений. Наиболее важное условие — руда должна залегать в обводненных проницаемых отложениях. Идеально подходящая под этот метод рудная залежь представляет собой песчаный пласт, расположенный горизонтально ниже уровня грунтовых вод и изолированный сверху и снизу водоупорами — глиной. Этот пласт пробуривают вертикальными скважинами. Скважины по функциям делятся на закачные и откачные. В первые подается выщелачивающий раствор. Проходя через пласт, он растворяет урановые минералы и через откачные скважины поступает на сорбционную установку, где уран оседает на ионообменных смолах.
За последние 10 лет мировая добыча урана скважинным подземным выщелачиванием увеличилась почти в четыре раза. Этим методом извлекается примерно половина добываемого урана.
Высаживается уран селективно, остальные компоненты (алюминий, железо, магний и др.) уходят с оборотными растворами обратно в недра. Из смол извлекают десорбат урана, из десорбата получают желтый осадок — соли урана. После сушки и чистки осадок превращается в порошок — желтый кек.
Парадокс: добыча с самой низкой себестоимостью ведется там, где руды бедные. Содержание урана в них в среднем 0,05 – 0,07 %. Урановые минералы в такой руде можно разглядеть только под микроскопом.
Перспективы
Уранодобытчики ищут пути совершенствования СПВ. Например, руководитель технической группы алматинского филиала Uranium One Михаил Першин предложил инновацию в ремонтно-восстановительных работах на месторождении. Во время эксплуатации фильтр скважины забивают химические вещества и механические примеси, из-за чего снижается ее дебит. Восстановить производительность можно с помощью реагентов — этот способ оказался более быстрым, дешевым и качественным по сравнению с ранее применявшимися.
Другой инновационный проект — внедрение системы насосных скважин на двух крупных рудниках: Каратау и Акбастау. Это позволяет варьировать режимы скважин: откачная может стать закачной, и наоборот. Регулировка — из центра управления, что очень удобно и дает существенную экономию на оборудовании полигона. Более того, система насосных скважин позволяет сократить потери урана в недрах. Для применения такого технического решения необходимы напорные артезианские воды.
Оба ноу-хау позволяют удлинить межремонтный цикл, стабилизировать работу полигонов, увеличить производительность скважин и снизить операционные затраты на их восстановление.
До добычи урана добрались информационные технологии. Прорывным направлением становится внедрение интеллектуальных систем моделирования процессов СПВ на всех стадиях освоения месторождения. Геотехнологическое моделирование позволяет более полно отрабатывать запасы и оптимизировать процесс отработки. «Атомредметзолото» уже использует эту методику на российских рудниках. Разработчик программы — Северский технологический институт НИЯУ «МИФИ».
7 ИНТЕРЕСНЫХ ФАКТОВ
- Несмотря на название, СПВ не предполагает применения щелочи. Выщелачивание — это растворение рудного минерала без нарушения целостности вмещающей его горной породы. Уровень pH выщелачивающего раствора — 2,5 – 3, примерно как у уксуса.
- Самые сложные геоклиматические условия добычи на Хиагдинском местрождении в Бурятии: там температура воздуха зимой опускается до –45 °C, температура подземных вод в области рудных залежей чуть выше 0 °C. Рудные залежи перекрыты 200-метровой вулканической толщей, верхние 90 м которой — в вечной мерзлоте.
- Прославившийся благодаря песне город Учкудук (по-узбекски — «три колодца») был основан экспедицией, искавшей в тех местах уран. Геологи выкопали три колодца: для питья, для купания и для технических нужд.
- Себестоимость добычи не зависит от содержания урана в руде. Самая богатая руда, 20 % полезного компонента, — в Канаде. На месторождениях Казахстана — в 400 раз ниже, но именно там добывать уран дешевле всего.
- Самая низкая себестоимость добычи урана в мире на рудниках Каратау и Акбастау месторождения Буденовское. Их разрабатывают СП «Казатомпрома» и Uranium One.
- В Казахстане более 60 % запасов урана содержится в одной рудной провинции — Чу-Сарысуйской. На площади 40 тыс. км² сосредоточены месторождения урана, идеально подходящие для СПВ, с ресурсной базой почти 1 млн т.
- В СССР первенство в применении сернокислотного выщелачивания (1962 год) оспаривали Девладовское месторождение на Украине и Учкудукское месторождение в Узбекистане. На последнем уран поначалу добывали карьером.