СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМНЫМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕМ Российский патент 2022 года по МПК E21B43/28 

Область техники

Изобретение относится к области физико-химической геотехнологии, а именно к добыче полезных ископаемых - урана, рения скважинным подземным выщелачиванием на месторождениях песчаникового типа.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время известен широкий спектр способов добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием, в частности урана. При этом, после извлечения урана из продуктивных растворов, извлекают пока только редкие элементы - рений, скандий и редкоземельные элементы (РЗЭ). Рений - в промышленных масштабах извлекают в Узбекистане на Навоийском горно-металлургическом комбинате (Волков В.П., Михин О.Α., Першин Μ.Е. «Промышленный опыт извлечения рения из урансодержащих растворов ПВ с получением чистых солей перрената аммония» // Сборник докладов V Междунар. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы урановой промышленности» 18-20 сентября 2008 г. Алматы, ТОО «Viva-promotion», с. 353, патент РФ №2294392. Известны также технические решения по извлечению рения из урансодержащих растворов по патентам РК (Казахстана) №, №22659, 23507, 26780).

Основными недостатками известных способов является то, что извлечение рения и других попутных компонентов из продуктивных урановых растворов предусматривается осуществлять после сорбции урана из продуктивных растворов - из маточников сорбции, при этом, перерабатывать необходимо равнозначные объемы растворов, при низких содержаниях сопутствующих компонентов в общем объеме растворов. Например, содержания рения составляют в продуктивных урановых растворах - 0,3-0,8 мг/л (среднее 0,5 мг/л), что предопределяет необходимость сооружения дополнительных модулей по переработке растворов соизмеримых с основным производством по переделу урана с капитальными и эксплуатационными затратами выдерживающих рентабельность попутной добычи только на максимальных пиках рыночных цен на металлы, что делает уязвимым попутное извлечение редких металлов по таким схемам.

Наиболее близким (прототип) к заявленному является способ извлечения редких металлов и попутных компонентов из продуктивных сернокислых растворов скважинного подземного выщелачивания, раскрытый в монографии «Учкудукский тип урановых месторождений республики Узбекистан». Каримов Х.К., Бобоноров Н.С., Бровин К.Г. и др. Ташкент, ФАН, 1996, с. 312-316, включающий сооружение откачных и закачных скважин, закачку выщелачивающих растворов, откачку продуктивных растворов на поверхность, извлечение основного компонента (урана) из растворов, с последующим технологическим переделом растворов, извлечением сопутствующих полезных компонентов (рения, скандия, селена и др.) и получением товарных продуктов.

Основным недостатком известного способа является необходимость переработки всего объема растворов с низкими содержаниями сопутствующих компонентов, что предопределяет сооружение, как минимум, равнозначных перерабатывающих цехов на каждый из компонентов, большой расход реагентов, что делает попутную добычу в современных условиях при негативной конъюнктуре рыночных цен на металлы легко уязвимой и нерентабельной.

Заявляемое техническое решение направлено на создание высокоэффективного рентабельного способа извлечения сопутствующих металлов, например, рения из продуктивных урановых растворов при отработке месторождения урана скважинным подземным выщелачиванием.

Раскрытие изобретения

Технический результат, достигаемый применением нового способа добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием, заключается в дифференцированной откачке продуктивных растворов из подзон уранового оруденения эпигенетической зональности и стадийной переработки растворов, что значительно повышает технологичность и рентабельность способа, одновременно снижая капитальные и оперативные затраты на добычу полезных ископаемых.

Распределение сопутствующих металлов по подзонам уранового оруденения в эпигенетической зональности - процесс естественный и достаточно хорошо изучен (Бровин К.Г., Грабовников В.Α., Шумилин М.В. и Язиков В.Г. «Прогноз, поиски, разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием». Алматы, Гылым, 1997, с. 21-23).

Например, из подзоны богатых «черных» урановых руд селективно можно извлекать скандий и редкоземельные элементы, из подзоны бедных «серых» урановых руд - рений, из подзоны разрушающихся «растворимых» урановых руд - селен и т.д.

В отличие от прототипа в заявляемом способе продуктивные растворы, откачиваемые из подзон уранового оруденения направляют на извлечение сопутствующего металла селективно, при этом извлечение сорбцией сопутствующего металла, например, рения, осуществляют перед сорбцией урана (объемы продуктивных урано-рениеносных растворов могут быть сокращены до 70%), что значительно снижает капитальные и операционные затраты и повышает эффективность процесса добычи основного и сопутствующего металлов.

Так, например, по месторождению Добровольное, расположенного в Зауральском урановорудном районе, согласно данным предварительной разведки содержание рения в рудах по классам составляет: от 0,01 до 1 г/т - 71%, от 1 до 10 г/т - 29% (Лучинин И.Л. Отчет о результатах предварительной разведки Добровольного рений-редкоземельно-уранового месторождения. Тургайская партия №89. Екатеринбург, 1994. Кн. 2, табл. 4.28. с. 165).

Районирование и определение участков заложения селективных откачных скважин, например, «рениевых» осуществляют предварительным опробованием их еще на стадии разведки и уточняют по результатам эксплуатационной разведки при сооружении скважин. На стадии разведки для этого опробуют керн разведочных скважин, а на стадии эксплуатационной разведки применяют, например, широко известный метод «Push-Pull», когда в скважину закачивают 1-2 м³ выщелачивающего раствора (сернокислый раствор с концентрацией по серной кислоте 10-15 г/л), дают выстоятся, затем откачивают его на поверхность и анализируют раствор на содержание в нем полезных компонентов - рения и урана. После анализа результатов составляют схемы зонирования эксплуатационных блоков по рениеносным зонам - выделяют наиболее легковскрываемые и богатые по содержанию рения участки.

После этого, откачные скважины, которые определены как, например, «рениевые» с содержанием рения в продуктивном растворе более 1,0 мг/л, обвязывают в отдельный коллектор, по которому продуктивные растворы направляют на опережающее извлечение рения, например, по техническому решению изложенного в патенте RU 2627838 от 23.03.2016 г.«Способ извлечения рения из урановых растворов», который включает сорбцию рения слабоосновным наноструктурированным ионитом на стиролакрилатной матрице, содержащим функциональные группы циклогексиламина в количестве 1,9-3,0 мг-экв/г.

После сорбции рения раствор поступает в общий коллектор для сорбции урана и далее маточники доукрепляют серной кислотой и направляют на выщелачивание в рудоносный пласт.

Отличительный существенный признак «селективная дифференциация откачных скважин, сооруженных в подзонах уранового оруденения эпигенетической зональности, где содержание рения в продуктивных растворах более 1 мг/л является также и новым, так как на практике и в открытых источниках такого приема неизвестно и рений извлекают из продуктивных растворов после сорбции из него урана - из общего объема маточников сорбции урана (при среднем содержании рения 0,5-0,8 мг/л), при этом на сорбцию направляют тот же объем растворов, что и на сорбцию урана. Существенность признака определяется значительным сокращением объемов растворов (до 70%) направляемых на сорбцию рения по сравнению с объемами урансодержащих растворов, что снижает капитальные и операционные затраты на строительство и функционирование рений перерабатывающего модуля.

Кроме этого - порог содержания рения в растворах (более 1 мг/л) объясняется тем, что содержание рения в пластах колеблются от 0,n до 150 г/т (С.Ю. Енгалычев, А.А. Пуговкин, Г.Б. Лебедева «ГЕОЛОГО СТРУКТУРНЫЕ КРИТЕРИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ УРАН-МОЛИБДЕН-РЕНИЕВОГО ОРУДЕНЕНИЯ В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ПОДМОСКОВНОГО БАССЕЙНА». Статья в журнале «Региональная геология и металлогения», №62, 2015, с. 97. Получение богатых по рению растворов возможно из руд с повышенным содержанием рения, что и является непременным условием.

Рассчитать предварительно среднюю за весь период выщелачивания концентрацию рения (С_м, г/дм³⁾, в продуктивном растворе можно исходя из его извлекаемого количества и общего объема V, м³ продуктивного раствора по зависимости (Справочник по геотехнологии урана /В.И. Белецкий, Л.К. Богатков, Н.И. Волков [и др.]; под ред. Д.И. Скороварова. М.: Энергоатомиздат, 1997, с 370):

С_м=10³Ρ_м ε/ V, где

Р_м - общие запасы руды в секции, т

ε - степень извлечения металла, доли единицы

V - объем выщелачивающего раствора, м³

Оптимальные показатели содержаний рения (более 1 мг/л и менее 1 мг/л) в продуктивных растворах, при имеющихся содержаниях рения в рудах и соотношениях горнорудной массы и объемов выщелачивающего раствора приведены на Фиг.1, где видно, что концентрации рения в растворах более 1 мг/л получают при исходных содержаниях рения в рудах более 2 г/т.

Использование данного признака повышает качество растворов по рению, что позволяет увеличить эффективность процесса СПВ за счет селективной добычи богатых по рению растворов.

Отличительный существенный признак «опережающая сорбция рения» в совокупности предопределяет организацию процесса откачки и транспортировки продуктивных рений и урансодержащих растворов по отдельным коллекторам, чтобы не разбавлять богатые растворы руководствуясь принципом - лучше меньше, но лучше. Если же процесс сорбции начинать с урана, то создается необходимость в данном модуле организовать отдельные линии как для урана, так и для рения, что с позиции компоновки оборудования неэффективно и экономически не целесообразно.

Отличительный существенный признак «при сооружении закачных и откачных скважин осуществляют зонирование эксплуатационных блоков методом «Push-Pull», при этом откачные селективные скважины обвязывают в отдельный коллектор», что позволяет дифференцировать зоны с богатыми рений содержащими растворами и бедными еще на стадии сооружения скважин. В противном случае, если, например, опробовать обвязанные и запущенные в работу скважины эксплуатационных блоков, то после определения «богатых» по рению скважин потребуется их переобвязка, что влечет дополнительные затраты.

Совокупность вышеперечисленных отличительных существенных признаков заявляемого технического решения позволит достичь заявленной цели в полной мере.

Осуществление изобретения

Ниже приводятся сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого изобретения и показана его эффективность по отношению к известным техническим решениям.

На схеме - Фиг. 2 показан пример осуществления заявляемого способа.

Рудный эксплуатационный блок (1) разбуривают технологическими закачными (2) и откачными (3) скважинами, которые после сооружения опробуют выщелачивающим раствором методом «Push-Pull». По результатам анализов растворов на рений дифференцируют зоны (4) расположения откачных скважин с содержанием рения менее 1 мг/л и зоны (5) расположения откачных скважин (6) с содержанием рения в растворе более 1 мг/л. Откачные скважины с содержанием рения более 1 мг/л обвязывают в отдельный откачной коллектор (7) и направляют растворы на опережающую сорбцию (9) с последующим получением перрената аммония. После сорбции рения урансодержащие растворы поступают в общий коллектор (8) и проходят стандартные циклы по сорбции/десорбции урана на установке по переработке урансодержащих растворов (10) с получением готового продукта «желтого кека». Маточники сорбции доукрепляют серной кислотой и направляют по коллектору (11) на выщелачивание руд через закачные скважины (2).

Эффективность использования заявляемого изобретения заключается в селективности выделения откачных скважин с богатыми по содержанию рения продуктивными растворами, что уменьшает объемы перерабатываемых растворов по рению, сокращает капитальные затраты по строительству перерабатывающей установки на рений, операционные затраты и сопутствующие расходы.

Предложенное изобретение относится к области физико-химической геотехнологии, а именно к добыче полезных ископаемых - урана, рения скважинным подземным выщелачиванием на месторождениях песчаникового типа. Способ добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием включает сооружение сети технологических скважин, закачку выщелачивающих растворов и откачку продуктивных растворов, переработку растворов сорбцией/десорбцией и получение готовых продуктов. Откачку продуктивных растворов на сопутствующие компоненты осуществляют дифференцированно из скважин, сооруженных в подзонах уранового оруденения эпигенетической зональности. Переработку продуктивных растворов осуществляют раздельно с опережающей сорбцией рения. При сооружении закачных и откачных скважин осуществляют зонирование эксплуатационных блоков. Откачные селективные скважины обвязывают в отдельный коллектор. Технический результат - повышение эффективности процесса переработки продуктивных растворов и добычи основного и сопутствующего металлов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием, включающий сооружение сети технологических скважин, закачку выщелачивающих растворов и откачку продуктивных растворов, переработку растворов сорбцией/десорбцией и получение готовых продуктов, отличающийся тем, что откачку продуктивных растворов на сопутствующие компоненты осуществляют дифференцированно из скважин, сооруженных в подзонах уранового оруденения эпигенетической зональности, при этом переработку продуктивных растворов осуществляют раздельно с опережающей сорбцией рения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при сооружении закачных и откачных скважин осуществляют зонирование эксплуатационных блоков, при этом откачные селективные скважины обвязывают в отдельный коллектор.