ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2008, том 50, № 2, с. 127-134
УДК 553.495:553.068
СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ ОБРАЗЦОВ КЕРНА УРАНОВЫХ РУД К ЕСТЕСТВЕННОМУ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОМУ
СОСТОЯНИЮ
© 2008 г. И. Н. Солодов*, М. Б. Черток**
*ОАО "Урановая горнорудная компания" 119017, Москва, ул. Большая Ордынка, 24/26 **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 07.06.2007 г.
В статье описывается новый способ приведения образцов керна урановых руд к естественному окислительно-восстановительному состоянию. Приведены результаты лабораторных экспериментов по агитационному и фильтрационному выщелачиванию урана из восстановленных сульфидными растворами руд в сравнении с окисленными при хранении. Окисление рудных образцов при опробовании и хранении приводит к завышению скорости выщелачивания урана сернокислотными растворами из руд, при этом чем более окислен образец, тем выше степень завышения количественных характеристик этих параметров применительно к традиционному сернокислотному скважинному подземному выщелачиванию (СПВ). Описанный метод подготовки рудных проб к лабораторным экспериментам позволяет максимально приблизиться к окислительно-восстановительному состоянию руд, существующему в природной обстановке. Это доказывают результаты определения валентных форм урана и железа в восстановленных породах. Результаты лабораторных экспериментов с породами, восстановленными по предложенной методике, адекватны реально протекающему процессу промышленного сернокислотного СПВ урана на Далматовском месторождении.
ВВЕДЕНИЕ
Для целей скважинного подземного выщелачивания (СПВ) урана из руд гидрогенных месторождений в практике геотехнологических исследований широко используют лабораторные методы агитационного (метод перемешивания) и фильтрационного выщелачивания (Справочник..., 1997). Эти методы применяют для выбора выщелачивающих регентов и концентрационного режима их подачи на выщелачивание урана, определения удельного расхода реагентов, скорости, степени и продолжительности извлечения урана из руд. Испытания проводят на образцах песчаных пород, обладающих поровой гидравлической проницаемостью, отобранных из керна в процессе колонкового бурения или позже из коллекции в кернохра-нилище. При этом, как правило, отбор осуществляется по традиционной методике в контакте с кислородом воздуха без сохранения естественного окислительно-восстановительного состояния пород в рудоносных горизонтах.
При хранении рудных образцов на воздухе уран, молибден, железо и ряд других поливалентных элементов частично или полностью окисляются кислородом. В отношении и(1У), являющегося сильным восстановителем, показано, что
Адрес для переписки: М.Б. Черток. E-mail: chertok@igem.ru
при нахождении влажных песчаных рудных образцов на воздухе и(1У) за 10 сут окисляется до и(У1) на 50-100% (Лисицин, 1975). Окисление рудных образцов продолжается и на следующих стадиях исследования: в процессе квартования и усреднения проб; при заполнении породой реактора (для экспериментов методом перемешивания) или фильтрационной колонки.
Крайне редко для сохранения естественного окислительно-восстановительного состояния урановых руд используют их консервацию. Наиболее распространен способ отбора монолитов из свежего керна сразу после извлечения из колонковой трубы. Образец керна, освобожденный от рубашки бурового глинистого раствора и шлама, оборачивают марлей, смоченной парафином. Этот способ не сохраняет естественное окислительно-восстановительное состояние образцов урановых руд. Как показали исследования, марля и парафин, являясь питательным веществом для суль-фатредуцирующих бактерий гетеротрофов, провоцируют образование гидротроилита и усиление восстановительных процессов в монолите (Лисицин, 1975), а при разрушении оболочки - наоборот, приводят к окислению.
Метод, максимально устраняющий перечисленные недостатки, предложен авторами статьи (воёёагё, Вгс^паИап, 1982). Согласно этой методи-
ке, отбор проб из свежего керна производится в боксе, заполненном газообразным азотом. Для подавления микробиологических процессов пробу замораживают. Чтобы сократить время между отбором и лабораторными исследованиями, пробы в лабораторию доставляют самолетом. Эксперименты проводят в боксе в атмосфере азота. Несмотря на привлекательность этого метода, в значительной степени устраняющего окисление руд, его применение для массовых исследований из-за высокой трудоемкости и сложности, по-видимому, не перспективно.
Окисленные минеральные формы урана обладают значительно более высокой растворимостью в пластовой воде и выщелачивающих разбавленных растворах кислот и щелочей, чем восстановленные соединения урана. Поэтому предполагается, что окисление и(1У) на отмеченных стадиях исследования должно приводить к значительному искажению динамических параметров извлечения урана из руд.
Например, известно, что при промывке в фильтрационной колонке окисленных рудных песков пластовой водой с рН 7-8 в пробах воды на выходе из колонки появляются неправдоподобно высокие концентрации урана до 20-60 мг/л. Такие его содержания в природных подземных водах на гидрогенных месторождениях не встречаются. Преобладают концентрации 0.00я...0.я мг/л (Гидрогенные..., 1980). Чтобы исключить искусственно возникающий эффект так называемой "водоот-мывки", лабораторные эксперименты необходимо проводить с рудами в естественном окислительно-восстановительном состоянии.
Цель данной статьи следующая: 1) описание способов приведения образцов руд к близкому к естественному окислительно-восстановительному состоянию; 2) обоснование величины уровня предварительного восстановления образцов урановых руд; 3) оценка влияния искажающих эффектов на результаты лабораторного выщелачивания.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования служили руды Далма-товского месторождения, относящегося к группе древних гидрогенных месторождений Зауральского ураново-рудного района. Геология, литология, геохимия, минералогия и гидрогеология месторождения подробно описаны в трудах сотрудников ВИМС и ИГЕМ РАН (Кондратьева, Нестерова, 1997; Халезов, 2003; Солодов и др., 2006).
Лабораторное сернокислотное перемешивание и фильтрационное выщелачивание проведено на образцах урансодержащих песчаных глинисто-алевритовых отложений средне-верхнеюрского рудоносного горизонта. Секционные пробы ото-
браны из керна традиционным способом в процессе колонкового бурения эксплуатационных скважин в пределах Восточной залежи в 2005 г. Бурение осуществлялось вращательным способом с прямой промывкой глинистым буровым раствором.
Рудоносные серые мелко-тонкозернистые пески по минеральному составу кластического материала - кварцевые с небольшим содержанием полевых шпатов. Межзерновой заполнитель представлен алевропелитовой фракцией (25-30%) преимущественно кварц-каолинитового состава. По химическому составу пески силикатные (8Ю2 78.1 мас. %) с пониженным содержанием петро-генных компонентов (мас. %): А1203 11.59, ТЮ2 1.25, Бе203 1.45, Бе0 0.34, К20 1.10, СаО 0.64, Mg0 0.26, Ка20 0.17, МпО 0.003. Содержат сульфидную минерализацию - 8сульф. 0.68 мас. % и рассеянное органическое вещество - Со„г 1.1 мас. %. Содержание фосфора невысокое (Р205 0.045 мас.%) и в основном обусловлено присутствием в песках акцессорного апатита, монацита и ксенотима. Рудная минерализация представлена настураном и коффинитом. Среднее содержание и в пробе, использованной в экспериментах методом перемешивания, - 0.08%, а в фильтрационных экспериментах - 0.05%. Среднее содержание урана по Далматовскому месторождению в целом - 0.039% (Кукушкин, 2002). Концентрация молибдена сопоставима с содержанием урана в рудах и обусловлена присутствием в песках молибденита и иордизита.
Рудогенная особенность Далматовского месторождения заключается в том, что рудоносные породы и породы примыкающей к ним зоны пластового окисления претерпели вторичное пострудное восстановление (Кондратьева, Нестерова, 1997). В связи с этим во всех эпигенетических геохимических зонах преобладают отрицательные значения окислительного потенциала (БИ -380.-20 мВ), среднее значение которого по месторождению составляет -173 мВ. В этой редокс-обстановке уран и железо сильно восстановлены (Солодов и др., 2006). В кислоторастворимой части преобладают И(1У) 70-100% и Бе(11) > 80%. Подземные воды слабощелочные (рН 7.8-8.5), содовые, практически безсульфатные.
ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ ПОРОД К ЛАБОРАТОРНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ
Свежий керн не всегда доступен. Поэтому чаще имеют дело с окисленными на воздухе образцами из коллекций. Для приведения образцов руд к естественному окислительно-восстановительному состоянию нами предложены способы предварительного, перед проведением экспериментов, восстановления рудных образцов сероводородом.
Содержание кислоторастворимых валентных форм урана и железа в рудной пробе до и после восстановления сероводородом, мас. %
Метод подготовки породы EU U(IV) U(VI) U(IV) от EU, отн. % Fe(II) Fe(III) EFe
До восстановления 0.083 0.026 0.057 23 0.044 0 0.044
После восстановления 0.076 0.072 0.004 95 0.038 0 0.038
Выбор сероводорода в качестве восстанавливающего реагента объясняется тем, что он является главным агентом осаждения урана в восстановительном геохимическом барьере при формировании рудных концентраций урана на месторождениях рассматриваемого генетического типа. Н28 возникает в рудообразующей системе в процессе эпигенетической сорудной, иногда пострудной, биогенной пиритизации рудоносных пород (Максимова, Шмариович, 1993). Современная геохимическая обстановка в рудоносном горизонте на Далматовском месторождении характеризуется преобладанием восстановительных условий, обусловленных спорадическим присутствием в подземных водах растворенного Н28 (до первых мг/л) (Халезов, 2003).
В качестве критерия завершения процесса восстановления принята величина БИ, измеренная непосредственно в рудоносном водоносном горизонте методом гидрогеохимического каротажа (Солодов и др., 2005) или в герметичных пастах, приготовленных из рудного
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.