ПРОБЛЕМЫ ГЕОТЕХНОПОГИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИИ УРАНА
Доктор технических наук Е. А. КОТЕНКО
Роль урана как энергоресурса по прогнозам специалистов будет год от года возрастать. В связи с этим журнал предполагает более полно знакомить читателей с технологиями его разведки, добычи и переработки в топливо.
Основные задачи атомной энергетики России до 2020 г. при оптимальном варианте ее роста сводятся к увеличению доли атомной энергетики в производстве электроэнергии в России с 13 до 25 %; модернизации и продлении 30-летнего назначенного срока службы ядерных энергоблоков до 40-50 лет; воспроизводству выбывающих и строительству новых АЭС с целью интенсивного замещения сжигания газа и мазута в электроэнергетике; повышению коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) с 64.5% (1999 г.) до 7585% и снижению штатного коэффициента с 1.6 чел./МВт (эл.) до 0.25 чел./МВт 8 (эл.).
§ В современном ядерном топливном 1 цикле энергетики (ЯТЦ) основным энер-§ гетическим сырьем служит уран - есте-£ ственный радиоактивный элемент, широ-
* г-»
1 ко распространенный в природе. В каче-® стве горючего ядерных реакторов | атомных электростанций на тепловых § нейтронах используется делящийся изо-£ топ уран-235. В природном уране этого £ изотопа только 0.7%, остальные же ? 99.3% - это уран-238. Ядерные реакторы могут работать на смеси разного обогащения по урану-235. В современных энер-
гетических реакторах типа ВВЭР или РБМК при тепловой мощности примерно в 3200 МВт потребляется в сутки примерно 3.2 кг урана, а в год 1 т.
Ядерный топливный цикл начинается с добычи естественного урана в рудниках. Основной отличительной особенностью урановых рудников от рудников черной или цветной металлургии и угольных шахт - явное и массивное воздействие на организм горняков радиоактивных веществ. Эта особенность урановых руд распространяется и на перерабатывающие технологии. Удельная радиоактивность природного урана в общем-то не велика, но для обогащенного по урану-235 она возрастает на порядок.
При добыче урана используют традиционные подземный и открытый способы, а также технологии подземного и кучного выщелачивания сернокислыми растворами. Руды и растворы перерабатывают на гидрометаллургических заводах. Конечной продукцией переработки является закись-окись урана и308, которая на других предприятиях переводится в гек-сафторид урана иР6, обогащается и поступает на участки изготовления тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов.
У нас в России основным предприятием, поставляющим уран, является Приар-гунский горно-химический комбинат, разрабатывающий Стрельцовское рудное поле. Научно-технические проблемы при добыче урановых руд из сложно-структурных месторождений, аналогичных имеющимся на Стрельцовском рудном
30
© Е. А. Котенко
поле, можно сгруппировать по направлениям следующим образом.
Первое направление. Обеспечение радиационной безопасности:
• определение закономерностей выделения радона и прогнозирование его дебита в зависимости от горно-геологических условий и технологии очистных работ;
• установление зависимости степени облучения горняков долгоживущими альфа-активными радионуклидами и внешним гамма-излучением;
• определение оптимальных систем нагнетательного проветривания рудников и воздухопотребности очистных блоков при различных системах разработки: с твердеющей закладкой - нисходящая слоевая выемка, подэтажные штреки, подэтажное магазинирование руды, с обрушением налегающих пород при под-этажном обрушении;
• установление областей использования систем разработки по критерию радиационной безопасности и затратам на вентиляцию;
• определение максимально допустимой производительности рудника при отработке богатых руд по уровню радиаци-онно опасных факторов: содержание урана в недрах и в отбитой руде, удельное радоновыделение, необходимое количество свежего воздуха для проветривания рудника;
• создание надежных способов радиационной защиты горного персонала, сокращение эмалирующих поверхностей за счет применения систем разработки с твердеющей закладкой, устройство перемычек и завес, снижение в блоках объемов отбитых богатых руд и др.
• создание технологий по охране и санации окружающей природной среды.
Отметим, что за полвека развития ура-нодобывающей промышленности накоплен большой опыт защиты персонала и окружающей среды от вредного воздействия радиации, однако перечисленные
выше проблемы и ныне остаются актуальными.
Второе направление. Формирование сырьевой базы уранодобывающего предприятия в условиях рыночной экономики:
• оптимизация сырьевой базы и геолого-экономических показателей рудного поля с выделением активных запасов руды и урана, рентабельных в рыночных условиях;
• определение областей эффективной разработки активных запасов с учетом радиационной безопасности горняков тремя технологическими схемами добычи и переработки руд: богатых - горно-химические технологии (ГМТ); среднего содержания - кучное выщелачивание (КВ); бедных по содержанию урана - подземное выщелачивание (ПВ). Целевая функция - получение максимальной прибыли с 1 т балансовой руды.
В результате оптимизационных исследований с помощью экономико-математической модели на месторождениях Стрел ьцовского района в состав активных переведено около 60% запасов, причем только от 14 до 28% запасов урана можно разрабатывать традиционной горно-гидрометаллургической технологией. А применение технологий для бедных по урану - ПВ (подземное выщелачивание) и средних - КВ (кучное выщелачивание) позволяет увеличить активные запасы в 2.1-2.5 раза.
Горно-химические технологии добычи § урана во много раз сокращают объемы § перевозок руды с рудников на Горноме- | таллургический завод (ГМЗ), значитель- § но уменьшают расходы энергии (исклю- £ чается процесс измельчения), снижают | себестоимость товарной продукции до ® уровня мировых цен, обеспечивают ре- | шение экологических проблем (снижают- § ся объемы сбросов ГМЗ в хвостохрани- £ лище). |
Кроме Стрельцовского района в Рос- р сии есть три уранорудных района с пла-стово-инфильтрационными месторожде-
Рис. 1.
Схема подготовки блока к подземному выщелачиванию.
I - дренажны/й горизонт; 2 - взры/вны/е скважины3 - буровой штрек;
4 - отбиваемая руда; 5 - временный целик с дренажным горизонтом; 6, 7, 8 - орошаемые слои руды;
9 - оросителыны/е скважины;
10 - обсадная труба;
II - дренажная скважина.
ниями "палеодолинного" или "песчаникового" типа, которые можно отрабатывать прогрессивным бесшахтным способом -скважинным подземным выщелачиванием. Это Зауральский (Курганская и Свердловская области), Западно-Сибирский (Кемеровская и Новосибирская области) и Витимский (Республика Бурятия). Общая оценка в них прогнозных ре-
сурсов урана - около 300 тыс. т. На Долматовском и Хиагдинском месторождениях ведутся промышленные работы. Малиновское месторождение ЗападноСибирского района исключено из-за не подтверждения ожидавшихся технологических показателей при проведении опытных работ.
В связи с намеченной программой развития атомной энергетики, совершенствование технологий добычи урана становится важнейшей социально-экономической проблемой, которая может быть успешно решена на основе 4-х разделов горных наук: недроведения, системоло-гии, геотехнологии и обогащения. Приоритетное направление - подземное выщелачивание (ПВ) урана из пластово-ин-фильтрационных руд вышеупомянутых месторождений и в других перспективных районах. При этом предстоит решить ряд организационных, финансовых, научно-технических и экологических задач, так как уран залегает на больших глубинах (до 300-500 м), в сложных геолого-гидрогеологических условиях. Температура пластовых вод относительно низкая, доходящая до 3-5°С.
В России и странах СНГ более 35 лет добывается уран, и попутно - рений, скандий, ванадий, молибден, редкоземельные элементы - технологией сква-жинного подземного выщелачивания на месторождениях гидрогенного (песчаникового) типа с последующей рекультивацией подземных вод (рис. 1). Эта бесшахтная прогрессивная технология конкурентоспособна даже при разработке месторождений бедных руд с содержанием урана от 0.02 до 0.07%, залегающих в песчано-глинистых обводненных отложениях на глубинах от десятков до 500 м. Технология ПВ позволяет комплексно осваивать месторождения при полной механизации и автоматизации всех процессов, существенно снизить ресурсо- и энергоемкость добычи, общие и удельные капиталовложения, повысить производительность труда, практически пол-
Барабанный грохот
Колонна десорбционного концентрирования
Узел приготовления известкового молока
Рис. 2.
Технологические схемы/ переработки продуктивны/х растворов подземного и кучного выщелачивания.
ностью исключить радиационную опасность для персонала и окружающей среды, а также создать комфортные условия труда (рис. 2).
В настоящее время приоритетными направлениями горных наук в совершенствовании бесшахтной скважинной технологии ПВ следует считать:
• создание научно-технических основ добычи урана этим методом из скальных месторождений;
• исследование применения газонасыщенных (кислородо-насыщенных) выщелачивающих растворов и оптимизация их состава;
• разработка способов создания искусственных коллекторов и водоупоров с использованием гидроразрыва пласта;
• электрофизические методы деколь-матации скважин, интенсификации процесса выщелачивания и управление потоками растворов, изменением режима работ скважин (пульсирующий режим, реверсирование и др.);
• создание способов извлечения из продуктивных растворов сопутствующих полезных компонентов;
• создание высокопроизводительного надежного оборудования: сорбционных аппаратов, буровых установок, высокопрочных труб из металлопласта и стеклопласта, импульсных установок для де-кольматации скважин, мобильных комплексов по приготовлению и переработке растворов ПВ производительностью до 250 м3/ч;
• разработка комплексного мониторинга и автоматизация систем управления технологическими процессами рудников ПВ; ш
о
• создание комплекса мероприятий по § охране окружающей среды. к
Современная годовая потребность | России в ур
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.