Самое активное развитие геологии пришлось на время существования СССР. В советские годы зародились многие геологические дисциплины (достаточно вспомнить инженерную геологию, грунтоведение и др.), активно велись поиски месторождений полезных ископаемых, совершенствовались методы добычи. В этой статье речь пойдет о технологии, без которой было бы невозможно быстро получить уран в необходимом количестве. Ее имя - подземное выщелачивание.
Появление потребности
Для того, чтобы ископаемое стало полезным, в нем должна появиться соответствующая потребность. Так получилось и с ураном. До того, как США занялись созданием атомной бомбы, почти никому не было дела до этого элемента. А уж когда они сбросили бомбы на Хиросиму и Нагасаки, вопрос создания такого же оружия в СССР встал очень остро. Уран понадобился сразу и его требовалось много.
О добыче урана
Уран – самый тяжелый химический элемент, который встречается в природе. Все последующие в таблице Менделеева долго не живут и распадаются. В природе уран способен создавать устойчивые соединения – оксиды урана и соли. В них он может быть как четырехвалентным, так и шестивалентным.
Чаще всего породы, содержащие уран в достаточных для добычи концентрациях, являются осадочными. Ключевое здесь – в достаточных концентрациях, т.к. чаще всего этот элемент, хоть и весьма широко распространен на Земле, содержится в породах в крошечных количествах. На момент работы над первой советской атомной бомбой было лишь одно месторождение урана, которое разрабатывалось совместным советско-германским предприятием «Висмут». Нужно было больше и быстрее.
Звездный час гидрогеохимиков
Метод подземного выщелачивания был создан в СССР в 1962 г. на стыке двух геологических дисциплин - гидрогеологии и гидрогеохимии. Когда я был студентом, нам про него рассказывал профессор И.С. Осмоловский, который тоже приложил руку к этому методу. Почти весь курс гидрогеохимии мы слушали именно про уран вперемешку с историями про зэков и рецептами очистки самогона. Какой же сюрприз ждал всех на экзамене, когда в билетах оказалось много других вопросов, кроме химии урана!
Вернемся к урану. В Средней Азии были обнаружены пески, содержащие диоксид и триоксид урана (оксид уранила), но в недостаточных для традиционной добычи концентрациях. Была поставлена задача в нахождении способа получения урана из очень бедных руд, которая была успешно решена. Не сразу, конечно. Многие параметры определялись методом проб и ошибок, ведь на тот момент еще не было даже дисциплины «динамика подземных вод».
Суть проста – в урансодержащие породы через скважины закачивается раствор серной кислоты (она дешевая и хорошо взаимодействует с соединениями урана), уран переходит в раствор, который выкачивается через другие скважины.
На начальном этапе (стадия закисления) концентрация серной кислоты должна быть около 20-30 г/л. Первая стадия длится 20-60 дней, ее окончание определяется достижением целевой концентрации урана в извлекаемом растворе – от 30 мг/л. На этапе эксплуатации концентрация кислоты составляет не более 10 г/л, а на финальном этапе – около 1,5 г/л.
Такая технология позволила максимально удешевить добычу урана, повысив скорость, эффективность и минимизировав контакт людей с радиоактивными материалами.
Сложность использования подземного выщелачивания
При разработке месторождения урана, представленного хорошо проницаемыми породами, сложностей хватает. Для достижения необходимого содержания соединений урана в растворе требуется обеспечить определенную концентрацию кислоты на глубине и ее равномерное распространение. Если порода будет иметь высокий коэффициент фильтрации, то кислота не станет растекаться, а если низкий – все будет происходить слишком медленно и на небольшой площади.
Чтобы управлять процессом, месторождение разделяют на участки, в том числе создают противофильтрационные завесы. Тогда раствор не уходит куда-то в сторону, а извлекается полностью. Подающие и откачивающие скважины бурят в таком порядке, чтобы обеспечить максимальную эффективность использования кислоты.
В качестве итога
На сегодня подземное выщелачивание активно используется для добычи урана, причем не только из месторождений, но и из хвостов. Думаю, что не ошибусь, если назову этот метод основным. Уран – не единственный химический элемент, который добывается таким способом, но на нем эта технология была отработана и обкатана.
Статья по теме:
