Обводненность, рыхлые и неустойчивые породы — 60 лет назад этих показателей было достаточно, чтобы признать месторождение урана нерентабельным и слишком сложным для разработки. В 1967 году ситуация изменилась, когда советские ученые придумали эффективный и безопасный способ добычи радиоактивного металла. Позже отечественные специалисты пошли дальше и адаптировали его для условий, в которых ни одна страна мира не добывает уран.
Метод добычи, придуманный в СССР, получил название способ подземного выщелачивания. Его принцип в том, что уран добывают без карьеров и глубоких шахт. Вместо этого в рудоносный плат бурятся скважины, через которые закачивается слабый, неконцентрированный раствор серной кислоты. Такой выщелачивающий раствор содержит около 1,5–2% серной кислоты или 15–20 граммов на 1 литр воды. Серный реагент растворяет уран прямо под землей, и полученный раствор откачивается на поверхность для переработки. При такой методике отсутствуют отвалы пустой породы на поверхности, другие радиоактивные элементы, такие как радий, стронций, цезий, остаются под землей, а вода и растворы циркулируют в замкнутой системе.
В цехах на поверхности специалисты выделяют из раствора ценный уран. Для этого жидкость с металлом сначала пропускают через смолу, концентрируют, потом извлекают готовый порошок. Он похож на пластилин желтого цвета. После фасовки порошок отправляется для дальнейшей переработки на специализированные предприятия.
Именно способом подземного выщелачивания пользуются в Баунтовском эвенкийском районе Бурятии, расположенном в семи часах езды от Улан-Удэ. Здесь располагается Хиагдинское рудное поле, которое объединяет восемь урановых месторождений. Среди них — Хиагдинское, Источное, Вершинное, Тетрахское, Дыбрынское, Намаруское, Кореткондинское и Количканское. Температура воздуха здесь может опускаться до -50 градусов и ниже, из-за продолжительной суровой зимы на территории сохраняется вечная мерзлота, распространяющаяся на глубину до 90 м . Климатические условия здесь приравниваются к условиям районов Крайнего Севера. В том числе из-за них Хиагдинское рудное поле находилось в состоянии стагнации порядка 10 лет с момента его детальной разведки.
Хиагдинское месторождение считается единственным во всем мире, где уран добывается методом подземного выщелачивания в многолетней мерзлоте. Добыча урана здесь началась в 1997 году. Ряд технологических решений по адаптации способа подземного выщелачивания позволили единственному в мире руднику работать в криолитозоне по сей день.
Так, чтобы пробиться сквозь вечную мерзлоту к рудоносным горизонтам на глубине около 130 метров, инженеры проходят через мерзлый слой на повышенной скорости, чтобы раствор не успевал замерзнуть, а оборудование — сковаться льдом. Стенки скважин сразу укрепляют трубами, которые изолируют ствол от давления мерзлых пород и предотвращают обвалы.
Выбор реагента тоже стал частью адаптации. Оказалось, что воды месторождений имеют низкий окислительно-восстановительный потенциал, что нехарактерно для других месторождений мира. Воды бедны кислородом, часто содержат сероводород или органику. Уран в таких условиях находится в четырехвалентном состоянии или "спящем" и не растворяется. Его необходимо окислить и одновременно перевести в растворимое состояние. Карбонатные растворы, популярные в США, в такой сильно восстановительной среде малоэффективны. Они не могут ни достаточно сильно окислить среду, ни разрушить урансодержащие минералы.
Российские специалисты предложили сернокислотное выщелачивание, когда вместе с серной кислотой в пласт закачивают специальные окислители, которые повышают потенциал среды до уровня, необходимого для перехода урана в растворимое состояние. При этом сама серная кислота активно взаимодействует с вмещающими породами, разрушая их и открывая доступ к зернам урановых минералов. Образующийся кислый раствор удерживает уран в растворенной форме, не давая ему выпасть обратно в осадок.
Материал подготовлен совместно с Международным центром компетенций в горнотехническом образовании под эгидой ЮНЕСКО.