Способ повышения окислительно-восстановительного потенциала оборотного раствора подземного выщелачивания

(51)7 21 43/28, 22 3/04 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Рогов Евгений Иванович Язиков Виктор Григорьевич Забазнов Владимир Львович Чернецов Глеб Евгеньевич(73) Закрытое акционерное общество Национальная атомная компания Казатомпром(56) Каневский Е.А., Пчелкин В.А. О взаимодействии между твердыми 2 и М 2 в сернокислом растворе. Атомная энергия, 1961, т. 10, вып. 2(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА ОБОРОТНОГО РАСТВОРА ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ(57) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при подземном сернокислотном выщелачивании урана. В заявляемом способе повышение окислительновосстановительного потенциала оборотного раствора осуществляют без дополнительного расхода серной кислоты на подкисление раствора и без применения пиролюзита в качестве окислителя. Окисление двухвалентного железа до трехвалентного в соотношении, авном или меньше единицы как потенциал задающей системы, осуществляют в закачной скважине ультразвуковой обработкой раствора, аэрированного сжатым воздухом, в режиме кавитации, при этом образуются перекись водорода, азотистая и азотная кислоты, окисляющие двухвалентное железо и повышающие окислительно-восстановительный потенциал раствора до уровня,обеспечивающего растворение урана. 12223 Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для повышения окислительно-восстановительного потенциала оборотного раствора при подземном выщелачивании урана. Растворимость урана при подземном выщелачивании (ПВ) зависит от величины окислительновосстановительного потенциала (ОВП) раствора. Основной потенциал - задающей системой, определяющей скорость растворения урана, вляется отношение 3/2. С максимальной скоростью растворение урана происходит при соотношении 3/2 равном или большем единицы когда ОВП достигает 550600 мВ. Известен способ поддержания ОВП на требуемом уровне добавлением в оборотные растворы серной кислоты, когда за счет повышения кислотности раствора, выходящего после сорбции с соотношением 3/21, отношение 3/2 сдвигают в сторону единицы, снижая рН 1. (Добыча урана методом подземного выщелачивания. В.А. Мамилов и др. М. Атомиздат, 1982). Недостатком известного способа является значительный расход серной кислоты для поддержания ОВП на уровне 550600 мВ. Серная кислота расходуется в основном на реакции с породообразующими минералами, при этом рН раствора повышается, трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного, ОВП раствора снижается и растворенный уран осаждается. При повышении рН до 3,54,0, снижении 3/21 и ОВП 400 мВ активизируется реакция 22 ОН-2 и уран в форме гидроокиси 22 выпадает в осадок. Перевод осажденного урана в раствор требует восстановления ОВП до прежнего уровня дополнительным расходом кислоты. Наиболее близким техническим решением по достигаемому результату к заявляемому, является известный способ повышения ОВП оборотного раствора за счет использования в качестве окислителя пиролюзита (Каневский Е.А., Пчелкин В.А. О взаимодействии между твердыми 2 и М 2 в сернокислом растворе. Атомная энергия, 1961, т. 10, вып. 2). Данный способ выбран в качестве прототипа. Известный способ включает введение в раствор пиролюзита (МО 2), ргенерцию пирлюзитом ионов 3 22 М 2423222,вывод отношения концентрации ионов 3/2 до уровня равного или большего единицы(ОВП 550600 мВ), когда окислениечетырехвалентного урана до легкорастворимой шестивалентной формы 2232222 идет необратимо, а ионы 3 выступают в роли катализатора процесса, передавая электроны от 4 к М 4. Недостаток прототипа заключается в необходимости расхода дорогостоящего пиролюзита и засо 2 рении продуктивных растворов дополнительными солями - сульфатом марганца (4). Задачей заявляемого способа является сокращение расхода реагентов и повышение окислительновосстановительного потенциала оборотного раствора, направляемого на выщелачивание урана, до 550600 мВ путем окисления двухвалентного железа до соотношения, равного или меньшего единицы ультразвуковой обработкой аэрированного сжатым воздухом раствора в режиме кавитации. Поставленная задача решается следующим образом. В закачную скважину на уровень фильтра опускают воздухоподводящий шланг и ультразвуковой магнитострикционный излучатель, в скважину подают оборотный раствор без подкисления и пиролюзита, раствор периодически аэрируют сжатым воздухом и обрабатывают ультразвуком, причем обработку раствора ультразвуком ведут с интенсивностью звука 2,5 Вт/см 2 и частотой ультразвуковых колебаний 25-30 кГц. На пороговых значениях кавитации ультразвук разрывает сплошность жидкости с образованием парогазовых пузырьков и их схлопыванием под большим давлением с выходом сферических ударных волн. Пульсация и схлопывание кавитационных пузырьков вызывает звукохимическую окислительно-восстановительную реакцию. Внутри кавитационного пузырька молекулы воды переходят в возбужденное состояние, расщепляются на радикалы Н,ОН и ионизируются с образованием гидратированных электронов еад-. В присутствии поступающего в раствор сжатого воздуха первоначально образовавшиеся радикалы Н и еад- реагируют с наибольшей скоростью с 2, а основными продуктами расщепления воды являются 2, 2-, ОН, перекись водорода - 22 (Ультразвук. Ред. И.П. Голямина. М. Советская энциклопедия, 1979). Образующиеся гидропероксидные радикалы окисляют 2 Н 22 Н 3 Н 22 Причем перекись водорода 22, являясь сильным окислителем, дополнительно окисляет два иона 2 222 Н 3 Н 2 ОНе 23 Звукохимическая реакция окисления двухвалентного железа дает выход 7,9 молекул трехвалентного железа на каждые 100 эв затраченной ультразвуковой энергии (1,6.10-18 Вт. с). Кроме кислорода, воздух, подаваемый в скважину, содержит азот и инертные газы в соотношении по объему 20,978,160,94(Глинка Н.Л. Общая химия. М. Госхимиздат, 1956). В ультразвуковом поле продуктами рекомбинации атомов азотас гидроксильными радикалами являются азотистая 2 и азотная НО 3 кислоты 12223 причем 1 атом азота образует 3/4 2 молекулы и 1/4 молекулы 3. Кислотность оборотного раствора повышается без дополнительного ввода серной кислоты (4) за счет повышения концентрации водородных ионов Н при диссоциации азотной кислоты на ионы (Н, 3-). Окисление двухвалентного железа и образование азотной кислоты при ультразвуковой обработке оборотного раствора ПВ ведет к повышению его ОВП и снижению рН. Технический результат изобретения - повышение окислительно-восстановительного потенциала оборотного раствора до 550-600 мВ и кислотности до рН 1 и сокращение расхода реагентов, который обеспечивается за счет обработки аэрированного сжатым воздухом раствора ультразвуком в режиме кавитации без использования на данной стадии выщелачивания серной кислоты и пиролюзита. Пример. Способ опробован в лабораторных условиях на оборотных растворах ПВ с начальным составом 23,9810-3 моль/л, 34,2110-4 моль/л, рН 2,3, ОВП 311 мВ в пяти режимах изменения частоты ультразвука (10 кГц,15 кГц, 20 кГц, 25 кГц, 30 кГц) при постоянной интенсивности (2,5 Вт/см 2). Результаты экспериментов показали, что в режиме 25 - 30 кГц на 5-7 минуте обработки раствора практически исчезает ультразвуком,2(110 моль/л), концентрация е с 4,2110 моль/л увеличивается до 3,91.10-2 моль/л, кислотность раствора растет с рН 2,3 до 0,8-0,9, ОВП повышается с 311 мВ до 575 мВ, достаточных для окисления урана без дополнительного расхода серной кислоты и пиролюзита. Экономическая эффективность способа по сравнению с аналогом и прототипом достигается за счет значительного снижения расхода реагентов при со хранении тех же требуемых параметров ОВП оборотного раствора. Так, по аналогу на практике удельный расход серной кислоты (24) составляет при выщелачивании от десяти и даже до сотен килограммов на килограмм добываемого урана. По прототипу к расходу кислоты добавляются десятки килограммов пиролюзита. На 100 тонн годовой добычи урана затрачивается в среднем свыше 5 тыс. тонн 24 и более тысячи тонн пиролюзита (по аналогу). Заявляемый способ позволяет сократить расход кислоты в 2-3 раза, расходуя ее только, в основном, на первой стадии закисления блока и полностью исключить расход кислоты и пиролюзита на второй стадии выщелачивания. В 2002 г. предлагается провести испытание и внедрение заявляемого способа на месторождении Акдала. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ повышения окислительновосстановительного потенциала оборотного раствора подземного выщелачивания до уровня 550-600 мВ окислением двухвалентного железа до трехвалентного до соотношения, равного или меньшего единицы, отличающийся тем, что окислительновосстановительный потенциал раствора повышают ультразвуковой обработкой аэрированного сжатым воздухом раствора в закачной скважине в режиме кавитации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку раствора ведут с интенсивностью звука 2,5 вт/см 2 при частоте 25-30 кГц.