Wymywanie na miejscu
Wymywanie in-situ (ISL), zwane także wydobyciem in-situ (ISR) lub wydobyciem roztworów , to proces wydobywczy stosowany do odzyskiwania minerałów, takich jak miedź i uran , przez otwory wiertnicze wiercone w złożach, in situ . Wymywanie in situ polega na sztucznym rozpuszczaniu minerałów występujących naturalnie w stanie stałym. Odzyskiwanie materiału występującego naturalnie w roztworze, patrz: Wydobycie solanki .
Proces początkowo polega na wierceniu otworów w złożu rudy. Materiał wybuchowy lub ścieżki w złożu umożliwiające penetrację roztworu. Roztwór ługujący jest pompowany do złoża, gdzie styka się z rudą. Roztwór zawierający rozpuszczoną rudę jest następnie pompowany na powierzchnię i przetwarzany. Proces ten umożliwia wydobycie metali i soli ze złoża rudy bez potrzeby konwencjonalnego wydobycia obejmującego wydobycie wiertniczo-strzałowe, odkrywkowe lub podziemne .
Proces
Wydobywanie ługowane in situ polega na wpompowywaniu środka ługującego do złoża rudy przez odwiert, który krąży w porowatej skale rozpuszczając rudę i jest wydobywany przez drugi odwiert .
Środek ługujący różni się w zależności od złoża rudy: w przypadku złóż soli odciekiem może być świeża woda, w której sole mogą łatwo się rozpuszczać. W przypadku miedzi kwasy są na ogół potrzebne do zwiększenia rozpuszczalności minerałów rudy w roztworze. W przypadku rud uranu środkiem ługującym może być kwas lub wodorowęglan sodu .
Minerały
Potaż i sole rozpuszczalne
Ługowanie in situ jest szeroko stosowane do ekstrakcji złóż rozpuszczalnych w wodzie soli, takich jak potaż ( sylwit i karnalit ), sól kamienna (halit) , chlorek sodu i siarczan sodu . Został użyty w amerykańskim stanie Kolorado do ekstrakcji nahkolitu ( wodorowęglanu sodu ). Wymywanie in-situ jest często stosowane w przypadku złóż, które są zbyt głębokie lub pokładów, które są zbyt cienkie, w przypadku konwencjonalnego górnictwa podziemnego .
Uran
Wymywanie uranu in situ szybko się rozwinęło od lat 90. XX wieku i jest obecnie dominującą metodą wydobywania uranu, stanowiąc 45 procent uranu wydobytego na całym świecie w 2012 roku.
Roztwory stosowane do rozpuszczania rudy uranu to kwasy ( kwas siarkowy lub rzadziej kwas azotowy ) lub węglany ( wodorowęglan sodu , węglan amonu lub rozpuszczony dwutlenek węgla ). Czasami do wody dodaje się rozpuszczony tlen, aby zmobilizować uran. ISL rud uranu rozpoczęła się w Stanach Zjednoczonych i Związku Radzieckim na początku 1960 roku. Pierwszy ISL uranu w USA znajdował się w Shirley Basin w stanie Wyoming , który działał w latach 1961-1970 przy użyciu kwasu siarkowego. Od 1970 roku wszystkie kopalnie ISL na skalę komercyjną w USA stosowały węglanowe . Górnictwo ISL w Australii wykorzystuje kwaśne roztwory.
Odzysk in situ obejmuje ekstrakcję wody zawierającej uran (zawartość zaledwie 0,05% U 3 O 8 ). Wyekstrahowany roztwór uranu jest następnie filtrowany przez kulki żywicy. Dzięki procesowi wymiany jonowej kulki żywicy przyciągają uran z roztworu. Żywice obciążone uranem są następnie transportowane do zakładu przetwórczego, gdzie U 3 O 8 jest oddzielany od kulek żywicy i wytwarzany jest yellowcake . Kulki żywicy można następnie zwrócić do zakładu wymiany jonowej, gdzie są ponownie wykorzystywane.
Stanach Zjednoczonych działały cztery kopalnie uranu ługujące in-situ , obsługiwane przez Cameco , Mestena i Uranium Resources, Inc., wszystkie wykorzystujące wodorowęglan sodu. ISL produkuje 90% uranu wydobywanego w USA. W 2010 roku Uranium Energy Corporation rozpoczęła operacje ługowania na miejscu w swoim projekcie Palangana w hrabstwie Duval w Teksasie . W lipcu 2012 Cameco opóźniło rozwój swojego projektu Kintyre ze względu na trudną ekonomię projektu opartą na 45,00 USD U 3 O 8 . Od 2009 r. Działał również jeden projekt rekultywacji ISR.
Znaczące kopalnie ISL działają w Kazachstanie i Australii . Kopalnia uranu Beverley w Australii wykorzystuje ługowanie in situ. Wydobycie ISL stanowiło 41% światowej produkcji uranu w 2010 roku.
Przykłady kopalń uranu in-situ obejmują:
- Kopalnia uranu Beverley w Australii Południowej to działająca kopalnia uranu ISL i pierwsza taka kopalnia w Australii.
- Kopalnia uranu Honeymoon w Australii Południowej została otwarta w 2011 roku i jest drugą kopalnią uranu ISL w Australii.
- Crow Butte (działający), Smith Ranch-Highland (działający), Christensen Ranch (rekultywacja), Irigaray (rekultywacja), Churchrock (proponowany), Crownpoint (proponowany), Alta Mesa (działający), Hobson (gotowość), La Palangana (działający ), Kingsville Dome (operacja), Rosita (gotowość) i Vasquez (przywracanie) to operacje ISL związane z uranem w Stanach Zjednoczonych.
- W 2010 Uranium Energy Corp. rozpoczęła operację wydobywczą ISL w złożu Palangana w hrabstwie Duval w Teksasie . Zakład wymiany jonów w Palangana przewozi kulki żywicy wypełnione uranem do firmowego zakładu przetwórczego Hobson , gdzie produkowany jest yellowcake . Uranium Energy Corp. posiada trzy dodatkowe złoża w południowym Teksasie, które są dozwolone lub są w trakcie zagospodarowania.
Ren
Istnieją technologie związane z ekstrakcją renu z produktywnych roztworów podziemnego ługowania rud uranu.
Miedź
Wymywanie miedzi in situ zostało przeprowadzone przez Chińczyków do 977 rne, a być może już w 177 rpne. Miedź jest zwykle ługowana kwasem ( kwasem siarkowym lub kwasem chlorowodorowym ), a następnie odzyskiwana z roztworu przez ekstrakcję rozpuszczalnikową, elektrolityczne otrzymywanie miedzi (SX-EW) lub wytrącanie chemiczne.
Rudy najbardziej podatne na wymywanie obejmują węglany miedzi, malachit i azuryt , tenoryt tlenkowy i chryzokolę krzemianową . Inne minerały miedzi, takie jak tlenek kuprytu i chalkozyn siarczkowy, mogą wymagać dodania do odcieku środków utleniających, takich jak siarczan żelazowy i tlen , zanim minerały zostaną rozpuszczone. Rudy o najwyższej zawartości siarczków, takie jak bornit i chalkopiryt będzie wymagać więcej utleniaczy i będzie rozpuszczać się wolniej. Czasami utlenianie jest przyspieszane przez bakterie Thiobacillus ferrooxidans , które żywią się związkami siarczkowymi.
Miedź ISL jest często wykonywana przez ługowanie typu stope , w którym zepsuta ruda niskiej jakości jest ługowana w obecnej lub dawnej konwencjonalnej kopalni podziemnej. Wypłukiwanie może odbywać się w zasypanych przystankach lub obszarach zawalonych. W 1994 r. w 16 kopalniach w USA zgłoszono zatrzymanie wypłukiwania miedzi.
W kopalni San Manuel w amerykańskim stanie Arizona ISL był początkowo używany do zbierania powstałego roztworu pod ziemią, ale w 1995 roku został on przekształcony w metodę odzyskiwania od studni do studni, która była pierwszym wdrożeniem tej metody na dużą skalę. Ta metoda „od studni do studni” została zaproponowana dla innych złóż miedzi w Arizonie.
Złoto
Wymywanie in situ nie było stosowane na skalę komercyjną do wydobycia złota. W latach 70. podjęto trzyletni program pilotażowy mający na celu ługowanie in situ rudy złota w kopalni Ajax w Cripple Creek w USA przy użyciu roztworu chlorku i jodku . Po uzyskaniu słabych wyników, być może z powodu złożonej tellurku , test został wstrzymany.
W zakresie ochrony środowiska
Według Światowej Organizacji Nuklearnej:
W USA ustawodawstwo wymaga przywrócenia jakości wody w warstwie wodonośnej, aby umożliwić jej wykorzystanie przedeksploatacyjne. Zwykle jest to woda pitna lub woda zapasowa (zwykle mniej niż 500 ppm wszystkich rozpuszczonych substancji stałych) i chociaż nie wszystkie właściwości chemiczne można przywrócić do tych sprzed wydobycia, woda musi nadawać się do tych samych celów, co wcześniej. Często trzeba ją oczyszczać przez odwróconą osmozę, co powoduje problem z usuwaniem z niej strumienia stężonej solanki.
Zwykłe zabezpieczenia przed promieniowaniem są stosowane podczas operacji wydobywania uranu ISL, pomimo faktu, że większość radioaktywności złoża rudy pozostaje głęboko pod ziemią, a zatem występuje minimalny wzrost uwalniania radonu i brak pyłu rudy. Pracownicy są monitorowani pod kątem skażenia promieniowaniem alfa, a do pomiaru narażenia na promieniowanie gamma noszone są osobiste dozymetry. Prowadzone są rutynowe kontrole zanieczyszczenia powietrza, pyłu i powierzchni.
Zalety tej technologii to:
- Zmniejszenie zagrożeń pracowników przed wypadkami, pyłem i promieniowaniem,
- Niski koszt, brak konieczności tworzenia dużych osadów odpadów z młyna uranu.
Po zakończeniu operacji wymywania in situ wytworzone szlamy odpadowe muszą zostać bezpiecznie usunięte, a warstwa wodonośna zanieczyszczona w wyniku wymywania musi zostać przywrócona. Renaturyzacja wód podziemnych to bardzo żmudny proces, który nie jest jeszcze w pełni poznany. [ potrzebne źródło ]
Najlepsze wyniki uzyskano stosując następujący schemat leczenia, składający się z szeregu różnych etapów:
- Faza 1: Pompowanie zanieczyszczonej wody: zatrzymanie wtrysku roztworu ługującego i wypompowanie zanieczyszczonej cieczy ze strefy ługowania. Następnie oczyszczone wody gruntowe napływają spoza strefy wymywania.
- Faza 2: jak 1, ale z uzdatnianiem pompowanej cieczy (przez odwróconą osmozę) i ponownym wtryskiem do poprzedniej strefy ługowania. Ten schemat powoduje cyrkulację cieczy.
- Faza 3: jak 2, z dodatkiem substancji redukującej (np. siarkowodoru (H 2 S) lub siarczku sodu (Na 2 S). Powoduje to wytrącanie chemiczne, a tym samym immobilizację głównych zanieczyszczeń.
- Faza 4: Cyrkulacja cieczy poprzez pompowanie i ponowne wtryskiwanie w celu uzyskania jednolitych warunków w całej dawnej strefie ługowania.
Ale nawet przy tym schemacie leczenia różne problemy pozostają nierozwiązane: [ potrzebne źródło ]
- Zanieczyszczenia, które są mobilne w warunkach chemicznie redukujących, takie jak rad, nie mogą być kontrolowane.
- Jeśli warunki redukujące chemicznie zostaną później z jakichkolwiek powodów zakłócone, wytrącone zanieczyszczenia są ponownie mobilizowane.
- Proces przywracania trwa bardzo długo, nie wszystkie parametry można odpowiednio obniżyć.
Większość zgłoszonych eksperymentów renowacyjnych odnosi się do schematu ługowania alkalicznego, ponieważ ten schemat jest jedynym stosowanym w komercyjnych operacjach in situ w świecie zachodnim. W związku z tym nie ma prawie żadnego doświadczenia w renaturyzacji wód podziemnych po ługowaniu kwasem in situ, schematu stosowanego w większości przypadków w Europie Wschodniej. Jedynym dotychczas zachodnim miejscem ługowania in situ, które zostało odrestaurowane po ługowaniu kwasem siarkowym, jest mały pilotażowy obiekt Nine Mile Lake w pobliżu Casper w stanie Wyoming (USA). Wyniki nie mogą zatem zostać po prostu przeniesione do urządzeń na skalę produkcyjną. Zastosowany schemat renowacji obejmował dwa pierwsze wymienione powyżej etapy. Okazało się, że trzeba było przepompować wodę o objętości ponad 20 razy większej niż objętość porów strefy ługowania, a mimo to kilka parametrów nie osiągnęło poziomu tła. Co więcej, renowacja wymagała mniej więcej takiego samego czasu jak okres wymywania.
W USA punkty ISL Pawnee, Lamprecht i Zamzow w Teksasie zostały przywrócone przy użyciu kroków 1 i 2 wyżej wymienionego schematu leczenia. W tych i innych miejscach przyznano złagodzone standardy przywracania wód podziemnych, ponieważ kryteria przywracania nie mogły zostać spełnione. [ potrzebne źródło ]
Badanie opublikowane przez US Geological Survey w 2009 roku wykazało, że „Do tej pory żadna remediacja operacji ISR w Stanach Zjednoczonych nie przywróciła warstwy wodonośnej do warunków wyjściowych”.
Warunki bazowe obejmują komercyjne ilości radioaktywnego U 3 O 8 . Skuteczne odzyskiwanie in situ zmniejsza wartości U 3 O 8 warstwy wodonośnej. Przemawiając na EPA Region 8, w dniu 29 września 2010 r., dr Ardyth Simmons, Los Alamos National Laboratory ( Los Alamos, NM ) na temat „Ustanowienie linii bazowej i porównanie z wartościami odtwarzania w miejscach odzyskiwania uranu in-situ” stwierdził: „Wyniki te wskazują, że przywracanie warstw wodonośnych do stanu średniego w ramach operacji ISR może być nierealne, ponieważ w niektórych przypadkach oznacza to, że muszą zawierać mniej uranu niż przed wydobyciem. Dążenie do bardziej konserwatywnych stężeń skutkuje znacznym zużyciem wody, a wiele z tych warstw wodonośnych nie nadawało się do picia przed rozpoczęciem wydobycia.
EPA rozważa potrzebę aktualizacji standardów ochrony środowiska dla wydobycia uranu, ponieważ obecne przepisy, ogłoszone w odpowiedzi na ustawę o kontroli promieniowania odpadów przeróbczych uranu z 1978 r., nie odnoszą się do stosunkowo nowego procesu ługowania uranu na miejscu (ISL) z podziemnych złóż rudy. W liście z lutego 2012 r. EPA stwierdza: „Ponieważ proces ISL wpływa na jakość wód podziemnych, Biuro ds. Promieniowania i Powietrza w Pomieszczeniach EPA zwróciło się o poradę do Naukowej Rady Doradczej (SAB) w kwestiach związanych z projektowaniem i wdrażaniem monitorowania wód podziemnych w górnictwie ISL strony”.
SAB wydaje zalecenia dotyczące monitorowania w celu scharakteryzowania wyjściowej jakości wód podziemnych przed rozpoczęciem prac wydobywczych, monitorowania w celu wykrycia wszelkich wycieków odcieków podczas wydobycia oraz monitorowania w celu ustalenia, kiedy jakość wód podziemnych ustabilizowała się po zakończeniu operacji wydobywczych. SAB dokonuje również przeglądu zalet i wad alternatywnych technik statystycznych w celu ustalenia, czy poeksploatacyjna jakość wód podziemnych powróciła do stanu zbliżonego do stanu sprzed wydobycia oraz czy można przewidzieć, że eksploatacja kopalni nie wpłynie niekorzystnie na jakość wód podziemnych po akceptacji zamknięcia terenu.