Содержание.
Стр.:
ВВЕДЕНИЕ...................................................... 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ СКВАЖИННОГО ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ (СПВ) УРАНА В РОССИИ..............................9
1.1. Минерально-сырьевая база урана для отработки методом
СПВ..................................................№
1.2. Проблемы развития СПВ в России......................./3
1.3. Вопросы применения моделирования процессов СПВ при освоении российских гидрогенных месторождений урана...................................................../I/
1.4. Цели и постановка задач исследований.................22
ГЛАВА 2. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СХЕМЫ РАСПОЛОЖЕНИЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СПВ НА СТАДИИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ СПВ.................................14
2.1. Сопоставление результатов физико-математического моделирования эксплуатационных работ с фактическими данными для выявления адекватности применяемой модели при решении геотехнологических задач..................................2р
2.1.1. Характеристика объекта моделирования...........25"
2.1.2. Описание программного комплекса................ 76
2.1.3. Сопоставление результатов моделирования эксплуатационных работ с фактическими данными с целью выявления адекватности модели при решении геотехнологических задач..............................
2.2. Прогнозирование сроков и основных геотехнологических показателей отработки гидрогенного уранового месторождения в условиях широкого диапазона изменчивости содержания полезного компонента................................................ $$
2
2.3. Выбор оптимальной схемы расположения геотехнологических скважин на площади гидрогенного уранового месторождения с использованием физико-математического моделирования..............4/
2.4. Изучение влияния кислотности выщелачивающих растворов на процесс СПВ и выбор оптимального режима подачи выщелачивающего реагента......................................50
2.4.1. Методика определения параметров адаптации физико-математической модели к условиям гидрогенного
месторождения при СПВ.....................................
2.4.2. Исследование влияния кислотности выщелачивающих растворов на процесс СПВ..........................55
Выводы............................................................(?0
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СПВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА СТАДИИ АКТИВНОЙ ОТРАБОТКИ ГИДРОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА........................62
3.1. Корректировка сроков освоения гидрогенного уранового месторождения на стадии активной отработки методом СПВ. (>2.
3.2. Интенсификация процессов СПВ с учетом неоднородности продуктивного горизонта по мощности и содержанию полезного компонента.......................................... £ 3
3.2.1. Настройка параметров адаптации модели к условиям Хохловского уранового месторождения..................... 7О
3.2.2. Общее описание объекта работ.....................//
3.2.3. Гидродинамический баланс участка по растворам....72
3.2.4. Геотсхнологические параметры продуктивного горизонта...............................................73
3.2.5. Моделирование работы опытного участка............ 7Ц
3.3. Интенсификация процессов СПВ в условиях растекания выщелачивающих растворов за контуры добычного участка.............................................. ?!
3
А
3.4. Комплексная методика управления процессами СПВ на различных стадиях освоения гидрогенного уранового месторождения
с использованием моделирования...........................88
Выводы...................................................%£
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, УЧИТЫВАЮЩЕЙ ОСНОВНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СПВ........................87
4.1. Физико-химические процессы в подземных водоносных горизонтах при добыче урана методом сернокислотного
спв.....................................................87-
4.1.1. Особенности месторождений, разрабатываемых методом
спв.............................................
4.1.2. Физико-химические основы добычи урана методом
спв..................................................94
4.1.3. Общая характеристика геотехнологической системы 91
4.2. Физико-математическая модель процессов СПВ.........(02
4.3. Решение тестовой задачи по прогнозированию геотехнологических параметров участка СПВ с целью выявления адекватности модернизированной физико-математической модели...................................................///
Выводы.......................................................129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................... П£
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................../28
ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................../ЗУ
4
ВВЕДЕНИЕ
После распада СССР Россию в полной мере коснулась мировая проблема растущего дефицита урана, исчерпание его на складах и отсутствие достаточного количества разведанных запасов в недрах.
Стратегическая задача развития атомной промышленности и обеспечение безопасности России неразрывно связаны с освоением гидрогенных месторождений урана в Зауралье, Западной Сибири, Забайкалье и ряда других перспективных регионов страны. Реализация этих жизненно важных задач требует широкого внедрения наукоемких физико-химических геотехнологий (ФХГ), всестороннего совершенствования прогрессивного скважинного подземного выщелачивания (СПВ), повышения его эффективности на всех стадиях освоения месторождений урана.
Мировая и отечественная практика решения подобных сложных задач показывает, что в условиях анизотропной изменчивости геолого-геотсхнологических параметров продуктивных горизонтов гидрогенных месторождений урана требуется широкое привлечение геоинформационных технологий и, в частности, программного продукта на основе комплексного моделирования, в том числе и физико-математического.
Органическое включение геоинформационных технологий на всех стадиях внедрения СПВ открывает возможность без дополнительных затрат на дорогостоящие и длительные опытно-промышленные работы эффективно осуществлять гсотехнологическис процессы в ходе освоения гидрогенных урановых месторождений.
Таким образом, научно-геотехнологическое обоснование повышения эффективности процессов СПВ на различных стадиях освоения гидрогенных урановых месторождений России является актуальной задачей исследования.
Идея работы заключается в применении комплексного моделирования для экспертного прогнозирования основных геотехнологических параметров, оптимизации, интенсификации и управления процессами СПВ с адаптированием к реальным условиям на всех этапах освоении гидрогенных урановых месторождений России.
Научные положения, разработанные в диссертации, сводятся к следующим:
1. Оптимизация параметров геотехнологических процессов СПВ с учетом комплекса физико-геологических особенностей осваиваемых гидрогенных урановых месторождений, в условиях высокой природной неоднородности продуктивных горизонтов по мощности и содержанию урана, изменения геометрии сети геотехнологических скважин, достигается корректированием гидродинамических и кислотных режимов работы добычного участка с применением физического и численного моделирования, позволяющим определить оптимальную схему вскрытия месторождения, прогнозировать основные геотехнологические параметры, интенсифицировать гидродинамику растворов и кинетику выщелачивания полезного компонента.
2. Устойчивое управление количественно-качественными показателями СПВ урана гидрогенных месторождений в сложной физикохимической многофазной гетерогенной системе достигается методически обоснованным выбором схемы расположения закачных и откачных геотехнологических скважин (гексагональной, квадратичной, рядной и др.) с учетом пространственного ориентирования отрабатываемого продуктивного горизонта залежи, когда критерием оптимальности принятого решения является полнота извлечения урана из балансовых руд и себестоимость 1 кг закиси-окиси (из08).
3. Прогрессивное развитие метода СПВ урана требует экспертного прогнозирования принимаемых решений при освоении известных отечественных и разведуемых гидрогенных месторождений и предопределяет широкое использование физико-математического моделирования, при котором необходимо и достаточно учитывать только основные технико-экономические показатели геотехнологического
процесса (содержание полезного компонента и концентрация серной кислоты в продуктивных растворах (ПР)) с глубоким изучением физикохимических процессов, протекающих в горной среде, влияющих на эти показатели.
4. Установлено, что физико-математическое моделирование
процессов СПВ с использованием данных опытно-промышленных работ позволяет не только анализировать гидродинамику растворов и кинетику выщелачивания урана на различных этапах освоения месторождения, но и открывает возможность поиска путей оптимизации кислотности выщелачивающих растворов и режима подачи их в продуктивный горизонт.
Научная новизна работы определяется следующими положениями:
1. Установлено, что для определения основных техникоэкономических показателей (концентрация урана и остаточная
концентрация серной кислоты в ПР) при освоении гидрогенных урановых месторождений методом СПВ, физико-математическая модель должна основываться только на основных параметрах и физико-геологических факторах.
2. Установлено, что физико-математическое моделирование
гидродинамики выщелачивающих растворов и кинетики выхода полезного компонента с учетом сложившихся реальных природных характеристик месторождения позволяет выбрать оптимальную схему расположения геотехнологических скважин, режим кислотности и подачи в
продуктивный горизонт ВР.
3. Определено, что оптимизировать процесс отработки добычного
участка СПВ, с учетом неоднородности продуктивного горизонта по
мощности и содержанию полезного компонента при нарушенной геометрии сети ГТС, возможно корректированием гидродинамического и кислотного режимов работы с применением комплексной физико-математической модели.
4. Предложен способ интенсификации СПВ урана в условиях растекания выщелачивающих растворов за контуры добычного полигона, заключающийся в анализе гидродинамики ВР, локализации зон пассивного
закисления рудных залежей, проектировании и строительстве эксплуатационных блоков СПВ.
5. Доказано, что применение физико-математического моделирования движения ВР и кинетики добычи урана позволяет существенно интенсифицировать процесс СПВ на различных стадиях освоения гидрогенных месторождений.
6. Сравнением различных схем вскрытия физико-математическим моделированием установлено, что при освоении Хиагдинского гидрогенного месторождения урана наилучшие результаты достигаются при использовании рядной схемы расположения геотехнологических скважин, ориентированных по падению рудной залежи.
7. Разработана методика создания геоинформационно-управляющей модели на различных стадиях освоения отечественных гидрогенных урановых месторождений методом СПВ.
Большой вклад в становление и развитие добычи урана скважинным подземным выщелачиванием вносили многие ученые и специалисты в области геологии, горного дела, обогащения и гидрометаллургии, экономики, труды которых и сегодня представляют большую ценность и помогали автору в работе над диссертацией:
- Академик РАН Лаверов Н.П., Абдульманов И.Г., Баташов Б.Г., Бахуров В.Г., Бровин К.Г., Белецкий В.И., Бойцов В.Е., Гайдин А.М., Кочетков
В.И., Луценко И.К., Машковцев Г.А., Новосельцев В.В., Петров Р.П., Фарбер В.Я., Шмариович Е.М. - геологи и гидрогеологи обеспечивали СПВ минеральным сырьем;
- Аренс В.Ж. и его научная школа открыли дорогу физико-химическим методам геотехнологии;
- Щеголев Д.И., Мамилов В.А., Щепетков А.П., Новик-Качан В.П., Маркелов С.В., Осмоловский И.С., Каше М.Н., Лунев Л.И. - стали первопроходцами, создав первые в стране геотехнологические уранодобывающие предприятия с новейшей технологией СПВ;
- Лобанов Д.П. и его научная школа оставили заметный след в развитии СПВ и его совершенствовании;
- Язиков В.Г., Водолазов Л.И. (в Казахстане), Толстов Е.А. (в Узбекистане), Нестеров Ю.В., Кротков В.В. (в Таджикистане и России) -достигли больших успехов в расширении СПВ;
- Фазлуллин М.И., Малухин Н.Г., Мосев А.Ф., Сергиенко И.А. — оставили ценные труды по новому оборудованию для СПВ.
Диссертация выполнена на кафедре «Геотехнология руд редких и радиоактивных металлов» Московского государственного геологоразведочного университета имени Серго Орджоникидзе (МГГРУ) и в лаборатории ПВ-1 Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский институт
химической технологии» (ФГУГ1 «ВНИИХТ») в рамках программы научно-исследовательских работ.
Глава 1. Состояние СПВ урана в России.
Основное направление в развитии добычи урана в России — ускоренные поиски и освоение гидрогенных урановых месторождений прогрессивным наукоемким методом СПВ. Месторождения,
расположенные в Зауралье, Западной Сибири и Забайкалье, отвечают основным требованиям для осуществления их отработки данным методом. Однако, физико-геологическая обстановка, гидрогеологические и
геотехнологичсские условия, физические и химические свойства пород и насыщающих их флюидов, присущие этим месторождениям, существенно отличаются от известных гидрогенных месторождений урана в Средней Азии.
Значительная изменчивость природных факторов, влияющих на
процесс СПВ, в пределах одного и того-же месторождения, требует при освоении российских гидрогенных месторождений урана широкого применения геоинформационных технологий, позволяющих без дополнительных больших затрат, средств и времени на проведение широкомасштабных дорогостоящих опытно-промышленных работ
эффективно осуществлять процесс СПВ на различных стадиях разработки месторождения. Физико-математическое моделирование СПВ и созданное на его основе программное обеспечение выбрано нами как наиболее перспективное направление при экспертном прогнозировании геотехнологических параметров и оперативном управлении СПВ в процессе освоения российских гидрогенных месторождений урана.
1.1. Минерально-сырьевая база СПВ урана.
Потребность АЭС в природном уране составляет 64000 тонн в год, в тоже время общее мировое производство природного урана составляет около 36000 тонн, то есть ежегодный его дефицит равен 27 - 28 тыс. тонн.
При среднем уровне развития атомной энергетики дефицит природного урана будет возрастать, а его покрытие будет осуществляться за счет имеющихся складских запасов и подкрепляться разведанными запасами в недрах разных стран (табл.1).
Таблица 1.
Разведанные запасы урана в странах мира [ 24 ]
Страна Запасы урана, тыс.т Доля, %
Австралия 754 19.4
Казахстан 633 18.9
Канада 433 12.9
ЮАР 300 8.9
Бразилия 262 7.8
Намибия 240 7.1
Россия 177 53
Узбекистан 106 3.2
США 106 3.2
Нигер 69 2.1
Остальные страны 375 11.2
ВСЕГО: 3455 100
10
Как видим (табл.1) с распадом СССР Россия оказалась в трудном положении с разведанными запасами, а потребность отечественных АЭС в природном уране обеспечивается добычей лишь на 40%.
Ежегодное потребление урана в российской атомной энергетике составляет около 10000 тонн. Еще 4000 тонн урана поставляется на АЭС, построенные по советским проектам в странах Восточной Европы [76].
В настоящее время на Стрельцовском рудном поле в России работает уже почти 30 лет всего одно уранодобывающее предприятие -АООТ "Приаргунское производствешюе горно - химическое объединение" (г.Краснокамснск Читинской области), обеспеченность которого запасами высококачественных руд (с содержанием урана выше 3%) составляет не более 8-10 лет. Разведанные запасы здесь хотя относительно и велики (70000 тонн по цене 40$ за кг и 90000 тонн по цене менее 80$ за кг), однако качество руд и работа по традиционной горной технологии не смогут обеспечить требуемых объемов получения природного урана. Сейчас на предприятии проводятся широкомасштабные работы по комбинированию традиционной и ФХГ на основе проведенного научно-обоснованного районирования месторождения на эффективность той или иной геотехнологии.
Территория России (77% от общей площади СССР) была в советское время очень слабо изучена на уран: поисками с применением бурения было исследовано всего 0,8% ее территории и осуществлено всего около 27% от общего объема буровых работ на уран за все годы. Все силы и ресурсы были отданы разведке перспективных пластово-инфильтрационных гидрогенных урановых месторождений Средней Азии и Казахстана и крупных проявлений урановых руд в ряде районов Украины.
В мировых запасах урана месторождения так называемого "песчаникового типа" играют роль одного из ведущих поставщиков
- Київ+380960830922