Leșierea subterană ( în limba engleză in-situ recovery ; cel mai adesea forajul subteran leaching) este un proces fizic și chimic de extragere a mineralelor (metale și sărurile lor) prin spălarea lor din rocă cu diverși solvenți pompați în zăcământ prin puțuri .
Leșierea in situ este o alternativă la metodele de minerit în cariere deschise și subterane. În comparație cu acestea, levigarea in situ nu necesită o cantitate mare de excavare sau contactul direct al lucrătorilor cu rocile la locul lor. Eficient chiar și în depozitele sărace, precum și pentru minereurile adânci.
Procesul începe cu forarea puțurilor, explozivii sau fracturarea hidraulică pot fi, de asemenea, utilizate pentru a facilita pătrunderea soluției în rezervor. După aceea, un solvent ( agent de leșiere ) este pompat în puț printr-un grup de puțuri de injecție , unde se combină cu minereul . Amestecul care conține minereu dizolvat este apoi pompat prin puțuri de pompare la suprafață, unde este supus extracției .
Pentru sărurile solubile în apă ( sare comună , clorură de potasiu, sulfat de sodiu, bicarbonat de sodiu), apa acționează de obicei ca solvent. La extracția cuprului, se folosesc acizi care transformă compușii cuprului în forme mai solubile. Pentru uraniu se pot folosi solutii slabe de acid sulfuric sau o solutie de hidrocarburi [1] . Pentru aur se folosesc soluții care conțin clor activ [2] .
Leșierea in situ este utilizată pe scară largă pentru a extrage depozite de săruri solubile în apă, cum ar fi sarea de potasiu ( silvita și carnalita ), sarea gemă (halit), clorură de sodiu și sulfat de sodiu . A fost folosit în statul american Colorado pentru extragerea nahcolitului ( bicarbonat de sodiu ) [3] . Leșierea in situ este adesea folosită pentru zăcăminte prea adânci sau formațiuni prea subțiri pentru minerit subteran convențional.
Leșierea in situ a uraniului s-a răspândit rapid din anii 1990 și este acum metoda predominantă de extragere a uraniului, reprezentând 45% din totalul uraniului extras la nivel mondial în 2012 [4] .
Soluțiile utilizate pentru dizolvarea minereului de uraniu sunt fie acide ( acid sulfuric sau, mai puțin frecvent , acid azotic ), fie carbonat ( bicarbonat de sodiu , carbonat de amoniu sau dioxid de carbon dizolvat ). Oxigenul dizolvat este uneori adăugat în apă pentru a mobiliza uraniul. Exploatarea minereurilor de uraniu a început în SUA și Uniunea Sovietică la începutul anilor 1960. Prima insulă de uraniu din SUA a fost în bazinul Shirley din Wyoming , care a funcționat între 1961 și 1970 folosind acid sulfuric. Din 1970 în SUA, la extragerea minereului la scară industrială, soluțiile carbonatice au fost întotdeauna folosite [5] .
Recuperarea subterană include extracția apei cu conținut de uraniu (calibrată la 0,05% U 3 O 8 ). Soluția de uraniu extrasă este apoi filtrată prin granule de rășină. Printr-un proces de schimb ionic, granulele de rășină atrag uraniul din soluție. Rășinile încărcate cu uraniu sunt apoi transportate la o fabrică de procesare unde U3O8 este separat de peletele de rășină și se produce o turtă galbenă . Bilele de rășină pot fi apoi returnate la schimbătorul de ioni unde sunt reutilizate.
La sfârșitul anului 2008, patru mine de uraniu de leșiere in situ [6] operate de Cameco , Mestena și Uranium Resources, Inc. funcționau în Statele Unite, toate folosind bicarbonat de sodiu. Leșierea in situ produce 90% din uraniul extras în SUA. În 2010, Uranium Energy Corporation a început operațiunile de leșiere in situ la proiectul său Palangana din Duval County, Texas . În iulie 2012, Cameco a întârziat dezvoltarea proiectului său Kintyre din cauza economiei dificile a proiectului U 3 O 8 de 45,00 USD . Începând cu 2009, un proiect de reabilitare subterană era de asemenea în funcțiune [6] .
Mine semnificative de leșiere in situ funcționează în Kazahstan și Australia. Mina de uraniu Beverly din Australia folosește leșierea in situ. În 2010, această tehnologie a reprezentat 41% din producția mondială de uraniu [7] .
Exemple de mine de uraniu cu tehnologie de leșiere in situ includ:
La implementarea soluțiilor tehnologice pentru exploatarea uraniului pe bază de leșiere subterană se practică tehnologii pentru extracția asociată a reniului (Rudenko A.A., Troshkina I.D., Danileiko V.V., Barabanov O.S., Vatsura F.Ya. Perspectivele extracției selective avansate a reniului din soluții productive de subteran). leșierea minereurilor de uraniu la zăcământul Dobrovolnoye Științe și tehnologii miniere 2021;6(3):158-169 https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-3-158-169) . https:// mst.misis.ru/jour/article/view/287 [9] (Jurnal de acces deschis - Acces deschis, utilizare gratuită, nivel de licență - CC BY)).
Leșierea subterană a cuprului a fost făcută de chinezi până în 977 d.Hr. și, posibil, încă din 177 î.Hr. Cuprul este de obicei levigat cu un acid (acid sulfuric sau clorhidric) și apoi îndepărtat din soluție prin extracție cu solvent , electroliză (SX-EW) sau precipitare chimică .
Minereurile cele mai susceptibile la leșiere includ carbonați de cupru malachit și azurit , tenoritul oxid și crisocola de silicat . Alte minerale de cupru, cum ar fi oxidul de cuprită și sulfura de calcocitul , pot necesita adăugarea de oxidanți precum sulfatul feros și oxigenul la filtrat înainte ca mineralele să se dizolve. Minereurile cu cele mai mari sulfuri, cum ar fi bornitul și calcopirita , vor necesita mai mulți agenți oxidanți și se vor dizolva mai lent. Oxidarea este uneori accelerată de bacteriile Thiobacillus ferrooxidans, care se hrănesc cu compuși sulfuri.
Leșierea in situ a cuprului se face adesea prin leșiere de tratare, în care minereul de calitate scăzută spart este levigat într-o mină subterană convențională actuală sau fostă. Leșierea poate apărea în fețele umplute sau în zonele prăbușite. Leșierea cuprului în foră a fost raportată în 1994 la 16 mine din SUA.
La mina San Manuel din statul american Arizona [10] , leșierea in situ a fost utilizată inițial pentru a colecta soluția rezultată în subteran, dar în 1995 a fost transformată într-o metodă de recuperare a puțurilor, care a fost prima implementare la scară largă a acestei metode. metodă. Această metodă a fost propusă pentru alte zăcăminte de cupru din Arizona.
Leșierea in situ nu a fost utilizată comercial pentru exploatarea aurului. În anii 1970, a fost întreprins un program pilot de trei ani pentru a leși minereul de aur la mina Ajax din zona Cripple Creek din Statele Unite, folosind o soluție de clorură și iod . După ce s-a primit rezultate slabe, posibil din cauza minereului complex de telururi , testul a fost oprit [11] .
Potrivit Organizației Nucleare Mondiale:
Legea SUA impune ca calitatea apei din acviferul afectat să fie restabilită în așa fel încât să poată fi utilizată înainte de extracție. Aceasta este de obicei apă potabilă sau apă de rezervă (de obicei mai puțin de 500 ppm solide dizolvate totale) și, deși nu toate caracteristicile chimice pot fi readuse la nivelurile de dinainte de exploatare, apa trebuie să fie adecvată pentru aceleași scopuri ca înainte. Adesea, trebuie tratat cu osmoză inversă, ceea ce creează o problemă în eliminarea curentului de saramură concentrată din acest curent.
Măsurile obișnuite de protecție împotriva radiațiilor sunt aplicate în exploatarea uraniului de pe insule, în ciuda faptului că cea mai mare parte a radioactivității corpului de minereu rămâne adânc în subteran și, prin urmare, există o creștere minimă a eliberării de radon și a absenței prafului de minereu. Angajații sunt monitorizați pentru contaminarea alfa și sunt purtate dozimetre personale pentru a măsura expunerea la radiațiile gamma. Se efectuează monitorizarea de rutină a poluării aerului, prafului și suprafeței [12] .
Avantajele acestei tehnologii sunt următoarele:
După finalizarea operațiunii de leșiere in situ, nămolul rezidual rezultat trebuie eliminat în condiții de siguranță, iar acviferul contaminat de activitatea de leșiere trebuie recuperat. Restaurarea apelor subterane este un proces foarte obositor care nu este încă pe deplin înțeles.
Cele mai bune rezultate au fost obținute cu următorul regim de tratament constând dintr-un număr de pași diferiți [13] [14] :
Dar chiar și cu acest regim de tratament, diverse probleme rămân nerezolvate:
Majoritatea experimentelor de remediere descrise sunt în schema de leșiere alcalină, deoarece această schemă este singura utilizată în operațiunile comerciale de teren din lumea occidentală. Prin urmare, practic nu există experiență de recuperare a apelor subterane după leșierea acidă in situ, a cărei schemă a fost folosită în majoritatea cazurilor în Europa de Est. Singurul loc de leșiere in situ din vest recuperat până acum dintr-o leșie cu acid sulfuric este mica fabrică pilot Nine Mile Lake, lângă Casper, Wyoming (SUA). Prin urmare, rezultatele nu pot fi pur și simplu transferate către unitățile de producție. Schema de recuperare aplicată a inclus primele două etape menționate mai sus. S-a dovedit că volumul apei era de peste 20 de ori mai mare decât volumul porilor din zona de leșiere și totuși unii parametri nu au atins nivelurile de fundal. Mai mult, restaurarea a necesitat aproximativ aceeași perioadă de timp ca cea folosită pentru perioada de leșiere [15] [15] .
În SUA, secțiunile insulelor Pawnee, Lamprecht și Samsow din Texas au fost recuperate folosind pașii 1 și 2 din schema de regenerare de mai sus [16] . La aceste și alte situri au fost stabilite standarde relaxate de restabilire a apelor subterane, deoarece criteriile de restaurare nu au putut fi îndeplinite.
Un studiu publicat de USGS în 2009 a constatat că „Până în prezent, nicio operațiune de leșiere in situ din Statele Unite nu a readus cu succes un acvifer la condițiile sale originale”.
Condițiile de bază includ cantități comerciale de oxid de uraniu radioactiv U 3 O 8 . Eficiența leșierii oxidului de uraniu U 3 O 8 reduce valorile acviferului. Vorbind la Atelierul EPA Regiunea 8 pe 29 septembrie 2010, Ardit Simmons, Ph.D., Laboratorul Național Los Alamos ( Los Alamos , NY ) despre „Stabilirea liniei de bază și compararea cu valorile de reducere la siturile miniere de leșiere in situ ale uraniului „ a declarat: „Aceste rezultate indică faptul că operațiunile de leșiere in situ ar putea să nu fie realiste pentru restabilirea acviferelor la medie, deoarece în unele cazuri acest lucru înseamnă că acestea trebuie să conțină mai puțin uraniu decât erau înainte de exploatare. Scopul unor concentrații mai conservatoare duce la un consum semnificativ de apă. , iar multe dintre aceste acvifere nu erau potrivite pentru apă potabilă înainte de începerea exploatării miniere” [17] .
EPA ia în considerare necesitatea actualizării standardelor de mediu pentru exploatarea uraniului, deoarece reglementările actuale adoptate ca răspuns la Actul de control al radiațiilor din uraniu din 1978 nu abordează scurgerea relativ recentă a uraniului din corpurile de minereu subterane. Scrisoarea EPA din februarie 2012 afirmă: „Deoarece procesul de leșiere in situ afectează calitatea apei subterane, Autoritatea EPA pentru radiații și aer din interior a solicitat consiliere de la Consiliul Consultativ Științific (SAB) cu privire la aspecte legate de proiectarea și implementarea monitorizării apelor subterane la instalațiile pradă. ."
SAB oferă recomandări pentru monitorizare pentru a caracteriza calitatea de bază a apei subterane înainte de exploatare, monitorizare pentru a detecta orice abateri ale levigatului în timpul exploatării și monitorizare pentru a determina când calitatea apei subterane s-a stabilizat după finalizarea exploatării. SAB ia în considerare, de asemenea, avantajele și dezavantajele metodelor statistice alternative pentru a determina dacă calitatea apei subterane postoperaționale a revenit la condițiile apropiate de exploatare și dacă se poate prevedea că exploatarea unei mine nu va avea un impact negativ asupra calității apei subterane după o decizie de închidere a amplasamentului. se face [18] .