Underjordisk urlakning ( engelsk in-situ recovery ; oftast borrhål underjordisk urlakning) är en fysisk och kemisk process för att bryta mineraler (metaller och deras salter) genom att tvätta ut dem ur berget med olika lösningsmedel som pumpas in i fyndigheten genom brunnar .
In-situ urlakning är ett alternativ till dagbrott och underjordiska gruvmetoder. Jämfört med dem kräver in-situ urlakning inte en stor mängd schaktning eller direkt kontakt av arbetare med stenar på deras plats. Effektiv även i dåliga avlagringar, såväl som för djupt liggande malmer.
Processen börjar med borrning av brunnar, sprängämnen eller hydraulisk sprickning kan också användas för att underlätta penetreringen av lösningen i reservoaren. Därefter pumpas ett lösningsmedel ( lakmedel ) in i brunnen genom en grupp av injektionsbrunnar , där det kombineras med malmen . Blandningen som innehåller löst malm pumpas sedan genom pumpbrunnar till ytan, där den genomgår extraktion .
För vattenlösliga salter ( vanligt salt , kaliumklorid, natriumsulfat, natriumbikarbonat) fungerar vatten vanligtvis som lösningsmedel. Vid brytning av koppar används syror som omvandlar kopparföreningar till mer lösliga former. För uran kan svaga lösningar av svavelsyra eller en lösning av kolväten användas [1] . För guld används lösningar som innehåller aktivt klor [2] .
In-situ urlakning används ofta för att extrahera avlagringar av vattenlösliga salter som kaliumsalt ( sylvit och karnalit ), bergsalt (halit), natriumklorid och natriumsulfat . Det har använts i den amerikanska delstaten Colorado för att extrahera nahcolit ( natriumbikarbonat ) [3] . In-situ urlakning används ofta för fyndigheter som är för djupa eller formationer som är för tunna för konventionell underjordsbrytning.
Uranurlakning på plats har spridit sig snabbt sedan 1990-talet och är nu den dominerande metoden för uranbrytning och stod för 45 procent av allt uran som bryts i världen 2012 [4] .
Lösningarna som används för att lösa upp uranmalm är antingen syra ( svavelsyra eller mindre vanligt salpetersyra ) eller karbonat ( natriumbikarbonat , ammoniumkarbonat eller löst koldioxid ). Upplöst syre tillsätts ibland till vatten för att mobilisera uran. Brytning av uranmalmer började i USA och Sovjetunionen i början av 1960-talet. Den första uranön i USA var i Shirley Basin i Wyoming , som fungerade från 1961-1970 med svavelsyra. Sedan 1970 i USA, vid brytning av malm i industriell skala, har karbonatlösningar alltid använts [5] .
Underjordisk återvinning inkluderar utvinning av uranhaltigt vatten (kalibrerat till 0,05 % U 3 O 8 ). Den extraherade uranlösningen filtreras sedan genom hartspärlor. Genom en jonbytesprocess drar hartspärlorna till sig uran från lösningen. De uranhaltiga hartserna transporteras sedan till en processanläggning där U 3 O 8 separeras från hartspelletarna och en gul kaka produceras. Hartspärlorna kan sedan återföras till jonbytaren där de återanvänds.
I slutet av 2008 var fyra in-situ uranurangruvor [6] som drivs av Cameco , Mestena och Uranium Resources, Inc. i drift i USA, alla med natriumbikarbonat. In-situ urlakning producerar 90 % av det uran som bryts i USA. 2010 påbörjade Uranium Energy Corporation in-situ lakning vid sitt Palangana-projekt i Duval County, Texas . I juli 2012 försenade Cameco utvecklingen av sitt Kintyre-projekt på grund av den utmanande ekonomin i U 3 O 8 -projektet på 45,00 USD . Från och med 2009 var ett underjordiskt återvinningsprojekt också i funktion [6] .
Betydande in-situ lakgruvor finns i Kazakstan och Australien. Beverly-urangruvan i Australien använder in-situ urlakning. 2010 stod denna teknik för 41 % av världens uranproduktion [7] .
Exempel på urangruvor med in-situ lakningsteknik inkluderar:
Vid implementering av tekniska lösningar för uranbrytning baserade på underjordisk urlakning, praktiseras teknologier för tillhörande utvinning av rhenium (Rudenko A.A., Troshkina I.D., Danileiko V.V., Barabanov O.S., Vatsura F.Ya. Prospects for selektiv avancerad utvinningslösning av rhenium från underjordisk produkt urlakning av uranmalmer vid Dobrovolnoye-fyndigheten Mining sciences and technologys 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] (Journal of open access - Open Access, fri användning, licensnivå - CC BY)).
Underjordisk urlakning av koppar gjordes av kineserna 977 e.Kr. och möjligen så tidigt som 177 f.Kr. Koppar lakas vanligtvis med en syra (svavelsyra eller saltsyra) och avlägsnas sedan från lösningen genom lösningsmedelsextraktion , elektrolys (SX-EW) eller kemisk utfällning .
Malmer som är mest mottagliga för urlakning inkluderar kopparkarbonater, malakit och azurit , oxidtenorit och silikatchrysocolla . Andra kopparmineraler, såsom oxidkuprit och sulfidkalkocit , kan kräva tillsats av oxidanter såsom järnsulfat och syre till filtratet innan mineralen löses upp. De högsta sulfidmalmerna, såsom bornit och karbonat , kommer att kräva mer oxidationsmedel och kommer att lösas upp långsammare. Oxidationen påskyndas ibland av bakterierna Thiobacillus ferrooxidans, som livnär sig på sulfidföreningar.
Kopparlakning på plats sker ofta genom behandlingslakning, där bruten låghaltig malm urlakas i en nuvarande eller tidigare konventionell underjordsgruva. Lakning kan ske i återfyllda ytor eller kollapsade områden. Kopparläckage ner i hålet rapporterades 1994 vid 16 amerikanska gruvor.
Vid San Manuel-gruvan i den amerikanska delstaten Arizona [10] användes ursprungligen in situ-urlakning för att samla upp den resulterande lösningen under jord, men 1995 omvandlades den till en brunnsåtervinningsmetod, vilket var den första storskaliga implementeringen av denna metod. Denna metod har föreslagits för andra kopparfyndigheter i Arizona.
In-situ urlakning har inte använts kommersiellt för guldbrytning. På 1970-talet genomfördes ett treårigt pilotprogram för att laka ut guldmalm vid Ajax-gruvan i Cripple Creek-området i USA med hjälp av en lösning av klorid och jod . Efter att ha fått dåliga resultat, möjligen på grund av den komplexa telluridmalmen , avbröts testet [11] .
Enligt World Nuclear Organization:
Amerikansk lag kräver att kvaliteten på vattnet i den påverkade akvifären återställs på ett sådant sätt att det kan användas före utvinning. Detta är vanligtvis dricksvatten eller reservvatten (vanligtvis mindre än 500 ppm totalt lösta fasta ämnen) och även om inte alla kemiska egenskaper kan återföras till nivåerna för gruvdrift, måste vattnet vara lämpligt för samma ändamål som tidigare. Den behöver ofta behandlas med omvänd osmos, vilket skapar problem vid bortskaffande av den koncentrerade saltlösningsströmmen från denna ström.
De vanliga strålskyddsåtgärderna tillämpas vid uranbrytning på öarna, trots att det mesta av radioaktiviteten i malmkroppen förblir djupt under jorden och därför är det en minimal ökning av utsläppet av radon och frånvaron av malmdamm. Anställda övervakas för alfakontamination och personliga dosimetrar bärs för att mäta exponeringen för gammastrålning. Rutinmässig övervakning av luft-, damm- och ytföroreningar utförs [12] .
Fördelarna med denna teknik är följande:
Efter att lakningsoperationen på plats har slutförts måste det resulterande avfallsslammet bortskaffas på ett säkert sätt och akvifären som förorenats av lakningsaktiviteten måste återvinnas. Återställande av grundvatten är en mycket omständlig process som ännu inte är helt klarlagd.
De bästa resultaten har erhållits med följande behandlingsregim bestående av ett antal olika steg [13] [14] :
Men även med denna behandlingsregim förblir olika problem olösta:
De flesta av de saneringsexperiment som beskrivs är i det alkaliska lakningsschemat, eftersom detta schema är det enda som används i kommersiella fältoperationer i västvärlden. Därför finns det praktiskt taget ingen erfarenhet av återvinning av grundvatten efter sur insitu urlakning, vars schema användes i de flesta fall i Östeuropa. Den enda västra in situ-lakningsplatsen som hittills har återvunnits från ett svavelsyraläckage är den lilla pilotanläggningen vid Nine Mile Lake nära Casper, Wyoming (USA). Därför kan resultaten inte bara överföras till produktionsanläggningar. Det tillämpade återvinningssystemet omfattade de två första stegen som nämns ovan. Det visade sig att vattenvolymen var mer än 20 gånger porvolymen i lakzonen, och ändå nådde vissa parametrar inte bakgrundsnivåer. Dessutom krävde restaureringen ungefär samma tid som användes för lakningsperioden [15] [15] .
I USA har delar av öarna Pawnee, Lamprecht och Samsow i Texas återtagits med hjälp av steg 1 och 2 i ovanstående regenereringsschema [16] . På dessa och andra platser fastställdes lättnade standarder för återställande av grundvatten eftersom kriterierna för återställande inte kunde uppfyllas.
En studie publicerad av USGS 2009 fann att "Hintills har ingen in-situ lakningsoperation i USA framgångsrikt återställt en akvifer till sina ursprungliga förhållanden."
Grundvillkoren inkluderar kommersiella mängder radioaktiv uranoxid U 3 O 8 . Effektiviteten av urlakning av uranoxid U 3 O 8 minskar akvifärens värden. Ardit Simmons, Ph.D., Los Alamos National Laboratory ( Los Alamos , NY ) talade vid EPA Region 8 Workshop den 29 september 2010 om "Baseline Etablering och jämförelse med reduktionsvärden på Uranium In-Situ Leach Mining Sites " konstaterade: "Dessa resultat indikerar att in situ lakningsoperationer kanske inte är realistiska för att återställa akviferer till genomsnittet, eftersom detta i vissa fall innebär att de måste innehålla mindre uran än de var före gruvdrift. Att sikta på mer konservativa koncentrationer leder till betydande vattenförbrukning , och många av dessa akviferer var inte lämpliga för dricksvatten innan gruvdriften började" [17] .
EPA överväger behovet av att uppdatera miljöstandarder för uranbrytning, eftersom de nuvarande bestämmelserna som antagits som svar på Uranium Plant Tailings Radiation Control Act från 1978 inte tar upp den relativt nyliga urlakning av uran från underjordiska malmkroppar. EPA:s brev från februari 2012 säger: "Eftersom in-situ lakningsprocessen påverkar grundvattenkvaliteten har EPA Radiation and Indoor Air Authority begärt råd från Scientific Advisory Board (SAB) om frågor relaterade till design och implementering av grundvattenövervakning vid anläggningars byte ."
SAB ger rekommendationer för övervakning för att karakterisera grundvattenkvaliteten före brytning, övervakning för att upptäcka eventuella lakvattenavvikelser under brytning och övervakning för att fastställa när grundvattenkvaliteten har stabiliserats efter att brytningen har slutförts. SAB överväger också fördelarna och nackdelarna med alternativa statistiska metoder för att avgöra om grundvattenkvaliteten efter drift har återgått till förhållanden nära gruvdrift och om driften av en gruva kan förutsägas inte ha någon negativ inverkan på grundvattenkvaliteten efter ett beslut om stängning av platsen. görs [18] .