Underjordisk udvaskning ( engelsk in-situ recovery ; oftest borehole underground leaching) er en fysisk og kemisk proces til minedrift af mineraler (metaller og deres salte) ved at vaske dem ud af klippen med forskellige opløsningsmidler pumpet ind i aflejringen gennem brønde .
In-situ udvaskning er et alternativ til åbne gruber og underjordiske minedriftsmetoder. Sammenlignet med dem kræver in-situ udvaskning ikke en stor mængde udgravning eller direkte kontakt af arbejdere med sten på deres placering. Effektiv selv i dårlige aflejringer, såvel som til dybtliggende malme.
Processen starter med boring af brønde, sprængstoffer eller hydraulisk frakturering kan også bruges til at lette indtrængning af opløsningen i reservoiret. Derefter pumpes et opløsningsmiddel ( udludningsmiddel ) ind i brønden gennem en gruppe injektionsbrønde , hvor det kombineres med malmen . Blandingen indeholdende opløst malm pumpes derefter gennem pumpebrønde til overfladen, hvor den undergår ekstraktion .
For vandopløselige salte ( almindelig salt , kaliumchlorid, natriumsulfat, natriumbicarbonat) fungerer vand normalt som et opløsningsmiddel. Ved udvinding af kobber bruges syrer, der omdanner kobberforbindelser til mere opløselige former. For uran kan der anvendes svage opløsninger af svovlsyre eller en opløsning af kulbrinter [1] . Til guld anvendes opløsninger indeholdende aktivt klor [2] .
In-situ udvaskning bruges i vid udstrækning til at udvinde aflejringer af vandopløselige salte såsom kaliumchloridsalt ( sylvit og carnallit ), stensalt (halit), natriumchlorid og natriumsulfat . Det er blevet brugt i den amerikanske delstat Colorado til at udvinde nahcolit ( natriumbicarbonat ) [3] . In-situ udvaskning bruges ofte til aflejringer, der er for dybe eller formationer, der er for tynde til konventionel underjordisk minedrift.
In-situ uranudvaskning har spredt sig hurtigt siden 1990'erne og er nu den fremherskende uranudvindingsmetode, der tegner sig for 45 procent af alt uran udvundet på verdensplan i 2012 [4] .
De opløsninger, der bruges til at opløse uranmalm, er enten syre ( svovlsyre eller mindre almindeligt salpetersyre ) eller carbonat ( natriumbicarbonat , ammoniumcarbonat eller opløst kuldioxid ). Opløst ilt tilsættes undertiden til vand for at mobilisere uran. Udvinding af uranmalm begyndte i USA og Sovjetunionen i begyndelsen af 1960'erne. Den første uran ø i USA var i Shirley Basin i Wyoming , som fungerede fra 1961-1970 ved hjælp af svovlsyre. Siden 1970 i USA, når man udvinder malm i industriel skala, har man altid brugt carbonatopløsninger [5] .
Underjordisk indvinding omfatter udvinding af uranholdigt vand (kalibreret til 0,05 % U 3 O 8 ). Den ekstraherede uranopløsning filtreres derefter gennem harpiksperler. Gennem en ionbytterproces tiltrækker harpiksperlerne uran fra opløsningen. De uranfyldte harpikser transporteres derefter til et forarbejdningsanlæg, hvor U 3 O 8 adskilles fra harpikspellets og en gul kage fremstilles. Harpiksperlerne kan derefter returneres til ionbytteren, hvor de genbruges.
I slutningen af 2008 var fire in-situ-udvaskende uranminer [6] drevet af Cameco , Mestena og Uranium Resources, Inc. i drift i USA, alle ved hjælp af natriumbicarbonat. In-situ udvaskning producerer 90% af det uran, der udvindes i USA. I 2010 begyndte Uranium Energy Corporation in-situ udvaskningsoperationer ved sit Palangana-projekt i Duval County, Texas . I juli 2012 forsinkede Cameco udviklingen af sit Kintyre-projekt på grund af den udfordrende økonomi i $45,00 U 3 O 8 -projektet . Fra 2009 var et underjordisk genvindingsprojekt også i drift [6] .
Betydelige in-situ udvaskningsminer opererer i Kasakhstan og Australien. Beverly-uranminen i Australien bruger in-situ udvaskning. I 2010 tegnede denne teknologi sig for 41 % af verdens uranproduktion [7] .
Eksempler på uranminer med in-situ udvaskningsteknologi omfatter:
Ved implementering af teknologiske løsninger til uranudvinding baseret på underjordisk udvaskning, praktiseres teknologier til den tilhørende udvinding af rhenium (Rudenko A.A., Troshkina I.D., Danileiko V.V., Barabanov O.S., Vatsura F.Ya. Prospects for selektiv avanceret ekstraktionsløsning rhenium fra underjordisk produkt udvaskning af uranmalme ved Dobrovolnoye-forekomsten Minevidenskab og teknologi 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, gratis brug, licensniveau - CC BY)).
Underjordisk udvaskning af kobber blev udført af kineserne i 977 e.Kr. og muligvis så tidligt som 177 f.Kr. Kobber udvaskes normalt med en syre (svovlsyre eller saltsyre) og fjernes derefter fra opløsningen ved opløsningsmiddelekstraktion , elektrolyse (SX-EW) eller kemisk udfældning .
Malme, der er mest modtagelige for udvaskning, omfatter kobbercarbonater , malakit og azurit , oxidtenorit og silikatchrysocolla . Andre kobbermineraler, såsom oxidcuprit og sulfidchalcocit , kan kræve tilsætning af oxidanter såsom ferrosulfat og oxygen til filtratet, før mineralerne opløses. De højeste sulfidmalme, såsom bornit og chalcopyrit , vil kræve flere oxidationsmidler og vil opløses langsommere. Oxidation accelereres undertiden af bakterierne Thiobacillus ferrooxidans, som lever af sulfidforbindelser.
In-situ kobberudvaskning udføres ofte ved behandlingsudvaskning, hvor brudt lavkvalitetsmalm udvaskes i en nuværende eller tidligere konventionel underjordisk mine. Udvaskning kan forekomme i tilbagefyldte flader eller sammenfaldne områder. Udvaskning af kobber nede i hullet blev rapporteret i 1994 ved 16 amerikanske miner.
Ved San Manuel-minen i den amerikanske stat Arizona [10] blev in situ-udvaskning oprindeligt brugt til at opsamle den resulterende opløsning under jorden, men i 1995 blev den omdannet til en brøndgenvindingsmetode, hvilket var den første storstilede implementering af denne. metode. Denne metode er blevet foreslået for andre kobberforekomster i Arizona.
In-situ udvaskning er ikke blevet brugt kommercielt til guldminedrift. I 1970'erne blev et treårigt pilotprogram iværksat for at udvaske guldmalm ved Ajax-minen i Cripple Creek-området i USA ved hjælp af en opløsning af klorid og jod . Efter at have modtaget dårlige resultater, muligvis på grund af den komplekse telluridmalm , blev testen stoppet [11] .
Ifølge World Nuclear Organization:
Amerikansk lov kræver, at kvaliteten af vandet i det berørte grundvandsmagasin genoprettes på en sådan måde, at det kan bruges før udvinding. Dette er sædvanligvis drikkevand eller reservevand (normalt mindre end 500 ppm i alt opløste faste stoffer), og selvom ikke alle kemiske egenskaber kan returneres til niveauer før minedrift, skal vandet være egnet til de samme formål som før. Det skal ofte behandles med omvendt osmose, hvilket skaber et problem med at bortskaffe den koncentrerede brinestrøm fra denne strøm.
De sædvanlige strålebeskyttelsesforanstaltninger anvendes ved uranudvinding på øerne, på trods af at det meste af malmlegemets radioaktivitet forbliver dybt under jorden, og der derfor er en minimal stigning i frigivelsen af radon og fraværet af malmstøv. Medarbejderne overvåges for alfa-kontamination, og personlige dosimetre bæres til at måle eksponeringen for gammastråling. Der udføres rutinemæssig overvågning af luft-, støv- og overfladeforurening [12] .
Fordelene ved denne teknologi er som følger:
Efter afslutningen af in-situ-udvaskningen skal det resulterende affaldsslam bortskaffes sikkert, og grundvandsmagasinet, der er forurenet af udvaskningsaktiviteten, skal genvindes. Restaurering af grundvand er en meget kedelig proces, som endnu ikke er fuldt ud forstået.
De bedste resultater er opnået med følgende behandlingsregime bestående af en række forskellige trin [13] [14] :
Men selv med dette behandlingsregime forbliver forskellige problemer uløste:
De fleste af de beskrevne afhjælpningsforsøg er i det alkaliske udvaskningsskema, da dette skema er det eneste, der anvendes i kommercielle feltoperationer i den vestlige verden. Derfor er der praktisk talt ingen erfaring med genvinding af grundvand efter sur insitu-udvaskning, hvis skema blev brugt i de fleste tilfælde i Østeuropa. Det eneste vestlige in situ-udvaskningssted, der hidtil er genvundet fra en svovlsyreudvaskning, er det lille Nine Mile Lake-pilotanlæg nær Casper, Wyoming (USA). Derfor kan resultaterne ikke blot overføres til produktionsanlæg. Den anvendte inddrivelsesordning omfattede de to første trin nævnt ovenfor. Det viste sig, at vandmængden var mere end 20 gange porevolumen i udvaskningszonen, og alligevel nåede nogle parametre ikke baggrundsniveauer. Desuden krævede restaureringen omtrent samme tid, som blev brugt til udvaskningsperioden [15] [15] .
I USA er dele af Pawnee-, Lamprecht- og Samsow-øerne i Texas blevet genvundet ved hjælp af trin 1 og 2 i ovenstående regenereringsskema [16] . På disse og andre steder blev der fastsat lempede standarder for genopretning af grundvandet, fordi genopretningskriterierne ikke kunne opfyldes.
En undersøgelse offentliggjort af USGS i 2009 viste, at "Ingen in-situ udvaskningsoperation i USA har til dato med succes bragt et vandførende lag tilbage til dets oprindelige forhold."
Grundlæggende betingelser omfatter kommercielle mængder af radioaktivt uranoxid U 3 O 8 . Effektiviteten af udvaskning af uranoxid U 3 O 8 reducerer værdierne af grundvandsmagasinet. Ved EPA Region 8 Workshop den 29. september 2010 talte Ardit Simmons, Ph.D., Los Alamos National Laboratory ( Los Alamos , NY ) om "Baseline Etablering og sammenligning med reduktionsværdier på Uranium In-Situ Leach Mining Sites " udtalte: "Disse resultater indikerer, at in situ-udvaskningsoperationer muligvis ikke er realistiske for at genoprette akviferer til gennemsnittet, da det i nogle tilfælde betyder, at de skal indeholde mindre uran, end de var før minedriften. Sigtning efter mere konservative koncentrationer fører til et betydeligt vandforbrug , og mange af disse grundvandsmagasiner var ikke egnede til drikkevand før minedriften startede" [17] .
EPA overvejer behovet for at opdatere miljøstandarder for uranudvinding, da de nuværende regler, der er vedtaget som svar på Uranium Plant Tailings Radiation Control Act af 1978, ikke adresserer den relativt nylige udvaskning af uran fra underjordiske malmlegemer. EPA's brev fra februar 2012 siger: "Fordi in-situ udvaskningsprocessen påvirker grundvandskvaliteten, har EPA Radiation and Indoor Air Authority anmodet om rådgivning fra det videnskabelige rådgivende udvalg (SAB) om spørgsmål relateret til design og implementering af grundvandsovervågning ved anlægs byttedyr. ."
SAB giver anbefalinger til overvågning for at karakterisere grundvandskvaliteten før minedrift, overvågning for at påvise eventuelle perkolatafvigelser under minedrift og overvågning for at bestemme, hvornår grundvandskvaliteten er stabiliseret, efter at minedriften er afsluttet. SAB overvejer også fordele og ulemper ved alternative statistiske metoder til at bestemme, om post-operativ grundvandskvalitet er vendt tilbage til nær-mineforhold, og om driften af en mine kan forudsiges at have nogen negativ indvirkning på grundvandskvaliteten efter en beslutning om lukning af lokaliteter er lavet [18] .