2.3 Восстановительная сероводородная обстановка
Эти воды характеризуются сильными восстановительными свойствами. Однако в сильнокислых и сильнощелочных восстановительных сероводородных водах уран может находиться в растворе, хотя миграция его затруднена.
В сильнокислых сульфатных водах уран (IV) может находиться в виде U(SO4)2 или в виде анионных комплексов состава /7.5/:
Миграция U(IV) в этом случае возможна лишь на короткое расстояние, так как она ограничена процессами окисления или нейтрализации вод вследствие взаимодействия с породой или разбавления нейтральными водами.
В содовом сероводородном растворе возможно существование четырехвалентного урана в виде карбонатного комплекса, однако устойчив этот комплекс в случае избытка ионов HCO3 и CO32-. При прибавлении к таким растворам Н+ или ОН- происходит осаждение U(OH)4 /13/.
Таким образом, для миграции урана в зоне гипергенеза наиболее благоприятными являются кислородные сильнокислые и кислородные сильнощелочные воды.
Благоприятны для миграции урана кислородные слабокислые, кислородные нейтральные или слабощелочные, слабоглеевые кислые, слабоглеевые нейтральные и слабощелочные, слабоглеевые содовые растворы.
Неблагоприятны для миграции урана резкоглеевые кислые, резкоглеевые нейтральные и слабощелочные, резкоглеевые содовые, сернокислые сульфидные, кислые сульфидные, нейтральные карбонатные сульфидные и содовые сероводородные воды.
Поскольку на интенсивность миграции урана в растворах сильное влияние оказывает железо, поведение этого элемента в водах также представляет интерес.
Распределение железа в пластовых водах очень сложное. Особенно влияют на состояние железа в воде кислород и сероводород. В близнейтральной среде, характерной для пластовых вод, кислородные воды не содержат растворенного железа. Сероводородные воды тоже, как правило, безжелезистые. Как исключение, железо может находиться в щелочных водах в виде прочных комплексов, наиболее вероятных – органических. Отсутствие железа в нейтральных кислородных водах объясняется полной минерализацией органического вещества или превращения органических ионов и соединений в формы, не образующие с железом прочных комплексов. Как правило, слабокислые или нейтральные железосодержащие воды характеризуются отсутствием кислорода и сероводорода /13/.
3 Основные химические процессы, происходящие при подземном выщелачивании урана
Процессы выщелачивания полезных ископаемых из горной породы на месте её залегания путем введения в рудный пласт химического реагента зависит прежде всего от физико-геологической обстановки горного массива, то есть совокупности целого ряда параметров, отражающих геологическое строение, гидрогеологические условия, физические, химические свойства горных пород и т.д. /14/.
Полное описание физико-химических процессов, происходящих при подземном выщелачивании урана, осуществить невозможно, поскольку для каждой физико-геологической обстановки они носят индивидуальный характер. Однако, основные процессы, протекающие при выщелачивании урана тем или иным растворителем, являются общими. Характер и скорость выщелачивания зависят от химико-минералогического состава породы и состава в ней растворимых солей, количества и распределения солей в природе, фильтрационной способности породы, условий фильтрации и ряда других факторов.
Рассматривая каждый из этих факторов в отдельности, можно приближенно описать модель процесса подземного выщелачивания урана.
При описании фильтрационного выщелачивания урана могут быть применены выводы А.Е. Орадовской по выщелачиванию загипсованных грунтов /8, 15, 16/. Исходя из работ А.Е. Орадовской, при движении растворителя по длине выщелачивающего слоя можно выделить три зоны:
Зона выщелачивания руды. Эта зона располагается со стороны поступления в рудное тело и характеризуется завершением процесса растворения основной доли урана, поступление которого в раствор происходит лишь за счет дополнительного извлечения труднодоступного урана.
Активная зона выщелачивания – зона, располагающаяся перед зоной выщелоченной руды, то есть опережающая эту зону при продвижении растворителя. В этой зоне происходит растворение урана и интенсивное поступление его в раствор.
Зона, еще не подвергшаяся выщелачиванию. Эта зона опережает активную зону выщелачивания при продвижении растворителя.
На первой стадии выщелачивания существует лишь 2-я и 3-я зоны, на второй стадии образуется 1-я зона. По мере фильтрации растворителя эти зоны постепенно перемещаются в направлении движения потока, причем последовательность их переноса сохранятся /8, 17/.
При завершении процесса выщелачивания в идеальном случае остается лишь одна 1-я зона.
Поскольку в практике подземного выщелачивания урана применяют преимущественно сернокислотное и карбонатное выщелачивание, представляется интересным рассмотреть химические процессы, происходящие в перечисленных выше зонах при взаимодействии данных растворителей с рудным телом.