In situ Laugung – Wikipedia

Reste von In-situ-Uranauswaschung in Stráž pod Ralskem, Tschechische Republik

In-situ-Auslaugung (ISL), auch genannt In-situ-Wiederherstellung (ISR) oder Solution Miningist ein Abbauprozess, bei dem Mineralien wie Kupfer und Uran durch in eine Lagerstätte gebohrte Bohrlöcher gewonnen werden. vor Ort. In-situ-Laugung löst künstlich in einem festen Zustand vorkommende Mineralien auf. Informationen zur Rückgewinnung von in Lösung natürlich vorkommendem Material finden Sie unter: Soleabbau.

Der Prozess beinhaltet zunächst das Bohren von Löchern in die Erzlagerstätte. Explosives oder hydraulisches Brechen kann verwendet werden, um offene Wege in der Ablagerung zu schaffen, damit die Lösung eindringen kann. Die Auslaugungslösung wird in die Lagerstätte gepumpt, wo sie mit dem Erz in Kontakt kommt. Die Lösung mit dem gelösten Erzgehalt wird dann an die Oberfläche gepumpt und verarbeitet. Dieses Verfahren ermöglicht die Gewinnung von Metallen und Salzen aus einem Erzkörper, ohne dass ein konventioneller Abbau mit Bohr-, Explosions-, Tagebau- oder Untertagebau erforderlich ist.

Prozess[edit]

Beim In-situ-Laugungsabbau wird ein Auslaugungsmittel über ein Bohrloch in den Erzkörper gepumpt, das durch das poröse Gestein zirkuliert, das das Erz auflöst, und über ein zweites Bohrloch gefördert.

Das Auslaugungsmittel variiert je nach Erzlagerstätte: Bei Salzablagerungen kann das Sickerwasser frisches Wasser sein, in dem sich Salze leicht auflösen können. Für Kupfer werden im Allgemeinen Säuren benötigt, um die Löslichkeit der Erzmineralien in der Lösung zu verbessern. Bei Uranerzen kann das Auslaugungsmittel Säure oder Natriumbicarbonat sein.

Mineralien[edit]

Kali und lösliche Salze[edit]

In-situ-Laugung wird häufig verwendet, um Ablagerungen von wasserlöslichen Salzen wie Kali (Sylvit und Carnallit), Steinsalz (Halit), Natriumchlorid und Natriumsulfat zu extrahieren. Es wurde im US-Bundesstaat Colorado zur Extraktion von Nahkolit (Natriumbicarbonat) verwendet.[1] In-situ-Auslaugung wird häufig für zu tiefe Ablagerungen oder zu dünne Schichten für den konventionellen Untertagebau eingesetzt.

Uran[edit]

Diagramm der In-situ-Auslaugung von Uran (US NRC)

Die In-situ-Auslaugung von Uran hat seit den 1990er Jahren rapide zugenommen und ist heute die vorherrschende Methode für den Uranabbau. Sie macht 45 Prozent des 2012 weltweit abgebauten Urans aus.[2]

Lösungen, die zum Auflösen von Uranerz verwendet werden, sind entweder Säure (Schwefelsäure oder weniger häufig Salpetersäure) oder Carbonat (Natriumbicarbonat, Ammoniumcarbonat oder gelöstes Kohlendioxid). Manchmal wird dem Wasser gelöster Sauerstoff zugesetzt, um das Uran zu mobilisieren. Die ISL von Uranerzen begann in den frühen 1960er Jahren in den USA und in der Sowjetunion. Die erste Uran-ISL in den USA befand sich im Shirley-Becken im Bundesstaat Wyoming, das von 1961 bis 1970 mit Schwefelsäure betrieben wurde. Seit 1970 verwenden alle kommerziellen ISL-Minen in den USA Carbonatlösungen.[3]

Beim ISL-Abbau in Australien werden saure Lösungen verwendet.[4]

Bei der In-situ-Gewinnung wird uranhaltiges Wasser extrahiert (Einstufung von nur 0,05% U.3Ö8). Die extrahierte Uranlösung wird dann durch Harzkügelchen filtriert. Durch einen Ionenaustauschprozess ziehen die Harzkügelchen Uran aus der Lösung an. Mit Uran beladene Harze werden dann zu einer Verarbeitungsanlage transportiert, wo U.3Ö8 wird von den Harzperlen getrennt und es entsteht ein gelber Kuchen. Die Harzkügelchen können dann zur Ionenaustauschanlage zurückgebracht werden, wo sie wiederverwendet werden.

Ende 2008 waren es vier[5] In-situ-Auslaugungs-Uranminen in den USA, betrieben von Cameco, Mestena und Uranium Resources, Inc., alle unter Verwendung von Natriumbicarbonat. ISL produziert 90% des in den USA abgebauten Urans. Im Jahr 2010 begann die Uranium Energy Corporation bei ihrem Palangana-Projekt in Duval County, Texas, mit dem Auslaugungsbetrieb vor Ort. Im Juli 2012 verzögerte Cameco die Entwicklung seines Kintyre-Projekts aufgrund der herausfordernden Projektökonomie auf der Grundlage von 45,00 USD3Ö8. Ab 2009 war auch ein ISR-Rückgewinnungsprojekt in Betrieb.[6]

In Kasachstan und Australien sind bedeutende ISL-Minen in Betrieb. Die Beverley-Uranmine in Australien verwendet In-situ-Auslaugung. Der ISL-Abbau machte 2010 41% der weltweiten Uranproduktion aus.[7]

Beispiele für In-situ-Uranminen sind:

  • Die Beverley Uranium Mine in Südaustralien ist eine in Betrieb befindliche ISL-Uranmine und Australiens erste derartige Mine.
  • Die Honeymoon Uranium Mine in Südaustralien wurde 2011 eröffnet und ist Australiens zweite ISL-Uranmine.
  • Crow Butte (Betrieb), Smith Ranch-Highland (Betrieb), Christensen Ranch (Rückgewinnung), Irigaray (Rückgewinnung), Churchrock (vorgeschlagen), Crownpoint (vorgeschlagen), Alta Mesa (Betrieb), Hobson (Standby), La Palangana (Betrieb) ), Kingsville Dome (Betrieb), Rosita (Standby) und Vasquez (Restaurierung) sind ISL-Uranbetriebe in den USA.
  • Im Jahr 2010 begann Uranium Energy Corp. einen ISL-Abbau in der Lagerstätte Palangana im texanischen Duval County. Die Ionenaustauschanlage in Palangana transportiert mit Uran beladene Harzperlen zur Hobson-Verarbeitungsanlage des Unternehmens, in der Yellowcake hergestellt wird. Uranium Energy Corp. verfügt über drei zusätzliche zulässige oder in Entwicklung befindliche Lagerstätten in Südtexas.[8]

Kupfer[edit]

Die In-situ-Auslaugung von Kupfer wurde von den Chinesen 977 n. Chr. Und möglicherweise bereits 177 v. Chr. Durchgeführt.[3] Kupfer wird normalerweise unter Verwendung von Säure (Schwefelsäure oder Salzsäure) ausgelaugt und dann durch Lösungsmittelextraktions-Elektrogewinnung (SX-EW) oder durch chemische Fällung aus der Lösung gewonnen.

Zu den am besten auslaugbaren Erzen gehören die Kupfercarbonate Malachit und Azurit, das Oxid Tenorit und die Silikat-Chrysokoll. Andere Kupfermineralien wie das Oxidcitrit und das Sulfidchalkocit erfordern möglicherweise die Zugabe von Oxidationsmitteln wie Eisensulfat und Sauerstoff zum Sickerwasser, bevor die Mineralien aufgelöst werden. Die Erze mit dem höchsten Sulfidgehalt wie Bornit und Chalkopyrit benötigen mehr Oxidationsmittel und lösen sich langsamer auf. Manchmal wird die Oxidation durch die Bakterien beschleunigt Thiobacillus ferrooxidans, die sich von Sulfidverbindungen ernährt.

Kupfer ISL wird oft von gemacht Auslaugen stoppen, in dem gebrochenes minderwertiges Erz in einer gegenwärtigen oder ehemaligen konventionellen unterirdischen Mine ausgelaugt wird. Die Auslaugung kann in verfüllten Stopps oder in Hohlräumen erfolgen. 1994 wurde in 16 Minen in den USA über das Auswaschen von Kupfer berichtet.

Erholungsbrunnen im ehemaligen Betrieb von San Manuel.

In der Mine San Manuel[9] Im US-Bundesstaat Arizona wurde ISL ursprünglich verwendet, um die resultierende Lösung unter Tage zu sammeln. 1995 wurde diese jedoch in eine Well-to-Well-Wiederherstellungsmethode umgewandelt, die die erste groß angelegte Implementierung dieser Methode war. Diese Well-to-Well-Methode wurde für andere Kupfervorkommen in Arizona vorgeschlagen.

Gold[edit]

In-situ-Auslaugung wurde im kommerziellen Maßstab nicht für den Goldabbau eingesetzt. In den 1970er Jahren wurde ein dreijähriges Pilotprogramm durchgeführt, um Golderz in der Ajax-Mine im Cripple Creek-Distrikt in den USA unter Verwendung einer Chlorid- und Jodidlösung in situ auszulaugen. Nachdem schlechte Ergebnisse erzielt worden waren, möglicherweise aufgrund des komplexen Telluriderzes, wurde der Test abgebrochen.[10]

Umweltsorgen[edit]

Nach Angaben der World Nuclear Organization:

In den USA schreibt die Gesetzgebung vor, dass die Wasserqualität im betroffenen Grundwasserleiter wiederhergestellt werden muss, um die Nutzung vor dem Bergbau zu ermöglichen. In der Regel handelt es sich dabei um Trinkwasser oder Stammwasser (normalerweise weniger als 500 ppm gelöste Feststoffe), und obwohl nicht alle chemischen Eigenschaften auf die vor dem Abbau zurückgeführt werden können, muss das Wasser für die gleichen Zwecke wie zuvor verwendet werden können. Oft muss es durch Umkehrosmose behandelt werden, was zu einem Problem bei der Entsorgung des konzentrierten Solestroms führt.

Die üblichen Strahlenschutzmaßnahmen werden bei einem ISL-Uranabbau angewendet, obwohl der größte Teil der Radioaktivität des Erzkörpers weit unter der Erde verbleibt und daher die Radonfreisetzung nur minimal zunimmt und kein Erzstaub vorhanden ist. Die Mitarbeiter werden auf Kontamination mit Alphastrahlung überwacht und persönliche Dosimeter werden getragen, um die Exposition gegenüber Gammastrahlung zu messen. Es wird eine routinemäßige Überwachung der Luft-, Staub- und Oberflächenverunreinigung durchgeführt.[11]

Die Vorteile dieser Technologie sind:

  • Reduzierte Gefahren für die Mitarbeiter durch Unfälle, Staub und Strahlung,
  • Niedrige Kosten, keine großen Lagerstätten für Uranmühlen erforderlich.

Nach Beendigung eines In-situ-Laugungsvorgangs müssen die erzeugten Abfallschlämme sicher entsorgt und der durch die Laugungsaktivitäten kontaminierte Grundwasserleiter wiederhergestellt werden. Die Grundwassersanierung ist ein sehr langwieriger Prozess, der noch nicht vollständig verstanden ist.[citation needed]

Die besten Ergebnisse wurden mit dem folgenden Behandlungsschema erzielt, das aus einer Reihe verschiedener Schritte besteht:[12][13]

  • Phase 1: Pumpen von kontaminiertem Wasser: Die Injektion der Laugungslösung wird gestoppt und die kontaminierte Flüssigkeit aus der Laugungszone gepumpt. Anschließend fließt sauberes Grundwasser von außerhalb der Auslaugungszone ein.
  • Phase 2: wie 1, jedoch mit Behandlung der gepumpten Flüssigkeit (durch Umkehrosmose) und erneuter Injektion in die ehemalige Auslaugungszone. Dieses Schema führt zur Zirkulation der Flüssigkeit.
  • Phase 3: als 2 unter Zusatz einer reduzierenden Chemikalie (z. B. Schwefelwasserstoff (H.2S) oder Natriumsulfid (Na2S). Dies bewirkt die chemische Ausfällung und damit die Immobilisierung von Hauptverunreinigungen.
  • Phase 4: Zirkulation der Flüssigkeit durch Pumpen und erneutes Einspritzen, um einheitliche Bedingungen in der gesamten ehemaligen Auslaugungszone zu erhalten.

Aber auch mit diesem Behandlungsschema bleiben verschiedene Probleme ungelöst:[citation needed]

  • Kontaminanten, die unter chemisch reduzierenden Bedingungen wie Radium mobil sind, können nicht kontrolliert werden.
  • Wenn die chemisch reduzierenden Bedingungen später aus irgendeinem Grund gestört werden, werden die ausgefällten Verunreinigungen wieder mobilisiert.
  • Der Wiederherstellungsprozess dauert sehr lange, nicht alle Parameter können entsprechend gesenkt werden.

Die meisten gemeldeten Restaurationsexperimente beziehen sich auf das alkalische Auslaugungsschema, da dieses Schema das einzige ist, das in kommerziellen In-situ-Operationen der westlichen Welt verwendet wird. Daher liegen kaum Erfahrungen mit der Grundwassersanierung nach saurer In-situ-Auslaugung vor, wie sie in den meisten Fällen in Osteuropa angewendet wurde. Die einzige westliche In-situ-Laugungsstelle, die nach der bisherigen Schwefelsäureauslaugung wiederhergestellt wurde, ist die kleine Pilotanlage Nine Mile Lake in der Nähe von Casper, Wyoming (USA). Die Ergebnisse können daher nicht einfach auf Anlagen im Produktionsmaßstab übertragen werden. Das angewandte Restaurierungsschema umfasste die ersten beiden oben genannten Schritte. Es stellte sich heraus, dass ein Wasservolumen von mehr als dem 20-fachen des Porenvolumens der Auslaugungszone gepumpt werden musste und dennoch einige Parameter keine Hintergrundwerte erreichten. Darüber hinaus erforderte die Restaurierung ungefähr die gleiche Zeit wie für die Auslaugungsperiode.
[14][15]

In den USA wurden die ISL-Standorte Pawnee, Lamprecht und Zamzow in Texas unter Verwendung der Schritte 1 und 2 des oben aufgeführten Behandlungsschemas wiederhergestellt.[16]

An diesen und anderen Standorten wurden entspannte Grundwassersanierungsstandards gewährt, da die Sanierungskriterien nicht erfüllt werden konnten.[citation needed]

Eine 2009 vom US Geological Survey veröffentlichte Studie ergab, dass „Bisher keine Sanierung einer ISR-Operation in den USA den Grundwasserleiter erfolgreich auf die Ausgangsbedingungen zurückgebracht hat“.[17]

Die Ausgangsbedingungen umfassen kommerzielle Mengen an radioaktivem U.3Ö8. Eine effiziente In-situ-Wiederherstellung reduziert U.3Ö8 Werte des Grundwasserleiters. Ardyth Simmons, PhD, Los Alamos Nationales Labor (Los Alamos, NM), sprach auf einem EPA Region 8-Workshop am 29. September 2010 über das Thema „Festlegung der Basislinie und Vergleich mit den Wiederherstellungswerten an Uran-In-Situ-Rückgewinnungsstellen“. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es für ISR-Operationen möglicherweise unrealistisch ist, die Grundwasserleiter wieder auf den Mittelwert zu bringen, da dies in einigen Fällen bedeutet, dass weniger Uran vorhanden sein müsste als vor dem Abbau. Das Streben nach konservativeren Konzentrationen führt zu einer beträchtlichen Menge Viele dieser Grundwasserleiter waren vor Beginn des Bergbaus nicht für Trinkwasser geeignet. „[18]

Die EPA erwägt die Notwendigkeit, die Umweltschutzstandards für den Uranabbau zu aktualisieren, da die aktuellen Vorschriften, die als Reaktion auf das Uranium Mill Tailings Radiation Control Act von 1978 erlassen wurden, den relativ neuen Prozess der In-situ-Auslaugung (ISL) von Uran nicht berücksichtigen aus unterirdischen Erzkörpern. In einem Schreiben vom Februar 2012 heißt es in der EPA: „Da der ISL-Prozess die Grundwasserqualität beeinflusst, bat das EPA-Büro für Strahlung und Raumluft den Wissenschaftlichen Beirat (SAB) um Rat zu Fragen im Zusammenhang mit der Konzeption und Durchführung der Grundwasserüberwachung im ISL-Bergbau Websites. “

Der SAB gibt Empfehlungen zur Überwachung ab, um die Grundwasserqualität vor Beginn des Bergbaus zu charakterisieren, zur Überwachung von Sickerwasserausbrüchen während des Bergbaus und zur Überwachung, um festzustellen, wann sich die Grundwasserqualität nach Abschluss des Bergbaus stabilisiert hat. Der SAB prüft auch die Vor- und Nachteile alternativer statistischer Techniken, um festzustellen, ob die Grundwasserqualität nach dem Betrieb wieder in die Nähe der Bedingungen vor dem Bergbau zurückgekehrt ist und ob vorhergesagt werden kann, dass der Betrieb der Mine die Grundwasserqualität nach der Annahme der Standortschließung nicht beeinträchtigt.
[19]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Hardy, M.; Ramey, M.; Yates, C.; Nielsen, K. (2003). Solution Mining von Nahcolite beim American Soda Project, Piceance Creek, Colorado (PDF). KMU-Jahrestagung 2003. Archiviert von das Original (PDF) am 28.09.2007.
  2. ^ Uran 2014, Internationale Atomenergiebehörde / OCED Nuclear Energy Agency, 2014.
  3. ^ ein b Mudd, Gavin M. (Januar 2000). Acid In Situ Leach Uran Mining: 1 – USA und Australien (PDF). Tailings & Mine Waste ’00. Fort Collins, CO, USA. Archiviert von das Original (PDF) am 13.09.2009.
  4. ^ Flitterwochenprojekt
  5. ^ „Inländischer Uranproduktionsbericht“. Energieinformationsverwaltung.
  6. ^ „US-Uran-In-Situ-Leach-Anlagen nach Eigentümer, Kapazität und Betriebsstatus zum Jahresende“. Inländischer Uranproduktionsbericht. Energieinformationsverwaltung. Archiviert von das Original am 24.05.2012. Abgerufen 19. September 2012.
  7. ^ „Weiteres Wachstum der Uranproduktion“. World Nuclear News. World Nuclear Association. 2011-05-03. Abgerufen 2012-10-16.
  8. ^ „Die Uranproduktion beginnt“ Bergbautechnik, Dezember 2010.
  9. ^ Sutton, Gary (2019). „Versöhnung der Mineralreserven bei der In-situ-Kupferlaugung in der San Manuel Mine, Arizona, USA“. CIM Geologie. 10 3Q2019: 133–141.
  10. ^ Peter G. Chamberlain und Michael G. Pojar (1984) Gold- und Silberauswaschpraktiken in den Vereinigten Staaten, US Bureau of Mines, Informationsrundschreiben 8969, S. 24.
  11. ^ In-Situ-Leach-Abbau (ISL) von Uranabgerufen 2012-10-12
  12. ^ „Schmidt, C: Grundwassersanierung und -stabilisierung am Ruth-ISL-Teststandort in Wyoming, USA. In: In-situ-Auslaugung von Uran – technische, ökologische und wirtschaftliche Aspekte, Bericht einer Sitzung des Technischen Ausschusses, IAEA-TECDOC-492, Wien 1989, S. 97-126 „, Wien, 492: 97–126, 1989
  13. ^ Catchpole, Glenn; Kirchner, Gerhard: Wiederherstellung des durch alkalische In-Situ-Auslaugung des Uranabbaus kontaminierten Grundwassers. In: Merkel, B et al. (Hrsg.): Uran Mining and Hydrogeology, GeoCongress 1, Köln 1995, S. 81-891995, S. 81–89
  14. ^ Nigbor, Michael T; Engelmann, William H; Tweeton, Daryl R: Fallstudie eines sauren In-Situ-Uran-Auslaugungsexperiments im Pilotmaßstab. Innenministerium der Vereinigten Staaten, Bureau of Mines Untersuchungsbericht RI-8652, Washington DC, 1982, 81 S.1982, p. 81
  15. ^ Engelmann, WH; Phillips, PE; Tweeton, DR; Loest, KW, Nigbor, MT: Wiederherstellung der Grundwasserqualität nach einer sauren In-Situ-Uranauswaschung im Pilotmaßstab am Nine-Mile-Lake-Standort in der Nähe von Casper, Wyoming. In: Society of Petroleum Engineers Journal, Juni 1982, S. 382-3981982, S. 382–398
  16. ^ Mays, WM: Wiederherstellung des Grundwassers in drei In-Situ-Uranminen in Texas. In: IAEA (Hrsg.), Uran-in-situ-Auslaugung. Protokoll einer Sitzung des Technischen Komitees vom 5. bis 8. Oktober 1992 in Wien, IAEA-TECDOC-720, Wien 1993, S. 191-2151993, S. 191–215
  17. ^ JK Otton, S. Hall: In-situ-Uranabbau in den USA: Überblick über Produktions- und Sanierungsprobleme, Internationales Symposium über Uranrohstoffe für den Kernbrennstoffkreislauf: Exploration, Bergbau, Produktion, Angebot und Nachfrage, Wirtschaft und Umwelt Probleme, 2009
  18. ^ „In-Situ-Rückgewinnung von Uran“ (PDF). Abgerufen 2012-10-16.
  19. ^ „Beratung zum Entwurf des technischen Berichts der EPA mit dem Titel Überlegungen zur Überwachung von Uran-In-Situ-Leach / In-Situ-Rückgewinnungsstellen (ISL / ISR) nach dem Verschluss“. Abgerufen 2012-10-13.

Externe Links[edit]