Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық процесін басқару нысаны (объектісі) ретінде сипаттау

Пән: Тау-кен ісі
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 19 бет
Таңдаулыға:

Жоспары:

Технологиялық бөлім

1.1Уранның қысқаша тарихы
1.2Уранның атомдық техникада пайдаланылуы

1.3 Атомдық энергия өндірісінің жалпы нобайындағы уранның технологиясы
1.4Уран геохимиясы
1.5.Жер асты шаймалау кезіндегі ұңғымалардың орналасу торы

1.6 Жер асты шаймалау әдісі арқылы уран кенін өндіру

2 Арнайы бөлім

2.1.Жерасты ұңғылы шаймалау әдісінің жалпы сипаттамасы

2.2. Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық процесін басқару нысаны (объектісі) ретінде сипаттау

2.3Жерасты ұңғылы шаймалау процесінің кинетикасы

1 Технологиялық бөлім

1.1 Уранның қысқаша тарихы

Уран - Менделеевтің Периодтық кестесіндегі соңғы табиғаттағы ең ауыр, 92-ші элемент. Уран - бәсекелестiк қабiлетi анағұрлым жоғары энергия көзi болып табылады. Оның басқа отын көздерiнен басты айырмашылығы - ол жоғары концентрацияланған энергия көзi. Яғни, әрi жеңiл, әрi арзан тасымалданатын энергия көзiнен саналады. Мәселен, 1 кг уран дәл осы мөлшердегi көмiрден бөлiнетiн энергиядан 20 мың есе жоғары электр қуатын бөледi. Жалпы құны жағынан да тиiмдi. Ол - қазіргі уақыттағы ең танымал элементтердің бірі, атомдық энергетиканың негізі және атомдық электр станциялары, атомдық су асты қайықтары, атомдық мұзжарғыштары, атомдық, сутектік бомба алу үшін, қажет алғашқы материал болып табылады.

1.1 cурет -Уранинит кристалдары

Қазіргі кезде уран атомның құпиясын ашуға көмектесті және шексіз қуат көзіне айналды. Ол - қазіргі заманғы алхимияның, элементтер өзгерісінің және жаңа, жасанды трансуран элементтері Np, Pu, Am, Cm, Bk,

Cf, Es, Fm, Md (No), (Lr), Ku, 105, 106, 107 - элементтерді алудың негізгі. 1789 жылы Берлин химигі М.Клапрот Саксон қойнауының (қазіргі

Яхимово, Чехия) шәйірі кенінен сол кез үшін жаңа элемент тапты. Клапрот оны, осыдан ертерек (1781 ж.) астроном В.Гершельдің ашқан Уран планетасының құрметіне уран (Uranium) деп атады. Клапрот уранды табиғи сары түсті уран үш тотығынан (UO3) жоғары температурада көмірмен тотықсыздандыру арқылы бөліп алды: UO3+C. Сипаттаулар бойынша, ол металдық жылтыры бар жартылай металдық зат алған. 50 жылдан астам уақыт Клапрот таза зат - уран элементін бөліп алды деп есептелген.

Алайда кейінірек, 1841 жылы уран қайтадан, екінші рет дүниеге келді. Француз ғалымы Э.Пелиго Клапрот уранында оттегі бар екендігін анықтады. Өйткені, оның көмірмен қоспасын хлор ағынында қыздырған кезде төмендегі реакциялар бойынша СО және СО2 бөлініп шықты
UO2+C+2Cl2--UCL4+CO2 (1.1)
UO2+2C+2Cl2--UCL4+2CO (1.2)
Ары қарай, түзілген уран тетрахлоридын металдық калиймен тотықсыздандыру арқылы Пелиго таза металдық уран алды

UCL4+4K--4KCL+U (1.3)
Пелигоның жұмыстарынан кейін уранның атомдық салмағын - 120, яғни шын мәнінен екі есе аз деп есептеді. Бұл қателікті түұзетуді алғаш рет 1871 жылы Д.И.Менделеев Химия негіздерінің бірінші басылымында, уранның атомдық салмағының өлшемін екі еселеу арқылы жасады. Өйткені, атомдық салмағы 120 болғанда элементтердің периодтық жүйесінде уранға орын табылмады.[1]

Кейінен UCl4, UBr4 және басқа да қосылыстардың буларының тығыздығын анықтағанда Д.И.Менделеевтің батыл болжамы толық дәлелденді.

Көп уақытқа дейін уран және оның қосылыстарының іс жүзінде қолданылуы шектеулі болып келеді. Ғалымдар да уранға көп көңіл бөлмеді. Бірақ, біршама кейінірек, оны кей жерлерде қолдана бастады, мысалы, семафор мен бағдаршамдардың шынысын қызыл және жасыл түске бояу үшін қолданды. Уранның кейбір тұздары сурет шығаруда, позитивтік бейнені қоңырқай түске бояу үшін қолданылады.

1.2 Уранның атомдық техникада пайдаланылуы

Уранның атомдық техникада қолданылуы оның өзіне тән ерекше қасиеттеріне байланысты, яғни, оның басқа да көптеген түсті және сирек кездесетін металдардан ерекшелігі - радиоактивті ыдырауында және нейтрондар әсерінен көп мөлшерде энергия бөле отырып ыдырау қасиетіне ие екендігіне тікелей байланысты.

Табиғи уран, уранның үш изотобының қоспасынан тұрады: [234]U, [235]U, [238]U. Бұл изотоптардың табиғи урандағы салыстырмалы мөлшері: [234]U-0,0057%, [235]U-0,7204%, [238]U-99,2739%.

Уранның басқа да изотоптары бар, бірақ оларды жасанды жолмен алады, жалпы жасандысын қосқанда уранның барлығы 14 изотобы бар. [235]U изотобының айырықша қасиеті және мәні бар. 1939 жылдың басындағы зерттеулер көрсеткендей, ол баяу нейтондар әсерінен көп мөлшерде энергия

бөле отырып ыдырау қасиетіне ие. Бұл, уран ядросының бөлінуі кезінде, оны бөлуге жұмсаған мөлшерде нейтрондар бөлініп шығады. Ядерлік реакция былай өрнектеледі

7235U+01n--x+y+(2-3) 01n+Q (1.4)
мұндағы х және у - уранның бөліну өнімдері.

1.1 к е с т е - Уран изотоптарының радиоактивтік қасиеттері

Массалық сан

Жартылай ыдырау периоды
Ыдырау түрі

234

2,45x105 жыл
α

235

7,13x108 жыл
α

236

2,39x107 жыл
α

237

6,75 күн.
β−

238

4,47x109 жыл
α

239

23,54 мин.
β−

240

14 сағат
β−

Ядерлік отын ретінде металдық уран негізіндегі жүйелермен қатар, оның бірқатар қосылыстарының жүйелері де қолданылады. Бірінші жағдайда неғұрлым көп қолданылатындары:

1. Жинақты металдық уран;

2. Уранның Al, Zn, Mo, Ni, Nb және басқалармен құймасы;

3. Уранның металдағы, мысалы, висмуттағы балқымасы;

4. Урандық интерметалидтердің суспензиясы, мысалы, сұйық висмуттағы UPb3 (барлық жағдайда таза металдық уран болуы қажет). [1]

Қазіргі кезде уран өнеркәсібі - химия-металлургиялық өнеркәсіптің жақсы дамып келе жатқан жаңа ірі саласы.
1.3 Атомдық энергия өндірісінің жалпы нобайындағы уранның технологиясы
Атомдық энергияны пайдалану мәселесі - бастапқы ядерлік отын-уранның реактор құрылысына қажет материалдардың өндірісімен байланысты өнеркәсіптің жаңа салаларын құруды талап етеді.

1.2 cурет - Ядерлік отынның технологиясының жалпы нобайы

Кен орындары Уран кенін өндіру

Байыту фабрикалары Уран-кендік концентраттарды алу

Урандық химиялық зауыттар Уранға бай химиялық концентраттарды алу

Аффинаждық зауыттар Уранның ядерлі қосылыстарын алу

Уран тетрафторидін өндіру зауыттары

Металдық уранды өндіру

Металдық уранды және оның балқымалары негізінде твэлдерөндіру

Баяу нейтрондар негізіндегі ядерлік реакторлар

Уран гексафторидін өндіру

Уран изотоптарын бөлу зауыттары

[235]U-пен

Қалдыққа

байытылған

кететін

уран

кедейленген

уран

Плутонийды бөліп
Уранды

Уран қостотығына немесе

арналған радиохимиялық

регенерациялау

тетрафторидіне қайта өңдеу

ядерлік реакторлар

Уран қос

[235]U-пен байытылған

Жарықшық

Трансуран

тотығы

металдық уранды өңдеу

Плутонийдан твэлдер мен

235
U негізінде твэл мен бұйымдар алу

өнімдер даярлау

Қазіргі кезде, неғұрлым өнеркәсібі дамыған елдердегі атомдық өнеркәсіп - күрделі, көп сатылы және әр қилы өндірістердің көп тармақты жиынтығы (отындық цикл). Отындық цикл дегеніміз - жалпы технологиялық процестің мынадай негізгі сатыларын қамтитын операциялар жиынтығы, олар: ядерлік отынды табиғи шикізаттан даярлау, оны реакторда жағу, қолданылған отынды жаңа, құнды өнімдер алу мақсатында қайта өңдеу. [2]

Ядерлік отынның технологиясының типтік жиынтығы жоғарыдағы нобайда берілген. Бұл жерде осы уран технологиясының негізгі бөлімдері: 1) уран өндірісінің шикізаттық базасы; 2) кендерді механикалық өңдеу және уран-кендік концентраттарын алу; 3) уранға бай химиялық концентраттарын алу; 4) аффинаж және уранның ядерлі таза қосылыстарын алу; 5) уранның фторлы тұздарын өндіру және қайта өңдеу; 6) металдық уранды өндіру қарастырылған.

1.4 Уран геохимиясы

Уранның жер қыртысында біркелкі таралмауын және уран кендерінің пайда болуын қамтамасыз ететін процесстерді қарастырайық. Жердің құрылуының қазіргі заманғы теориясы метеориттік заттың бастапқы агломерациясының (жинау, тығыздау) планета өлшеміне дейін жетуімен түсіндіріледі. Нығыздалуын және сондай-ақ радиоактивтіліктің үлкен дәрежесінің нәтижесінде планета заттарының белгілі-бір жерде қорытылуы мен заттың отты-сұйық күйінің құрылуына алып келетін, көп мөлшерде жылу бөлінуі болған.

Геохимиктер мен радиохимиктердің есептелулері жер шарының мұндай күйі, қазіргі уақытқа қарағанда ол уақытта бірнеше есе көп болған уран, торий және калий сияқты Жердің осындай радиоактивті элементтердің жылу бөліп шығаруы міндетті болғанын көрсетіп отыр. Планета қойнауларында генерацияланған радиогендік жылудың 99%-дан астамы осы элементтермен (уран, торий, калий) және олардың қосалқы өнімдерімен қамтамасыз етілген. Радиогенді жылу планетаның барлық көлемінде генерацияланады, бірақ оның сәуле таратуына тек қана сыртқы жұқа қабықшалар қатысады. Радиогендік жылудың қайту процессі жүрмейтін Жердің ішкі ауданы өте бәсең, бірақ тоқтаусыз қыздырылуды және осыған сәйкес кеңеюді басынан кешіруде. Планетаның ішкі ауданы көлем мен масса жағынан перисферадан едәуір артық болғандықтан, перисферада кеңейтілу мен қабықтанып жарылу процесі жүреді. Осылайша жану, планета қыртысындағы көшу қозғалыстарының - тектогенездің механикалық жұмысына түрленеді және де бұл біздің планетамыздың геологиялық дамуының негізгі себебі болып табылады.

Кейбір жағдайларда уран кен орындары генезисінің мүмкіндігінің басқа жолы болды, ол - судың өте ыстық күйде жоғары қысыммен, кристалдаудың соңғы сатыларындағы силикаттық тұнбалық қорытпаларға әсер етуі нәтижесінде гидротермальды кен орындарының құрылуы.

22

Уранның гидротермальдық кен орнының кендік формацияларының бес типін немесе түрін бөліп қарастырады.

1. Урандық - өте таза UO2 кен орны. Мұндай кен орындары - Канададағы Биверлодж кен орны.

2. Бескомпоненттік - құрамында U, Ni, Co, Bi, Ag бар. Уранның басқа элементтердің барлығы, әдетте сульфидтер түрінде болады.

3. Никель - кобальт - урандық - мысалы, Шабедағы атақты Шинколобве кен орны.

4. Темір - титандық - урандық - мысалы Австралиядағы давидит минералының кен орны.

5. Мысты - урандық - бұл әдетте Cu2S-пен ассоциацияланған настуран. Мұндай кен орнының үлгісі болып Австралиядағы Рам-Джангл кен орны танылады.

Пегматиттік және гидротермальды кен орындары - бұл, әдетте уранның пайыздық мөлшері бойынша салыстырмалы түрде бай және өте ертеден белгілі эндогендік (магмагендік) деп аталатын кен орындары. Әрине, уран кендерін өнеркәсіпте пайдалану үшін уран кендерін терең зерттеу мен өндіру ісі дәл осындай кен орындарынан басталады.

Жер қыртысында уран кендерінің түбегейлі басқа типі, эндогендік кендердің желге мүжілулері, ыдыраулары мен шаймалануы нәтижесінде пайда болған экзогендік кен орындары кең таралған. Мұндай кен орындары алты валентті, күйдегі уранның тотығуы мен шаймалануы және оның ары қарай орын ауыстыруы нәтижесінде құрылған екіншілік - қосымша кен орындары түрінде болады.

Уранның тұнбалануы шаймалану аймағының өзінде жүреді және үлкен тәжірибелік маңызы бар, уранның тұнбалық кен орындарының құрылуына алып келеді. Мұндай кен орындарына: 1) құрамында уран бар фосфориттер кендері; 2) уранның органикалық немесе бейорганикалық сорбенттерге тұнбалануы немесе сорбциялануы негізінде пайда болған битуминозды тақта тасты кендері; 3) уранның тотығу процесі нәтижесінде пайда болған, карнотит типті минералдар түрінде болатын карнотитті құмды кендері жатады.

Кен орындарының тағы бір маңызды типі - метаморфогендік кендер. Бұл, пайда болғаннан кейін метаморфизмге ұшыраған, яғни жоғары қысымдар мен температуралар әсерінен қайта құрылған - тұнбаланған кендер. Мұндай кен орындары жер бетінде көп кездеседі. Оларға мысалы: 1) уранинит пен настуран қоспалары, кварц түйіршіктері; 2) кварцтық ұсақ жұмыр тас, урандық минералдармен - уранинит және тухолитпен цементтелген Витватерсрандтық алтынды конгломераттар жатады.[2]

Уранның тұнбалық және метаморфогендік кен орындарындағы пайыздық мөлшері магмагенді кендерге қарағанда едәуір аз; сонымен бірге, уран ол кендерде аса шашыраңқы таралған. Дегенмен, кен орындарының бұл түрі көлемі, жалпы мөлшері, қорлары бойынша магмагендік кендерден көптеген есе асып түседі, бұл 1.4.1-сурет үлгісінен көрініп тұр.

1.3 cурет - Уран қорлары мен өнімдерін кен орындарының типі бойынша бөлу

Жоғарыдағы нәтижелерден көріп отырғанымыздай жер қыртысында уранның өте көп мөлшері бар. Уранның кларктық мөлшерімен есептесек, қышқылды жыныстардың әрбір кубтік клометрінде 10т-ға дейін уран бар. Бұл шама кейбір қышқылды тау жыныстары үшін 80-100т-ға жетеді. Жер қыртысындағы уран: 1) өзіндік уранды минералдарды құрайды; 2) басқа элементтер құрған минералдардың кристалдық құрылымына изоморфты түрде енеді; 3) тау жынытарында өте жіңішке, шашыраңқы күйде болады.

Осы шашыраңқы құралған уран мына үш иондық: 1) кристалдар бойындағы қырларға сорбцияланған; 2) кристалды тор көздерінің дефектілерінде белгіленген; 3) сұйық қосылыстардың және түйіршік аралық сұйықтың құрамында ерітілген күйде болуы мүмкін екенін көрсетіп береді.

Сонымен, уранның өзіндік минералдары - табиғатта болатын тек бір түрі ғана, ол мөлшерлік мағынада басымдық танытпайды

Бастапқы метеориттік зат

Агломерация

Отты-сұйық күйдің құрылуы

Баяу балқитын және тез балқитын фазаларға бөліну

Геосфераның құрылуы

Жер қыртысының құрылуы

Басқа сфералардың құрылуы

Силикаттық магма (құрамында UO2)

Кристалдау

Mg, Fe тотықтары және

Si, Al, тотықтары

Силикатты қорытпа қалдық

изоморфты қоспалар

және изоморфты

СЖЭ, Ti, Nb, Ta

қоспалар

Кристалдау

Жоғары қысым мен температурадағы

кристалдаудың соңғы сатыларындағы

Пегматит

су булары

UO2

изоморфты түрде ЖСЭ Ті, Та, Тһ, Nb

Қос тотықты уранның үш тотыққа тотығуы

Таза уранилдың ерітіндісі түрінде еруі және тасымалдануы

H2, Fe[2+]
UO2дейін тотықсыздандыру

Гидротермальды

Сульфидтар ассоциациясында таза UO2 тұнбалануы Fe, Ni,
кен орындары

Co, Cu+кварц Ca2CO3, бірақ СЖЭ-сіз, Ti, Th, Nb, Ta-сыз

Эндогендік кен орындары

1.4 cурет - Урандық кен орындарының түзілу нобайы
1.4 - cуреттің жалғасы

Ауа, күн, су, жылу

Карбонаттардың желмен ұшуы, ыдырауы, тотығуы, шаймалануы, түзілуі

Уранил тұздары түрінде еруі

Уранил қосылыстары түрінде орын алмастыруы және

Фосфаттар, битуминозды тақта
тастар, карнотит және т.б Тұнбалы кен орындары түріндегі тұнбалар

Жоғары температуралар мен қысымдар

Метаморфогенді кен орындары

Конгломераттардың түзілуі

Экзогенді кен орындары

1.4 cурет - Урандық кен орындарының түзілу нобайы

1.5.Жер асты шаймалау кезіндегі ұңғымалардың орналасу торы

Уран кен орындарының пәрменділігі қолданылатын қазу жүйесіе байланысты. Мұндағы қазу жүйесінің түсінігіне ұңғымалардың орналасу торы ұңғымалардың жұмысқа қосу реті, олардың жұмыс тәртібі, сілтілеуді қарқындату, істен шыққан ұңғымалардың жабу (жою) және жерасты суларын экологиялық шарттарына сай тазарту жұмыстары жатады.

Жерасты сілтілеу тәсілдерін бастапқы қолданған кезінде ұңғымалардың қатар орналастыру сұлбасы (линейное расположение) ғана болған себептері кен сілемдері жер бетіне жақын жатты, кен орнының геологиялық құрылымы анық және қарапайым еді. [6]

Кен сілемдерінің жату тереңдегі өскен сайын, олардың құрамы - морфологиясы күрделенген сайын, кендердің сапасы төмендей берген соң ұңғымалардың орналасу торын да жаңарту қажеттігі туды. Соңғы кездері уран кен орнын ашу ұңғымалардың шахматтық, ұяшықты (үшбұрышты, бесбұрышты, гексогональді т.б.) орналасу тәсілдерімен іске асырылады.

Уран кен сілемдерінің жату тереңдігіне, жерасты су көлемінің аздығы-көптігіне қарай және басқа да тау-геологиялық айғақтарына қарай ұңғымалардың орналасу торлары 1.9.1 және 1.9.2-суреттерінде көрсетілген.

Ұңғымалардың түзу сызық бойында - қатарлы орналасуы кен сілемдерінің бірқалыптылығына және сүзгіштік қасиетіне қарай ара қашықтығы 10-2020-80м дейін болуы мүмкін. Ұңғымалардың қатар орналасудың ең жоғары пәрменділігі кен сілемдерінің созылым ұзындығында байқалды.

Кен орнының орнын тез арада қазып, алынуы және реагенттерінің аз шығындануы, ұңғымалардың арақашықтығының ең жақын кезінде байқалады. Бірақ ұңғымалардың бұрғылау шығыны арта түседі. Ұңғымалардың қатараралық және қатардағы ұңғымааралық қатынасы (12) аралығынан 110 аралығына дейін. [7]

Сілтілердің қарқындығы қышқыл айдаушы ұңғымалардан өндірім ұңғымаларына дейгі түзу бағытта жылжу жылдамдығына байланысты. Мұндай жағдай ұңғымалардың арақашықтығы тым жақын болғанда ғана мүмкін. Ұңғымалардың үшбұрышты, төртбұрышты, гексогональді немесе, ұяшықтардың басқаша орналасуына қарай ұңғымалардың қашықтығы 20-30 м 60-80 м дейін болады (Сурет - 1.7).

1.6 - cурет. Тұтынымдық ұңғымалардың бір қатарда орналасу торы: 1 - айдаушы ұңғымалар; 2 - сорушы ұңғымалар; 3 - кен сілемінің жобасы; 4 - өндіріліс ұяшығы; L - ұңғымалардың қатарлық қашықтығы; l - қатардағы ұңғыма қашықтығы.

1.7 - cурет. Ұңғымалардың ұяшық сұлбасы. 1 - айдаушы ұңғымалар; 2 - сорушы ұңғымалар; 3 - кен сілемінің жобасы.

Технологиялық ұңғымалардың ұяшықты орналасу торы кен орнының ауданы ұңғымалардың түзу сызық бойында орналасу ауданына тым артық болғанда қолданылады. Мұндай жағдайларда тиімді орналасу ұяшығын таңдау мәселесі ұяшықтың тиімді пішінін таңдаумен байланысты болады. Осы күндері ауданның ұяшықты ұңғымалар торының үш түрі көбірек қолданылып жүр. Олар - төрт нүктелі, бес нүктелі және жеті нүктелі.

Төрт нүктелі ұңғымалар торы бір орталықтан сору және үш айдаушы ұңғымалардың үшбұрыштың тұтынымдық ұяшығын құрады.

Бес нүктелі ұңғымалар торы бес ұяшықты сүлбесіндей болып келеді. Үшбұрышты ұяшық ұңғымалар торы қышқыл ерітіндісінің жайылу

ауданы 75% жетеді.

Жеті нүктелі сұлбада (гексогнальді ұяшықта) ерітінді қышқылы ауданның 80% алып жатады.

Жоғарыда келтірілген ұңғымалардың орналасу тәсілдерімен сулы кенді қабаттар технологиялық, тексеруші және бақылаушы ұңғымалармен ашылады.

Соңғы жылдары ұңғымаларды ұялы орналастыру жиі қолданылып жүр.

1. Ұңғымалардың ұялы орналасу кен сілемдерінің ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.