Подать статью
Стать рецензентом
EN
Том 279
Страницы:
98-111
В печати
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Кинетика окисления четырехвалентного урана при интенсификации сернокислотного выщелачивания в условиях скважинной добычи

Авторы:
Ж. Сеитов1
Б. Токтарулы2
Ж. Кенжетаев3
Б. Алтайбаев4
Об авторах
  • 1 — научный сотрудник Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И.Сатпаева ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 2 — канд. наук старший научный сотрудник Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И.Сатпаева ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 3 — канд. наук главный инженер ТОО «Институт высоких технологий» ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 4 — канд. наук заведующий кафедрой ТОО «Институт высоких технологий» ▪ Orcid ▪ Scopus
Дата отправки:
2025-04-16
Дата принятия:
2025-12-24
Дата публикации онлайн:
2026-06-10

Аннотация

В статье исследовано влияние окислительно-восстановительных процессов на эффективность извлечения урана методом подземного выщелачивания (ПСВ). Особое внимание уделено роли кислорода и железа в реакциях. Проведен анализ стандартных окислительно-восстановительных потенциалов ионов, участвующих в реакциях. Подробно изучены процессы окисления железа (II) до железа (III) и их влияние на растворимость урана в кислой среде. В экспериментальной части исследована насыщаемость выщелачивающих растворов кислородом с использованием трубки Вентури. Результаты показали, что оптимизация условий окислительно-восстановительных реакций существенно повышает эффективность ПСВ. Кислород, являясь доступным и эффективным окислителем, способствует окислению железа (II) до железа (III), что увеличивает растворимость соединений урана. Экспериментально определена оптимальная скорость потока раствора, обеспечивающая максимальную степень растворения кислорода. Применение трубки Вентури значительно повысило степень насыщения раствора кислородом, что привело к увеличению концентрации железа (III) и, как следствие, к улучшению выщелачивания урана. Разработанная технология позволила достичь увеличения извлечения урана на 38,13 % по сравнению с традиционными методами. Проведенное исследование подтверждает роль окислительно-восстановительных процессов в гидрометаллургии урана и обосновывает необходимость их оптимизации для повышения промышленной эффективности извлечения урана. Трубка Вентури, встроенная в кислый циркуляционный контур без подачи внешних окислителей, за счет роста окисления Fe2+ до Fe3+ обеспечивает устойчивое повышение Eh, достаточное для перехода U(IV) → U(VI). В работе количественно показаны рост О2 на ~60-70 %, повышение Eh на ~30-80 мВ и увеличение растворенного U.

Область исследования:
Геотехнология и инженерная геология
Ключевые слова:
выщелачивание урана подземное выщелачивание окислительно-восстановительные процессы ионы железа (III) насыщение кислородом трубка Вентури
Финансирование:

Исследование выполнено при финансовой поддержке Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант № AP 22685351).

Перейти к тому 279

Литература

  1. Рассказов И.Ю., Секисов А.Г., Рассказова А.В. Подземное выщелачивание молибдена и урана с использованием перкарбонатных и хлоридно-гипохлоритных растворов // Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 623-631. DOI: 10.31897/PMI.2022.60
  2. Mwetulundila A.L., Atangana A. Modeling Borehole Interactions and In-situ Leach Uranium Mining Impacts on Groundwater in the Stampriet Aquifer // Earth Systems and Environment. 2026. Vol. 10. Iss. 1. P. 937-957. DOI: 10.1007/s41748-025-00637-8
  3. Sheng Zeng, Jinzhu Li, Kaixuan Tan, Shuwen Zhang. Fractal kinetic characteristics of hard-rock uranium leaching with sulfuric acid // Royal Society Open Science. 2018. Vol. 5. Iss. 9. № 180403. DOI: 10.1098/rsos.180403
  4. Jing Huang, Mi Li, Xiaowen Zhang et al. Extraction of uranium from tailings by sulfuric acid leaching with oxidants // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 69. № 012050. DOI: 10.1088/1755-1315/69/1/012050
  5. Rashad M.M., Mohamed S.A., El-Sheikh E.M. et al. Kinetics of uranium leaching process using sulfuric acid for Wadi Nasib ore, South western Sinai, Egypt // Aswan University Journal of Environmental Studies. 2020. Vol. 1. № 2. P. 171-182. DOI: 10.21608/aujes.2020.127584
  6. Ying Xu, Limin Wang, Xuebin Su et al. Study on Mechanism of Oxygen Oxidation Leaching with Low Acid for High Acid Consumption Sandstone Uranium Deposit // Processes. 2023. Vol. 11. Iss. 3. № 746. DOI: 10.3390/pr11030746
  7. Collet A., Regnault O., Ozhogin A. et al. Three-dimensional reactive transport simulation of Uranium in situ recovery: Large-scale well field applications in Shu Saryssu Bassin, Tortkuduk deposit (Kazakhstan) // Hydrometallurgy. 2022. Vol. 211. № 105873. DOI: 10.1016/j.hydromet.2022.105873
  8. Kassab W.A. Comparative study for leaching processes of uranium, copper and cadmium from gibbsite ore material of Talet Seleim, Southwestern, Sinai, Egypt // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2023. Vol. 332. Iss. 2. P. 273-287. DOI: 10.1007/s10967-022-08727-x
  9. Therrien J.-D., Vanrolleghem P.A., Dorea C.C. Characterization of the performance of venturi-based aeration devices for use in wastewater treatment in low-resource settings // Water SA. 2019. Vol. 45. № 2. P. 251-258. DOI: 10.4314/wsa.v45i2.12
  10. Cheira M.F., Atia B.M., Kouraim M.N. Uranium(VI) recovery from acidic leach liquor by Ambersep 920U SO4 resin: Kinetic, equilibrium and thermodynamic studies // Journal of Radiation Research and Applied Sciences. 2017. Vol. 10. Iss. 4. P. 307-319. DOI: 10.1016/j.jrras.2017.07.005
  11. Mundra S., Tits J., Wieland E., Angst U.M. Aerobic and anaerobic oxidation of ferrous ions in near-neutral solutions // Chemosphere. 2023. Vol. 335. № 138955. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2023.138955
  12. Belli K.M., Taillefert M. Geochemical controls of the microbially mediated redox cycling of uranium and iron // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2018. Vol. 235. P. 431-449. DOI: 10.1016/j.gca.2018.05.027
  13. Tiwari N.K., Panwar D. More Accurate Prediction of Oxygen Transfer in Water through Venturi Flumes by Data Analysis, Machine Learning, and Uncertainty Investigation // Journal of Environmental Engineering. 2025. Vol. 151. Iss. 3. № 04025001. DOI: 10.1061/JOEEDU.EEENG-7834
  14. Yanjing Wang, Minglei Song, Jianrong Wei et al. Strengthening Fe(II)/Fe(III) Dynamic Cycling by Surface Sulfation to Achieve Efficient Electrochemical Uranium Extraction at Ultralow Cell Voltage // Environmental Science & Technology. 2023. Vol. 57. Iss. 35. P. 13258-13266. DOI: 10.1021/acs.est.3c05133
  15. Токтарулы Б. Интенсификация подземно-скважинного выщелачивания урана с применением различных реагентов: Автореф. дис. … д-ра философии (PhD). Алматы: Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И.Сатпаева, 2023.
  16. Haiying Fu, Hui Zhang, Yang Sui et al. Transformation of uranium species in soil during redox oscillations // Chemosphere. 2018. Vol. 208. P. 846-853. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.06.059
  17. Togizov K., Kenzhetaev Z., Temirkhanova R. et al. The Influence of the Physicochemical Characteristics of Ores on the Efficiency of Underground Well Leaching of Uranium Deposits in Kazakhstan // Minerals. 2024. Vol. 14. Iss. 4. № 381. DOI: 10.3390/min14040381
  18. Aben E., Yussupova S., Akhmetkanov D. et al. Research into Uranium Characteristics and Content in a Pregnant Solution During Leaching with Oxygen Saturation // Civil Engineering Journal. 2024. Vol. 10. № 5. P. 1606-1615. DOI: 10.28991/CEJ-2024-010-05-016
  19. Rakishev B., Kenzhetaev Z., Mataev M., Togizov K. Improving the Efficiency of Downhole Uranium Production Using Oxygen as an Oxidizer // Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 8. № 1005. DOI: 10.3390/min12081005
  20. Drozdzak J., Leermakers M., Gao Y. et al. Uranium aqueous speciation in the vicinity of the former uranium mining sites using the diffusive gradients in thin films and ultrafiltration techniques // Analytica Chimica Acta. 2016. Vol. 913. P. 94-103. DOI: 10.1016/j.aca.2016.01.052
  21. Nuhanović M., Smječanin N., Curić N., Vinković A. Efficient removal of U(VI) from aqueous solution using the biocomposite based on sugar beet pulp and pomelo peel // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2021. Vol. 328. Iss. 1. P. 347-358. DOI: 10.1007/s10967-021-07651-w
  22. Guihe Li, Jia Yao. A Review of In Situ Leaching (ISL) for Uranium Mining // Mining. 2024. Vol. 4. Iss. 1. P. 120-148. DOI: 10.3390/mining4010009
  23. Орынгожа Е.Е., Воробьев А.Е., Жангалиева М., Утешев И.Ж. Изучение горно-геологических характеристик урановых месторождений Казахстана для разработки методом подземного скважинного выщелачивания // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан. Series of Geology and Technical Sciences. 2020. Т. 5. № 443. С. 156-164 (in English). DOI: 10.32014/2020.2518-170X.116
  24. Xin Yuan, Jinhui Liu, Lingling Xu et al. Study on the Leaching Conditions of the Shihongtan Uranium Deposit // Metals. 2023. Vol. 13. Iss. 7. № 1284. DOI: 10.3390/met13071284
  25. Laurent G., Izart C., Lechenard B. et al. Numerical modelling of column experiments to investigate in-situ bioleaching as an alternative mining technology // Hydrometallurgy. 2019. Vol. 188. P. 272-290. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.07.002
  26. Peng Wang, Kaixuan Tan, Yongmei Li et al. Effect of Pyrite on the Leaching Kinetics of Pitchblende in the Process of Acid In Situ Leaching of Uranium // Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 5. № 570. DOI: 10.3390/min12050570
  27. Nao Shen, Jun Li, Yongfan Guo, Xiaochun Li. Thermodynamic Modeling of in Situ Leaching of Sandstone-Type Uranium Minerals // Journal of Chemical & Engineering Data. 2020. Vol. 65. Iss. 4. P. 2017-2031. DOI: 10.1021/acs.jced.9b01152
  28. Wenjie Qiu, Yun Yang, Jian Song et al. What chemical reaction dominates the CO2 and O2 in-situ uranium leaching? Insights from a three-dimensional multicomponent reactive transport model at the field scale // Applied Geochemistry. 2023. Vol. 148. № 105522. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105522
  29. González-Santana D., González-Dávila M., Lohan M.C. et al. Variability in iron (II) oxidation kinetics across diverse hydrothermal sites on the northern Mid Atlantic Ridge // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2021. Vol. 297. P. 143-157. DOI: 10.1016/j.gca.2021.01.013
  30. Kurmanseiit M.B., Tungatarova M.S., Kaltayev A., Royer J.-J. Reactive Transport Modeling during Uranium In Situ Leaching (ISL): The Effects of Ore Composition on Mining Recovery // Minerals. 2022. Vol. 12. Iss. 11. № 1340. DOI: 10.3390/min12111340
  31. Aben E., Toktaruly B., Khairullayev N., Yeluzakh M. Analyzing changes in a leach solution oxygenation in the process of uranium ore borehole mining // Mining of Mineral Deposits. 2021. Vol. 15. Iss. 3. P. 39-44. DOI: 10.33271/mining15.03.039
  32. Aben E., Markenbayev Zh., Khairullaev N. et al. Study of change in the leaching solution activity after treatment with a cavitator // Mining of Mineral Deposits. 2019. Vol. 13. Iss. 4. P. 114-120. DOI: 10.33271/mining13.04.114
  33. Hubau A., Bru K., Idrissa Oumarou S., Leycuras C. Lessons learned from the upscaling of an iron bio-oxidation process to improve uranium recovery // Comptes Rendus. Chimie. 2024. Vol. 27. Special Issue 4. P. 17-35. DOI: 10.5802/crchim.313
  34. Wenji Wang, Chunguang Li, Longcheng Liu et al. Electrokinetic-enhanced sulfuric acid leaching of uranium from sandstone uranium ores // Journal of Hydrology. 2024. Vol. 642. № 131869. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2024.131869
  35. Sabirova L.B., Oringozhin E.S., Turganaliyev S.R., Fedotenko N.A. Physical and chemical aspects of uranium extraction from zones of reservoir oxidation using ultrasonic technology // Eurasian Mining. 2023. № 1. P. 41-44. DOI: 10.17580/em.2023.01.09
  36. Santana-Casiano J.M., González-Santana D., Devresse Q. et al. Exploring the Effects of Organic Matter Characteristics on Fe(II) Oxidation Kinetics in Coastal Seawater // Environmental Science & Technology. 2022. Vol. 56. Iss. 4. P. 2718-2728. DOI: 10.1021/acs.est.1c04512
  37. Shifeng Chen, Xuebin Wei, Jinhui Liu et al. Weak acid leaching of uranium ore from a high carbonate uranium deposit // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2022. Vol. 331. Iss. 6. P. 2583-2596. DOI: 10.1007/s10967-022-08323-z
Статистика
Просмотр аннотаций
46
Просмотр полного текста
2
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Исследование влияния массовых взрывов на законтурный массив
2026 Е. А. Шишкин, Е. Б. Шевкун
Принципы классификации сейсмовзрывных источников согласно формуле USBM
2026 А. П. Господариков, М. А. Зацепин, В. Н. Ковалевский, А. Н. Холодилов
Анализ влияния вязкоупругих свойств синтетической жидкости гидроразрыва пласта на пескоудерживающую способность
2026 Д. В. Имангулов, А. И. Пономарев, Д. В. Кашапов
Новые данные о проявлении байкальской (тиманской) тектоно-магматической активизации на острове Западный Шпицберген
2026 А. Н. Сироткин, А. Н. Евдокимов, М. Ю. Бурнаева, Н. А. Румянцева
Потенциал оливина в транспорте воды в мантию при тепловом режиме промежуточной и горячей субдукции
2026 И. Н. Куприянов, А. Г. Сокол
Микробиота коры выветривания Тургоякского месторождения каолина (Миасский район, Южный Урал)
2026 А. А. Георгиевский, Е. А. Жегалло, А. Ф. Георгиевский, В. М. Бугина, А. Е. Котельников