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Lisciviazione in situ

Lisciviazione in situ

La lisciviazione in situ (ISL), detta anche recupero in situ (ISR) o mining di soluzioni , è un processo di estrazione utilizzato per recuperare minerali come rame e uranio attraverso pozzi perforati in un deposito, in situ . La lisciviazione in situ agisce dissolvendo artificialmente minerali presenti naturalmente allo stato solido. Per il recupero del materiale presente naturalmente in soluzione, consultare: Estrazione di salamoia.

Il processo inizialmente prevede la perforazione di fori nel deposito di minerale. La fratturazione esplosiva o idraulica può essere utilizzata per creare percorsi aperti nel deposito in modo che la soluzione penetri. La soluzione di lisciviazione viene pompata nel deposito dove entra in contatto con il minerale. La soluzione che porta il contenuto di minerale disciolto viene quindi pompata in superficie ed elaborata. Questo processo consente l'estrazione di metalli e sali da un corpo di minerale senza la necessità di estrazione convenzionale che prevede attività di estrazione a cielo aperto, a cielo aperto o sotterraneo.

Processi

L'estrazione di lisciviazione in situ comporta il pompaggio di un lixivante nel corpo del minerale tramite un pozzo trivellato, che circola attraverso la roccia porosa sciogliendo il minerale e viene estratto attraverso un secondo pozzo trivellato.

Il lixivante varia a seconda del deposito di minerale: per i depositi di sale il percolato può essere acqua dolce in cui i sali possono dissolversi prontamente. Per il rame, gli acidi sono generalmente necessari per migliorare la solubilità dei minerali minerali all'interno della soluzione. Per i minerali di uranio, il lixiviante può essere acido o bicarbonato di sodio.

minerali

Potassa e sali solubili

La lisciviazione in situ è ​​ampiamente usata per estrarre depositi di sali solubili in acqua come potassa (silvite e carnallite), sale grosso (alogenite), cloruro di sodio e solfato di sodio. È stato utilizzato nello stato americano del Colorado per estrarre nahcolite (bicarbonato di sodio). La lisciviazione in situ viene spesso utilizzata per depositi troppo profondi o letti troppo sottili per l'estrazione sotterranea convenzionale.

Uranio

La lisciviazione in situ per l'uranio si è espansa rapidamente dagli anni '90 ed è ora il metodo predominante per l'estrazione dell'uranio, rappresentando il 45 percento dell'uranio estratto in tutto il mondo nel 2012.

Le soluzioni utilizzate per sciogliere il minerale di uranio sono l'acido (acido solforico o meno comunemente acido nitrico) o carbonato (bicarbonato di sodio, carbonato di ammonio o anidride carbonica disciolta). L'ossigeno disciolto viene talvolta aggiunto all'acqua per mobilizzare l'uranio. L'ISL dei minerali di uranio iniziò negli Stati Uniti e nell'Unione Sovietica all'inizio degli anni '60. Il primo ISL di uranio negli Stati Uniti fu nel bacino di Shirley, nello stato del Wyoming, che operò dal 1961 al 1970 usando acido solforico. Dal 1970, tutte le miniere ISL su scala commerciale negli Stati Uniti hanno utilizzato soluzioni di carbonato. Il mining ISL in Australia utilizza soluzioni acide.

Il recupero in situ comporta l'estrazione di acqua contenente uranio (classificazione a partire da 0,05% di U3O8). La soluzione di uranio estratta viene quindi filtrata attraverso perle di resina. Attraverso un processo di scambio ionico, le perle di resina attirano l'uranio dalla soluzione. Le resine caricate con uranio vengono quindi trasportate in un impianto di lavorazione, dove U3O8 viene separato dalle perle di resina e viene prodotta la torta gialla. Le perle di resina possono quindi essere restituite alla struttura di scambio ionico dove vengono riutilizzate.

Alla fine del 2008 c'erano quattro miniere di uranio a lisciviazione in situ operanti negli Stati Uniti, gestite da Cameco, Mestena e Uranium Resources, Inc., tutte utilizzando bicarbonato di sodio. ISL produce il 90% dell'uranio estratto negli Stati Uniti. Nel 2010, Uranium Energy Corporation ha iniziato le operazioni di lisciviazione in situ nel progetto Palangana nella contea di Duval, in Texas. Nel luglio 2012 Cameco ha ritardato lo sviluppo del suo progetto Kintyre, a causa della difficile economia del progetto basata su U3O8 da $ 45,00. Un progetto di bonifica ISR era inoltre operativo dal 2009.

Significative miniere ISL sono operative in Kazakistan e Australia. La miniera di uranio Beverley in Australia utilizza la lisciviazione in situ. L'estrazione di ISL ha rappresentato il 41% della produzione mondiale di uranio nel 2010.

Esempi di miniere di uranio in situ includono:

  • La miniera di uranio Beverley, nell'Australia meridionale, è una miniera di uranio ISL operativa e la prima miniera dell'Australia.
  • La Honeymoon Uranium Mine, South Australia, è stata inaugurata nel 2011 ed è la seconda miniera di uranio ISL in Australia.
  • Crow Butte (operativo), Smith Ranch-Highland (operativo), Christensen Ranch (bonifica), Irigaray (bonifica), Churchrock (proposta), Crownpoint (proposta), Alta Mesa (operativa), Hobson (standby), La Palangana (operativa ), Kingsville Dome (operativo), Rosita (standby) e Vasquez (restauro) sono operazioni di uranio ISL negli Stati Uniti.
  • Nel 2010 Uranium Energy Corp. ha avviato un'operazione di estrazione mineraria ISL nel deposito di Palangana nella contea di Duval, in Texas. L'impianto di scambio ionico di Palangana trasporta perle di resina caricate con uranio all'impianto di lavorazione Hobson dell'azienda, dove viene prodotta la torta gialla. Uranium Energy Corp. ha altri tre depositi nel Texas meridionale autorizzati o in fase di sviluppo.

Rame

La lisciviazione in situ del rame fu fatta dai cinesi nel 977 d.C. e forse già nel 177 a.C. Il rame viene solitamente lisciviato con acido (acido solforico o acido cloridrico), quindi recuperato dalla soluzione mediante estrazione con solvente (SX-EW) o precipitazione chimica.

I minerali più suscettibili alla lisciviazione includono i carbonati di rame malachite e azzurrite, l'ossido di tenorite e la crisocolla di silicato. Altri minerali di rame, come il cuprite di ossido e il calcocite di solfuro, possono richiedere l'aggiunta di agenti ossidanti come solfato ferrico e ossigeno al percolato prima della dissoluzione dei minerali. I minerali con il più alto contenuto di solfuri, come bornite e calcopirite, richiedono più ossidanti e si dissolveranno più lentamente. A volte l'ossidazione è accelerata dai batteri Thiobacillus ferrooxidans , che si nutrono di composti solforati.

Il rame ISL viene spesso eseguito mediante lisciviazione di pietre , in cui il minerale di bassa qualità viene lisciviato in una miniera sotterranea corrente o precedente. La lisciviazione può avvenire in arresti riempiti o aree scavate. Nel 1994, la lisciviazione di rame del rame fu segnalata in 16 miniere negli Stati Uniti.

Nella miniera di San Manuel, nello stato americano dell'Arizona, l'ISL è stata inizialmente utilizzata raccogliendo la soluzione risultante sotterranea, ma nel 1995 questa è stata convertita in un metodo di recupero da pozzo a pozzo, che è stata la prima implementazione su larga scala di quel metodo. Questo metodo ben-bene è stato proposto per altri depositi di rame in Arizona.

Oro

La lisciviazione in situ non è stata utilizzata su scala commerciale per l'estrazione dell'oro. Negli anni '70 venne intrapreso un programma pilota di tre anni per la lisciviazione di minerali d'oro in situ nella miniera di Ajax nel distretto di Cripple Creek negli Stati Uniti, usando una soluzione di cloruro e ioduro. Dopo aver ottenuto scarsi risultati, forse a causa del complesso minerale di tellururo, il test è stato interrotto.

Preoccupazioni ambientali

Secondo l'Organizzazione mondiale del nucleare:

Negli Stati Uniti la legislazione richiede che la qualità dell'acqua nella falda acquifera interessata venga ripristinata in modo da consentirne l'uso prima dell'estrazione. Di solito si tratta di acqua potabile o di acqua di scorta (in genere meno di 500 ppm di solidi disciolti totali), e sebbene non tutte le caratteristiche chimiche possano essere restituite a quelle pre-estrazione, l'acqua deve essere utilizzabile per gli stessi scopi di prima. Spesso deve essere trattato con osmosi inversa, dando origine a un problema nello smaltimento del flusso di salamoia concentrato da questo.

Le solite protezioni dalle radiazioni vengono applicate durante un'operazione di estrazione dell'uranio ISL, nonostante il fatto che la maggior parte della radioattività del corpo minerale rimanga ben sotterranea e quindi vi sia un aumento minimo del rilascio di radon e nessuna polvere di minerale. I dipendenti sono monitorati per contaminazione da radiazioni alfa e dosimetri personali sono indossati per misurare l'esposizione alle radiazioni gamma. Viene effettuato un monitoraggio di routine di contaminazione di aria, polvere e superficie.

I vantaggi di questa tecnologia sono:

  • Rischi ridotti per i dipendenti da incidenti, polvere e radiazioni,
  • Basso costo, non sono necessari depositi di sterili di grandi dimensioni per mulino all'uranio.

Dopo la conclusione di un'operazione di lisciviazione in situ, i fanghi di scarto prodotti devono essere smaltiti in modo sicuro e la falda acquifera, contaminata dalle attività di lisciviazione, deve essere ripristinata. Il ripristino delle acque sotterranee è un processo molto noioso che non è ancora del tutto chiaro.

I migliori risultati sono stati ottenuti con il seguente schema di trattamento, costituito da una serie di passaggi diversi:

  • Fase 1: pompaggio di acqua contaminata: l'iniezione della soluzione di lisciviazione viene interrotta e il liquido contaminato viene pompato dalla zona di lisciviazione. Successivamente, l'acqua di falda pulita scorre dall'esterno della zona di lisciviazione.
  • Fase 2: come 1, ma con trattamento del liquido pompato (per osmosi inversa) e reiniezione nella precedente zona di lisciviazione. Questo schema provoca la circolazione del liquido.
  • Fase 3: come 2, con l'aggiunta di una sostanza chimica riducente (ad esempio acido solfidrico (H2S) o solfuro di sodio (Na2S), che provoca la precipitazione chimica e quindi l'immobilizzazione dei principali contaminanti.
  • Fase 4: circolazione del liquido mediante pompaggio e reiniezione, per ottenere condizioni uniformi nell'intera ex zona di lisciviazione.

Ma, anche con questo schema di trattamento, vari problemi rimangono irrisolti:

  • I contaminanti mobili in condizioni di riduzione chimica, come il radio, non possono essere controllati.
  • Se le condizioni di riduzione chimica vengono successivamente disturbate per qualsiasi motivo, i contaminanti precipitati vengono riattivati.
  • Il processo di ripristino richiede periodi di tempo molto lunghi, non tutti i parametri possono essere abbassati in modo appropriato.

La maggior parte degli esperimenti di restauro riferiti si riferisce allo schema di lisciviazione alcalina, poiché questo schema è l'unico utilizzato nelle operazioni in situ commerciali del mondo occidentale. Pertanto, quasi nessuna esperienza esiste con il ripristino delle acque sotterranee dopo la lisciviazione acida in situ, lo schema che è stato applicato nella maggior parte dei casi in Europa orientale. L'unico sito di lisciviazione in situ occidentale restaurato dopo la lisciviazione con acido solforico finora è il piccolo impianto su scala pilota Nine Mile Lake vicino a Casper, Wyoming (USA). I risultati non possono quindi essere semplicemente trasferiti a strutture su scala di produzione. Lo schema di restauro applicato includeva i primi due passaggi sopra menzionati. Si è scoperto che un volume d'acqua di oltre 20 volte il volume dei pori della zona di lisciviazione doveva essere pompato, e tuttavia diversi parametri non raggiungevano i livelli di fondo. Inoltre, il restauro ha richiesto circa lo stesso tempo utilizzato per il periodo di lisciviazione.

Negli Stati Uniti, i siti ISL di Pawnee, Lamprecht e Zamzow in Texas sono stati ripristinati utilizzando i passaggi 1 e 2 dello schema di trattamento sopra elencato. In questi e in altri siti sono stati concessi standard di ripristino delle acque sotterranee rilassati, poiché non è stato possibile soddisfare i criteri di ripristino.

Uno studio pubblicato dall'US Geological Survey nel 2009 ha rilevato che "Fino ad oggi, nessuna riparazione di un'operazione ISR negli Stati Uniti ha riportato con successo la falda acquifera alle condizioni di base".

Le condizioni di base includono quantità commerciali di U3O8 radioattivo. Il recupero in situ efficiente riduce i valori U3O8 della falda acquifera. Parlando a un seminario dell'EPA Region 8, il 29 settembre 2010, Ardyth Simmons, PhD, Los Alamos National Laboratory (Los Alamos, NM) sull'argomento "Stabilire la linea di base e il confronto con i valori di restauro nei siti di recupero in situ dell'uranio" ha dichiarato " Questi risultati hanno indicato che potrebbe non essere realistico per le operazioni ISR ​​ripristinare le falde acquifere nella media, perché in alcuni casi ciò significa che dovrebbe esserci meno uranio presente rispetto alla pre-estrazione. Perseguire concentrazioni più conservative si traduce in una quantità considerevole del consumo di acqua e molti di questi acquiferi non erano adatti all'acqua potabile prima dell'inizio dell'estrazione ".

L'EPA sta valutando la necessità di aggiornare gli standard di protezione ambientale per l'estrazione dell'uranio poiché le attuali normative, promulgate in risposta all'Uranium Mill Tailings Radiation Control Act del 1978, non affrontano il processo relativamente recente di lisciviazione in situ (ISL) dell'uranio da corpi di minerali sotterranei. In una lettera del febbraio 2012, l'EPA afferma che "Poiché il processo ISL influisce sulla qualità delle acque sotterranee, l'ufficio di radiazione e aria interna dell'EPA ha richiesto il parere del Science Advisory Board (SAB) su questioni relative alla progettazione e all'attuazione del monitoraggio delle acque sotterranee all'ISL mining siti ".

Il BRS formula raccomandazioni riguardanti il ​​monitoraggio per caratterizzare la qualità delle acque sotterranee di base prima dell'inizio delle operazioni di estrazione, il monitoraggio per rilevare eventuali escursioni di percolato durante l'estrazione e il monitoraggio per determinare quando la qualità delle acque sotterranee si è stabilizzata dopo il completamento delle operazioni di estrazione. Il SAB esamina anche i vantaggi e gli svantaggi delle tecniche statistiche alternative per determinare se la qualità delle acque sotterranee post-operative è tornata a condizioni quasi pre-minerarie e se si può prevedere che il funzionamento delle miniere non avrà un impatto negativo sulla qualità delle acque sotterranee dopo l'accettazione della chiusura del sito.