현장에서 침출수

In situ leach
체코 스트라흐 포드 랄스켐의 우라늄 현장 침출유적

ISR(In-situ recovery, ISR) 또는 솔루션 채굴이라고도 불리는 ISL(In-situ learing, ISL)은 퇴적물에 뚫린 보어홀을 통해 구리, 우라늄 등 광물을 현장에서 회수하는 데 사용되는 채굴 공정이다. 현장에서 침출수는 자연적으로 발생하는 광물을 고체 상태로 인위적으로 용해시키는 작용을 한다. 용액에서 자연적으로 발생하는 물질의 복구는 브라인 채굴을 참조한다.

그 과정은 처음에 광석 퇴적물에 구멍을 뚫는 것을 포함한다. 폭발성 또는 유압식 파쇄를 사용하여 침전물에 용액이 침투할 수 있는 개방 경로를 만들 수 있다. 침출액은 광석과 접촉하는 침전물에 주입된다. 용해된 광석을 함유한 용액은 표면으로 펌핑하여 처리한다. 이 과정은 드릴 앤드 블라스트, 오픈 컷 또는 지하 채굴과 관련된 재래식 채굴이 필요 없이 광석체에서 금속과 염분을 추출할 수 있도록 한다.

과정

현장 침출수 채굴은 다공성 암석을 순환하여 광석을 용해하고 제2의 보어홀을 통해 추출하는 보어홀을 통해 리시반트를 광체로 펌핑하는 것을 포함한다.

lixivant는 광석 퇴적물에 따라 다르다: 소금 퇴적물의 경우 침출수는 소금이 쉽게 용해될 수 있는 신선한 물이 될 수 있다. 구리의 경우 일반적으로 용액 내 광물의 용해도를 높이기 위해 산이 필요하다. 우라늄 광석의 경우 lixivant는 산 또는 중탄산나트륨일 수 있다.

광물

포타시 및 용해성 소금

현장 침출수는 포타시(시럽과 카르날라이트), 암염(할라이트), 염화나트륨, 황산나트륨 등 수용성 염분의 퇴적물을 추출하는 데 널리 사용된다. 그것은 미국 콜로라도주에서 나콜라이트(소듐 중탄산염)를 추출하는데 사용되었다.[1] 현장 침출은 기존 지하 채굴을 위해 너무 깊은 퇴적물이나 너무 얇은 침대를 주로 사용한다.

우라늄

참고 항목: 미국의 우라늄 채굴
우라늄에 대한 현장 침출도(미국 NRC) 다이어그램

우라늄에 대한 현장 침출수는 1990년대 이후 급속도로 확대돼 2012년 전 세계적으로 채굴된 우라늄의 45%를 차지하는 등 현재 우라늄 채굴의 지배적인 방법이 되고 있다.[2]

우라늄 광석을 용해하는 데 사용되는 용액은 산(황산 또는 덜 흔하게 질산) 또는 탄산염(소듐 중탄산, 탄산암모늄 또는 용해된 이산화탄소)이다. 우라늄을 동원하기 위해 용존 산소를 물에 첨가하기도 한다. 우라늄 광석의 ISL은 1960년대 초 미국과 소련에서 시작되었다. 미국의 첫 우라늄 ISL은 1961~1970년 황산을 이용해 가동한 와이오밍 주의 셜리 분지에 있었다. 1970년 이후 미국의 모든 상업용 ISL 광산은 탄산염 솔루션을 사용해 왔다.[3] 호주의 ISL 채굴은 산성 용액을 사용한다.[4]

이온교환수지비드

현장 복구는 우라늄이 함유된 물을 추출하는 것과 관련이 있다(UO가38 0.05%로 낮음). 그리고 나서 추출된 우라늄 용액은 수지 구슬을 통해 여과된다. 이온 교환 과정을 통해 수지 구슬은 용액에서 우라늄을 끌어낸다. 우라늄 적재 수지는 처리 공장으로 운반되며, 그곳에서 UO는38 수지 구슬로부터 분리되고 옐로케이크는 생산된다. 그런 다음 수지 비드는 재사용되는 이온 교환 시설로 반환될 수 있다.

2008년 말, 카메코, 메스테나, 우라늄 자원 주식회사가 운영하는 4개의 현장[5] 우라늄 광산이 미국에서 운영되었고, 모두 중탄산나트륨을 사용했다. ISL은 미국에서 채굴된 우라늄의 90%를 생산한다. 2010년, 우라늄 에너지 회사는 텍사스 듀발 카운티에 있는 팔랑가나 프로젝트에서 현장 침출수 작업을 시작했다. 2012년 7월 카메코는 45달러의 UO에 근거한38 도전적인 프로젝트 경제 때문에 킨타이어 프로젝트의 개발을 지연시켰다. 2009년 현재 ISR 간척사업 1건도 운영 중이다.[6]

카자흐스탄과 호주에는 ISL 광산이 상당 부분 운영되고 있다. 호주의 베벌리 우라늄 광산은 현장 침식을 사용한다. 2010년 전 세계 우라늄 생산량의 41%를 ISL 채굴이 차지했다.[7]

노랑케이크

현장 우라늄 광산의 예는 다음과 같다.

  • 남호주 베벌리 우라늄 광산은 운영 중인 ISL 우라늄 광산으로 호주 최초의 광산이다.
  • 남호주 허니문 우라늄 광산은 2011년 문을 열었으며 호주의 두 번째 ISL 우라늄 광산이다.
  • Crow Butte (operating), Smith Ranch-Highland (operating), Christensen Ranch (reclamation), Irigaray (reclamation), Churchrock (proposed), Crownpoint (proposed), Alta Mesa (operating), Hobson (standby), La Palangana (operating), Kingsville Dome (operating), Rosita (standby) and Vasquez (restoration) are ISL uranium operations in the United States.
  • 2010년에 우라늄 에너지 회사는 텍사스 듀발 카운티의 팔랑가나 예금에서 ISL 채굴 작업을 시작했다. 팔랑가나의 이온 교환 시설은 우라늄이 탑재된 수지 구슬을 황색 케이크가 생산되는 이 회사의 홉슨 가공 공장으로 트럭으로 운반한다. 우라늄 에너지 주식회사 사우스 텍사스의 3개의 추가 예금이 허용되거나 개발 중에 있다.[8]

구리

참고 항목: 구리 추출

구리의 현장 침수는 서기 977년까지, 아마도 기원전 177년까지 중국인에 의해 이루어졌다.[3] 구리는 보통 산(설황산 또는 염산)을 사용하여 침출한 후 용매 추출 전기화(SX-EW) 또는 화학적 침수에 의해 용액에서 회수된다.

침출물이 가장 잘되는 광석으로는 구리 탄산염 말라카이트와 아즈라이트, 산화 테너라이트, 규산염 크리소콜라가 있다. 산화 큐프라이트와 황화 칼코카이트와 같은 다른 구리 광물은 광물이 용해되기 전에 철황산염과 산소와 같은 산화제를 침출수에 첨가해야 할 수 있다. 보르나이트나 찰카피라이트와 같이 황화 함량이 가장 높은 광석은 더 많은 산화제가 필요하며 더 천천히 용해될 것이다. 때로는 황화합물을 먹고 사는 티오바실러스 페록시단 박테리아에 의해 산화 속도가 빨라지기도 한다.

구리 ISL은 종종 암석 침출에 의해 이루어지는데, 이 과정에서 부서진 저급 광석은 전류나 이전의 재래식 지하 갱도에서 침출된다. 침출은 역방향으로 채워진 정지부 또는 포개진 구역에서 발생할 수 있다. 1994년 미국의 16개 광산에서 구리의 비약적인 침출이 보고되었다.

이전 San Manuel 운영에서 잘 회복하십시오.

미국 애리조나주에 있는 산마뉴엘[9] 광산에서는 ISL이 지하에 있는 결과물 용액을 채취하여 처음에는 사용되었으나, 1995년에 이 방법을 최초로 대규모로 구현한 웰 투 웰(well-to-well) 복구 방법으로 전환되었다. 이 잘사는 방법은 아리조나의 다른 구리 퇴적물에 대해 제안되었다.

금

현장 침출은 금 채굴을 위한 상업적 규모로 사용되지 않았다. 1970년대에는 염화물과 요오드화합물을 이용해 미국 바이블 크릭 지구의 아약스 광산(Ajax)에서 금광석을 직접 침출하는 3년간의 시범 프로그램이 실시되었다. 텔루라이드 광석이 복잡해서인지 결과가 좋지 않아 검사를 중단했다.[10]

환경 문제

세계원자력기구(WTO)

미국 법률에서, 영향을 받은 대수층의 수질을 복원하여 채광 전 사용을 가능하게 해야 한다. 일반적으로 이것은 음용수 또는 표준수(보통 총 용존고형물 500ppm 미만)이며, 모든 화학적 특성이 이러한 사전 채굴로 되돌아갈 수는 없지만, 이전과 동일한 목적으로 물을 사용할 수 있어야 한다. 종종 역삼투에 의해 치료될 필요가 있으며, 이로 인해 농축된 브라인 스트림을 처리하는 데 문제가 발생한다.

대부분의 광체의 방사능이 지하에 잘 남아 있고 따라서 라돈 방출의 증가가 미미하고 광석 분진이 없음에도 불구하고, 일반적인 방사선 안전장치는 ISL 우라늄 채굴 작업에 적용된다. 직원은 알파 방사선 오염 여부를 모니터링하고 감마선에 대한 피폭을 측정하기 위해 개인 선량계를 착용한다. 공기, 먼지 및 표면 오염에 대한 정기적인 모니터링을 수행한다.[11]

이 기술의 장점은 다음과 같다.

  • 사고, 먼지 및 방사능으로 인한 직원 위험 감소
  • 저비용, 대형 우라늄 제분소 침전물 필요 없음.

현장 침출수 작업이 종료된 후에는 생산된 폐기물 슬러리를 안전하게 처리하고 침출수 활동에 오염된 대수층을 복구해야 한다. 지하수 복원은 아직 완전히 이해되지 않은 매우 지루한 과정이다.[citation needed]

일련의 다른 단계로 구성된 다음과 같은 치료방법으로 최상의 결과를 얻었다.[12]

  • 1단계: 오염수 펌핑: 침출액 주입을 중지하고 침출수 영역에서 오염된 액체를 펌핑한다. 이후 침출구 외부에서 깨끗한 지하수가 유입된다.
  • 2단계: 1로, 그러나 (역삼투에 의한) 펌핑된 액체를 처리하고 이전 침출 구역에 재주입하는 경우. 이 계획은 액체를 순환시키는 결과를 초래한다.
  • 3단계: 2로 감소 화학 물질(예: 황화수소(HS2) 또는 황화 나트륨(NaaS2)을 첨가한다. 이것은 화학적 침전을 유발하고 따라서 주요 오염물질의 고정화를 초래한다.
  • 4단계: 펌핑 및 재주입에 의한 액체의 순환으로, 이전의 침출 구역 전체에서 균일한 조건을 획득한다.

그러나 이러한 치료 계획에도 불구하고, 다양한 문제들이 해결되지 않은 채로 남아 있다.[citation needed]

  • 라듐과 같이 화학적으로 감소하는 조건에서 이동 가능한 오염물질은 제어할 수 없다.
  • 화학적으로 감소하는 조건이 나중에 어떤 이유로든 교란되면, 침전된 오염물질은 다시 이동한다.
  • 복원 과정은 매우 오랜 시간이 걸리며, 모든 파라미터를 적절하게 낮출 수 있는 것은 아니다.

보고된 대부분의 복원 실험은 알칼리성 침출수 계획을 가리키는데, 이 방법이 서구의 상업적 현장 작업에서 사용되는 유일한 것이기 때문이다. 따라서, 동유럽의 대부분의 경우에 적용되었던 계획인 산성 내 침출 후 지하수 복구에 대한 경험은 거의 존재하지 않는다. 지금까지 황산이 유출돼 복원된 서구 현장 침출지는 와이오밍주 캐스퍼 인근의 소규모 시범시설 나인마일호뿐이다. 따라서 그 결과는 단순히 생산 규모 시설로 이전될 수 없다. 적용된 복원계획에는 위에서 언급한 처음 두 단계가 포함되었다. 침출구 토공 부피의 20배가 넘는 수량을 펌핑해야 했고, 여전히 여러 파라미터가 배경 수준에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 게다가, 이 복원은 침출 기간과 거의 같은 시간을 필요로 했다. [14] [15]

미국에서는 상기 열거된 치료 방법의 1단계와 2단계를 사용하여 텍사스의 포니, 램프레히트, 잠조 ISL 사이트를 복원하였다.[16] 복구 기준을 충족시킬 수 없었기 때문에 이들과 다른 장소들에서 완화된 지하수 복구 기준이 허용되었다.[citation needed]

2009년 미국 지질조사국이 발표한 연구에 따르면 "현재까지 미국의 ISR 작전에 대한 어떤 교정조치도 대수층을 성공적으로 기준조건으로 되돌리지 못했다"[17]고 한다.

기준 조건에는 방사능 UO의38 상업적 양이 포함된다. 효율적인 현장 복구는 대수층의 UO38 값을 감소시킨다. Speaking at an EPA Region 8 workshop, on September 29, 2010, Ardyth Simmons, PhD, Los Alamos National Laboratory (Los Alamos, NM) on the subject "Establishing Baseline and Comparison to Restoration Values at Uranium In-Situ Recovery Sites" stated "These results indicated that it may be unrealistic for ISR operations to restore aquifers to the mean왜냐하면, 어떤 경우에는, 이것은 우라늄이 사전에 존재했던 것보다 적게 존재해야 한다는 것을 의미하기 때문이다. 보다 보수적인 농도를 추구하면 상당한 양의 물 사용량이 발생하는데, 이들 대수층 중 다수는 채굴이 시작되기 전에는 식수에 적합하지 않았다."[18]

EPA는 1978년 우라늄밀 테일링스 방사선관리법에 따라 공포된 현행 규정은 지하광석체에서 우라늄을 현장 침출(ISL)하는 비교적 최근의 과정을 다루지 않기 때문에 우라늄 채굴에 대한 환경보호 기준을 업데이트할 필요성을 고려하고 있다. EPA는 2012년 2월 서한에서 "ISL 공정이 지하수 품질에 영향을 미치기 때문에 EPA의 방사선 및 실내 공기 사무소는 ISL 광산 현장의 지하수 감시 설계 및 이행과 관련된 문제에 대해 과학자문위원회(SAB)에 자문을 요청했다"고 명시했다.

SAB는 채굴을 시작하기 전에 기준 지하수 품질을 특성화하기 위한 모니터링, 채굴 중 침출수 이탈을 탐지하기 위한 모니터링 및 채굴 작업이 완료된 후 지하수 품질이 안정화된 시기를 결정하기 위한 모니터링에 관한 권고안을 제시한다. 또한 SAB는 운영 후 지하수 품질이 거의 채굴 전 상태로 돌아왔는지 여부와 현장 폐쇄 허용 후 지하수 품질에 부정적인 영향을 미치지 않을 지 광산 운영을 예측할 수 있는지를 판단하기 위해 대체 통계 기법의 장단점을 검토한다. [19]

참고 항목

참조

  1. ^ Hardy, M.; Ramey, M.; Yates, C.; Nielsen, K. (2003). Solution Mining of Nahcolite at the American Soda Project, Piceance Creek, Colorado (PDF). 2003 SME Annual Meeting. Archived from the original (PDF) on 2007-09-28.
  2. ^ 우라늄 2014, 국제 원자력 기구/OSED 원자력 기구, 2014.
  3. ^ a b Mudd, Gavin M. (January 2000). Acid In Situ Leach Uranium Mining : 1 - USA and Australia (PDF). Tailings & Mine Waste '00. Fort Collins, CO, USA. Archived from the original (PDF) on 2009-09-13.
  4. ^ 허니문 프로젝트
  5. ^ "Domestic Uranium Production Report". Energy Information Administration.
  6. ^ "U.S. Uranium In-Situ-Leach Plants by Owner, Capacity, and Operating Status at End of the Year". Domestic Uranium Production Report. Energy Information Administration. Archived from the original on 2012-05-24. Retrieved September 19, 2012.
  7. ^ "Continued growth in uranium production". World Nuclear News. World Nuclear Association. 2011-05-03. Retrieved 2012-10-16.
  8. ^ "우라늄 생산 시작" 2010년 12월 마이닝 엔지니어링
  9. ^ Sutton, Gary (2019). "Reconciling Mineral Reserves at the well-to-well in-situ copper leaching operation at San Manuel Mine, Arizona, USA". CIM Geology. 10 3Q2019: 133–141.
  10. ^ 피터 G. 체임벌린과 마이클 G. 포자르(1984) 미국, 미국 광산국, 정보 순환 8969, 페이지 24의 금 및 은 침출 관행.
  11. ^ In Situ Leach (ISL) Mining of Uranium, retrieved 2012-10-12
  12. ^ "Schmidt,C: Groundwater Restoration and Stabilization at the Ruth-ISL Test Site in Wyoming, USA. In: In Situ Leaching of Uranium - Technical, Environmental and Economic Aspects, Proceedings of a Technical Committee Meeting, IAEA- TECDOC-492, Vienna 1989, p.97-126", Vienna, 492: 97–126, 1989
  13. ^ Catchpole,Glenn; Kirchner,Gerhard: Restoration of Groundwater Contaminated by Alkaline In-Situ Leach of Uranium Mining. In: Merkel,B et al. (Ed.): Uranium Mining and Hydrogeology, GeoCongress 1, Köln 1995, p.81-89, 1995, pp. 81–89
  14. ^ Nigbor,Michael T; Engelmann,William H; Tweeton,Daryl R: Case History of a Pilot-Scale Acidic In Situ Uranium Leaching Experiment. United States Department of the Interior, Bureau of Mines Report of Investigations RI-8652, Washington D.C., 1982, 81 p, 1982, p. 81
  15. ^ Engelmann,W H; Phillips,P E; Tweeton,D R; Loest,K W;Nigbor,M T: Restoration of Groundwater Quality Following Pilot-Scale Acidic In-Situ Uranium Leaching at Nine- Mile Lake Site Near Casper, Wyoming. In: Society of Petroleum Engineers Journal, June 1982, p.382-398, 1982, pp. 382–398
  16. ^ Mays,W M: Restoration of Groundwater at Three In- Situ Uranium Mines in Texas. In: IAEA (Ed.), Uranium in situ leaching. Proceedings of a Technical Committee Meeting held in Vienna, 5-8 October 1992, IAEA-TECDOC-720, Vienna 1993, p.191- 215, 1993, pp. 191–215
  17. ^ J.K. Otton, S. Hall: In-situ recovery uranium mining in the United States: Overview of production and remediation issues, International Symposium on Uranium Raw Material for the Nuclear Fuel Cycle: Exploration, Mining, Production, Supply and Demand, Economics and Environmental Issues, 2009
  18. ^ "In-Situ Recovery of Uranium" (PDF). Retrieved 2012-10-16.
  19. ^ "Advisory on EPA's Draft Technical Report entitled Considerations Related to Post- Closure Monitoring of Uranium In-Situ Leach/In-Situ Recovery (ISL/ISR) Sites". Retrieved 2012-10-13.

외부 링크