The object of research, development or design (in Russian) : Уран, как элемент из группы актиноидов, занимает ведущее положение в контексте ядерного топливного цикла и играет ключевую роль в атомной энергетике. Прогнозы указывают на значительное расширение рынка атомной энергетики в ближайшие 20-30 лет, обусловленное растущим мировым спросом на электроэнергию, который, по данным Министерства энергетики, удвоится к 2030 году [1]. Экологи и специалисты по изменению климата настаивают на переходе к низкоуглеродным методам производства электроэнергии и тепла для борьбы с климатическими изменениями. Международное энергетическое агентство (МЭА) и Агентство по ядерной энергии (NEA) прогнозируют удвоение потенциала ядерной энергетики к 2050 году [2-3]. В связи с ожидаемым ростом атомной энергетики, спрос на уран также ожидается значительно увеличиться в ближайшие десятилетия

The object of research, development or design (in Kazakh) : Уран — актиноидтар тобына жататын элемент ретінде ядролық отын циклі контекстінде жетекші орын алады және атом энергетикасында шешуші рөл атқарады. Болжауларға сәйкес, алдағы 20–30 жылда атом энергетикасы нарығының едәуір кеңеюі күтілуде, бұл әлемдік электр энергиясына деген сұраныстың артуымен байланысты. Энергетика министрлігінің деректері бойынша, бұл сұраныс 2030 жылға қарай екі еселенеді [1]. Экологтар мен климаттың өзгеруін зерттеу саласындағы мамандар климаттық өзгерістермен күресу мақсатында электр және жылу энергиясын өндірудің төмен көміртекті әдістеріне көшу қажеттігін** атап көрсетуде. Халықаралық энергетикалық агенттік (ХЭА) пен Ядролық энергетика жөніндегі агенттік (NEA) болжамдары бойынша, 2050 жылға қарай ядролық энергетиканың әлеуеті екі еселенеді** [2–3]. Сәйкесінше, атом энергетикасының күтілетін өсуіне байланысты уранға деген сұраныс та алдағы онжылдықтарда айтарлықтай артады деп күтілуде.

Aim of work (in Russian) : Научный проект нацелен на исследование влияния кислорода на процессы выщелачивания растворов, применяемых в добыче урана методом подземного скважинного выщелачивания с использованием инжектора Вентури. Проект имеет множественные цели: расширение знаний в геотехнологических процессов, оптимизация методов добычи урана, снижение негативного воздействия на окружающую среду и повышение эффективности производства

Aim of work (in Kazakh) : Ғылыми жоба уран өндіруде жерасты ұңғымалық шаймалау әдісінде қолданылатын ерітінділердің шаймалау процестеріне оттектің әсерін зерттеуге бағытталған. Бұл мақсатта Вентури инжекторы пайдаланылады. Жобаның бірнеше негізгі мақсаты бар: – геотехнологиялық процестер жөніндегі білімді кеңейту; – уран өндіру әдістерін оңтайландыру; – қоршаған ортаға теріс әсерді азайту; – өндіріс тиімділігін арттыру.

Методы исследования (на русском) : Экспериментальное исследование: Проведение лабораторных экспериментов с использованием модельных растворов и урановых руд для оценки влияния кислорода, концентрации, давления и скорости инжекции на процесс выщелачивания. Эксперименты могут включать в себя изменение различных параметров и мониторинг химических и физических изменений. Модельная лабораторная установка (рисунок 1) будет состоять из емкости с выщелачивающим раствором, сосудом с керновым материалом и емкости для продуктивного раствора. К 50 литровой пластиковой емкости подсоединяется гибкая подводка длиной 60 сантиметров, затем для обеспечения необходимой скорости потока жидкости будет установлена горизонтальный насос. Жидкость, с высокой скоростью, который обеспечивает насос, проходит через трубку Вентури. Раствор, насыщенный кислородом воздуха сливается в емкость для измерения концентраций растворенного кислорода в жидкости. Бак для измерения кислорода в жидкости состоит из герметичной крышки с одной стороны и электродом с другой. Емкость сконструирована таким образом, что в герметичной крышке будет просверлено отверстие для наполнения сборника водой с воздухом, на дне сосуда расположатся электрод для замера растворенного кислорода.

Методы исследования (на казахском) : Тәжірибелік зерттеу: Бұл бөлімде модельдік ерітінділер мен уран кендерін пайдалана отырып, оттектің, концентрацияның, қысымның және инжекция жылдамдығының шаймалау процесіне әсерін бағалау мақсатында зертханалық тәжірибелер жүргізіледі. Эксперименттер барысында әртүрлі параметрлер өзгертіліп, химиялық және физикалық өзгерістер үздіксіз бақыланады. Модельдік зертханалық қондырғы (1-сурет) келесі элементтерден тұрады: – шаймалау ерітіндісі бар сыйымдылық; – керн материалы салынған ыдыс; – өнімді ерітінді жиналатын сыйымдылық. 50 литрлік пластикалық ыдысқа ұзындығы 60 см иілгіш түтік жалғанады. Қажетті сұйық ағын жылдамдығын қамтамасыз ету үшін көлденең сорғы орнатылады. Сорғы арқылы жоғары жылдамдықпен өтетін сұйық Вентури түтігіне түседі. Сол жерде ерітінді ауадағы оттекпен қанығып, кейін ерітіндідегі еріген оттек концентрациясын өлшеуге арналған ыдысқа құйылады. Оттек концентрациясын өлшеуге арналған ыдыс келесідей жасалған: бір жағында герметикалық қақпақ, екінші жағында электрод орналасқан. Қақпақта ауа мен су араласқан ерітіндіні құюға арналған кішкене тесік болады. Ыдыстың түбінде еріген оттекті өлшейтін электрод орнатылады. Осылайша, бұл жүйе ерітінді аэрациясының параметрлерін басқаруға және оттектің уранды шаймалау процесіне әсерін дәл бақылауға мүмкіндік береді.

Obtained results and novelty (in Russian) : С учётом осадкообразования показано, что аэрация раствора (O₂ ≈ 8–10 мг/л через трубку Вентури при v₁ = 0,65 м/с, ΔP ≈ 1,3×10⁵ Па, F ≈ 0,93 Н) повышает ОВП до 364–418 мВ, ускоряет переход Fe²⁺→Fe³⁺ и увеличивает растворимость урана (+38,13 %), но одновременно повышает риск выпадения Fe(III)-фаз (гидролиз Fe³⁺ с образованием Fe(OH)₃/«швертманнита» и ярозитов при наличии K⁺/Na⁺/NH₄⁺). Для подавления осадков необходимы: поддержание кислотности pH 1,8–2,3 (≈ 15–25 г/л H₂SO₄), исключение пересыщения O₂ свободным газом, контроль катионов (K⁺/Na⁺/NH₄⁺, Ca²⁺) и ионной силы; оперативный мониторинг ОВП, [O₂], Fe²⁺/Fe³⁺, pH и T. Такой режим обеспечивает окисление U(IV)→U(VI) без интенсификации осадкообразования и стабилизирует работу контура выщелачивания.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Тұнба түзілуін ескере отырып, ерітіндіні аэрациялау (O₂ ≈ 8–10 мг/л, Вентури түтігі арқылы v₁ = 0,65 м/с, ΔP ≈ 1,3×10⁵ Па, F ≈ 0,93 Н) ерітіндінің тотығу-тотықсыздану потенциалын (ОВП) 364–418 мВ-қа дейін арттыратыны, Fe²⁺→Fe³⁺ ауысуын жеделдететіні және уранның ерігіштігін (+38,13 %) көбейтетіні анықталды. Алайда, бұл процесс бір мезгілде Fe(III)-фазаларының түзілу қаупін арттырады (Fe³⁺ гидролизі нәтижесінде Fe(OH)₃, «швертманнит» және ярозиттер түзіледі — егер ортада K⁺/Na⁺/NH₄⁺ бар болса). Тұнбаның түзілуін болдырмау үшін келесі шарттарды сақтау қажет: – ерітіндінің қышқылдығын pH 1,8–2,3 деңгейінде ұстау (≈ 15–25 г/л H₂SO₄); – ерітіндіні еркін газ күйіндегі O₂-мен артық қанықтыруға жол бермеу; – катиондардың (K⁺/Na⁺/NH₄⁺, Ca²⁺) және ерітіндінің иондық күшін бақылау; – ОВП, [O₂], Fe²⁺/Fe³⁺, pH және температураны үздіксіз бақылау (мониторинг). Осындай технологиялық режим уранның U(IV)→U(VI) тотығуын тұнба түзілуін күшейтпей жүзеге асыруға мүмкіндік береді және шаймалау контурының тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : С учётом сокращения срока отработки блока при аэрации выщелачивающего раствора кислородом (для блока с запасом 300 т U) ожидаемый экономический эффект оценивается по формуле Э = Эск + Ээн − Зпт. При разнице во времени работы (Тб−Тп) = 19 187−17 268 = 1 919 ч, расходе раствора Qвр = 120 000 л/ч, удельном расходе кислоты q = 6 г/л и цене Цск = 50 долл./т, экономия на серной кислоте составляет Эск ≈ 69 000 долл. (≈1 382 т H₂SO₄). Экономия электроэнергии при qэн = 7 кВт·ч/ч на насос, Цэн = 0,1 долл./кВт·ч и Nн = 15 насосов равна Ээн ≈ 20 000 долл. Дополнительные затраты на внедрение (трубка Вентури, арматура и приборы): Зпт = 1 260 долл. Таким образом, суммарный годовой экономический эффект для одного блока составляет Э = 69 000 + 20 000 − 1 260 = 87 740 долл., что достигается за счёт снижения расхода H₂SO₄ и электроэнергии вследствие уменьшения времени отработки блока при кислородном насыщении.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Аэрация (шаймалау ерітіндісін оттекпен қанықтыру) кезінде блоктың жұмыс істеу мерзімінің қысқаруын ескере отырып, **қоры 300 т уран болатын бір блок** бойынша күтілетін экономикалық тиімділік келесі формуламен есептеледі: **Э = Эск + Ээн − Зпт** Мұндағы: * **Эск** – күкірт қышқылы бойынша үнем, * **Ээн** – электр энергиясы бойынша үнем, * **Зпт** – жабдықты енгізуге кететін қосымша шығындар. Жұмыс уақытының айырмасы: (Тб − Тп) = 19 187 − 17 268 = **1 919 сағат**. Ерітінді шығыны **Qвр = 120 000 л/сағ**, қышқылдың меншікті шығыны **q = 6 г/л**, ал күкірт қышқылының бағасы **Цск = 50 долл./т** болған жағдайда, **күкірт қышқылына үнем**: **Эск ≈ 69 000 долл.** (≈ **1 382 т H₂SO₄**). Электр энергиясы бойынша үнем: бір насосқа **qэн = 7 кВт·сағ/сағ**, энергия бағасы **Цэн = 0,1 долл./кВт·сағ**, насос саны **Nн = 15**, сонда **Ээн ≈ 20 000 долл.** Жабдықтауға және енгізуге кететін қосымша шығындар (Вентури түтігі, арматура, аспаптар): **Зпт = 1 260 долл.** Осылайша, бір блок бойынша жылдық жиынтық экономикалық тиімділік: **Э = 69 000 + 20 000 − 1 260 = 87 740 долл.** Бұл тиімділік **оттекпен қанықтыру нәтижесінде блоктың жұмыс уақытының қысқаруы есебінен H₂SO₄ және электр энергиясы шығынын азайту** арқылы қамтамасыз етіледі.

Level of implementation (in Russian) : Разработанная технология аэрации выщелачивающего раствора с использованием трубки Вентури прошла лабораторную проверку и опытно-промышленное тестирование на модельной установке. Результаты подтверждают стабильное повышение ОВП, улучшение окисления U(IV)→U(VI) и сокращение времени отработки блока. Технологическое решение может быть внедрено без изменения основной инфраструктуры участка подземного выщелачивания и требует лишь установки Вентури-инжектора, обвязки и измерительных приборов, что обеспечивает низкую капиталоёмкость внедрения.

Level of implementation (in Kazakh) : Вентури түтігі арқылы ерітіндіні аэрациялау технологиясы зертханалық жағдайда және модельдік қондырғыда тәжірибелік-өндірістік сынақтардан өтті. Нәтижелер ОВП-ның тұрақты артуын, U(IV)→U(VI) тотығуының жақсаруын және блоктың жұмыс уақытының қысқаруын дәлелдеді. Ұсынылған технологияны қолданыстағы инфрақұрылымды өзгертусіз, тек Вентури инжекторы мен өлшеу аспаптарын орнату арқылы енгізуге болады, бұл енгізу капиталының төмен болуын қамтамасыз етеді.

Efficiency (in Russian) : роведённые расчёты показывают, что внедрение аэрации выщелачивающего раствора обеспечивает: увеличение растворимости урана и повышение степени его извлечения; сокращение времени отработки производственного блока на 1 919 ч; уменьшение расхода серной кислоты на ≈ 1 382 т в год, что эквивалентно ≈ 69 000 долл. экономии; снижение энергопотребления насосов, дающее ≈ 20 000 долл. экономии; минимальные капитальные затраты на внедрение (1 260 долл.). Совокупный годовой экономический эффект составляет ≈ 87 740 долл. на один блок. Экологическая эффективность проявляется в снижении объёма химических реагентов и уменьшении риска образования вторичных Fe(III)-осадков.

Efficiency (in Kazakh) : Есептеулер көрсеткендей, ерітінді аэрациясын енгізу келесі нәтижелерге қол жеткізеді: уранның ерігіштігін және шығару дәрежесін арттыру; өндірістік блоктың жұмыс уақытын 1 919 сағатқа қысқарту; жылына ≈ 1 382 т H₂SO₄ үнемдеу (≈ 69 000 долл.); насос энергиясын азайту арқылы ≈ 20 000 долл. үнем; енгізуге жұмсалатын шығындар минималды (1 260 долл.). Жалпы жылдық экономикалық тиімділік ≈ 87 740 долл. (бір блок бойынша) құрайды. Экологиялық тиімділік: реагенттердің аз жұмсалуы және темірдің үшінші валентті тұнбаларының түзілу қаупінің төмендеуі.

Field of application (in Russian) : Интенсификация сернокислотного подземного выщелачивания урана (ISR) на уранодобывающих предприятиях и гидрометаллургических участках, в том числе на месторождениях с высоким содержанием карбонатов. Проект применим для узлов подготовки и циркуляции раствора (аэрация через трубку Вентури), где требуется повысить извлечение урана, снизить расход H₂SO₄ и электроэнергии, минимизировать осадкообразование и оптимизировать ОВП/pH режимы.

Field of application (in Kazakh) : Вентури түтігі арқылы ерітіндіні аэрациялау технологиясы зертханалық жағдайда және модельдік қондырғыда тәжірибелік-өндірістік сынақтардан өтті. Нәтижелер ОВП-ның тұрақты артуын, U(IV)→U(VI) тотығуының жақсаруын және блоктың жұмыс уақытының қысқаруын дәлелдеді. Ұсынылған технологияны қолданыстағы инфрақұрылымды өзгертусіз, тек Вентури инжекторы мен өлшеу аспаптарын орнату арқылы енгізуге болады, бұл енгізу капиталының төмен болуын қамтамасыз етеді. Күкіртқышқылды жерасты шаймалау (ISR) процесін қарқынды ету — уран өндіретін кәсіпорындар мен гидрометаллургиялық учаскелерде, соның ішінде карбонат мөлшері жоғары кен орындарында қолдануға бағытталған. Жоба ерітіндіні дайындау және айналым жүйелеріне (Вентури түтігі арқылы аэрациялау) арналған және келесі міндеттерді шешуге мүмкіндік береді: – уранның шығару дәрежесін арттыру; – күкірт қышқылы (H₂SO₄) мен электр энергиясының шығынын азайту; – тұнба түзілуін барынша төмендету; – ОВП/pH режимдерін оңтайландыру арқылы шаймалау контурының тұрақтылығын қамтамасыз ету.