原位置浸出
インサイチュー・リーチング（ISL）は、インサイチュー・リカバリー（ISR）またはソリューションマイニングとも呼ばれ、鉱床に掘削されたボーリングホールを通して銅やウランなどの鉱物をその場で回収する採掘プロセスです。インサイチュー・リーチングは、固体状態で自然に存在する鉱物を人工的に溶解させることで機能します。
このプロセスでは、まず鉱床にボーリング孔を掘削します。爆発破砕法または水圧破砕法を用いて、溶液が浸透するための開通経路を鉱床に作ります。浸出液を鉱床に注入し、鉱石と接触させます。溶解した鉱石成分を含む溶液は、地表に汲み上げられ、処理されます。このプロセスにより、従来の掘削技術である発破掘削、露天掘り、地下採掘を必要とせずに、鉱体から金属や塩を抽出することができます。
プロセス
原位置浸出採鉱では、ボーリング孔から鉱石体内に浸出液を注入し、多孔質の岩石を循環させて鉱石を溶解し、2 番目のボーリング孔から抽出します。
浸出液は鉱床によって異なります。塩鉱床の場合、浸出液は塩が容易に溶解する淡水です。銅鉱石の場合、溶液中の鉱石鉱物の溶解性を高めるために、一般的に酸が必要です。ウラン鉱石の場合、浸出液は酸または重炭酸ナトリウムです。[ 1 ]
鉱物
カリウムと可溶性塩
インサイチューリーチングは、カリ（シルバイトおよびカーナライト）、岩塩（岩塩）、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムなどの水溶性塩の鉱床の抽出に広く用いられています。米国コロラド州では、ナーコライト（重炭酸ナトリウム）の抽出に用いられています。 [ 2 ]インサイチューリーチングは、従来の方法では採掘できないほど深すぎる鉱床や、層が薄すぎる鉱床によく用いられます。
ウラン
ウランの原位置浸出法は1990年代から急速に拡大し、現在ではウラン採掘の主流となっており、2012年には世界で採掘されたウランの45％を占めています。[ 3 ]
露天掘りや地下採掘とは異なり、原位置浸出法は埋没深度を基準とせず、ウラン鉱床の特性に基づいて行われます。原位置浸出法は、浸出液の主成分に基づいて体系的に分類され、酸浸出、アルカリ浸出、中性浸出、バイオ浸出が含まれます。[ 4 ]
酸浸出は低炭酸塩ウラン鉱床に適用可能であり、U(VI)は酸性溶液に溶解し、U(IV)は酸化剤を含む酸性溶液に溶解する。アルカリ浸出は高炭酸塩ウラン鉱床に効果的だが、高黄鉄鉱鉱床には適していない。U(VI)はアルカリ性溶液に溶解し、U(IV)は酸化剤を含むアルカリ性溶液に溶解する。中性浸出（CO2 - O2浸出や弱酸浸出など）は広く適用可能であり、バイオ浸出も広く適用可能であり、特に黄鉄鉱を多く含むウラン鉱床に最適である。[ 4 ]
ウラン鉱石のISL（鉱石層堆積法）は、1960年代初頭にアメリカ合衆国とソ連で開始されました。アメリカ合衆国における最初のウランISLは、ワイオミング州のシャーリー盆地で1961年から1970年にかけて硫酸を用いて実施されました。1970年以降、アメリカ合衆国の商業規模のISL鉱山はすべて炭酸塩溶液を使用しています。[ 5 ] [ 6 ]
オーストラリアのISL採掘では酸性溶液が使用される。[ 7 ]
原位置回収では、ウラン含有水（U 3 O 8濃度0.05%（500ppm ））の抽出が行われます。抽出されたウラン溶液は、樹脂ビーズを通してろ過されます。[ 6 ]イオン交換プロセスにより、樹脂ビーズは溶液からウランを吸着します。ウランを吸着した樹脂は処理工場に輸送され、そこでU 3 O 8が樹脂ビーズから分離され、イエローケーキが生成されます。樹脂ビーズはイオン交換施設に戻され、再利用されます。
2008年末時点で、米国ではカメコ、メステナ、ウラン・リソーシズ社によって4つの原位置浸出法ウラン鉱山が操業しており[ 8 ]、いずれも炭酸水素ナトリウムを使用している。ISLは米国で採掘されるウランの90%を生産している。2010年、ウラン・エナジー・コーポレーションはテキサス州デュバル郡のパランガナ・プロジェクトで原位置浸出操業を開始した。2012年7月、カメコは45.00ドルのウランO8を基準としたプロジェクトの経済性が困難であったため、キンタイア・プロジェクトの開発を延期した。 2009年時点では、ISRの再生プロジェクトも1つ操業中であった[ 9 ] 。
重要なISL鉱山はカザフスタンとオーストラリアで稼働しています。
原位置ウラン鉱山の例としては、次のようなものがあります。
- 南オーストラリア州のビバリーウラン鉱山は、稼働中のISLウラン鉱山であり、オーストラリア初のこの種の鉱山です。
- 南オーストラリア州のハネムーンウラン鉱山は2011 年にオープンし、オーストラリアで 2 番目の ISL ウラン鉱山です。
- クロウビュート（操業中）、スミスランチハイランド（操業中）、クリステンセンランチ（再生）、イリガライ（再生）、チャーチロック（提案中）、クラウンポイント（提案中）、アルタメサ（操業中）、ホブソン（待機中）、ラパランガーナ（操業中）、キングスビルドーム（操業中）、ロジータ（待機中）、バスケス（修復中）は、米国におけるISLのウラン事業です。
- 2010年、ウラン・エナジー社はテキサス州デュバル郡のパランガナ鉱床でISL採掘事業を開始しました。パランガナのイオン交換施設は、ウランを充填した樹脂ビーズを同社のホブソン処理工場にトラック輸送し、そこでイエローケーキが生産されます。ウラン・エナジー社は、南テキサスにさらに3つの鉱床を保有しており、開発許可または開発中です。[ 10 ]
レニウム
ウラン鉱石の地下浸出液からレニウムを関連抽出する技術がある。 [ 11 ]
銅
銅の原位置浸出は中国では西暦907年までに、おそらく紀元前177年には行われていました。[ 5 ]銅は通常、酸（硫酸または塩酸）を使用して浸出され、その後、溶媒抽出電解採取（SX-EW）または化学沈殿 によって溶液から回収されます。
浸出に最も適した鉱石には、炭酸銅のマラカイトとアズライト、酸化物のテノライト、ケイ酸塩のクリソコラなどがあります。酸化物の赤銅鉱や硫化物の黄銅鉱などの他の銅鉱物は、鉱物を溶解する前に、硫酸第二鉄や酸素などの酸化剤を浸出液に加える必要がある場合があります。斑銅鉱や黄銅鉱など、硫化物含有量が最も高い鉱石は、より多くの酸化剤を必要とし、溶解速度も遅くなります。硫化化合物を餌とする細菌であるThiobacillus ferrooxidansによって酸化が促進されることもあります。
銅のISLは、多くの場合、ストープリーチングによって行われます。これは、現在または過去に採掘された従来型の地下鉱山において、破砕された低品位鉱石を浸出させる方法です。浸出は、埋め戻されたストープや陥没した場所で行われる場合があります。1994年には、米国の16の鉱山でストープリーチングによる銅の浸出が報告されました。
米国アリゾナ州のサンマヌエル鉱山[ 12 ]では、当初はISL法を用いて生成溶液を地下に回収していましたが、1995年に坑井間回収法に転換され、この方法が初めて大規模に導入されました。この坑井間回収法は、アリゾナ州の他の銅鉱床にも提案されています。
金
原位置浸出法は、金鉱採掘において商業規模では利用されていません。1970年代には、米国クリップルクリーク地区のアジャックス鉱山において、塩化物とヨウ化物溶液を用いて金鉱石を原位置浸出する3年間のパイロットプログラムが実施されました。テルル化物鉱石が複雑なためか、結果は芳しくなく、試験は中止されました。[ 13 ]
環境問題
世界原子力機関によれば、
米国では、影響を受けた帯水層の水質を採掘前の利用が可能となるよう回復させることが法律で義務付けられています。通常、これは飲料水または貯蔵水（通常、総溶解固形物濃度500ppm未満）であり、採掘前のすべての化学的特性を回復できるわけではありませんが、以前と同じ用途に使用できる必要があります。多くの場合、逆浸透膜処理が必要となり、そこから発生する濃縮された塩水の処理が問題となります。
ISLウラン鉱山では、鉱石の放射能の大部分が地下深くに留まっているためラドン放出量の増加は最小限に抑えられ、鉱石粉塵も発生しないにもかかわらず、通常の放射線防護措置が適用されています。従業員はアルファ線汚染のモニタリングを受け、ガンマ線被曝量を測定するために個人線量計を装着しています。また、空気、粉塵、表面汚染の定期モニタリングも実施されています。[ 14 ]
この技術の利点は次のとおりです。
- 事故、粉塵、放射線による従業員への危険の軽減
- コストが低く、大規模なウラン精錬所の尾鉱堆積場を必要としません。
原位置浸出作業の終了後、発生した廃スラリーは安全に処分し、浸出作業によって汚染された帯水層を回復させる必要があります。地下水再生は非常に手間のかかるプロセスであり、その仕組みはまだ十分に理解されていません。
最良の結果は、一連の異なるステップからなる以下の治療計画で得られています。[ 15 ] [ 16 ]
- フェーズ1：汚染水の汲み上げ：浸出液の注入を停止し、汚染された液体を浸出域から汲み上げます。その後、浸出域外から清浄な地下水が流入します。
- フェーズ2：フェーズ1と同様ですが、ポンプで汲み上げた液体を逆浸透法で処理し、以前の浸出域に再注入します。この方式により、液体の循環が実現します。
- フェーズ 3: フェーズ 2 と同様に、還元化学物質 (例:硫化水素(H 2 S) または硫化ナトリウム (Na 2 S)) を追加します。これにより化学沈殿が起こり、主要な汚染物質が固定化されます。
- フェーズ 4: ポンプによる液体の循環と再注入により、以前の浸出ゾーン全体の状態を均一にします。
しかし、この治療計画をもってしても、さまざまな問題が未解決のまま残っています。
- ラジウムなど、化学的に還元される条件下で移動する汚染物質は制御できません。
- 化学的に還元される条件が何らかの理由で後に乱されると、沈殿した汚染物質は再び移動します。
- 復元プロセスには非常に長い時間がかかり、すべてのパラメータを適切に下げることはできません。
報告されている修復実験のほとんどはアルカリ浸出法に関するものであるが、これは西側諸国の商業的な原位置操作で使用されている唯一の方法であるためである。そのため、東ヨーロッパのほとんどの事例で適用されている酸性原位置浸出法後の地下水修復に関する経験はほとんど存在しない。これまでに硫酸浸出後に修復された西側諸国の原位置浸出現場は、ワイオミング州キャスパー（米国）近郊のナインマイル湖にある小規模パイロット施設のみである。したがって、その結果をそのまま生産規模の施設に転用することはできない。適用された修復計画には、上記の最初の2つのステップが含まれていた。浸出帯の間隙容積の20倍を超える量の水を汲み上げる必要があることが判明したが、それでもいくつかのパラメータは背景レベルに達しなかった。さらに、修復には浸出期間とほぼ同じ時間を要した。 [ 17 ] [ 18 ]
アメリカ合衆国では、テキサス州のポーニー、ランプレヒト、ザムゾウISLサイトが、上記の処理計画のステップ1と2を使用して修復されました。[ 19 ] これらのサイトや他のサイトでは、修復基準を満たすことができなかったため、緩和された地下水修復基準が認められています。
2009年に米国地質調査所が発表した研究では、「現在までに、米国におけるISR作業の修復では、帯水層を基準状態に戻すことに成功したものはない」と結論付けられています。[ 20 ]
基準条件には、商業量の放射性U 3 O 8が含まれています。効率的な原位置回収により、帯水層のU 3 O 8値は低下します。 2010年9月29日、 EPA第8地域ワークショップにおいて、ロスアラモス国立研究所（ニューメキシコ州ロスアラモス）のアーディス・シモンズ博士は、「ウラン原位置回収サイトにおける基準値の確立と復元値との比較」と題して講演し、「これらの結果は、ISR作業で帯水層を平均値まで復元することは非現実的である可能性を示しています。なぜなら、場合によっては、採掘前よりもウランの濃度を低く抑える必要があるからです。より保守的な濃度を追求すると、かなりの量の水が消費され、これらの帯水層の多くは採掘開始前には飲料水として適していませんでした。」と述べました。[ 21 ]
EPA（環境保護庁）は、1978年のウラン鉱滓放射線管理法に基づいて公布された現行の規制が、地下鉱床からウランを浸出させる比較的新しいプロセスである原位置浸出（ISL）に対応していないため、ウラン採掘に関する環境保護基準の見直しの必要性を検討しています。2012年2月の書簡で、EPAは「ISLプロセスは地下水質に影響を与えるため、EPAの放射線・室内空気局は、ISL採掘現場における地下水モニタリングの設計と実施に関する問題について、科学諮問委員会（SAB）に助言を要請した」と述べています。
SABは、採掘作業開始前の地下水の水質のベースラインを把握するためのモニタリング、採掘中の浸出水の漏出を検知するためのモニタリング、そして採掘作業完了後に地下水質がいつ安定化したかを判断するためのモニタリングについて勧告を行っている。また、SABは、採掘作業後の地下水質が採掘前の状態に近い状態に戻ったかどうか、そして採掘現場閉鎖承認後の採掘作業が地下水質に悪影響を与えないと予測できるかどうかを判断するための代替統計手法の利点と欠点についても検討している。 [ 22 ]
参照
参考文献
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外部リンク
