原位置浸出

インサイチュー浸出（ISL）は、インサイチュー回収（ISR）または溶液採掘とも呼ばれ、鉱床に掘削されたボーリング孔を通じて銅やウランなどの鉱物をその場で回収するために使用される採掘プロセスです。インサイチュー浸出は、固体状態で自然に発生する鉱物を人工的に溶解することによって機能します。

このプロセスでは、まず鉱床にボーリング孔を掘ります。爆発または水圧破砕法を使用して、溶液が浸透するための開いた経路を鉱床に作成できます。浸出溶液は鉱床にポンプで送り込まれ、鉱石と接触します。溶解した鉱石成分を含む溶液は、次に地表にポンプで送り出され、処理されます。このプロセスにより、従来の掘削と爆破、露天掘り、または地下採掘を必要とせずに、鉱体から金属と塩を抽出できます。

原位置浸出採鉱では、ボーリング孔から鉱体に浸出剤を注入し、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。

浸出剤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になります。銅の場合、溶液内の鉱石鉱物の溶解性を高めるために酸が一般的に必要になります。ウラン鉱石の場合、浸出剤は酸または重炭酸ナトリウムになります。

インサイチュー浸出は、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使用されています。米国コロラド州では、ナコライト（重炭酸ナトリウム）の抽出に使用されています。 ^{[1]インサイチュー浸出は、従来の}地下採掘では深すぎる鉱床や薄すぎる鉱床によく使用されます。

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年には世界中で採掘されたウランの45％を占めています。^[2]

露天掘りや地下採掘とは異なり、原位置浸出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。原位置浸出技術は、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。^[3]

酸浸出は低炭酸ウラン鉱床に適用可能で、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します。アルカリ浸出は高炭酸ウラン鉱床に効果的ですが、高黄鉄鉱鉱床には適していません。U(VI)はアルカリ溶液に溶解し、U(IV)は酸化剤を含むアルカリ溶液に溶解します。CO2-O2浸出や弱酸浸出などの中性浸出は広く適用可能で、バイオ浸出も広く適用可能で、特に黄鉄鉱を多く含むウラン鉱床に最適です。^[3]

ウラン鉱石のISLは1960年代初頭に米国とソ連で始まった。米国で最初のウランISLはワイオミング州のシャーリー盆地で行われ、1961年から1970年まで硫酸を使用していた。1970年以降、米国の商業規模のISL鉱山はすべて炭酸塩溶液を使用している。^{[4] [5]}

オーストラリアのISL採掘では酸性溶液が使用されている。^[6]

原位置回収では、ウランを含む水（U ₃ O ₈の濃度が0.05%、または500 ppmまで）の抽出が行われる。抽出されたウラン溶液は、樹脂ビーズで濾過される。^[5]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引き付ける。ウランを含んだ樹脂は処理工場に運ばれ、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る。樹脂ビーズはイオン交換施設に戻され、再利用される。

2008年末時点で、米国では4つの^[7]原位置浸出ウラン鉱山が操業しており、カメコ、メステナ、ウラン・リソーシズ社が運営しており、いずれも重曹を使用している。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U ₃ O ₈に基づく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再生プロジェクトも1つ稼働していた。^[8]

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、以下のものがあります。

• 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で運び、そこでイエローケーキが生産される。ウラン・エナジー社は南テキサスにさらに3つの鉱床を所有しており、開発が承認されているか進行中である。^[9]

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。 ^[10]

銅の原位置浸出は中国では西暦907年までに行われ、紀元前177年にはすでに行われていた可能性があります。^[4]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、炭酸銅の孔雀石と藍銅鉱、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、鉱物が溶解する前に硫酸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、より多くの酸化剤が必要になり、溶解が遅くなります。硫化化合物を餌とする細菌であるThiobacillus ferrooxidansによって酸化が加速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。ストープ リーチングでは、破砕された低品位鉱石が、現在または以前の従来型の地下鉱山で浸出されます。浸出は、埋め戻されたストープまたは陥没した領域で行われる場合があります。1994 年には、米国の 16 の鉱山で銅のストープ リーチングが報告されました。

米国アリゾナ州のサンマヌエル鉱山^[11]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年に坑井から坑井への回収法に転換され、この方法が初めて大規模に導入されました。この坑井から坑井への回収法は、アリゾナ州の他の銅鉱床にも提案されています。

原位置浸出法は、商業規模で金鉱採掘に使用されたことはない。1970年代には、米国クリップルクリーク地区のエイジャックス鉱山で塩化物とヨウ化物溶液を使用し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た。テルル化鉱石が複雑だったためか、結果が芳しくなかったため、テストは中止された。^[12]

世界原子力機関によれば：

米国の法律では、影響を受けた帯水層の水質を、採掘前に使用できるように回復することが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 500 ppm 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、水は以前と同じ目的で使用できる必要があります。多くの場合、逆浸透処理が必要であり、そこからの濃縮塩水流の処分に問題が生じます。

ISLウラン採掘作業では、鉱石の放射能のほとんどが地下深くに留まり、ラドン放出の増加は最小限に抑えられ、鉱石の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監視を受けており、ガンマ線への被ばくを測定するために個人線量計を着用しています。空気、粉塵、表面汚染の定期的な監視が行われています。^[13]

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、生成された廃棄物スラリーは安全に処分され、浸出活動によって汚染された帯水層は回復されなければなりません。地下水の回復は非常に面倒なプロセスであり、まだ十分に理解されていません。^{[引用が必要]}

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ました：^{[14] [15]}

• 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ゾーンから汲み上げます。その後、浸出ゾーンの外側からきれいな地下水が流入します。
• フェーズ 2: フェーズ 1 と同じですが、汲み上げた液体を処理し (逆浸透法による)、以前の浸出ゾーンに再注入します。このスキームにより、液体が循環します。
• フェーズ 3: フェーズ 2 と同様に、還元化学物質 (硫化水素(H ₂ S) や硫化ナトリウム (Na ₂ S) など) 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、この治療法でも、未解決の問題がいくつか残っている。^[要出典]

• ラジウムなど、化学的に還元的な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で乱されると、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。なぜなら、この方法は西欧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だからである。したがって、東欧のほとんどの例で適用された方法である酸性原位置浸出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唯一の西欧原位置浸出サイトは、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規模の施設である。したがって、その結果を単純に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。浸出ゾーンの細孔容積の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バックグラウンドレベルに達しなかった。さらに、修復には浸出期間に使用されたのとほぼ同じ時間を要した。 ^{[16] [17]}

米国では、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を使用して復元されました。^[18] 復元基準を満たすことができなかったため、これらのサイトや他のサイトでは緩和された地下水復元基準が認められています。^[要出典]

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活動の修復では、帯水層を基準状態に戻すことに成功していない」と結論付けられている。^[19]

基準条件には、商業量の放射性 U ₃ O ₈が含まれる。効率的な原位置回収により、帯水層のU ₃ O ₈値は低下する。2010年 9 月 29 日、EPA第 8 地域ワークショップで、ロスアラモス国立研究所(ロスアラモス、ニューメキシコ州) のアーディス・シモンズ博士は、「ウラン原位置回収サイトでの基準値の設定と復元値との比較」というテーマで次のように述べた。「これらの結果は、ISR 操作で帯水層を平均まで復元することは非現実的である可能性があることを示している。なぜなら、場合によっては、採掘前よりもウランの量が少なくなることを意味するからである。より保守的な濃度を追求すると、かなりの量の水が使用され、採掘開始前にはこれらの帯水層の多くは飲料水として適していなかった。」^[20]

EPA は、1978 年のウラン鉱滓放射線管理法に対応して公布された現在の規制では、地下の鉱床からウランを浸出させる比較的最近のプロセスである原位置浸出 (ISL) が規定されていないため、ウラン採掘の環境保護基準を更新する必要性を検討しています。2012 年 2 月の書簡で、EPA は「ISL プロセスは地下水の水質に影響を与えるため、EPA の放射線および屋内空気局は、ISL 採掘現場での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) に助言を求めました」と述べています。

SABは、採掘作業開始前のベースライン地下水質を特徴付けるためのモニタリング、採掘中の浸出液の流出を検出するためのモニタリング、採掘作業完了後に地下水質が安定したかどうかを判断するためのモニタリングに関する勧告を行っています。SABはまた、採掘後の地下水質が採掘前の状態に近い状態に戻っているかどうか、および採掘現場の閉鎖承認後に鉱山の操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を検討しています。 ^[21]

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