kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2025-22-3-186-198kaz29-2115Research ArticleМАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИMATHEMATICAL SCIENCESМОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНАMODELING AND STUDY OF THE URANIUM LEACHING PROCESShttps://orcid.org/0000-0003-2180-2785КалтаевА.KaltayevA.

д.ф.-м.н., профессор, академик НАН РК при Президенте РК

Алматы

Dr.Phys.-Math.Sc., Professor, Academician of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan

Almaty

aidarkhan.kaltayev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5334-6537ҚұрмансейітМ. Б.KurmanseiitM. B.

PhD

г. Алматы

PhD

Almaty

kurmanseiit.maksat@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3138-3326ТунгатароваМ. С.TungatarovaM. S.

PhD, Dr. Eng.

г. Алматы

PhD, Dr. Eng.

Almaty

m.tungatarova@satbayev.universityКазахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева; Институт механики и машиноведения им. академика У.А. Джолдасбекова; Национальная академия наук при Президенте Республики КазахстанКазахстанSatbayev University; Joldasbekov Institute of Mechanics and Engineering; National Academy of Sciences under the President of the Republic of KazakhstanKazakhstanКазахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. СатпаеваКазахстанSatbayev UniversityKazakhstanКазахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева,; Институт механики и машиноведения им. академика У.А. ДжолдасбековаКазахстанSatbayev University; Joldasbekov Institute of Mechanics and EngineeringKazakhstan202527092025223186198Copyright © Калтаев А., Құрмансейіт М.Б., Тунгатарова М.С., 20252025Калтаев А., Құрмансейіт М.Б., Тунгатарова М.С.Kaltayev A., Kurmanseiit M.B., Tungatarova M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/2115

В данной работе разработана и представлена имитационная модель процесса подземного выщелачивания урана, разработанная с учетом сложной кинетики растворения соединений четырех- и шестивалентного урана, а также рудовмещающей породы при взаимодействии с выщелачивающим раствором. Для определения констант скоростей реакции были использованы экспериментальные данные по извлечению урана из образца руды, помещенного в трубку с проточной схемой выщелачивания. На основании анализа экспериментальных кривых извлечения урана были определены константы скоростей основных реакций между соединениями урана и компонентами руды с выщелачивающим реагентом. Полученные параметры легли в основу численного моделирования, которое позволило прогнозировать динамику извлечения урана во времени. Разработанная модель была апробирована на данных полевого эксперимента, проведенного на участке месторождения Буденовское. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными кривых извлечений показало хорошее совпадение, что подтверждает достоверность модели и ее практическую применимость для прогнозирования и оптимизации технологических процессов подземного выщелачивания урана.

This study presents the development of a simulation model for the in-situ leaching (ISL) process of uranium, incorporating the complex kinetics of the dissolution of both tetravalent and hexavalent uranium compounds, as well as the interaction of the leaching solution with the ore-bearing host rock. To determine the reaction rate constants, experimental data were obtained from a flow-through leaching setup using a representative ore sample. Analysis of the resulting uranium extraction curves enabled the identification of the rate constants for the key chemical reactions between the ore constituents and the leaching reagent. These parameters were subsequently used as input for numerical simulations aimed at predicting the temporal dynamics of uranium recovery. The model was validated against field data collected from the Budenovskoye uranium deposit. The comparison between simulated and experimental extraction curves demonstrated strong agreement, thereby confirming the robustness and reliability of the model. The results underscore the model’s potential for practical application in forecasting and optimizing the performance of in-situ leaching operations for uranium recovery.

подземное выщелачивание уранахимическая модель процессаматематическая модель процессамоделирование процесса добычиконстанты скоростей реакциикривая извлеченияin-situ leaching of uraniumchemical modelmathematical modelmodeling of extraction processreaction rate constantsextraction curveИсследования проводились в рамках программы фундаментальных исследований Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (номер гранта: BR20280990).ReferencesBatterham R., Robinson D. The future of mining: will in place recovery ever come of age? // Proc. of the IMPC Conf. – 2018. – Режим доступа: www.researchgate.net/publication/323655569 (дата обращения: 31.05.2025).Batterham, R. and Robinson, D. Proc. of the IMPC Conf. (2018). Available at: www.researchgate.net/publication/323655569 [accessed 31 May 2025].Dixon D., Hendrix J. Theoretical Basis for Variable Order Assumption in the Kinetics of Leaching of Discrete Grains // AIChE J. – 1993. – Vol. 39. – No. 5. – P. 904–907.Dixon, D. and Hendrix, J., AIChE J. 39, 904–907 (1993). https://doi.org/10.1002/aic.690390520Dahlkamp F.J. Uranium Deposits of the World (Asia). – Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. – 492 p.Dahlkamp, F.J. Uranium Deposits of the World (Asia) (Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2009), 492 p.Мамилов В.А. Добыча урана методом подземного выщелачивания. – М., 1980.Mamilov, V.A. Dobycha urana metodom podzemnogo vyshchelachivaniya (Moscow, 1980). (in Russian).Fyodorov G.V. Uranium deposits of the Inkay-Mynkuduk ore field. – Kazakhstan, 1999. – 25 p.Fyodorov, G.V. Uranium deposits of the Inkay-Mynkuduk ore field (Kazakhstan, 1999).Developments in uranium resources, production, demand and the environment: Proceedings of a Technical Committee Meeting, Vienna, 15–18 June 1999. – Vienna: IAEA, 1999. – 230 p. – (IAEATECDOC-1425).Proc. of the Tech. Comm. Meeting on Developments in Uranium Resources Production Demand and the Environment (Vienna, 15–18 June, 1999), IAEA-TECDOC-1425.In Situ Leach Uranium Mining: An Overview of Operations. – Vienna: International Atomic Energy Agency, 2016. – 128 p. (Nuclear Energy Series, No. NF-T-1.4).In Situ Leach Uranium Mining: An Overview of Operations, Int. At. Energy Agency (IAEA), Nucl. Energy Ser., No. NF-T-1.4 (Vienna, 2016), 128 p.Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. – М.: Атомиздат, 1978. – 326 с.Gromov, B.V. Introduction to Chemical Technology of Uranium (Moscow: Atomizdat, 1978), p. 326. (in Russian).Ho E., Quan C. Iron(II) oxidation by SO2/O2 for use in uranium leaching // Hydrometallurgy. – 2007. – Vol. 85. – P. 183–192.Ho, E. and Quan, C. Hydrometallurgy 85, 183–192 (2007).Kurmanseiit M.B., Tungatarova M.S., Kaltayev A., Royer J.-J. Reactive transport modeling during uranium in situ leaching (ISL): the effects of ore composition on mining recovery // Minerals. – 2022. – Vol. 11. – Article no. 1340. https://doi.org/10.3390/min12111340Kurmanseiit, M.B., Tungatarova, M.S., Kaltayev, A. and Royer, J.-J. Minerals 11, 1340 (2022). https://doi.org/10.3390/min12111340Batycky R.P., Blunt M.J., Thiele M.R. A 3D field-scale streamline-based reservoir simulator // SPERE. – 1997. – November. – P. 246.Batycky, R.P., Blunt, M.J. and Thiele, M.R. A 3D Field-Scale Streamline-Based Reservoir Simulator, SPERE (November 1997), p. 246.Kurmanseiit M.B., Tungatarova M.S., Royer J.-J., Aizhulov D.Y., Shayakhmetov N.M., Kaltayev A. Streamline-based reactive transport modeling of uranium mining during in-situ leaching: advantages and drawbacks // Hydrometallurgy. – 2023. – Vol. 220. – Article no. 106107. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2023.106107Kurmanseiit, M.B., Tungatarova, M.S., Royer, J.-J., Aizhulov, D.Y., Shayakhmetov, N.M. and Kaltayev, A., Hydrometallurgy 220, 106107 (2023). https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2023.106107Курмансеит М.Б. Исследование физико-химических процессов при добыче минералов методом выщелачивания. Диссертация на соискание степени доктора философии (PhD). – Алматы: КазНУ, 2024.Kurmanseiit, M.B. Issledovanie fiziko-khimicheskikh protsessov pri dobyche mineralov metodom vyshchelachivaniya, PhD thesis, KazNU, 2024. (in Russian).Бэр Я., Заславский Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. – М.: Мир, 1971.Ber, Ya., Zaslavskiy, D. and Irmey, S., Fiziko-matematicheskie osnovy filtratsii vody (Moscow: Mir, 1971). (in Russian).Поезжаев И.П., Панова Е.Н., Буленова К.Ж., Карманов Е.М., Блынский П.А., Блынский О.А., Битов О.А. Геотехнология урана. – Алматы: АО «НАК Казатомпром», 2017. – 319 с.Poezhaev, I.P., Panova, E.N., Bulenova, K.Zh., Karmanov, E.M., Blynsky, P.A., Blynsky, O.A. and Bitov, O.A. Geotekhnologiya urana (Almaty: AO "NAK Kazatomprom", 2017), 319 p. (in Russian).Патрин А.П., Забазнов В.Л., Чистилин П.Е. Основные результаты полномасштабного натурного опыта по ПСВ урана на участке № 2 месторождения Буденовское // Актуальные проблемы урановой промышленности: сб. докл. V науч.-практ. конф. – Алматы: АО «НАК Казатомпром», 2008. – С. 198–204.Patrin, A.P., Zabaznov, V.L. and Chistilin, P.E. Proc. of the V Sci.-Pract. Conf. on Actual Problems of Uranium Industry (Almaty: AO "NAK Kazatomprom", 2008), pp. 198–204. (in Russian).Подрезов Д.Р. Разработка и идентификация моделей оценки запасов рудника подземного скважинного выщелачивания урана. Диссертация... – Москва: Университет науки и технологий МИСИС, 2021. – 175 с.Podrezov, D.R. Razrabotka i identifikatsiya modeley otsenki zapasov rudnika podzemnogo skvazhinnogo vyshchelachivaniya urana, Cand. Sci. Thesis, MISIS, Moscow, Russia, 2021, 175 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.