Уран, текущий сквозь песок

ОБЗОР/ #1_2023
Текст: Ирина ДОРОХОВА / Фото: ТАСС, Росатом

Первые урановые месторождения в Советском Союзе нашли в Средней Азии — ​и впоследствии многократно расширили здесь урановую сырьевую базу. Не претендуя на полный охват, рассказываем, где искали уран в этом регионе, что нашли и как скважинное подземное выщелачивание изменило урановую индустрию.

Первые урановые месторождения в той части Средней Азии, которая входила в Российскую империю, были открыты в самом начале XX века. По инициативе академика В. И. Вернадского была организована экспедиция для поисков модного тогда радия, всегда сопутствующего урану. В результате были найдены небольшие месторождения на территории современного Таджикистана, в горном районе Карамазар (Табошар и Адрасман), и Киргизии (Тюя-­Муюн). Частично Тюя-­Муюн разрабатывался уже тогда для добычи радия, но отработка шла в мизерных объемах кустарным способом.

В 1934 году было открыто новое, также небольшое урановое месторождение Майли-­Су (Майлуу-­Суу), а в 1938 году — ​Уйгурсай. Первое — ​на территории современного Кыргызстана, второе — ​на территории современного Узбекистана.
Уран в дефиците
В начале 1940‑х годов интерес к урану резко вырос и возникла острая потребность в нем, поскольку в США, Великобритании и Германии началась разработка ядерного оружия. СССР не мог игнорировать эту тему. В июле 1943 года Госкомитет обороны СССР издал постановление о начале геологоразведочных работ по урану. В СССР его тогда практически не было.

«Ефим Павлович Славский, министр среднего машиностроения, рассказал однажды: „Запустили мы первый реактор и загрузили в него весь имевшийся в стране уран“. А ведь его в процессе работы догружать надо. Урана на догрузку не было», — ​вспоминает ветеран отечественной урановой геологоразведочной отрасли Михаил Шумилин.

Вначале урановой геологоразведкой ведал Госкомитет по делам геологии при Совнаркоме СССР. Однако опыт первых лет показал, что из-за особенностей урана им должна заниматься отдельная организация. Поэтому в октябре 1945 года специальным постановлением Совнаркома было сформировано Первое Главное геологоразведочное управление (Первый Главк) в Госкомитете по геологии. В течение двух лет ему передали около 200 геологоразведочных партий, был установлен особый порядок его финансирования и материально-­технического снабжения.

Первый уран в СССР начали добывать сразу на всех пяти известных рудниках. Вначале добычу вели вручную, руду вывозили во вьючных сумах на ишаках горными тропами. На базе этих месторождений возле Ленинабада (сейчас Ходжент) было построено первое в СССР уранодобывающее предприятие — ​ставший знаменитым Комбинат № 6.
Геохимик и минералог академик Александр Ферсман на руднике Тюя-­Муюн в составе экспедиции, которая нашла новые залежи полезных ископаемых, содержащих урановую руду (1928 год, Алайский хребет, Фергана, Киргизия). Впоследствии, после начала советского атомного проекта, на базе Тюя-­Муюна было организовано Рудоуправление № 12
Первые открытия
Поисковые работы были развернуты по всему СССР, в них участвовали 12 экспедиций, носивших нейтральные названия — ​для секретности. В Казахстане, в частности, работали Волковская экспедиция на юге и Степная — ​на севере, в Узбекистане — ​Краснохолмская.

Кроме того, геологоразведку вели специалисты Комбината № 6, открывшие новые месторождения: Чаули, Алатаньга, Каттасай и др.

Главная трудность поисков урана на начальном этапе заключалась в том, что уран часто встречается в очень небольших концентрациях, аналитика на него сложна и дорога, а прямых методов определения радиоактивности в СССР не было. Единственным инструментом был электроскоп. (Этот прибор иногда используют в школе на уроках физики, чтобы показать, как предмет теряет и приобретает заряд.)

Электроскоп — ​лабораторный прибор. Найденные образцы приходилось доставлять в лабораторию, что тормозило процесс.


С этими приборами поиски иногда выглядели так: по обследуемой площади шеренгой проходили операторы с радиометрами на базе электроскопов. Обнаруживший повышение радиоактивности оператор подавал сигнал, строй останавливался, к оператору спешили инженер-­геофизик и геолог, они проверяли аномалию и фиксировали ее флажком. Затем движение продолжалось. На выявленных аномалиях копали канавы и шурфы. Если обнаруживалась значительная урановая минерализация, нередко сразу же начинали разрабатывать карьер или шахту и добывать руду. Такой метод разведки требовал больших затрат времени и труда, но давал результаты.

Переворот в поисках совершило создание приборов дистанционного измерения радиоактивности с использованием летательных аппаратов. Полевые радиометры создал сотрудник Всероссийского НИИ минерального сырья (ВИМС) Александр Якубович в 1947 году. Через несколько лет был налажен их серийный выпуск. Маленькие самолеты (вначале У‑2, затем — ​АН‑2) оснащались этими приборами и на небольшой высоте, не выше 70 метров, облетали всю площадь поисков. Благодаря такой методике стала возможной быстрая оценка перспективы больших территорий. В результате было открыто несколько объектов: в 1950 году в Каракумах — ​месторождение Серное, в 1951 году в Кендыктауских горах в Казахстане — ​Курдай, в 1952 году — ​Меловое в Западном Казахстане и т. д.
В Узбекистане
В 1952 году в Узбекистане, в пустыне Кызылкум, в ходе аэрофизических работ на склоне горного массива Букантау была выявлена интенсивная локальная аэрорадиометрическая аномалия, затем — ​еще одна. При наземной проверке установили, что руда есть не только на поверхности, но и в глубине. Из-за удаленности объекта полноценные буровые работы удалось развернуть только в 1954 году. Их результаты подтвердили: открыто месторождение, имеющее промышленную ценность. Так был обнаружен Учкудук — ​"Три колодца" (дословный перевод с узбекского), первое месторождение нового типа — ​инфильтрационного. В таких месторождениях урановая минерализация формируется в рыхлых песчаниковых породах на границе окисленных и неокисленных пород. По размеру оно также оказалось уникальным. Для его отработки в 1958 году было принято решение построить Навоийский горно-­металлургический комбинат. Метода скважинного подземного выщелачивания еще не существовало, поэтому отрабатывали Учкудук горным способом.

После открытия Учкудука были организованы масштабные поисковые работы по всем Кызылкумам. В результате были обнаружены месторождения Сугралы, Кетменчи, Сабырсай, Карамурун, Букинай и другие. Однако быстро выяснилось, что все эти месторождения имеют плохие горно-­технологические характеристики: вмещающие породы рыхлые, неустойчивые, часто сильно обводненные. Кроме того, на Сугралы подземные воды были горячими, их приходилось охлаждать, иначе температура в забоях доходила до 50 °C. В итоге работы оказались настолько дорогими, что добычу прекратили. Другие месторождения, открытые тогда в Кызылкумах, также были признаны непромышленными из-за расчетной высокой стоимости строительства и эксплуатации рудников.

Ситуация с обеспечением предприятий сырьем сложилась парадоксальная: руда есть, но вовлекать в эксплуатацию новые месторождения дорого или даже невозможно. Комбинат № 6 (Ленинабадский горно-­химический комбинат), у которого во второй половине 1960‑х годов заканчивалась сырьевая база, рисковал остановиться.

Остро встал вопрос о разработке нового способа добычи. Начались работы по освоению скважинного подземного выщелачивания, СПВ. Такой способ уже был известен и применялся иногда для добычи соли и серы — ​но они растворяются в воде, а для урана надо было подбирать реактивы. Разрабатывали технологию специалисты Минсредмаша и Ленинабадского ГХК — ​геологи, гидрогеологи, химики-­технологи.
Некоторые особенности СПВ
Суть метода такова: бурится скважина, в нее закачивается реактив, вокруг бурят еще несколько скважин, из которых откачивается раствор вместе с ураном. (Поэтому для СПВ породы, в которых залегает месторождение, должны быть хорошо проницаемы, чтобы через них можно было прокачивать растворы.)

Затем уран извлекается из раствора, остаток доукрепляют новой порцией реагента, после чего он снова закачивается в недра: система работает практически в замкнутом цикле. Метод выгоден еще и потому, что он производительный и легко автоматизируемый.

В нынешних условиях неустойчивого спроса проявилось еще одна полезная особенность метода: с помощью СПВ легко регулировать объем добычи без дополнительных затрат. При горном способе это почти невозможно, потому что основные затраты на поддержание шахты (например, водоотлив) приходится нести вне зависимости от добычи.

При СПВ для растворения урана можно использовать как кислоту, так и щелочь. В США в качестве реагента применяли соду, однако в содовый раствор выщелачивается не только уран, но и радий — ​крайне опасный высокорадиоактивный элемент. Чистый же уран крайне малорадиоактивен.

В СССР стали применять серную кислоту. Она давала отличные экономические и экологические результаты: будучи дешевой, растворяла уран, не выщелачивая радий. Нерастворимые сульфаты радия оставались в недрах. Впоследствии на кислотную схему перешли и в США.
Букинай стал одним из первых месторождений в Средней Азии, где было применено СПВ. От эксперимента никто ничего не терял — ​ранее объект был признан непригодным для горной добычи. Настоял на апробации СПВ Владимир Новосельцев — ​главный геолог Ленинабадского ГХК, горячий сторонник этого метода. Начали с небольшого участка. После успешной апробации метода в 1967 году его стали распространять на другие месторождения. В 1980‑х годах он стал основным на среднеазиатских месторождениях. Заинтересовались новым методом и в Казахстане.
В Казахстане
На первых урановых месторождениях Казахстана, открытых в коренных скальных породах, возможна была только горная отработка. Самое первое крупное казахстанское месторождение — ​Курдай, обнаруженное в 1951 году и расположенное на Курдайском перевале, между Бишкеком и Алматы, отработали открытым способом.

До использования СПВ казахстанский уран в рыхлых осадках в расчет не брали. Например, не взяли в отработку месторождение Уванас, открытое в 1963 году. Но когда СПВ показал свою эффективность, об Уванасе вспомнили, провели успешный натурный опыт — ​и в 1978 году утвердили запасы и передали месторождение как сырьевую базу киргизскому заводу в Кара-­Балте.

Однако огромные площади рыхлых отложений в Чу-­Сарысуйской впадине и бассейне Сырдарьи оставались загадкой. Месторождений типа Учкудука, которые выходили бы на поверхность, в этой области не было, приходилось искать под землей — ​бурить. И находки порой бывали неожиданными.

В 1972 году геологи при поисках подземных вод обнаружили в пробуренных скважинах радиоактивность. «Шли массовые поиски урана, и геологическим организациям другого профиля было дано указание проводить гамма-­каротаж во всех скважинах. Так было выявлено месторождение Канжуган», — ​рассказывает бывший глава «Волковгеологии» и корпорации «КАТЭП» Виктор Язиков.

К тому времени перспективность СПВ уже стала общепризнанной; геологоразведочные партии Первого Главка начали искать уран в осадочных бассейнах. «В конце 1960−1970‑х годах начальник Волковской экспедиции Иван Дмитриевич Рогозин организовал поиски в Казахстане, в Чу-­Сарысуйской и Илийской впадинах. С другой стороны хребта Каратау, в Сырдарьинской впадине, такие же работы вела Краснохолмская экспедиция, базировавшаяся в Ташкенте. Работали они дружно, информацией обменивались», — ​вспоминает М. Шумилин. В те годы в казахстанской части бассейна Сырдарьи были уже открыты месторождения Карамурун, Южный Карамурун, Ирколь, Харасан и Заречное. В Чу-­Сарысуйской впадине — ​Мынкудук, Канжуган, Моинкум, Инкай, Буденовское и т. д.

Статус месторождения (представления о его размере, содержаниях и прочих параметрах) прямо зависел от профессионализма геологов. «Меня перевели начальником в седьмую экспедицию, занимавшуюся разведкой Инкая. Одна из моих задач касалась выхода керна по рудному интервалу. Проблема заключалась в том, что основная руда локализовалась в песчано-­гравийных отложениях, и обеспечить требуемый выход керна — не менее 75 % по рудному интервалу — оказалось не просто. Если бы выход оказался ниже, данные по скважине были бы забракованы. Но благодаря общим усилиям специалистов экспедиции: ​Сергея Михайловича Сушко и Евгения Андреевича Петричука, а также технологической группы, которую возглавлял Владимир Ильич Нестеренко, — все получилось: запасы утвердили, месторождение было признано и вовлечено в отработку, — ​вспоминает В. Язиков. — ​А сам я принимал участие в открытии крупного месторождения Сулу-­Чекинского в Илийской впадине. Помню, геологоразведочная партия № 11 тогда шла под закрытие, и специалистов переводили в другие подразделения ПГО „Волковгеология“. Уже не было начальника участка буровых работ, не хватало буровых мастеров. Пришлось самому перебазировать буровую, монтировать ее». В. Язиков также добился повторного опыта по откачке на месторождении Акдала — ​первый был выполнен с нарушением технологии, и месторождение забраковали. Повторный опыт оказался успешным, и месторождение позднее было вовлечено в отработку.
Буровая установка Волковской экспедиции Первого Главного геологического управления Министерства геологии СССР. Казахстан, 70-е годы.
Фото из архива Сергея Курилова
В Киргизии
В Киргизии также нашли месторождения пластово-инфильтрационного типа, похожие на узбекистанские и казахстанские. Но урановые месторождения, такие как Туракавакское и Джильское, формировались в угленосном разрезе. Извлекать из них уран было проблематично, поскольку в присутствии угля, сильного восстановителя, уран выщелачивается плохо. Сначала уголь пробовали сжигать и извлекать уран из золы, но при этом происходило заражение топок радием. Поэтому перешли на классическую кислотную схему извлечения.
Значение СПВ
В первые годы внедрения СПВ в Первом Главке к данным геологов о месторождениях под СПВ относились недоверчиво, потому что в месторождениях под горную добычу содержание урана, как правило, выше. «Когда Николай Борисович Карпов, начальник Первого главного управления, сам бывший горный инженер и угольщик, привыкший к руде, которую можно в руках подержать, слышал, что содержание урана в руде — ​сотые доли процента, он кричал: „Что вы мне подсовываете?! Это пустая порода, а не руда!“» — ​вспоминает М. Шумилин. Поэтому геологам спускали разные планы по приросту запасов руды для горного способа и СПВ. Впрочем, вскоре стало понятно, что подземное выщелачивание гораздо экономичнее, и вернули единый план. В Казахстане его выполняли в основном за счет месторождений под СПВ.

В целом внедрение СПВ радикально трансформировало урановую отрасль. Благодаря резкому снижению себестоимости в отработку были вовлечены месторождения, считавшиеся ранее нерентабельными. «С учетом уже добытых объемов, ресурсы урана в Среднеазиатском регионе бывшего СССР превысили 1 млн тонн. Основная их часть — ​запасы для подземного выщелачивания, эксплуатация которых вносит сейчас немалый вклад в экономику Казахстана и Узбекистана. Многие российские специалисты и рабочие в тяжелых природных условиях создавали своим самоотверженным трудом уникальную сырьевую базу среднеазиатских республик», — ​отмечает М. Шумилин.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #1_2023