Modèle conceptuel d'une exploitation d'uranium par récupération in situ; interprétation des données de production et apport de la modélisation du transport réactif en milieu hétérogène

Conceptual model of an uranium mining site by in situ recovery (ISR); interpretation of production data and interactive construction of a reactive transport model in a heterogeneous environment

• Auteur / Autrice : Jérémy Nos
• Direction : Vincent Lagneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie et hydrogéologie quantitatives
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Centre de géosciences (Fontainebleau, Seine et Marne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Uranium -- Gisements

Hydrogéologie

Résumé

La récupération in situ d'uranium consiste à mettre en circulation l'eau de l'aquifère dans lequel se trouve le gisement et à y introduire les réactifs nécessaires à la dissolution des minéraux uranifères. Les solutions enrichies en uranium sont envoyées vers des installations de traitement. Après séparation de l'uranium et reconditionnement, elles sont recyclées vers le gisement. L'objectif de cette thèse est de modéliser ce procédé en vue d'une meilleure planification et d'une optimisation de la production, sur le gisement de Muyunkum, Kazakhstan, actuellement en exploitation. Ce travail s'appuie sur les différentes données disponibles: la pétrographie, la minéralogie, les expériences de laboratoire et plus particulièrement les données de production. La modélisation commence par une représentation à l'équilibre thermodynamique et sans dimension spatiale pour aboutir à une représentation 3D tenant compte de l'importance des cinétiques chimiques, des hétérogénéités spatiales et du recyclage des solutions. Le fer ferrique, qui apparaît naturellement dans les solutions de lixiviation, est identifié comme un facteur clé dans l'oxydation de l'uranium. Ses variations de concentration sont donc particulièrement analysées. Et l'optimisation de l'apport en fer ferrique fait l'objet des principales recommandations opérationnelles. Enfin, les bases d'un outil de planification sont posées : une approche probabiliste est développée pour étudier l'impact potentiel des hétérogénéités sur la production d'uranium.

The in situ recovery of uranium involves pumping the water from the aquifer where the deposit is located, adding the reagents that will dissolve uranium minerals and injecting the solution obtained in this way. The solutions enriched in uranium are sent to the treatment plant. Once the uranium is removed, reagents are added again and the solutions are sent back to the deposit. The purpose of this thesis is to model this process to better plan and optimize the production, on the deposit of Muyunkum, Kazakhstan, whose exploitation is underway. This work is based upon the different available data: petrography, mineralogy, laboratory experiments and particularly production data. The modeling starts with a representation at thermodynamic equilibrium and without spatial dimension and it concludes with a 3D representation including the chemical kinetics, the spatial heterogeneities and the recycling of the solutions. Ferric iron, which appears naturally in the leaching solutions, is identified as a key factor for the oxidation of uranium. Its concentration variations are therefore particularly analyzed. And the main operational recommendations deal with optimizing the supply of ferric iron. To conclude, focus is put on the possible development of a planning tool: a probabilistic approach is proposed to study the potential impact of heterogeneities on the uranium production.