Důl chemické těžby uranu ve Stráži pod Ralskem
(podle Občasníku DIAMO, zvláštní vydání z června 2016 u příležitosti 50. výročí Uranových dolů Hamr, autor neuveden)
Počátky, rozvoj a technologie chemické těžby
Jedním z hlavních úkolů Uranových dolů Hamr, účelové organizace zřízené v r. 1966, bylo praktické ověření možnosti použití podzemního vyluhování uranu jako těžební metody. Vyluhovací pokus VP 1, provedený v letech 1965 až 1966 na ložisku Hamr pod Ralskem, byl situován pod vrch Děvín. Pokus potvrdil správnost teoretických předpokladů o proudění roztoku mezi vrty vtláčecími a těžebními. Podařilo se navíc získat roztok obohacený uranem, i když ne v koncentraci zajímavé pro průmyslové využití.
Vyluhovací pokus VP 2, jehož hlavním cílem bylo získat průmyslovou koncentraci uranu v těženém roztoku, byl zahájen již v první polovině roku 1967 a byl situován v Hamru na Jezeře v blízkosti dnešního autokempinku.
Vyluhovací pokus VP 3 byl prvním pokusem na ložisku Stráž pod Ralskem. Dopadl úspěšně a první cisterna s uranovým koncentrátem byla 13. prosince 1967 odvezena do chemické úpravny Mydlovary.
Pokus VP 4 v sousedství VP 3 byl do konečné podoby zhruba dvou stovek vrtů odvrtán v průběhu let 1968 až 1969. Byl to pokus v průmyslovém měřítku, plánovaný na několik let, s produkcí srovnatelnou již s malým dolem. Provoz VP 4 byl zahájen v polovině roku 1969.
V letech 1969 až 1970 byly realizovány další dva pokusy, které byly umístěny do zcela odlišných hydraulických podmínek na ložisko Hamr pod Ralskem. Vyluhovací pokus VP 5 byl situován opět v údolí pod vrchem Děvín a byl poměrně malý. Nejrozsáhlejší byl vyluhovací pokus VP 6, se svými pěti sty vrty byl téměř třikrát větší než VP 4. Umístěn byl jižně od obce Hamr na Jezeře pod svahy Kozího hřbetu.
Období podzemního vyluhování v průmyslovém měřítku začalo vyluhovacími pokusy VP 4 a VP 6. Ty sice nedokázaly dát v tak krátké době definitivní a jednoznačnou odpověď na otázku konečné výtěžnosti uranu metodou podzemního vyluhování, prokázaly však její přednosti, zejména rychlý náběh těžby, pružnost a regulovatelnost těžebního procesu. Na základě výsledků těchto pokusů bylo v roce 1970 rozhodnuto zahájit, počínaje rokem 1971, výstavbu vyluhovacích polí. Tak začala výstavba Dolu chemické těžby.
Nutnou podmínkou pro schválení výstavby a provozu vyluhovacích polí bylo stanovení dobývacího prostoru. Dobývací prostor Stráž pod Ralskem pro podzemní vyluhování uranu vrty z povrchu byl poprvé stanoven Federálním ministerstvem paliv a energetiky ČSSR v srpnu 1971 a dál postupně několikrát rozšířen. Po posledním rozšíření v roce 1986 má plochu 24,14 km2. První plán otvírky, přípravy a dobývání byl schválen pro těžební pole VP 4, VP 6, VP 7A a VP 7B v roce 1972. Tím došlo k začlenění vyluhovacích pokusů VP 4 a VP 6 do vyluhovacích polí.
Výstavba probíhala velmi rychle. Ke konci roku 1975 bylo již v provozu třináct těžebních polí o celkové ploše 234,4 ha se 3 465 technologickými vrty.
Průměr technologických (vtláčecích i těžebních) vrtů byl 151 mm, tyto vrty byly vystrojeny polyetylenovými pažnicemi o vnějším průměru 110 mm. Zapažnicový prostor byl, s výjimkou zájmového intervalu zrudnění, vyplněn cementovou směsí.
Souběžně s budováním vyluhovacích polí byla zahájena výstavba technologií, v nichž bude z výluhu separován uran a připravován loužicí roztok, tzv. chemických stanic. V roce 1970 byla na vyluhovacím poli VP 6 zahájena výstavba chemické stanice, jejíž dostavěné části byly okamžitě uváděny do provozu. Dokončena byla, včetně technologie, v roce 1976.
Pro zpracování výluhu z těžebních polí na ložisku Stráž pod Ralskem musely být rychle vystavěny další chemické stanice. V letech 1973 až 1976 byly postupně uváděny do provozu jednotlivé stavby a technologie stanice CHS I situované mezi VP 4 a VP 7B. Jižně od CHS I v blízkosti VP 9A a VP 9B se připravovala výstavba další chemické stanice, CHS II. Do doby jejího uvedení do provozu musela být velmi rychle zbudována chemická stanice provizorní (tzv. „pomocná devítka“), uvedená do provozu v roce 1973.
Jestliže bylo v roce 1970 vyluhovacími pokusy VP 4, VP 5 a VP 6 získáno téměř 54 t uranu, v roce 1974 přesáhla produkce chemické těžby 700 t uranu.
Rychlé tempo rozvoje chemické těžby umožnilo vyrovnat úbytky těžby uranu způsobené postupným vyčerpáním zásob v tradičních těžebních revírech ČSSR a nahradit výpadek těžby na Dole Hamr I v důsledku nafárání tektonické poruchy Anežka. Do konce roku 1980 bylo vybudováno a zprovozněno již celkem 21 těžebních polí o celkové ploše 356,3 ha s 5 551 technologickými vrty. Na vyluhovacích polích VP 12A, VP 12C a VP 12D bylo poprvé použito vrtů s dvojím pažením, tzn. s ochrannou ocelovou pažnicí přes turonskou zvodeň.
Na konci roku 1985 bylo již v provozu celkem 28 těžebních polí o celkové ploše 502,1 ha se 6636 technologickými vrty.
Na všech vyluhovacích polích vybudovaných před rokem 1984, tedy až po pole VP 14, byly pro čerpání výluhu z vrtů používány airlifty. V roce 1984 byly na polích VP 15 a VP 16 poprvé vrtány širokoprofilové těžební vrty (s konečným pažením o vnitřním průměru minimálně 200 mm) a výluh byl těžen pomocí elektrických ponorných čerpadel zapouštěných do vrtů.
Ke konci roku 1990 měla chemická těžba 35 těžebních polí o celkové ploše 681,9 ha se 7482 technologickými vrty. Z toho v provozu zůstala 32 pole na ploše 620,3 ha. Na VP 6 byla těžební činnost již ukončena, na VP 5 a VP 8B proběhla i likvidace všech vrtů.
V roce 1992 bylo uvedeno do provozu pole VP 22, poslední těžební pole VP 26 bylo uvedeno do provozu v roce 1993. Vyluhovací pole VP 25B již do provozu uvedeno nebylo. Se započítáním vyluhovacích pokusů VP 4, VP 5 a VP 6 bylo na chemické těžbě během času zprovozněno celkem 37 polí na ploše 745,1 ha se 7 698 vtláčecími a těžebními vrty.
Kromě sítě vtláčecích a těžebních vrtů musely být na vyluhovacích polích vystavěny i systémy potrubních tras pro dopravu loužicího roztoku a výluhu, rozvody elektrické energie a rozvody měření a regulace, u starších vyluhovacích polí také rozvody tlakového vzduchu nutné k čerpání roztoků z vrtů. Dále bylo třeba na vyluhovacích polích vybudovat čerpací stanice na přečerpávání výluhu a loužicího roztoku, těch bylo postupně zprovozněno 23. Součástí vyluhovacích polí byly i stanice a trubní rozvody pro dávkování roztoku kyseliny fluorovodíkové, která se používala k čištění vrtů.
Nejvyšší produkce na Dole chemické těžby bylo dosaženo v roce 1977, kdy bylo vytěženo 859,5 t uranu. Až do roku 1989 přesahovalo vytěžené množství uranu 700 t ročně, v letech 1990 až 1992 činila roční těžba přes 600 t. Pokles těžby po roce 1992 byl důsledkem útlumového programu. Za celou dobu těžby, tedy od roku 1968, kdy byly vytěženy 3,5 t uranu, až do roku 1996, bylo metodou podzemního vyluhování vytěženo 15 861,8 t uranu.
Základem chemické těžby uranu bylo vtláčení loužicího roztoku prostřednictvím vrtů z povrchu do uranonosného horizontu v cenomanské zvodni. Loužicí roztoky prostupovaly horninou, vyluhovaly uran a byly těžebními vrty vyvedeny zpět na povrch. Z přítomných minerálů se ve značném množství rozpouštěl i hliník, železo a v řádově menších koncentracích ještě mnoho dalších doprovodných prvků. Z výluhu byly poté v chemických stanicích sorpcí na ionexu a následnou elucí odděleny sloučeniny uranu, které byly srážením čpavkem přepracovány do formy diuranátu amonného. Roztoky zbavené uranu byly po doplnění kyseliny sírové a kyseliny dusičné vtláčeny zpět do uranonosného horizontu.
Při rychlém rozvoji chemické těžby uranu bylo nutno aplikovat a postupně rozvíjet těžební a zpracovatelské technologie, zejména přípravu loužicího roztoku, konstrukci vrtů, systém čerpání roztoků z vrtů, vrtné sítě, separaci uranu z výluhu a jeho přepracování.
Již od doby prvních vyluhovacích pokusů s kyselinou sírovou v roce 1967 bylo zřejmé, že loužicím činidlem s nejvyšší výtěžností je právě roztok kyseliny sírové. Během let se koncentrace kyseliny sírové v loužicím roztoku ustálila – v závislosti na konkrétních geologických podmínkách, požadované intenzitě loužení a době trvání těžby – v rozmezí 40 g/l až 80 g/l roztoku.
Původně byly vtláčecí a těžební vrty stejné konstrukce. Vrtány byly většinou jedním vrtným průměrem 151 mm a zapaženy polyetylenovými pažnicemi o průměru 110 mm buď tzv. „na patu“ (bez použití perforace), nebo s perforací. Tyto vrty nebyly při průchodu turonskou zvodní vystrojeny ochrannou pažnicí. V případě poruchy těsnosti pažnicové kolony nebo při nedostatečně provedené cementaci zapažnicového prostoru docházelo k propojení cenomanské a turonské zvodně a tím ke kontaminaci turonských vod. Tato rizika byla od roku 1979 odstraněna přechodem na vrty druhé generace s dvojím pažením. Nejprve bylo ocelovými pažnicemi zapaženo turonské souvrství a bylo izolováno zapažnicovou cementací. Následně byl vrt dovrtán na konečnou hloubku. Celý vrt byl pak propažen polyetylenovými pažnicemi, zájmový interval zapažen pažnicemi perforovanými a celý zapažnicový prostor nad ním až k povrchu zacementován.
Pro efektivnější čerpání výluhu se začaly používat širokoprofilové vrty. Ty vycházely z konstrukce vrtů druhé generace, měly tedy rovněž dvojité pažení a zájmový interval byl zapažen perforovanými pažnicemi. Definitivní pažnicové kolony byly průměrově vázány na použitou čerpací techniku. Čerpání výluhu se zpočátku provádělo výhradně pomocí airliftů. Jedná se o čerpadlo velmi jednoduché, ale s velmi malou účinností. Z kompresorovny byl do vrtu přiveden stlačený vzduch, který způsobil zpěnění roztoku ve vrtu, pokles jeho hustoty a vynášení roztoku na povrch. Z důvodů značné energetické náročnosti a omezeného hloubkového dosahu airliftového čerpání bylo, počínaje těžebním polem VP 15, zavedeno čerpání ponornými čerpadly zapuštěnými do širokoprofilových těžebních vrtů.
Původní technologie separace uranu a výroby chemického koncentrátu v chemické stanici vycházela z upraveného postupu chemických úpraven uranové rudy. Základní princip technologie – záchyt uranu na iontoměničích a jeho přepracování na uranový koncentrát – zůstal zachován. Hlavní části chemické stanice tvořily tyto technologické celky – chemické plato s nádržemi na výluh a loužicí roztok, sorpce, eluce, srážení diuranátu amonného čpavkem a objekty tvořící technické zázemí (kompresorovna, trafostanice a rozvodny, stáčírna a sklad chemikálií).
Útlum chemické těžby, sanace, technologie
Ze série podrobných analýz zabývajících se dopady podzemního vyluhování na životní prostředí a zdraví obyvatel vyplynula potřeba sanace horninového prostředí. V této souvislosti bylo již v roce 1991 zastaveno další rozšiřování vyluhovacích polí a následně, v roce 1992, bylo vládou České republiky rozhodnuto o uplatnění zvláštního režimu pro zabezpečení ekologicky a technologicky přijatelného stavu chemické těžby.
V březnu roku 1996 projednala vláda České republiky zprávu hodnotící výsledky komplexního posouzení chemické těžby uranu na Českolipsku a rozhodla o vyhlášení likvidace chemické těžby uranu ve Stráži pod Ralskem k 1. dubnu 1996.
Za dobu provozu chemické těžby bylo vytěženo 15 861,8 tun uranu, do podzemí bylo vtlačeno 4,1 milionů tun kyseliny sírové, 320 tisíc tun kyseliny dusičné a pro výrobu uranového koncentrátu bylo použito 112 tisíc tun čpavku. Pro čištění vrtů bylo vtlačeno 26 tisíc tun kyseliny fluorovodíkové.
V cenomanské zvodni se podle výpočtu na ploše 27,3 km2 nacházelo 374 milionů m3 vod ovlivněných chemickou těžbou uranu. Celkové množství kontaminantů zde činilo 5,09 milionů tun, z toho bylo 3,03 milionů tun síranů, 466 tisíc tun hliníku, 110 tisíc tun železa a 71 tisíc tun amonných iontů.
Chemická těžba uranu se negativně odrazila i na kvalitě vod turonské zvodně. Ke kontaminaci turonských vod došlo hlavně netěsností pažnic starších vrtů bez ochranného pažení přes turonskou zvodeň. Před zahájením sanace turonské zvodně se zde nacházelo více než 45 tisíc tun rozpuštěných látek, částečně v malých čočkách o celkovém objemu 1 milion m3 ovlivněných vod.
Podzemní vyluhování uranu na ložisku Stráž pod Ralskem tak přineslo rozsáhlou kontaminaci podzemních vod, která představuje extrémní riziko pro pitné vody v nadložní turonské zvodni a pro vodní a na vodu vázané ekosystémy. Celá zasažená oblast se nachází v prostoru Chráněné oblasti přirozené akumulace vod Severočeská křída, která tvoří jednu z nejvýznačnějších zásobáren pitné vody v České republice.
Zbytkové technologické roztoky, které vznikly interakcí loužicího roztoku s horninou, obsahují především sírany, dusičnany, amonné ionty, hliník a železo. První tři složky pocházejí z vlastní technologie podzemního vyluhování, ostatní uvedené složky a celá řada dalších sloučenin jsou produkty reakce vtláčených chemikálií s cenomanskými horninami. Z hlediska rizika pro životní prostředí a zdraví obyvatel jsou významné koncentrace řady prvků, zejména zinku, niklu, chromu, berylia, vanadu a arzenu.
Zbytkové technologické roztoky po chemické těžbě uranu nejsou přirozeně stabilizovány. Pokud by horninové prostředí nebylo sanováno, došlo by k jejich pohybu ve směru přirozeného proudění podzemních vod jihozápadním směrem. V této oblasti se vyskytuje značné množství přirozených tektonických poruch. Přitom tlaková úroveň podzemní vody v cenomanu je zde vyšší než hladina podzemní vody v turonu. Kombinace těchto faktorů znamená, že v celé oblasti může docházet k přetoku podzemních vod z cenomanské do turonské zvodně.
Sanace horninového prostředí spočívá ve vyčerpání zbytkových technologických roztoků z podzemí na povrch prostřednictvím sanačních čerpacích vrtů. Z těchto roztoků jsou odstraněny v chemické stanici sloučeniny uranu. Roztoky zbavené uranu jsou poté buď přímo neutralizovány v neutralizačních a dekontaminačních stanicích, nebo nejprve tepelně zahušťovány v odparkách.
Kontaminanty jsou následně přepracovány na produkty průmyslově využitelné nebo ekologicky uložitelné. Komplex sanačních technologií prošel složitým vývojem od laboratorních experimentů, přes poloprovozní ověřování až po realizaci v provozním měřítku.
Odstranění uranu probíhá v chemické stanici CHS I, kde dochází k zachycení sloučenin uranu na iontoměničích. I když množství získaného uranu stále klesá, uran bude muset být z roztoků odstraňován po celou dobu sanace. Od roku 1996 je v chemické stanici CHS I v provozu nová sorpční a eluční linka, která je schopna separovat uran i z roztoků se stále se snižujícím jeho obsahem. Po eluci následuje srážení uranu, kdy je z elučního roztoku čpavkovou vodou srážen diuranát amonný. V roce 2008 byla zprovozněna nová linka pro srážení uranového koncentrátu a v roce 2009 na ni navazující elektrická sušicí linka. Ta nahradila technicky a kapacitně nevyhovující původní sušárnu v chemické úpravně.
První etapa stanice likvidace kyselých roztoků byla do zkušebního provozu uvedena v roce 1996. Tepelným zahušťováním zbytkových technologických roztoků v odparkách umožnila snížit hladinu podzemní vody v cenomanské zvodni a tím v podzemí omezit rozšiřování těchto ZTR mimo oblast vyluhovacích polí.
V roce 2000 byl zahájen provoz navazující krystalizační linky s expedicí kamence amonno-hlinitého. Produkty SLKR I jsou vyčištěné důlní vody vypouštěné do řeky Ploučnice, destilát využívaný v sanačních technologiích, kamenec odvážený k dalšímu přepracování a zbytkové roztoky po krystalizaci kamence – matečné louhy. Při trvalém provozu dvou odparek celá stanice ročně vyprodukuje 25 tisíc t až 30 tisíc t kamence a tím každý rok z cenomanské zvodně vyvede až 15 tisíc t rozpuštěných látek (sírany, hliník, amonné ionty).
Neutralizační a dekontaminační stanice NDS 6 byla v minulosti využívána k čištění kyselých důlních vod čerpaných z překopů 5. patra Dolu Hamr I. V roce 2006 proběhla její rekonstrukce. Nyní dokáže NDS 6 každou minutu zpracovat až 5,5 m3 roztoků s koncentrací rozpuštěných látek do 10 g/l. Technologie spočívá ve dvoustupňové neutralizaci a alkalizaci zbytkových technologických roztoků a odkalištních vod vápenným mlékem.
Po zreagování natéká vysrážená suspenze do sedimentačních lagun, z nichž jsou zahuštěné neutralizační kaly kontinuálně odčerpávány k filtraci na kalolisech. Zfiltrované kaly o objemu zhruba 60 tisíc m 3 ročně jsou ukládány do odkaliště. NDS 6 je schopna ročně vyvést až 15 tisíc t kontaminantů. Sliv ze sedimentační laguny je po dovápnění čerpán k odstranění amonných iontů chlorací.
Vyčištěné důlní vody splňují limity stanovené vodoprávním úřadem na kvalitu vod pro vypouštění do povrchových vod a jsou vypouštěny prostřednictvím obtokového kanálu do řeky Ploučnice.
V roce 2009 byla uvedena do provozu neutralizační a dekontaminační stanice NDS ML, která zpracovává zbytkové technologické roztoky po krystalizaci kamence – matečné louhy. Technologický proces sestává z neutralizace ZTR vápenným mlékem, filtrace neutralizačních kalů, alkalizace, zahuštění vzniklé suspenze sedimentací a filtrace zahuštěného kalu na kalolisech. Zfiltrované kaly jsou ukládány do odkaliště, z alkalického slivu je stripováním vodní parou odstraněn rozpuštěný amoniak.
Vedlejším produktem je 25% čpavková voda. Alkalický sliv je po odstranění amonných iontů vtláčen zpět do horninového prostředí. Technologie NDS ML je schopna každou minutu zpracovat 2 m3 ZTR s koncentrací rozpuštěných látek až 150 g/l. Díky tomu je z cenomanské zvodně ročně vyvedeno až 120 tisíc t rozpuštěných látek při roční produkci až 200 tisíc m3 neutralizačních kalů.
V roce 2013 byla do plného provozu uvedena první linka neutralizační a dekontaminační stanice NDS 10. Zprovoznění druhé linky se předpokládá po roce 2018. Použitá technologie je obdobná technologii NDS ML. Každou minutu je stanice schopna zpracovat až 4,4 m3 zbytkových technologických roztoků s koncentrací rozpuštěných látek do 25 g/l, tedy roztoků nevhodných k odpařování v SLKR I. Ročně je schopna vyvést až 50 tisíc t kontaminantů a vyprodukovat až 100 tisíc m3 kalů.
Část alkalických roztoků vystupujících z neutralizačních a dekontaminačních stanic je využívána ke vtláčení do horninového prostředí. Přispívá tak k postupnému snižování kyselosti a koncentrace rozpuštěných látek zbytkových technologických roztoků v cenomanské zvodni.
Jak na keš
Pokud jste se prokousali předchozím, ne právě krátkým a čtivým textem, nebude pro Vás těžké správně odpovědět na čtyři následující otázky a zjistit tak finální souřadnice.
Otázka 1: Který z vyluhovacích pokusů byl rozlohou největší ?
a) VP 4 (AB=18)
b) VP 5 (AB=20)
c) VP 6 (AB=17)
Otázka 2: Kolik bylo na dole chemické těžby celkem zprovozněno technologických vrtů?
a) 7698 (CD=29)
b) 6636 (CD=46)
c) 5551 (CD=81)
Otázka 3: Jaká chemická látka se používá k získání výsledného produktu – diuranátu amonného?
a) kyselina sírová (EF=69)
b) čpavek (EF=72)
c) kyselina dusičná (EF=70)
Otázka 4: V jakém geologickém útvaru se nachází zdejší uranové zrudnění?
a) turon (GH=34)
b) coniak (GH=50)
c) cenoman (GH=17)
N 50°4A.BCD E 014°4E.FGH
(Kontrolní součet celých souřadnic: 54)
Důležité!!!
Ke keši vede dobře schůdná přístupová cesta od severovýchodu. Tato cesta má z velké části asfaltový povrch a odbočuje z veřejné silnice jako účelová komunikace. Je to jediná smysluplná cesta ke keši, alternativní trasy se týkají pouze zaměstnanců s. p. DIAMO, kteří mohou dorazit z areálu chemické těžby (rozsáhlého, veřejně nepřístupného prostoru). Na začátku zmíněné cesty můžete odstavit i své motorové vozidlo. Záměrně neuvádím žádné waypointy, abyste to neměli až tak jednoduché. Nejprve se podívejte do mapy, kde keš leží, držte se cesty a vyhněte se chození „za šipkou“ volným terénem! Ušetříte si tak nepříjemné zážitky a odměnou vám bude nenáročná vycházka s trochu outdoorovější koncovkou na zajímavém místě.
Keš je ukryta při okraji dolu chemické těžby, kde oficiálně platí zákaz vstupu ("zakázané území" je vyznačeno i na některých mapách), jde ale o skutečně okrajovou část, která v současnosti není v terénu nijak vyznačena a kam i místní obyvatelé občas chodí, např. při venčení pejsků. Přístupová cesta vede mimo vyluhovací pole i veškeré technologie a pohyb osob v těchto místech by neměl nikomu vadit.
Edit 25. 4. 2024: Při nedávné návštěvě jsem zjistil, že keš není na svém původním místě, které bylo trochu problematické. Nové umístění mi přišlo praktičtější a tak jsem jej akceptoval. Nový geoobjekt (viz aktualizovaný hint) by měl být bez problémů celoročně přístupný.