В начальный момент поступления кислоты в рудное тело серная кислота начинает взаимодействовать с карбонатами, содержащимися в породе. При этом активную зону выщелачивания можно разбить на две подзоны:
Первая подзона, находящаяся непосредственно в местах поступления кислоты, характеризуется избытком кислоты и карбонаты при взаимодействии с кислотой переходят в сульфаты:
кальцит: ;
магнезит: ;
доломит: .
Выделяющаяся угольная кислота способствует понижению рН раствора.
За счет растворения трехокиси урана в растворе начинает появляться уран:
В растворе серной кислоты также начинают растворяться породообразующие компоненты /17/:
Таким образом, в растворе первой подзоны возрастает содержание кремниевой кислоты, ионов появляется уран, а содержание серной кислоты по мере продвижения раствора убывает. При движении такого раствора по рудному телу можно выделить вторую подзону активного выщелачивания, характеризующуюся недостатком серной кислоты. При этом карбонаты будут реагировать с серной кислотой с образованием бикарбонатов:
.
Образовавшиеся гидрокарбонаты взаимодействуют с UO3:
Бикарбонаты также образуются при взаимодействии углекислоты с карбонатами, поскольку углекислый газ в подземной воде не может свободно выделиться в атмосферу:
где, Ме - кальций, натрий или закисное железо.
Изменение парциального давления СО2 (контакт растворов с воздухом) приводит к разложению как бикарбонатов кальция и магния, так и комплексных соединений уранила с образованием основных солей кальция, уранатов и полиуранатов /17/.
Находящиеся ранее в растворах сульфатные комплексы урана по мере повышения рН раствора переходят в карбонатные. Содержание урана в растворе резко повышается.
При повышении рН раствора ионы трехвалентного железа, находясь в гидролизованной форме, начнут частично окислять двуокись урана, переводя её в раствор /18/:
Итак, раствор второй подзоны активного выщелачивания характеризуется повышением рН вплоть до рН подземной воды и резким повышением содержания урана в растворе.
При продвижении этого раствора далее по рудному телу в третьей зоне – зоне, еще не подвергшейся выщелачиванию, - начинают активизироваться процессы гидролиза, переосаждения, ионного обмена и т.д.
Находящийся в растворе уран будет гидролизоваться. При этом, если в растворе находились сульфатные комплексы урана, они разрушаются, образуя гель UO2(OH)2:
Карбонатные комплексы урана также гидролизуются с образованием аква-гидроксо-карбонатных комплексов, однако они по-прежнему находятся в растворе /5/.
Находящиеся в растворе ионы будут гидролизоваться с образованием соответствующих гидроокисей:
Выпадающие в осадок гидроокиси образуют мицеллы, несущие положительный или отрицательный заряд. При этом, если мицеллы гидроокиси железа заряжены положительно, они сорбируют уран, находящийся в виде гидроокиси, а также отрицательно заряженные частицы двуокиси марганца. Если же мицеллы гидроокиси железа заряжены отрицательно, то урана и марганца они не сорбируют, а сорбируют -ионы и на поверхности таких частиц осаждается уран с образованием минералов отенита, уранофана /19/.
В этих же условиях уран осаждается коллоидной кремнекислотой с образованием минералов гиалитов /19/.
В определенных условиях при нейтрализации сернокислых урансодержащих растворов в присутствии углекислоты, карбонатов и бикарбонатов кальция могут образовываться минералы типа ураноталлита – шрекингерита /19/.
В случае присутствия урана в растворе в форме карбонатных комплексов ионы Cu2+, Ca2+, Pb2+, образующие труднорастворимые карбонаты, могут разлагать уранилкарбонатные комплексы, осаждая уран в виде других труднорастворимых соединений /19/.
Таким образом, первая стадия закисления характеризуется следующими признаками:
1. рН раствора, поступающего из откачных скважин, не изменяется и находится в пределах рН подземной воды (обычно 6-8).
2. Возможно повышение в растворе содержания урана за счет бикарбонатного эффекта.
3. Наблюдается уменьшение коэффициента фильтрации выщелачиваемой зоны за счет химической кольматации осадками гипса, гидроксилов железа, алюминия, пузырьками СО2 и т.д.