[科普中國]-地浸采鈾

介紹

地浸采鈾是一種在天然埋藏條件下，通過溶浸液與礦物的化學(xué)反應(yīng)選擇性地溶解礦石中的鈾，而不使礦石產(chǎn)生位移的集采、冶于一體的新型鈾礦開采方法。通過多年的試驗(yàn)研究，地浸采鈾已成為我國鈾礦采冶的重要方法，主要工藝技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際水平。形成了一套以地浸鈾資源評(píng)價(jià)、溶浸液配方和使用方法、地浸鉆孔結(jié)構(gòu)與施工工藝、鉆孔排列方式和鉆孔間距的確定、溶浸范圍控制、浸出液處理工藝技術(shù)、地浸礦山環(huán)境保護(hù)等為主體的地浸采鈾技術(shù)體系。但是，無論從地浸技術(shù)本身研究的深度和廣度，還是從現(xiàn)有礦山生產(chǎn)規(guī)模，勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化程度，與國外先進(jìn)國家相比，都存在一定的差距。

較為系統(tǒng)地開展地浸采鈾試驗(yàn)研究始于20世紀(jì)60年代初，在美國和烏克蘭同時(shí)展開，90年代成為世界天然鈾生產(chǎn)的主要方法。目前，世界上擁有地浸生產(chǎn)礦山的國家有美國、烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、澳大利亞、中國、巴基斯坦、俄羅斯、烏克蘭等。地浸采鈾產(chǎn)量占世界天然鈾總產(chǎn)量逐年增加，2012已達(dá)45%。迄今為止，我國已有地浸采鈾生產(chǎn)礦山5座，產(chǎn)量占我國天然鈾總產(chǎn)量的27%。

工藝流程地浸采鈾是在礦床天然產(chǎn)狀條件下，通過從地表鉆進(jìn)至礦層的注液鉆孔將配制好的化學(xué)試劑注入礦層，與礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶解礦石中的鈾，隨后將含鈾的溶液抽至地表，送進(jìn)回收車間進(jìn)行離子交換、淋洗、沉淀、壓濾，干燥，最終得到合格產(chǎn)品，地浸工藝流程如圖1所示。這種鈾礦開采方法不移動(dòng)礦石和圍巖，將礦石的開采、選礦、水冶集于一體。

地浸采鈾礦山分為井場和浸出液處理廠兩大部分。井場包括一系列鉆孔，集中控制室、泵房和管路系統(tǒng)，有的礦山還建有配液池和集液池。浸出液處理廠內(nèi)設(shè)有吸附塔、淋洗塔、沉淀槽、壓濾機(jī)等設(shè)備。

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）開采方法簡單、工藝流程短。對(duì)天然埋藏條件下的礦體通過鉆孔直接注入浸液進(jìn)入礦體所在的疏松砂層，有選擇性地浸出鈾，并加以回收。因而采礦不需要投入采掘工程無需運(yùn)礦、碎礦、磨礦和固液分離，大大縮短了采礦工藝流程。
（2）礦山建設(shè)周期短、基建投資少，勞動(dòng)強(qiáng)度低、自動(dòng)化程度高。地浸采鈾只需對(duì)從地下泵上來的礦化貴液進(jìn)行吸附、萃取、脫水即可生產(chǎn)出鈾產(chǎn)品，自動(dòng)化程度相對(duì)高。生產(chǎn)效率高、資源利用充分。通過鉆孔注入礦體所在的砂巖層的溶浸液，是在整個(gè)透水砂巖層內(nèi)運(yùn)移的，在對(duì)礦體中的鈾進(jìn)行浸出的同時(shí)，還會(huì)對(duì)砂巖層中分散的鈾和表外低品位礦段中的及鈾伴生元素Se、Sc、Mo、Ge、V、Re等進(jìn)行浸出和回收。已有的礦山開采實(shí)踐表明，地浸開采的總回收率一般均較常規(guī)開采方法要高。

（3）地浸開采的總回收率一般均較常規(guī)開采方法要高，許多情況下甚至超過100%（相對(duì)于勘探計(jì)算出的儲(chǔ)量而言）。
（4）材料消耗少。由于地浸開采工藝流程短，不僅節(jié)省了大量的機(jī)械消耗材料，而且水、電、燃油等材料的用量也明顯減少。
（5）環(huán)境污染小。一是放射性粉塵污染得到徹底改善；二是尾渣和廢氣的污染減到了最低程度；三是由于地浸溶液是在閉路管道內(nèi)循環(huán)使用，其廢水排放量顯著減少。2

缺點(diǎn)雖然地浸采鈾具有以上優(yōu)點(diǎn)，但是作為一種特殊的鈾礦開采方法，它的應(yīng)用有一定的局限性，因此也存在一些缺點(diǎn)：（1）只適用于具有一定地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的礦床；（2）如果礦化不均勻，礦層各部位的礦石膠結(jié)程度和滲透性不均勻或礦石中有部分有用成分難以浸出，這些都將影響開采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；（3）存在對(duì)地下水環(huán)境造成污染的問題，因此需要對(duì)地下水進(jìn)行治理；（4）地下浸出受到地球化學(xué)規(guī)律制約比較明顯，浸出速度可調(diào)節(jié)的幅度較小。

應(yīng)用條件地浸法僅僅適用于一定條件下的礦床，只有松散的砂巖型鈾礦床才可有可能進(jìn)行地浸法開采，且必須滿足下列條件：礦石中有用組分在弱酸或鹽溶液中呈溶解的礦物形式；含礦圍巖層的礦石和巖石對(duì)化學(xué)溶劑是可滲透的；礦化圍巖的礦物—化學(xué)組分對(duì)所采用的溶劑基本上不起作用的；礦石的埋藏深度對(duì)當(dāng)時(shí)的鉆探工藝技術(shù)是可以接受的。

（1）含礦巖性應(yīng)為砂巖、砂礫巖、含礫砂巖，礦體形態(tài)為層狀、似層狀、透鏡狀；礦體必須埋在地下水位以下的充水巖石中，含礦含水層厚度小于20m且含礦含水層厚度不大于礦體平均厚度的9倍，地下水埋深一般小于50m，且具承壓性，承壓水頭大于50m，含礦主巖有足夠的滲透性以便溶浸液反復(fù)循環(huán)，礦體中鈾的浸出率高。

（2）礦體產(chǎn)狀平緩或緩傾斜（傾角一般小于5度），礦體頂?shù)装鍛?yīng)是良好封閉的不透水層。礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，沒有切層的斷裂及喀斯特溶洞。
（3）單位面積鈾含量以>2kg/為宜，含礦含水層中的有害組分如碳酸鹽CO含量>2%~3%，不宜用酸法浸出。有機(jī)質(zhì)、粘土質(zhì)、硫化物不宜太多，圍巖以長石石英質(zhì)或石英質(zhì)砂巖最宜。
（4）含礦含水層應(yīng)為滲透巖石，礦石滲透系數(shù)以>1d，孔隙度>10%為宜。
（5）礦體埋藏淺，一般小于300m，最大不超過500~600m。

發(fā)展歷史地浸采鈾礦發(fā)展可以分為3個(gè)階段：第1階段，在發(fā)明和專利基礎(chǔ)上，研究改進(jìn)地浸方法的建議階段。這一階段從20世紀(jì)50年代中期到1978年，其主要特點(diǎn)是了解地浸的可行性問題（包括室內(nèi)和現(xiàn)場研究）。第2階段是1978~1984年。主要內(nèi)容為基本原理和地浸機(jī)理研究，同時(shí)配合取樣試驗(yàn)研究，進(jìn)行小型和擴(kuò)大試驗(yàn)。第3階段是地浸工藝流程更為完善，浸礦方法進(jìn)入工業(yè)性試驗(yàn)階段。這一階段從1984年開始，到目前已進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模階段。

原地浸出采鈾最早出現(xiàn)于美國，1957年提出在淋積成因的砂巖型鈾礦床進(jìn)行原地浸出鈾的設(shè)想，于1961～1963年進(jìn)行第1次工業(yè)可行性試驗(yàn)。近年來，美國鈾產(chǎn)量50%靠地浸。

前蘇聯(lián)對(duì)地浸采鈾、采銅和采金的研究也十分重視。于1963年進(jìn)行可行性試驗(yàn)，目前至少有7個(gè)地浸礦山，于1971～1976年間專為地浸研制了耐腐蝕、小直徑的（93mm）潛水泵和全套自動(dòng)控制儀表。日本的地浸試驗(yàn)晚于美國和前蘇聯(lián)，在20世紀(jì)70年代末開始用鉆孔注液、巷道集液試驗(yàn)，也取得了成功。澳大利亞于1982年進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，年產(chǎn)量達(dá)100t金屬鈾。

我國原地浸出采鈾起步較晚，于1968～1969年開始介紹資料，原核工業(yè)部所屬的第六研究所等單位陸續(xù)在廣東、云南和東北進(jìn)行了試驗(yàn)，1987年在云南試驗(yàn)成功，目前又在新疆取得了突破性進(jìn)展，正投入工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
原地浸礦技術(shù)（目前已大規(guī)模用于開采鈾和銅礦床，同時(shí)也正在推廣用于金、錳、硒、鉬、鎳、稀土、鋁、鋅和磷灰石等礦石的浸出）是核工業(yè)、冶金工業(yè)和化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重要方向。