張飛鳳地浸采鈾綜述最終版

1、地浸采鈾新工藝綜述1主要內(nèi)容地浸采鈾基本原理國(guó)內(nèi)外原地浸出采鈾的情況我國(guó)地浸工業(yè)化應(yīng)用取得的成果2地浸工藝地浸“原地浸礦(出)法”簡(jiǎn)稱“地浸”俄文：（CB） 英文： （ISR）In-situ leaching mining3新疆中核天山鈾業(yè)有限公司地浸工藝流程示意圖工藝過程 溶浸液浸出液集液池泵高位槽水冶處理廠高差自流配液池溶浸劑尾液泵運(yùn)移抽液孔注液孔4原地浸出采鈾由礦體浸出和浸出液處理兩大部分組成，前者是用溶浸液使礦石中的鈾從固相轉(zhuǎn)移至液相，形成浸出液的過程；后者則是對(duì)浸出液進(jìn)行處理，最終形成鈾濃縮物產(chǎn)品的一系列化工單元操作過程。浸出部分浸出液處理部分5浸出（井場(chǎng)）部分6水冶工藝部分7一個(gè)礦

2、床是否適合于用地浸法開采，與礦床的地質(zhì)條件直接相關(guān)，技術(shù)條件主要有：(1) 礦床屬疏松砂巖型鈾礦床，具有一定的滲透性；(2) 礦體賦存于含水層中（最好具有承壓特點(diǎn)），礦層上下具有較穩(wěn)定的頂?shù)匕甯羲畬樱?3) 礦石中鈾的存在形式必須適宜浸出；地浸采鈾的技術(shù)條件8 目前，世界各國(guó)地浸采鈾主要有兩種工藝方法，一種是酸法浸出工藝，一種是堿法浸出工藝，并在常規(guī)堿法浸出工藝中衍化出CO2+O2浸出工藝。獨(dú)聯(lián)體國(guó)家基本上采用了酸法浸出工藝，美國(guó)等國(guó)家主要采用堿法浸出工藝；我國(guó)先期建設(shè)的地浸礦山主要采用酸法浸出，H2SO4為主要浸出劑，近年來，新建礦山開始采用CO2+O2浸出工藝。 生產(chǎn)實(shí)踐證明，用碳酸鈉、碳

3、酸氫鈉作溶浸液的堿法浸出工藝，由于與礦床發(fā)生陽(yáng)離子交換而膨脹，礦石孔隙被堵塞，使礦層滲透性惡化，且試劑價(jià)格較高，故應(yīng)用受到限制。而硫酸浸出工藝因環(huán)境影響相對(duì)較大、試劑消耗量大、浸出選擇性差、設(shè)施材料要求高等因素，其應(yīng)用在一定程度上受到了限制，而CO2+O2的浸出工藝得到了較好的應(yīng)用和發(fā)展。地浸采鈾的主要方法9 據(jù)測(cè)定，工業(yè)放射性污染相當(dāng)于常規(guī)開采的1/1000 左右。地浸采鈾的優(yōu)點(diǎn) (1) 由于沒有昂貴而繁重的井巷或剝離工程，也沒有礦石與廢石運(yùn)輸和破碎等工藝，唯一的井下工程是抽、注液等鉆孔的施工，所以整個(gè)地浸礦山基建投資少，建設(shè)周期短，生產(chǎn)效率高，效益好。據(jù)國(guó)內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)，基建投資比常規(guī)采冶節(jié)

4、省一半，建設(shè)周期縮短1/21/3，全員勞動(dòng)生產(chǎn)率提高幾倍到幾十倍，產(chǎn)品成本降低1/31/2。10(2) 環(huán)境保護(hù)措施容易實(shí)現(xiàn)，基本上不破壞地表植被，無廢石堆場(chǎng)和礦石場(chǎng)，大大減少了環(huán)境污染。11地浸采鈾的優(yōu)點(diǎn) (3) 從根本上改善了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)和衛(wèi)生條件，改變了人們對(duì)礦山形象的看法。 (4) 使復(fù)雜的和易出事故的采礦工作實(shí)現(xiàn)“化學(xué)化”、“工廠化”、“管道化”、生產(chǎn)連續(xù)化和全自動(dòng)化。 (5) 能充分利用資源，如對(duì)某些貧礦、埋深大的孤立礦體、分散小礦體和水文地質(zhì)工程復(fù)雜的強(qiáng)含水層礦床，用常規(guī)采礦法往往不經(jīng)濟(jì)、甚至在技術(shù)上不可行，而用地浸法卻能順利進(jìn)行開采。12 原地浸出早在1890 年前，已應(yīng)用于

5、無機(jī)物（如鉀鹽、硫）的溶浸，但這種方法直至19 世紀(jì)50 年代中期，才涉及到要用地下井巷收集化學(xué)作用后的浸出液的問題，因此發(fā)展較為緩慢。自1957 年利文斯頓從石油工業(yè)液體流動(dòng)的基本原理中得到啟示后，才把它應(yīng)用于回采固體金屬礦物中的有用組分，即通過從地表鉆孔將溶浸液注入礦層后，由抽、注液孔定期互換使用，回收有用組分。 自此以后，美、法、(前）蘇等國(guó)相繼進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，使該法在鈾礦山發(fā)展十分迅速。 地浸采鈾的沿革及發(fā)展概況13 1961年，美國(guó)在懷俄明州謝里盆地開始進(jìn)行半工業(yè)性質(zhì)的地浸采鈾試驗(yàn)，并獲成功。1975年4月Clay West地浸鈾礦山投產(chǎn)，標(biāo)志著地浸采鈾在世界已進(jìn)入商業(yè)性生產(chǎn)階

6、段。二十世紀(jì)70年代后期，地浸采鈾在美國(guó)的得克薩斯州、懷俄明州、科羅拉多州、新墨西哥州、內(nèi)布拉斯加州等地迅速發(fā)展。二十世紀(jì)90年代以后，由于常規(guī)采鈾礦山的不斷關(guān)停，地浸法已成為鈾生產(chǎn)的重要方法，至1992年，美國(guó)已關(guān)閉所有的常規(guī)采鈾山。60年代中后期，繼美國(guó)地浸采鈾獲得成功以后，前蘇聯(lián)、保加利亞、捷克等國(guó)家也開展了地浸采鈾試驗(yàn)，并于70年代相繼進(jìn)行了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。 2 地浸采鈾的沿革及發(fā)展概況14 地浸技術(shù)美國(guó)和獨(dú)聯(lián)體國(guó)家走在世界前列。美國(guó)地浸鈾礦山全部采用堿法浸出工藝，已形成以CO2+O2為主浸出劑的技術(shù)體系，在地下流體監(jiān)測(cè)與控制方面處于領(lǐng)先水平。獨(dú)聯(lián)體國(guó)家地浸鈾礦山基本上采用了H2SO4

7、體系的酸法或微試劑浸出，鈾浸出率75%以上。我國(guó)是世界上唯一同時(shí)具備酸法與堿法地浸礦山的國(guó)家，鈾浸出率達(dá)到國(guó)際一流水平，因此，我國(guó)浸出工藝選擇靈活，可以根據(jù)不同條件選擇不同浸出工藝方法。 近年來，地浸采礦隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已發(fā)生了巨大的變化，無論是理論研究、應(yīng)用范圍、設(shè)備的自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測(cè)等方面都取得了令人矚目的成就。地浸采鈾的沿革及發(fā)展概況15 “八五”規(guī)劃以來，我國(guó)針對(duì)砂巖型鈾礦地浸技術(shù)進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，許多關(guān)鍵技術(shù)取得了突破，形成了較為完整的技術(shù)體系，整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。中國(guó)砂巖型鈾資源及地浸采鈾生產(chǎn)現(xiàn)狀161970年，原核工業(yè)第六研究所首先在廣東河源砂巖

8、鈾礦床進(jìn)行了探索性試驗(yàn)，1978年在黑龍江501礦床進(jìn)行了地浸采鈾試驗(yàn)1982年至1984年在云南381礦床繼續(xù)進(jìn)行地浸采鈾條件試驗(yàn)，獲得了令人滿意的結(jié)果，標(biāo)志著我國(guó)已初步掌握了地浸采鈾技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；1991年在云南381礦床建成了我國(guó)第一座小規(guī)模地浸采鈾試驗(yàn)礦山；1992年在新疆512礦床建成第一座地浸生產(chǎn)礦山737廠；新疆地浸技術(shù)工業(yè)性應(yīng)用的成功，標(biāo)志著我國(guó)地浸采鈾已實(shí)現(xiàn)從試驗(yàn)研究向工業(yè)生產(chǎn)的飛躍。目前新疆739廠、內(nèi)蒙古通遼錢家店鈾礦已建成投產(chǎn)運(yùn)行，新疆738廠，731廠正處于試驗(yàn)和建設(shè)中。17 我國(guó)已開發(fā)利用的鈾礦床主要有“四大”工業(yè)類型:花崗巖型鈾礦床、火山巖型鈾礦床、砂巖型

9、鈾礦床和碳硅泥巖型鈾礦床( IAEA 稱為 “層狀結(jié)構(gòu)型鈾礦床” )。其中砂巖型鈾礦資源量約占查明鈾資源儲(chǔ)量的35%，見圖2。中國(guó)砂巖鈾資源分布與特點(diǎn)18 隨著對(duì)砂巖型鈾資源勘探的逐年增加，砂巖型鈾資源的開發(fā)將成為我國(guó)天然鈾產(chǎn)能提升最重要潛力之一。19我國(guó)已探明砂巖型鈾資源主要特點(diǎn)有：a.礦石碳酸鹽、泥質(zhì)含量較高。吐哈盆地、二連盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地等四大盆地砂巖型鈾資源鈾礦石碳酸鹽含量均大于2%（以CO2計(jì)），部分礦石泥質(zhì)含量達(dá)30%。由于礦石碳酸鹽或泥質(zhì)含量高，部分礦石膠結(jié)致密，影響浸出效果；高碳酸鹽礦石采用酸法浸出時(shí)礦層易發(fā)生化學(xué)堵塞，或者導(dǎo)致單位金屬酸耗高，生產(chǎn)成本高。b.礦石滲

10、透性低。疏松含水是砂巖型鈾礦地浸開采必要條件，我國(guó)砂巖型鈾礦床滲透性普遍偏低，礦石滲透性小于0.5m/d的低滲透資源占砂巖型資源70%以上。由于礦石滲透性低，導(dǎo)致鉆孔抽注液能力小，鉆孔生產(chǎn)能力低，浸出周期長(zhǎng)。3.1 中國(guó)砂巖鈾資源分布與特點(diǎn)20c.礦石品位較低。平均品位約0.02%，由于礦石品位低，平米鈾量小，導(dǎo)致浸出液鈾濃度低，只能采用低濃度大流量工藝才能保證一定的生產(chǎn)規(guī)模。d.礦床地質(zhì)-水文地質(zhì)條件復(fù)雜。吐哈盆地十紅灘鈾礦床地下水礦化度高達(dá)10.0g/l以上；鄂爾多斯盆地納嶺溝鈾礦床含礦含水層厚度約100m；伊犁盆地蒙其古爾鈾礦床埋深超過400m且分布多層礦體；伊犁盆地扎吉斯坦鈾礦床局部礦

11、段地下水位埋藏深或礦層疏干。3.1 中國(guó)砂巖鈾資源分布與特點(diǎn)21 總的來說，我國(guó)已探明的砂巖鈾礦資源各礦床地質(zhì)與水文地質(zhì)條件各異，同一礦床不同塊段地質(zhì)與水文條件也迥然不同（如層間氧化帶型砂巖鈾礦床的卷頭礦體和翼部礦體）。 伊犁盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地和二連盆地是我國(guó)目前可地浸砂巖鈾礦找礦勘探最為活躍的地區(qū)。伊犁盆地鈾礦床主要采用酸法地浸，近年在新的礦床進(jìn)行了堿法地浸試驗(yàn)；松遼盆地已成功進(jìn)行了CO2+O2地浸采鈾試驗(yàn)與生產(chǎn)；吐哈盆地和鄂爾多斯盆地正在開展地浸采鈾試驗(yàn)。3.1 中國(guó)砂巖鈾資源分布與特點(diǎn)22地浸浸出機(jī)理的研究 通過多年室內(nèi)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，掌握了地浸采鈾的浸出過程動(dòng)力學(xué)、

12、元素的遷移與沉淀、溶液在含礦含水層的運(yùn)移模型、地球化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型等機(jī)理與方法，在低滲透、低品位、高碳酸礦石、高礦化度地下水等復(fù)雜砂巖型鈾礦床條件中得到應(yīng)用。我國(guó)地浸采鈾重要成果23酸法浸出堿法浸出(2008年10月6日)浸出試驗(yàn)溶浸液中硫酸濃度及浸出液鈾濃度、pH值和Eh值歷時(shí)曲線圖24 我國(guó)研制了地浸鉆孔新型環(huán)形骨架過濾器；研制了新型實(shí)用的高壓孔口裝置，注液壓力達(dá)到1.6MPa以上；通過采用大孔徑鉆孔結(jié)構(gòu)，改進(jìn)和完善了填礫式鉆孔結(jié)構(gòu)和施工工藝，鉆孔抽注液能力提高10 %20 %；采用電流測(cè)井、井溫測(cè)井等綜合測(cè)井技術(shù)確保了鉆孔質(zhì)量，地浸鉆孔合格率大于95 %。地浸鉆孔結(jié)構(gòu)和施工工藝技術(shù)25專用

13、設(shè)備研究地浸鉆孔結(jié)構(gòu)施工工藝技術(shù)26組裝好的過濾器環(huán)形骨架27高壓孔口密封裝置28溫度測(cè)井曲線電流測(cè)井曲線溫度測(cè)井曲線過濾器接受注入溶液區(qū)段發(fā)生注液串層區(qū)段過濾器不工作區(qū)段溫度測(cè)井曲線過濾器接受注入溶液區(qū)段電流測(cè)井曲線溫度測(cè)井曲線成井質(zhì)量好成井質(zhì)量差29 確定適合于礦床地質(zhì)特點(diǎn)的井網(wǎng)布置是地浸采鈾的重要內(nèi)容。我國(guó)采用的井型主要有五點(diǎn)型、七點(diǎn)型和行列式井型，這些井型與井距在不同礦床均取得了較好的浸出效果。為了便于井場(chǎng)抽注液流量集中控制、操作簡(jiǎn)便和保證生產(chǎn)的正常高效運(yùn)行，研究設(shè)計(jì)了一種集中控制室，實(shí)現(xiàn)了采區(qū)浸出液與溶浸液集中控制與計(jì)量，實(shí)現(xiàn)了地浸井場(chǎng)集中管理與操作。4.3合理井網(wǎng)布置與溶液集中控制

14、技術(shù)30抽液集中控制注液集中控制31 我國(guó)以H2SO4為體系的酸法地浸溶浸液配制與使用方法、以CO2+O2為體系弱堿性地浸溶浸液配制與使用方法均已取得重大突破，自動(dòng)配酸裝置、高壓水力切割溶氧裝置和二氧化碳?xì)饣芙庋b置在實(shí)踐中均取得良好應(yīng)用效果；同時(shí)我國(guó)還開展低酸地浸工藝的探索性試驗(yàn)研究。經(jīng)過多年生產(chǎn)驗(yàn)證，表明針對(duì)我國(guó)砂巖鈾礦資源的特點(diǎn)，可以大范圍地選擇溶浸液配制與使用技術(shù)。4.4 溶浸液配制與使用技術(shù)32 注入礦層的溶浸液要控制在一定的范圍內(nèi)，既不漏失又不被大量稀釋，同時(shí)又要使控制范圍內(nèi)的所有礦石盡可能與溶浸液接觸而不出現(xiàn) “溶浸死角”，由此所采取的一切技術(shù)措施統(tǒng)稱為溶浸范圍控制。通過多年的研

15、究，我國(guó)掌握了地浸溶浸范圍控制技術(shù)，開發(fā)了地浸溶浸范圍和污染范圍圈定的計(jì)算機(jī)模擬軟件系統(tǒng)。4.5溶浸范圍控制技術(shù)33 針對(duì)酸法地浸工藝，研究開發(fā)了密實(shí)移動(dòng)床和高吸附容量大孔樹脂、硝酸鹽淋洗、流態(tài)化沉淀和飽和再吸附工藝等，并在伊寧鈾礦地浸生產(chǎn)中應(yīng)用，效果良好。針對(duì)CO2+O2為體系弱堿性地浸工藝，研究開發(fā)了大直徑高流速固定床、酸化老化沉淀、浸出液自行轉(zhuǎn)型樹脂、反滲透處理高濃度轉(zhuǎn)型廢水以及沉淀母液再生淋洗劑技術(shù)，適應(yīng)了堿法地浸浸出液濃度低、流量大的特點(diǎn)，并取得了多項(xiàng)國(guó)防技術(shù)發(fā)明專利。4.6 浸出液回收工藝和設(shè)備34圖2 浸出液處理（水冶）工藝流程簡(jiǎn)圖合格液飽和再吸附配液池蒸發(fā)池沉淀壓濾“111”產(chǎn)

16、品浸出液樹脂吸附淋洗轉(zhuǎn)型回收吸附3536 在新疆伊犁庫(kù)捷爾泰鈾礦床浸出結(jié)束的采區(qū)，開展了地下水抽除法、自然凈化法地下水恢復(fù)治理工作。在松遼盆地錢家店鈾礦床主要采用CO2+O2綠色環(huán)保浸出工藝、反滲透法預(yù)防和控制地下水發(fā)生污染。從取得的效果看，采用這些方法進(jìn)行地下水污染防治是可以滿足環(huán)保要求的。4.7 地下水污染的防治技術(shù)37 根據(jù)地浸采鈾工藝流程，研制了地浸生產(chǎn)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，提升了地浸管理水平。系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)手段和遠(yuǎn)程遙控功能、實(shí)用經(jīng)濟(jì)而又完備的數(shù)據(jù)采集體系、友好的用戶界面、形象直觀動(dòng)態(tài)的井場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程圖、準(zhǔn)確全面的歷史數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表曲線打印輸出及數(shù)據(jù)永久保存等手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)抽出井抽出流量的自動(dòng)控制；注入壓力和流量、注液管線pH與Eh的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；對(duì)集液總管pH、Eh、壓力的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；集液池、配液池液位顯示與報(bào)警；對(duì)配液池自動(dòng)配酸的監(jiān)測(cè)與控制及對(duì)潛