[科普中国]-地浸采铀

介绍

地浸采铀是一种在天然埋藏条件下，通过溶浸液与矿物的化学反应选择性地溶解矿石中的铀，而不使矿石产生位移的集采、冶于一体的新型铀矿开采方法。通过多年的试验研究，地浸采铀已成为我国铀矿采冶的重要方法，主要工艺技术指标达到国际水平。形成了一套以地浸铀资源评价、溶浸液配方和使用方法、地浸钻孔结构与施工工艺、钻孔排列方式和钻孔间距的确定、溶浸范围控制、浸出液处理工艺技术、地浸矿山环境保护等为主体的地浸采铀技术体系。但是，无论从地浸技术本身研究的深度和广度，还是从现有矿山生产规模，劳动生产率、自动化程度，与国外先进国家相比，都存在一定的差距。

较为系统地开展地浸采铀试验研究始于20世纪60年代初，在美国和乌克兰同时展开，90年代成为世界天然铀生产的主要方法。目前，世界上拥有地浸生产矿山的国家有美国、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦、澳大利亚、中国、巴基斯坦、俄罗斯、乌克兰等。地浸采铀产量占世界天然铀总产量逐年增加，2012已达45%。迄今为止，我国已有地浸采铀生产矿山5座，产量占我国天然铀总产量的27%。

工艺流程地浸采铀是在矿床天然产状条件下，通过从地表钻进至矿层的注液钻孔将配制好的化学试剂注入矿层，与矿物发生化学反应，溶解矿石中的铀，随后将含铀的溶液抽至地表，送进回收车间进行离子交换、淋洗、沉淀、压滤，干燥，最终得到合格产品，地浸工艺流程如图1所示。这种铀矿开采方法不移动矿石和围岩，将矿石的开采、选矿、水冶集于一体。

地浸采铀矿山分为井场和浸出液处理厂两大部分。井场包括一系列钻孔，集中控制室、泵房和管路系统，有的矿山还建有配液池和集液池。浸出液处理厂内设有吸附塔、淋洗塔、沉淀槽、压滤机等设备。

优缺点优点（1）开采方法简单、工艺流程短。对天然埋藏条件下的矿体通过钻孔直接注入浸液进入矿体所在的疏松砂层，有选择性地浸出铀，并加以回收。因而采矿不需要投入采掘工程无需运矿、碎矿、磨矿和固液分离，大大缩短了采矿工艺流程。
（2）矿山建设周期短、基建投资少，劳动强度低、自动化程度高。地浸采铀只需对从地下泵上来的矿化贵液进行吸附、萃取、脱水即可生产出铀产品，自动化程度相对高。生产效率高、资源利用充分。通过钻孔注入矿体所在的砂岩层的溶浸液，是在整个透水砂岩层内运移的，在对矿体中的铀进行浸出的同时，还会对砂岩层中分散的铀和表外低品位矿段中的及铀伴生元素Se、Sc、Mo、Ge、V、Re等进行浸出和回收。已有的矿山开采实践表明，地浸开采的总回收率一般均较常规开采方法要高。

（3）地浸开采的总回收率一般均较常规开采方法要高，许多情况下甚至超过100%（相对于勘探计算出的储量而言）。
（4）材料消耗少。由于地浸开采工艺流程短，不仅节省了大量的机械消耗材料，而且水、电、燃油等材料的用量也明显减少。
（5）环境污染小。一是放射性粉尘污染得到彻底改善；二是尾渣和废气的污染减到了最低程度；三是由于地浸溶液是在闭路管道内循环使用，其废水排放量显著减少。2

缺点虽然地浸采铀具有以上优点，但是作为一种特殊的铀矿开采方法，它的应用有一定的局限性，因此也存在一些缺点：（1）只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床；（2）如果矿化不均匀，矿层各部位的矿石胶结程度和渗透性不均匀或矿石中有部分有用成分难以浸出，这些都将影响开采的技术经济指标；（3）存在对地下水环境造成污染的问题，因此需要对地下水进行治理；（4）地下浸出受到地球化学规律制约比较明显，浸出速度可调节的幅度较小。

应用条件地浸法仅仅适用于一定条件下的矿床，只有松散的砂岩型铀矿床才可有可能进行地浸法开采，且必须满足下列条件：矿石中有用组分在弱酸或盐溶液中呈溶解的矿物形式；含矿围岩层的矿石和岩石对化学溶剂是可渗透的；矿化围岩的矿物—化学组分对所采用的溶剂基本上不起作用的；矿石的埋藏深度对当时的钻探工艺技术是可以接受的。

（1）含矿岩性应为砂岩、砂砾岩、含砾砂岩，矿体形态为层状、似层状、透镜状；矿体必须埋在地下水位以下的充水岩石中，含矿含水层厚度小于20m且含矿含水层厚度不大于矿体平均厚度的9倍，地下水埋深一般小于50m，且具承压性，承压水头大于50m，含矿主岩有足够的渗透性以便溶浸液反复循环，矿体中铀的浸出率高。

（2）矿体产状平缓或缓倾斜（倾角一般小于5度），矿体顶底板应是良好封闭的不透水层。矿区内断裂构造不发育，没有切层的断裂及喀斯特溶洞。
（3）单位面积铀含量以>2kg/为宜，含矿含水层中的有害组分如碳酸盐CO含量>2%~3%，不宜用酸法浸出。有机质、粘土质、硫化物不宜太多，围岩以长石石英质或石英质砂岩最宜。
（4）含矿含水层应为渗透岩石，矿石渗透系数以>1d，孔隙度>10%为宜。
（5）矿体埋藏浅，一般小于300m，最大不超过500~600m。

发展历史地浸采铀矿发展可以分为3个阶段：第1阶段，在发明和专利基础上，研究改进地浸方法的建议阶段。这一阶段从20世纪50年代中期到1978年，其主要特点是了解地浸的可行性问题（包括室内和现场研究）。第2阶段是1978~1984年。主要内容为基本原理和地浸机理研究，同时配合取样试验研究，进行小型和扩大试验。第3阶段是地浸工艺流程更为完善，浸矿方法进入工业性试验阶段。这一阶段从1984年开始，到目前已进入工业生产规模阶段。

原地浸出采铀最早出现于美国，1957年提出在淋积成因的砂岩型铀矿床进行原地浸出铀的设想，于1961～1963年进行第1次工业可行性试验。近年来，美国铀产量50%靠地浸。

前苏联对地浸采铀、采铜和采金的研究也十分重视。于1963年进行可行性试验，目前至少有7个地浸矿山，于1971～1976年间专为地浸研制了耐腐蚀、小直径的（93mm）潜水泵和全套自动控制仪表。日本的地浸试验晚于美国和前苏联，在20世纪70年代末开始用钻孔注液、巷道集液试验，也取得了成功。澳大利亚于1982年进行了工业试验，年产量达100t金属铀。

我国原地浸出采铀起步较晚，于1968～1969年开始介绍资料，原核工业部所属的第六研究所等单位陆续在广东、云南和东北进行了试验，1987年在云南试验成功，目前又在新疆取得了突破性进展，正投入工业规模生产。
原地浸矿技术（目前已大规模用于开采铀和铜矿床，同时也正在推广用于金、锰、硒、钼、镍、稀土、铝、锌和磷灰石等矿石的浸出）是核工业、冶金工业和化学工业发展的重要方向。