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酸法和碱法地浸采铀技术现状

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落后,特别是到目前为止,我国还没有碱法地浸生产矿山。但在上世纪90年代初,我国帮助巴基斯坦建成了一座建法地浸矿山,并且,现在已发展成两座。我们在帮助巴基斯坦开展铀资源评价和地浸采铀试验的技术服务中获得了一些碱法地浸室内实验和现场试验的经验,并对碱法地浸采铀的技术关键取得了一定的成果,这将有助于我们深入开展碱法地浸采铀工艺关键技术的研究。

近几年开展了一些碱法地浸采铀的实验室研究工作,“九五”以来,我们根据原中核总的安排,对碱法地浸工艺实验室探索研究。先后开展了《511矿床碱法地浸试验》、《二氧化碳作为铀矿地浸浸出剂试验研究》等课题研究,并派技术人员赴美国培训学习。通过研究与学习,对碱法地浸的实验室试验方法、溶浸剂配方、浸出液处理、防结垢技术等有了初步的认识,积累了一些碱法地浸的试验研究经验,并获得了矿石铀浸出率为70%~85%的室内实验结果,进一步提高了我国开展铀资源评价与碱法地浸采冶技术的能力。

但是,我们缺乏碱法地浸矿山生产经验,有些技术尚未系统研究尚未系统开展碱法地浸试验研究,特别是井场布置形式、浸出剂的配制与使用方法(CO2+O2)、氧气的使用、浸出液处理与工艺设备研制、碱浸对环境的影响与治理方法等关键技术有待突破。

5.4 我国地浸采铀技术水平

通过30多年的研究和试验,特别是“九五”计划的实施,我们已初步掌握了酸法地浸采铀主工艺,建成了一定规模的地浸铀矿山,实现了工业性生产。初步形成了一套以地浸铀资源评价、钻孔结构与施工工艺、井型与井距的确定、抽注系统的优化、浸出剂迁移监控和井场自动化控制、浸出液处理工艺技术等为主体的地浸采铀技术体系。新疆512矿床50t规模地浸采铀工业试验顺利通过国家验收,主要工业技术指标接近国际先进水平,实现了地浸采铀技术从试验研究向工业生产的飞跃。

地浸采铀成为我国铀矿采冶的重要方法,地浸铀产量已占铀总产量的25%左右。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,矿山劳动生产率仅为1t U3O8/人·年。地浸采铀钻孔结构和施工技术有待改进和提高,低渗透性砂岩铀矿床强化地浸开采技术、井场浸出优化等有待研究;铀的回收工艺、设备、材料尚需完善、改进和研制;碱法地浸工艺需走向生产;地下水治理研究也处于刚刚起步阶段。

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6 我国地浸采铀技术的应用

6.1 硝酸盐淋洗

硝酸盐作为淋洗剂最早用在独联体国家和捷克地浸矿山,硝酸盐不但在淋洗过程中是淋洗剂,但它仅适于酸法地浸。其优点是硝酸盐既可作为淋洗剂,又可作为饱和树脂氧化剂。因此,采用硝酸盐作为氧化剂可做到吸附尾液的闭路循环。使用中硝酸盐首先作为淋洗剂,将树脂上的铀淋洗下来,饱和树脂转变为硝酸根型树脂,然后利用硝酸根型树脂吸附时从树脂中转入吸附尾液的硝酸根作为浸出氧化剂,可不必再另加氧化剂,

我国于1996年开发硝酸盐作淋洗剂的工艺流程,并在矿山得到成功地应用,一直至今。硝酸盐作为淋洗剂改变了我国地浸矿山使用双氧水作氧化剂的工艺流程,节省了大量氧化剂费用。

6.2 溶浸范围控制与井场自动监控 6.2.1 溶浸范围控制

溶浸范围也就是指地浸过程中浸出剂在地下的覆盖范围。注入矿层的浸出剂要控制在一定的范围内,既不漏失又不被大量稀释,同时又要使控制范围内的所有矿石尽可能与浸出剂接触而不出现”溶浸死角”。在溶浸范围控制过程中,可通过建立浸出区溶质迁移动态数值模拟模型,对溶浸范围进行圈定。近些年来美国、加拿大等国利用计算机展开了三维地下水动力学模型的研究,圈定浸出过程中液体扩散范围。我国于20世纪80年代开展这方面地研究,并成功地将此项技术用于巴基斯坦地浸矿山。这种技术的研究可指导井的布置,使井场在最佳的抽注状态下运行。 6.2.2 井场自动监控

随着地浸技术在工业生产中的应用,井场自动化便提到日事日程,美国、前苏联、捷克在这方面进行了一系列工作。地浸矿山生产自动监控主要集中在两个方面:井场和浸出液处理厂。

我国于1996年在新疆512矿床11号井场开始自动监控系统的研制工作,2000年又将此研究推广至新100t/a规模。系统以自动监测为主,监测注液管、抽液管内液体的流量、压力、温度和风管内的压力、流量等信号,配液池则为自动配比控制,同时还对潜水泵启停进行控制。系统通过一次仪表、控制柜和计算机来实现。该系统

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自研制成功后一直在矿山运行,减少了操作人员,使井场管理科学化,受到矿山领导和操作人员的一致赞同。地浸矿山生产自动监控系统的研究为自然条件恶劣的环境下如何保证矿山生产开辟了新路,加速了我国地浸矿山现代化管理进程。 6.3 钻孔施工与成井工艺 6.3.1 托盘止水结构

托盘结构在新疆地浸矿山中得到大量使用。托盘是地浸钻孔用来隔离上下含水层的人工隔塞,它由上下两层厚约10mm的塑料板中间夹橡胶构成。施工时将托盘焊在套管上,下入孔中,然后投入少量砾石、粗砂、细砂,最后注入水泥浆。托盘加工简单,现场施工方便,止水效果好。它坐落在稳定的岩层中,保证了人工隔塞的形成。

这种止水结构的开发,克服了传统填砾式结构填砾量不好掌握、施工难操作的缺点,丰富了钻孔止水技术。这种止水方式已大量在我国地浸采铀现场试验和生产中得以应用,取得了良好的效果,特别是在737矿更为突出。 6.3.2 叠圈式过滤器

这种过滤器是在圆孔式过滤器外套入一定量的圆圈而成,它用于地浸采铀的抽出井、注入井以及监测井中,用以保证浸出剂注入矿层,浸出液从矿层中抽出。叠圈径间厚5mm左右,断面为梯形,外厚内薄,叠圈之间以栓柱固接,栓柱个数一般为5~8个。叠圈套好后两圈之间外部缝隙宽度依砂岩颗粒大小而定,一般为0.5~3mm,开孔率10%左右。

叠圈式过滤器早在国外就有应用,我国于1996年开始研究开发,1998年成批量用于地浸生产矿山。它过滤性能好,与传统的圆孔式过滤管相比,加工规范,强度高。叠圈的大小取决于套管,尺寸可变动,便于加工,圈与圈之间的缝隙可调,能适用各种粒度的砂岩层,圈数可多可少,过滤管长度易控制。

这种过滤器的开发,更新了我国长期地浸采铀试验与生产中使用的圆孔式过滤器,得到普遍认同。同时,在辽河油田的地浸采铀试验与生产中也得到使用。 6.4 潜水泵提升

世界上大半地浸矿山采用潜水泵提升浸出液,这主要是因为潜水泵提升效率高、抽量大、成本低。我国地浸矿山一直沿用空气提升浸出液,致使单孔抽液量小,成本高。随着开采的进行,地下水位埋深增大,空气提升在地下水位超过30m时已难以继

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续使用。在这种情况下,于1997年开始潜水泵提升浸出液的现场试验。实践证明,潜水泵提升试验是成功的,单孔抽液量比空气提升有较大程度的提高。

潜水泵提升的试验成功打破了我国利用空气提升浸出液的一贯作法,从根本上解决了深地下水位情况下浸出液的提升问题。新疆新100t/a规模一个井场设计为潜水泵提升,并已应用1年以上,效果良好。 6.5 地浸铀矿床评价

铀矿床是否适合地浸开采取决于许多条件,并不是所有矿床都能用地浸方法开采的。为可能地开发我国已探明的铀矿床,我们先后研制了“地浸采铀专家系统”和“地浸铀矿资源经济评价系统”,其中“地浸采铀专家系统”为国际原子能机构资助项目。这两个系统均以矿床地浸条件为基础,利用人工智能和概率技术产生评价准则,评价铀矿床的地浸可行性。研制中利用了我们近些年科研取得的成果,将平米铀量、井型与井距确定原则、地浸铀矿床边界品位等概念融入系统,使系统科学合理。另外,我们还根据矿山需要研制了“地浸工艺信息系统”,推动了我国地浸矿山现代化管理的进程。

7 地浸矿山经济效益分析

7.1新疆737地浸矿山经济效益分析

新疆737地浸矿山1995年生产40t铀金属,1996年生产80t铀金属,1997年生产180t铀金属,以后保持每年生产160t铀金属,至今已累计生产铀金属1000t左右。地浸生产最大的优点之一是生产成本低,约是常规矿山的2/3。因此,这些年来,737地浸矿山累计创利润约8000万元。除可观的经济效益外,737矿的生产还具有以下意义:

(1) 回收了常规采矿无法利用的资源; (2) 满足我国核电燃料的需求;

(3) 解决了200多名职工的就业问题,有利于社会稳定; (4) 激励地勘部门的找矿热情; (5) 为开采类似矿床探出了新路。

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