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【本期关注】中国地浸技术的创新突破
文章来源:银河国际手机登录杂志 日期:2016年12月15日


    地浸是世界天然铀生产工艺的方向

  地浸是融地质学、水文学、化学、湿法冶金、环境工程等于一体的综合性工程技术,是各学科交叉和渗透发展的结晶。

  与常规采矿相比,地浸采铀具有如下优点:基建投资少,建设周期短;不必建造和管理尾矿堆及尾矿库;基本不破坏地表生态,气、液、固废物量少,环境影响较轻;生产人员个人辐射剂量少,劳动卫生条件好,本质安全度高;边界品位从常规采矿的0.03%降低到0.01%,从而充分利用铀资源。

  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,其应用也有一定的局限性:只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床;如果矿化不均匀,矿石胶结程度高,或是矿石中部分有用成分难以浸出,将影响开采的技术经济指标;存在地下水环境污染问题,开采结束后需进行地下水修复。

  在提升我国天然铀产能保障核电发展的需求背景下,我国加大了天然铀的勘查和开发力度。基于我国铀资源特点和铀成矿理论,我国铀矿勘查战略重点瞄准北方砂岩铀矿。“十一五”和“十二五”期间,在内蒙、新疆等地区相继发现了大量的可地浸砂岩铀矿。随着蒙其古尔、通辽、巴彦乌拉等地浸采铀工程的建成投产,采用地浸工艺生产的天然铀占全国总量的比例从2012年的32%增加到2015年的50%,预计到2017年可升至70%。

  21世纪以来,地浸采铀在世界天然铀产量中占比逐年增加(如图所示)。

  由此可见,地浸是中国,也是世界天然铀的主要生产工艺和发展方向。

  我国地浸技术的创新突破

  “十一五”以来,核工业北京化工冶金研究院在国家相关部门和银河国际登录网址的大力支持下,与新疆中核天山铀业公司、通辽铀业公司、内蒙矿业公司产学研紧密结合,先后研发了CO2+O2原地浸出采铀、多层矿地浸等技术,研制了内置过滤器及其提放装置、分隔器等专有工器具,研制了特种离子交换树脂等材料,以及多功能地浸试验仪、加压浸出试验、长岩心驱替等试验研究装置。

  CO2+O2原地浸出采铀技术是我国天然铀生产技术的重大突破,是安全绿色采冶技术的标志性成果之一。该技术巧妙地利用了O2对低价铀的氧化能力,利用了碳酸根离子与铀先离子的络合性。由于只引入CO2和O2,他们的高度选择性使CO2+O2地浸安全环保水平大大提高,经济效益提升。

  多层矿地浸采铀技术,在新疆伊犁盆地实现了工业应用。所谓多层矿,就是垂向上,分布有两层或两层以上的铀矿。如果把上下两层,连起来全部下过滤器,过滤器就会太长,溶液的稀释会比较厉害。如果在矿层部位分别下过滤器,一般来说,下部的溶液通过量会低得多,上下两层不匹配,造成资源利用率低。通过研制分隔器等专用工具,设计合理的钻孔结构,实现了多层矿的同时地浸开采。

  实现疏干砂岩铀矿地浸开采技术。地浸是实现铀从地下到地上、从固相的矿物到液相的铀溶液的过程,其最重要的物质载体是地下水。疏干砂岩铀矿是指铀矿层没有地下水,或者地下水压低。一般来说,这样的铀矿不适合地浸,国内外也没有地浸开采疏干砂岩铀矿的先例。针对矿体弱承压及无承压的主要特征,我们突破了疏干砂岩铀矿床钻孔施工和洗井技术,通过建造人工水幕实现水位抬升,开发了一条技术可行、经济合理的原地浸出开采疏干砂岩铀矿的工艺技术路线,实现了疏干砂岩铀矿的地浸开采。

  采用厚含矿含水层-强还原地层铀矿地浸技术,研发了厚含矿含水层溶液流向控制技术,通过溶液渗流分析与模拟,设计了过滤器结构、位置和长度,精细解释与利用了局部隔水层,从而有效地控制了溶液渗流路径和渗流范围,最大限度降低了浸出剂的稀释和浸出液的扩散,提高浸出液铀浓度。

  采用淋萃流程,环保优势明显。地浸得到的浸出液铀浓度低,相应的离子交换树脂饱和容量低,由此导致工艺废水量大,沉淀消耗的原材料多。在离子交换以后接上萃取工序,与树脂吸附-酸性氯化钠淋洗流程相比,工艺废水量减少80%以上,而且不引入氯化物,避免了氯根带来的环境影响。

  通过以上地浸技术研究和成果转化应用,“十二五”期间,先后建成了蒙其古尔地浸采铀工程、通辽地浸采铀工程、巴彦乌拉地浸采铀工程等,有力地推动了天然铀生产技术的进步,使我国地浸技术跻身国际先进水平。

  地浸采铀是中国天然铀生产的主要工艺,也是近期(到2020年)和中期(到2030年)的重要发展方向。地浸采铀技术下一步的发展方向主要体现在四个方面。一是地浸采铀矿山的数字化、智能化。通过实时检测、系统程序,优化调整工艺参数,并将数据远程传输到管理层、决策层。通过自动化、数字化,提高劳动生产率,使经济指标接近国际先进水平,技术指标达到国际水平。二是深部铀资源的开采。目前我们开发的是500米以内的铀矿第一空间,下一步需要开发500~1500米的第二空间。三是针对资源量不多、分散,或者大型铀矿周边的孤立小点,通过模块化、标准化,研制可移动的地浸采铀装置,充分回收利用上述分散、孤立的铀资源。四是地下水的修复。在这方面我们已经做了大量研究工作,在实验室取得了很多成果,但还需要通过工程验证从而实现工业应用。(作者系核工业北京化工冶金研究院李建华)

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  原地浸出(In-situ Leaching),简称地浸(ISL),是一种在天然产状条件下,通过浸出剂与矿物的化学反应,选择性地溶解并提取矿石中的有用成分,而不使矿石或围岩产生位移的集采、选、冶于一体的新型采矿方法。地浸采铀,通过注入井将浸出剂注入到矿层,注入的浸出剂与矿石中的有用成分接触,并发生化学反应,生成的可溶性化合物在扩散和对流作用下进入抽出井并提升至地表,经过离子交换等工艺,最后得到合格的天然铀产品。

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