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1、我国地浸采铀新技术的研究与开发 摘要：本文对我国地浸采铀新技术的研究进展进行了评述，着重介绍了成孔工艺、浸出液处理工艺、铀矿床地浸评价、溶浸范围控制与井场自动监控系统。关键词：地浸采铀；成井工艺；溶浸范围； 1 概述我国地浸采铀技术的研究可追溯到60年代末70年代初，自那时起我国一些科研单位的科技人员便投入了该项技术的研究与开发之中。核工业第六研究所是我国从事地浸采铀研究与开发的最早科研单位，是我国地浸采铀技术的摇篮。该所的广大科研人员凭着对新技术的执着追求，凭着忘我的努力奋斗，开创了今天我国地浸采铀研究与生产的大好局面。我国地浸采铀技术的进步，渗透着他们辛勤劳动的汗水，我国地浸采铀生产的跃进
2、，是他们科研成果的结晶。我国的地浸采铀经历了从无到有，从研究、试验到工业生产的发展。在科技技术的支撑下，建成了云南381试验矿山和新疆737地浸矿山。在30年的科研与生产中，我们不断地探索，研究和开发了成井工艺、浸出液处理、井场监控、实验室试验、铀矿床地浸评价等一系列新技术。正是这些新技术与生产融合在一起，使我国地浸采铀生产蒸蒸日上。2 浸出液处理工艺2.1 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1。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
3、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，反应机理如下： 2Fe2+NO-3+2H+ 2Fe3+NO-2+H2O 6Fe2+NO-2+8H+ 6Fe3+NH+4+H2O 2Fe3+UO2 UO22+2Fe2+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。2.2 中性浸出针对酸法和碱法浸出存在的不足，美国、乌兹别克斯在浸出剂的使用方面开展了中性(或弱碱性)浸出的研究，浸出
4、条件为pH=6.58.0范围，实际上是使用碳酸氢盐浸出。目前美国所有的地浸矿山均使用CO2+O2作为浸出剂，这种浸出环境下的地浸开采除了具有正常碱浸的优点外，最显著的优越性就是地下水治理比较简单，费用低。特别是对于碳酸盐含量较高的矿床，开发中性浸出研究更有实际意义。我所于90年代开始这方面的工作，并对中性浸出的理论基础通过实验室进行研究，掌握了它的浸出机理与试验方法。2000年针对738地浸工程矿床碳酸盐含量高的特点，开展了现场探索性试验。我国适合中性浸出的地浸铀矿床在新疆、内蒙等地均有发现，研究此技术是利用地浸法开采这类矿床的重要途径。3 溶浸范围控制与井场自动监控3.1 溶浸范围控制溶浸范
5、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。我所于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。3.2 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
6、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。我所于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2。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。4 成井工
7、艺4.1 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时已难以继续使用。在这种情况下，我所于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，并已应用一年以上，效果良好。4.2 托盘托盘结构是我所研制，并
8、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。图3 叠圈式过滤管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。4.3 叠圈式过滤管这种过滤管是在圆孔式过滤管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。如图3所示。叠圈径间厚5mm左右，断面为梯形
9、，外厚内薄，叠圈之间以栓柱固接，栓柱个数一般为58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0.53mm，开孔率10%左右。叠圈式过滤管早在国外就有应用，我所于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。4.4 逆向注浆地浸矿山主要是通过钻孔来实现生产，钻孔成井质量的好坏直接影响矿山产量与成本。为隔离各含水层，保护钻孔，在钻孔中下入套管后要对孔壁与套管之间的环形空间注水泥浆封孔。我国目
10、前采用的注浆方法为正向注浆，即将水泥浆从上向下注入。这种方法最大弊端是产生混浆段，封孔质量得不到保证。我所正在研究逆向注浆方法，是将水泥浆从套管内注入，水泥浆经套管上预留的小孔进入孔壁与套管之间的环形空间，排挤掉泥浆，上升至地表。这种注浆方法避免了混浆段的产生。4.5 过滤管更换过滤管是钻井的咽喉，如破坏或不能正常工作都将不同程度失去井的作用，重者导致生产中断，轻者影响生产能力。在生产中过滤管常发生的问题是堵塞。地浸矿山一个采区的生产一般需25年时间，下入井内的过滤管由于受许多因素的影响，有些可以持续到生产结束，而有些则因种种原因不能保证采区生产阶段完好无损。近些年开发的换过滤管更换技术是解决
11、这一问题最根本的方法。我所于2000年在地浸现场开展了可更换式过滤管的试验，并获得了初步成功。这种过滤管是在叠圈过滤管的顶端接螺纹管构成，螺纹管上设有挂钩，以便下入和取出过滤管。套管上端套有两个横截面为锯齿形的橡胶密封圈，相隔300mm。密封圈与井中套管内壁紧密接触，使液体无法通过。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，我所先后研制了“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
12、矿床的地浸可行性。研制中利用了我所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，我所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。这几个系统的研制体现了我国地浸采铀软科学研究水平，保证我国能在地浸采铀技术上硬软齐头并进，符合自然科学单学科领域发展的规律。6 结束语本文所介绍的仅是我所30年地浸采铀新技术研究的片断，字数所限，无法包罗万象。在我国，虽然在地浸技术上我所起着中流砥柱的作用，并为它的发展做出了不可磨灭的贡献，但必须认识到我国与世界上先进国家还存在一定距离。任重而道远，我们必须不断地总结经验，继续努力，为我国地浸采铀事业的发展做出更大贡献。参考文献1 王海峰，阙为民，钟平汝. 原地浸出采铀技术与实践. 北京：原子能出版社，1998.116-121.2 王海峰，戴石良.地浸矿山井场生产自动监控系统研究.核工业第六研究所.2000.
