哈薩克斯坦某古河道砂巖型鈾礦鉆孔地浸法采鈾工藝技術(shù)研究

陳為義，李建東，史紅霞，禹寶利

(1.中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100029；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)北京(北京)，北京 100083；3.核工業(yè)243大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024006)

哈薩克斯坦某古河道地浸砂巖型鈾礦床地表呈草原地貌景觀，所在盆地沿?cái)嗔褬?gòu)造呈近東西向展布，長(zhǎng)幾十公里，寬數(shù)公里。大小礦體百余個(gè)，斷續(xù)分布在長(zhǎng)十幾公里、寬數(shù)百米的古河道內(nèi)。礦石鈾品位大于0.01%的可地浸資源量一萬多噸。20世紀(jì)70年代礦床被揭露，80年代完成初勘和詳勘工作。原設(shè)計(jì)采用露天及井下開采法采鈾，由于含礦含水層富水性強(qiáng)、含礦圍巖結(jié)構(gòu)疏松，常規(guī)開采條件差且不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)部分塊段地浸工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果，最后確定為酸法鉆孔地浸開采。

1 礦床地質(zhì)特征

1.1 礦床地質(zhì)結(jié)構(gòu)及礦物成分

區(qū)域上礦床位于北東褶皺基底的沉降帶上，上覆中、新生界沉積蓋層。古生代基底由多期次的花崗巖體構(gòu)成，邊緣分布著早-中奧陶世的火山巖和沉積巖(圖1)。此外，還發(fā)育少量元古代變質(zhì)巖、寒武紀(jì)(西部和東部)、泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)火山-沉積巖(南部)。

1-晚侏羅-早白堊建造；2-早志留-晚泥盆基底；3-花崗巖類；4-地質(zhì)界線及不整合地質(zhì)界線；5-鈾礦體及編號(hào)；6-斷裂構(gòu)造。

中、新生界地層厚度由盆地西部50m增至東部180m。鈾礦化集中分布在下謝伊含礦層，厚度15～60m，上謝伊含礦層厚度5～60m。兩含礦層礦體呈雁行狀產(chǎn)出，沿盆地邊部聚集，形成南、北兩礦帶。南礦帶下謝伊含礦層工業(yè)礦化占總儲(chǔ)量的90%以上。礦體多呈透鏡體狀、帶狀、層狀分布(圖2)。礦石疏松、膠結(jié)程度低。礦石劃分鋁硅酸鹽(CO2<2%)、碳酸鹽(CO2>2%)、不等粒含鈾砂和卵礫、礫巖型四種。礦石中含有黃鐵礦、白鐵礦、膠黃鐵礦、少量鎳黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦和方鉛礦。鈾以礦物和吸附形式存在。吸附的鈾與炭化植物碎屑、膠結(jié)物粘土礦物和氫氧化鐵有關(guān)。鈾礦物以鈾石(科芬石)、瀝青鈾礦和鈾黑為主，少量次生礦物。

1.2 礦床水文地質(zhì)條件

根據(jù)地層巖性、埋藏條件劃分細(xì)粒-粗粒砂巖、泥質(zhì)砂巖組成的上第四系和現(xiàn)代沖積、湖相沖積地層含水體、漸新世柳林沃爾含水層、早-晚白堊系波庫(kù)爾含水層、晚侏羅-早白堊系第一上謝伊含水體、晚侏羅-早白堊系第二上謝伊含水層(上含礦層)、晚侏羅-早白堊系下謝伊含水層(下含礦層)和結(jié)晶基底裂隙、孔隙裂隙水含水體。

1-粉土、粉砂巖；2-砂礫巖；3-花崗巖基底；4-鈾礦體

謝伊上含礦層分布廣泛，含水巖性為砂、砂巖和粉砂巖；下含礦層全區(qū)分布，巖性為砂巖、礫巖和結(jié)晶基底泥質(zhì)、風(fēng)化殼上部碎石，其水文地質(zhì)特征見表1。上含礦層具有厚度穩(wěn)定的區(qū)域泥巖隔水頂板，下含礦層無穩(wěn)定隔水底板。水文地質(zhì)條件對(duì)地浸法開采較為有利。

2 地浸采鈾工藝技術(shù)

2.1 工藝孔開采系統(tǒng)

哈薩克斯坦高新技術(shù)研究所根據(jù)20世紀(jì)80年代礦床鉆孔地浸試驗(yàn)結(jié)果、礦床地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件，對(duì)礦區(qū)首采Ⅱ號(hào)地段設(shè)計(jì)了孔距25m的七點(diǎn)型單元開采系統(tǒng)。針對(duì)局部塊段出現(xiàn)的兩層、三層礦體，分別采用兩套、三套相鄰的七點(diǎn)型開采單元，相鄰工藝孔間距5m(圖3)。隨著新開塊段的增加、經(jīng)驗(yàn)的不斷積累與研究程度的深入，依據(jù)礦體的形態(tài)變化、分布特征，依次采用了行列式、四點(diǎn)型、五點(diǎn)型、七點(diǎn)型等多種形式的開采單元。實(shí)踐證明，浸出率高、生產(chǎn)成本低、較為適宜的開采系統(tǒng)是行列式。此外，為避免溶浸死角的產(chǎn)生和提高工藝孔生產(chǎn)能力，將開采系統(tǒng)中部分注液孔設(shè)計(jì)為抽液孔結(jié)構(gòu)，即抽、注液采用同一個(gè)工藝孔。由于上謝伊含礦層礦體零星分布、規(guī)模小，且具有穩(wěn)定的上、下隔水層，為了提高鈾回收率和降低勘探成本，采用了抽、注液孔為一孔的開采方式(пуш-пур法)。

表1 謝伊上、下含礦含水巖組水文地質(zhì)特征

圖3 七點(diǎn)型及部分行列式開采系統(tǒng)分布

2.2 成井工藝

2.2.1 成井工藝及技術(shù)要求

成井工藝及技術(shù)嚴(yán)格按礦山成井工藝技術(shù)操作規(guī)程及地質(zhì)-技術(shù)施工指示書要求進(jìn)行。工藝孔成井過程及技術(shù)要求見表2。

2.2.2 工藝孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、礦體特征、開采單元結(jié)構(gòu)及工藝孔功能，結(jié)合已施工鉆孔資料，對(duì)工藝孔結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化改進(jìn)，形成較合理的抽液孔與注液孔結(jié)構(gòu)(圖4)，觀測(cè)孔結(jié)構(gòu)類似注液孔。

圖4 抽液孔與注液孔結(jié)構(gòu)

2.3 塊段酸化及酸化方式

2.3.1 塊段酸化

據(jù)哈薩克斯坦原子能工業(yè)有限公司編制的“鉆孔地浸法采鈾工藝技術(shù)操作規(guī)程”，當(dāng)大多數(shù)抽液孔(>70%)抽出溶液鈾含量>20mg/L、pH值2～3時(shí)，認(rèn)為含礦層酸化階段完成。為了減少酸化過程堵塞效應(yīng)的產(chǎn)生，最初3～5天酸化液酸度選擇10～15g/L，而后按階段增加至20～25g/L。酸化階段完成后，逐漸降低溶浸液酸度至10～15g/L。

2.3.2 酸化方式

該礦山采用積極酸化和超前酸化兩種方式。液固比達(dá)0.3時(shí)，一般認(rèn)為積極酸化過程結(jié)束。液固比達(dá)到0.1～0.2時(shí)，塊段超前酸化階段結(jié)束，隨即轉(zhuǎn)入積極酸化階段。

2.4 積極浸出

2.4.1 浸出動(dòng)態(tài)平衡

生產(chǎn)塊段開采期間劃分積極浸出和補(bǔ)充開采兩個(gè)階段。積極浸出階段大量鈾進(jìn)入溶液，并向抽液孔運(yùn)移。該階段溶浸液酸度大小取決于礦石和圍巖的碳酸鹽含量的多少。圖1中Ⅱ號(hào)地段礦體溶浸液酸度8～10g/L、產(chǎn)品液pH值1.5～1.8、氧化-還原電位(Eh值)330～380mV。在抽液孔溶液pH值增高情況下，可逐漸增加溶浸液的酸度，反之亦然。

浸出過程中各開采單元和塊段的抽、注液量處于正、負(fù)不平衡狀態(tài)時(shí)，會(huì)造成溶浸液的稀釋和散流現(xiàn)象，最終導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益的降低。為保持抽、注液量平衡，采取了以下措施：根據(jù)開采塊段面積及其工藝孔抽、注液量計(jì)算抽、注液孔最佳比例關(guān)系；嚴(yán)格遵守制定的工藝孔抽液量和注液量指標(biāo)；及時(shí)完成工藝孔修復(fù)工作，或重新施工工藝孔替代退役鉆孔。

表2 工藝孔成井過程及技術(shù)要求

2.4.2 地浸工藝參數(shù)

由于礦床含礦層巖性巖相條件變化大、滲透性不均勻、缺失穩(wěn)定的底部泥巖隔水層，地浸工藝指標(biāo)變化很大。根據(jù)每天生產(chǎn)獲取的大量數(shù)據(jù)，不斷分析研究來調(diào)整地浸工藝指標(biāo)，以達(dá)到最佳效果。生產(chǎn)中采用的主要工藝指標(biāo)見表3。

2.5 添加氧化劑

產(chǎn)品液中Fe2+離子含量3.2～4.2g/L，F(xiàn)e3+離子含量0.03～0.06g/L，Eh值290～330mV。為增強(qiáng)溶浸液氧化能力，提高氧化-還原電位(Eh值)，礦山采用了芬蘭產(chǎn)濃度60%的雙氧水(H2O2)作為氧化劑，以提高溶浸液Fe3+離子濃度，加快四價(jià)鈾(U4+)轉(zhuǎn)化六價(jià)鈾(U6+)的速度，短時(shí)間內(nèi)可增加采鈾量，提高浸出率，減少硫酸消耗，總體上降低生產(chǎn)成本。

表3 采用的主要地浸工藝指標(biāo)

2-2工藝塊段滴注雙氧水兩周后，產(chǎn)品液Fe3+含量由0.03g/L上升至0.5-2.2g/L，F(xiàn)e2+含量由3.0g/L下降至0.8～2.6g/L；50天后溶浸液中Fe2+離子含量達(dá)到1.0～2.0g/L，F(xiàn)e3+離子含量0.06～0.14g/L。40天后，產(chǎn)品液鈾含量增加一倍(110mg/L)，55天后達(dá)到最高值(159mg/L)，峰值持續(xù)8天；120天后降至雙氧水注入前的最初值55mg/L。根據(jù)溶浸液注液量的變化及時(shí)調(diào)整雙氧水注量。2-2工藝塊段產(chǎn)品液鈾含量平均提高1～1.5倍，生產(chǎn)成本降低20%～40%(圖5)。

圖5 2-2塊段產(chǎn)品液鈾含量、氧化-還原電位、溶浸液酸度變化關(guān)系曲線

2.6 工藝孔修復(fù)

礦山采用氣升泵沖洗、活塞抽吸、化學(xué)試劑處理及其聯(lián)合方法等修復(fù)堵塞的工藝孔。常用德產(chǎn)XАVS、XANS空壓機(jī)氣升清洗工藝孔砂質(zhì)沉積物及過濾器堵塞物。化學(xué)試劑處理是將配制的硫酸濃度200g/L的溶液注入抽液孔(多功能孔)，溶解工藝孔近過濾器帶鐵質(zhì)和碳酸鹽堵塞物。硫酸添加后，向孔內(nèi)注入溶浸液3～4天，保持孔內(nèi)液位高于承壓水位，最后采用空壓機(jī)氣升清洗或下泵抽出溶液。工藝孔修復(fù)清洗出的廢液收集到專門容器或直接泵入集液管送入廢液池。

3 結(jié) 論

作者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)三年實(shí)際工作，得出以下認(rèn)識(shí)：古河道地浸砂巖型鈾礦床與層間氧化帶砂巖型鈾礦床在成礦條件、巖性巖相特征、水文地質(zhì)條件及礦體特征等方面存在不同，在開采過程中，可借鑒層間氧化帶砂巖型鈾礦床地浸工藝技術(shù)及地浸工藝參數(shù)，但不應(yīng)完全套用；該類型鈾礦床因礦體分布特征、含礦圍巖及礦石的滲透性不同，可采用不同的開采單元(系統(tǒng))，施工多功能工藝孔，以減少溶浸“死角”，提高浸出率；依據(jù)礦體形態(tài)及分布特征不斷調(diào)整工藝孔井型；根據(jù)產(chǎn)品液分析結(jié)果，合理添加氧化劑；工作中采用邊研究、邊調(diào)整、邊生產(chǎn)原則。

[1] НАЦИОНАЛЬНАЯАТОМНАЯКОМПАНИЯ《КАЗАТО-МПРОМ》.《ИНСТРУКЦИЯПОПОДЗЕМНОМСКВАЖИ-ННОМУВЫЩЕЛАЧИВАНИЮУРАНА》.01.08.2006 г.

[2] Г.А.САДЫРБАЕВАт.д..《ВЫБОРВЫЩЕЛАЧИВАН-ИЯУРАНАНАМЕСТОРОЖДЕНИИ X》ГОРНОЕДЕЛО-КОМПЛЕКСНОЕИСПОЛЬЗОВАНИЕМИНЕРАЛЬНОГ-ОСЫРЬЯ.2006 г.№6.75-82.

[3] 姚振凱，陳為義，楊志，等.哈薩克斯坦古河道砂巖型S鈾礦床成礦特征[J].鈾礦地質(zhì)，2010，26(2)：73-79.

[4] 哈薩克斯坦原子能工業(yè)公司.某鈾礦床地浸開采工作大綱[R].2005.

[5] 荒地采礦化工聯(lián)合公司和全蘇化學(xué)工藝研究所.某鈾礦床鉆孔地浸法采鈾工業(yè)試驗(yàn)報(bào)告(1984～1989)[R].1989.

全國(guó)非油氣地勘投入2013年首次下滑

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心近日完成的一項(xiàng)研究報(bào)告顯示，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，2013年全國(guó)非油氣地質(zhì)勘查投入資金463億元，較2012年減少47億元，同比減少9%，在經(jīng)過十多年快速增長(zhǎng)后首次出現(xiàn)下滑。

報(bào)告顯示，2013年非油氣地質(zhì)勘查投入中，中央財(cái)政資金投入89億元，同比增長(zhǎng)1%；地方財(cái)政資金投入122億元，同比減少5%；社會(huì)資金251億元，同比減少14%。社會(huì)資金對(duì)礦產(chǎn)勘查投入的大幅減少及地方財(cái)政對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查投入的減少，是造成總體投入下滑的主要因素。礦產(chǎn)勘查投入減少的同時(shí)，礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目及鉆探工作量十多年來也首次下降。2013年全國(guó)實(shí)施礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目13817項(xiàng)次，減少935項(xiàng)次，減幅達(dá)6%；完成鉆探工作量2109萬m，比2012年減少529萬m，同比減少20%。

報(bào)告顯示，在中央財(cái)政持續(xù)加大投入的情況下，2013年地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)投入、地質(zhì)科技及其他投入穩(wěn)中有升。地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)投入32億元，地質(zhì)科技投入27億元，均有大幅增長(zhǎng)。