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研究

陳為義，李建東，史紅霞，禹寶利

(1.中廣核鈾業發展有限公司，北京 100029；2.中國地質大學北京(北京)，北京 100083；3.核工業243大隊，內蒙古 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，所在盆地沿斷裂構造呈近東西向展布，長幾十公里，寬數公里。大小礦體百余個，斷續分布在長十幾公里、寬數百米的古河道內。礦石鈾品位大于0.01%的可地浸資源量一萬多噸。20世紀70年代礦床被揭露，80年代完成初勘和詳勘工作。原設計采用露天及井下開采法采鈾，由于含礦含水層富水性強、含礦圍巖結構疏松，常規開采條件差且不經濟。根據部分塊段地浸工業試驗結果，最后確定為酸法鉆孔地浸開采。

1 礦床地質特征

1.1 礦床地質結構及礦物成分

區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，還發育少量元古代變質巖、寒武紀(西部和東部)、泥盆紀和石炭紀火山-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-地質界線及不整合地質界線；5-鈾礦體及編號；6-斷裂構造。

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礦化占總儲量的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、膠結物粘土礦物和氫氧化鐵有關。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 礦床水文地質條件

根據地層巖性、埋藏條件劃分細粒-粗粒砂巖、泥質砂巖組成的上第四系和現代沖積、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；下含礦層全區分布，巖性為砂巖、礫巖和結晶基底泥質、風化殼上部碎石，其水文地質特征見表1。上含礦層具有厚度穩定的區域泥巖隔水頂板，下含礦層無穩定隔水底板。水文地質條件對地浸法開采較為有利。

2 地浸采鈾工藝技術

2.1 工藝孔開采系統

哈薩克斯坦高新技術研究所根據20世紀80年代礦床鉆孔地浸試驗結果、礦床地質特征及水文地質條件，對礦區首采Ⅱ號地段設計了孔距25m的七點型單元開采系統。針對局部塊段出現的兩層、三層礦體，分別采用兩套、三套相鄰的七點型開采單元，相鄰工藝孔間距5m(圖3)。隨著新開塊段的增加、經驗的不斷積累與研究程度的深入，依據礦體的形態變化、分布特征，依次采用了行列式、四點型、五點型、七點型等多種形式的開采單元。實踐證明，浸出率高、生產成本低、較為適宜的開采系統是行列式。此外，為避免溶浸死角的產生和提高工藝孔生產能力，將開采系統中部分注液孔設計為抽液孔結構，即抽、注液采用同一個工藝孔。由于上謝伊含礦層礦體零星分布、規模小，且具有穩定的上、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特征

圖3 七點型及部分行列式開采系統分布

2.2 成井工藝

2.2.1 成井工藝及技術要求

成井工藝及技術嚴格按礦山成井工藝技術操作規程及地質-技術施工指示書要求進行。工藝孔成井過程及技術要求見表2。

2.2.2 工藝孔結構

根據地層結構、礦體特征、開采單元結構及工藝孔功能，結合已施工鉆孔資料，對工藝孔結構不斷優化改進，形成較合理的抽液孔與注液孔結構(圖4)，觀測孔結構類似注液孔。

圖4 抽液孔與注液孔結構

2.3 塊段酸化及酸化方式

2.3.1 塊段酸化

據哈薩克斯坦原子能工業有限公司編制的“鉆孔地浸法采鈾工藝技術操作規程”，當大多數抽液孔(>70%)抽出溶液鈾含量>20mg/L、pH值2～3時，認為含礦層酸化階段完成。為了減少酸化過程堵塞效應的產生，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0.3時，一般認為積極酸化過程結束。液固比達到0.1～0.2時，塊段超前酸化階段結束，隨即轉入積極酸化階段。

2.4 積極浸出

2.4.1 浸出動態平衡

生產塊段開采期間劃分積極浸出和補充開采兩個階段。積極浸出階段大量鈾進入溶液，并向抽液孔運移。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號地段礦體溶浸液酸度8～10g/L、產品液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、負不平衡狀態時，會造成溶浸液的稀釋和散流現象，最終導致經濟效益的降低。為保持抽、注液量平衡，采取了以下措施：根據開采塊段面積及其工藝孔抽、注液量計算抽、注液孔最佳比例關系；嚴格遵守制定的工藝孔抽液量和注液量指標；及時完成工藝孔修復工作，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要求

2.4.2 地浸工藝參數

由于礦床含礦層巖性巖相條件變化大、滲透性不均勻、缺失穩定的底部泥巖隔水層，地浸工藝指標變化很大。根據每天生產獲取的大量數據，不斷分析研究來調整地浸工藝指標，以達到最佳效果。生產中采用的主要工藝指標見表3。

2.5 添加氧化劑

產品液中Fe2+離子含量3.2～4.2g/L，Fe3+離子含量0.03～0.06g/L，Eh值290～330mV。為增強溶浸液氧化能力，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，加快四價鈾(U4+)轉化六價鈾(U6+)的速度，短時間內可增加采鈾量，提高浸出率，減少硫酸消耗，總體上降低生產成本。

表3 采用的主要地浸工藝指標

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

圖5 2-2塊段產品液鈾含量、氧化-還原電位、溶浸液酸度變化關系曲線

2.6 工藝孔修復

礦山采用氣升泵沖洗、活塞抽吸、化學試劑處理及其聯合方法等修復堵塞的工藝孔。常用德產XАVS、XANS空壓機氣升清洗工藝孔砂質沉積物及過濾器堵塞物。化學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和碳酸鹽堵塞物。硫酸添加后，向孔內注入溶浸液3～4天，保持孔內液位高于承壓水位，最后采用空壓機氣升清洗或下泵抽出溶液。工藝孔修復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 論

作者根據現場三年實際工作，得出以下認識：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及地浸工藝參數，但不應完全套用；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)，施工多功能工藝孔，以減少溶浸“死角”，提高浸出率；依據礦體形態及分布特征不斷調整工藝孔井型；根據產品液分析結果，合理添加氧化劑；工作中采用邊研究、邊調整、邊生產原則。

[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，2010，26(2)：73-79.

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

[5] 荒地采礦化工聯合公司和全蘇化學工藝研究所.某鈾礦床鉆孔地浸法采鈾工業試驗報告(1984～1989)[R].1989.

全國非油氣地勘投入2013年首次下滑

中國地質調查局發展研究中心近日完成的一項研究報告顯示，據初步統計，2013年全國非油氣地質勘查投入資金463億元，較2012年減少47億元，同比減少9%，在經過十多年快速增長后首次出現下滑。

報告顯示，2013年非油氣地質勘查投入中，中央財政資金投入89億元，同比增長1%；地方財政資金投入122億元，同比減少5%；社會資金251億元，同比減少14%。社會資金對礦產勘查投入的大幅減少及地方財政對基礎地質調查投入的減少，是造成總體投入下滑的主要因素。礦產勘查投入減少的同時，礦產勘查項目及鉆探工作量十多年來也首次下降。2013年全國實施礦產勘查項目13817項次，減少935項次，減幅達6%；完成鉆探工作量2109萬m，比2012年減少529萬m，同比減少20%。

報告顯示，在中央財政持續加大投入的情況下，2013年地質環境與地質災害調查評價投入、地質科技及其他投入穩中有升。地質環境與地質災害調查評價投入32億元，地質科技投入27億元，均有大幅增長。