中國鈾礦開采提煉史話

湯志成

1955年在全國范圍內大面積展開的鈾礦勘察活動取得豐碩成果，在湖南郴縣（現郴州市）金銀寨及其它許多地方發現了鈾礦床。順理成章地，建設礦山，開采、冶煉鈾礦緊接著就被中國政府提上了議事日程。最初中方提出了一邊找鈾礦、一邊建設礦山的思路，但蘇聯人認為，這樣做既冒險又不合乎邏輯。不合邏輯倒還好理解，何謂冒險呢？原來蘇聯在這方面有過教訓，交過學費：好不容易將礦山建起來了，但儲量卻只有少得可憐的幾噸，最后不得不將礦山關閉。然而，建設礦山有個過程，需要時間，中國不愿等，也等不起。有條件要上，沒有條件創造條件也要上，于是乎，一場土法開采、冶煉鈾礦的熱潮在全國各地迅速興起。

探明金銀寨鈾礦儲量

要制造原子彈，要發展核工業，沒有裂變材料不行，沒有鈾礦資源不行。而蘇聯援助中國核工業的前提，恰恰是中國必須具備一定的鈾礦儲量。蘇聯的態度是明確的，只有中國的鈾礦儲量達到相應的規模，蘇、中兩國才能談判蘇聯援建后續核工廠、實驗室諸項目以及項目設計完成時間、設備交付期限等具體事宜。鑒此，分管核工業的第三機械工業部（以下簡稱三機部）決定，啟動核工業設計需要的鈾礦儲量，由勘探程度較好的金銀寨提供。而為在1957年6月底前完成金銀寨鈾礦儲量的勘探任務，地質部派出分管鈾礦地質勘探的第三局副局長張華坐鎮金銀寨指揮，并由2名蘇聯地質專家現場指導。

然而，金銀寨的鈾源體是花崗巖，異常堅硬，給鉆探工作帶來極大困難。

一是不容易下鉆，下鉆了難以打進去，打進去后又經常卡鉆。為解決這個問題，三局專門從蘇聯請了一個有三十年鉆探經驗的鉆探專家古德耶夫來助陣。不曾想古德耶夫雖是個老鉆工，鉆探經驗豐富，但他的經驗是鉆砂巖的經驗，而不是鉆合成巖、變質巖的經驗。面對金銀寨的花崗巖，古德耶夫也是一籌莫展。但古德耶夫這個老頭也很倔，下不了鉆打不了眼就生悶氣，就在鉆機上不下來，甚至不吃飯。無奈張華只得時不時跟他談心，做他的思想工作，勸他吃飯，幫他克服急躁、沮喪情緒。

二是鋼釬釬頭損耗嚴重。在鉆探過程中，盡管使用的是當時鑿巖能力較強的鎢合金釬頭，但也經常出現打不進去的現象，有時候終于打進去了，卻鉆不了幾厘米，釬頭就壞掉了，導致釬頭的消耗量很大，前進的成本很高。然而，一方面，釬頭供應量有限，用完了就得停工；另一方面，國家規定了造價，前進一米只能花多少錢，超支了就沒辦法。考慮到7月1日前必須完成探明鈾礦儲量的期限，三局心急如焚，只得利用一次去北京開會的機會，讓金銀寨鈾礦副礦長劉寬帶上幾塊金銀寨花崗巖巖心，在會議現場用帶來的花崗巖巖心楞角進行劃玻璃的演示，用事實獲得了增加鋼釬釬頭數量和增加工程造價預算的首肯。

功夫不負有心人。1957年6月，一份關于金銀寨鈾礦儲量的報告送到北京。金銀寨鈾礦床鉆探的結果表明，中國的鈾礦儲量滿足了蘇聯提出的援助條件，鈾礦礦山和水冶廠的設計工作終于可以在當年下半年正式啟動。

采礦工人的奉獻

從1958年4月29日開始，采礦隊伍陸續抵達金銀寨礦區，人數一度達到了2500人左右。由于金銀寨是一個亙古莽荒之地，位置偏遠，道路不通，因而集中解決大量礦工的住宿和生活問題十分困難。礦工們只得住在臨時搭起的帳篷里，每人分得3塊用作睡覺的窄木板。進入金銀寨礦區后，礦工們先是經歷梅雨季節，天氣異常潮悶，鋪蓋卷整天都濕漉漉的。到了盛夏，天氣酷熱不說，蚊蟲還特別多。面對這樣的氣候，那些來自北方的礦工有的不太適應，加以疾病蔓延，不少人打起了退堂鼓，但大多數還是堅持了下來。

礦工們的工作環境也十分惡劣。礦井里地下熱水的流量很大，導致井下氣溫較高，達48攝氏度，可謂熱氣騰騰，在這樣的環境中施工，穿衣服那是活受罪，得光著身子。而即使是光著身子，也還得用上面流下來的水不停地往身上沖，否則人在井下根本呆不住。更難耐的卻是思鄉之苦。住在金銀寨礦區的蘇聯專家不僅單獨住，單獨吃，而且都帶有家屬，可以定期到長沙與家屬團聚。但礦工們就享受不到這個待遇了，非但住宿條件差，工作環境惡劣，還長期背井離鄉，有時候一年只能回家一二次。

土法煉鈾

由于地殼中鈾含量約為0.0004%，少數富礦中鈾含量約為1%～4%，以化合物成礦，因此，為降低運輸費用，通常在礦山現場對鈾礦石進行粗煉，制成八氧化三鈾含量60%～80%的中間產品，俗稱“黃餅”。“黃餅”已確定的成分包括重鈾酸鈉、重鈾酸氨、硫酸鈾、鈾的氫氧化物以及其它形式的鈾的氧化物。“黃餅”通常是粉碎后的天然鈾礦石經多種溶液萃取、沉淀而來的。

1958年，由于研究單位急需兩噸二氧化鈾做實驗，但正規的鈾礦和處理鈾礦石的工廠卻尚未建成，在這種情況下，三機部部長宋任窮指示地質部三局想辦法先制取一定數量的“黃餅”。據此，三局決定在廣東翁源下莊搞土法煉鈾。

下莊是中國最早發現的花崗巖型鈾礦床所在地，被蘇聯專家列別捷夫命名為希望礦化區。為將宋任窮部長的指示精神落到實處，三局副局長佟城率先趕到下莊，親自組織土法煉鈾工作。不到一個月時間，煉鈾設施就建成了。廠房是用樹皮、茅草和竹子搭起來的，廠房內并排豎立著幾個裝有硝酸、硫酸的大木桶。土法煉鈾的基本程序是：首先將碎礦倒入木桶中浸泡，浸溶一段時間后，讓浸液從第一個木桶依次流入第二個木桶、第三個木桶……最后流進置于地下的容器中；這個過程完成之后，再將地下容器中的溶液倒回到第一個木桶中，進入下一輪的循環。如此反復浸泡沉淀之后，就像磨豆腐一樣，將幾十個布袋懸空吊在另一個工棚內，用做豆腐的麻布包對溶液進行過濾，并將剩下的溶質置于鐵窩中慢慢烤干，就得到八氧化三鈾含量20%～50%的“黃餅”。

金銀寨及其它地方煉鈾的程序也與此類似。在金銀寨礦區，礦工們用鐵錘砸碎放在石臼中的礦石，然后用篩子篩出粉末，接著加酸浸出，濾斗過濾，電爐烤干。十來個人要足足干半個月，才能從幾十噸礦石中煉出很少的200克鈾來。在云南云滄鈾礦，一個副專員親自主持鈾礦的開采與冶煉。在那里，年輕小伙子們首先用鎬將鈾礦石刨出，然后用碾糧食的碾子將鈾礦石碾碎，再通過強酸浸泡、豆腐包過濾、鐵窩煎熬等環節，將鈾礦石制成“黃餅”。

鈾礦冶煉“大躍進”

1958年，第三機械工業部改名為第二機械工業部（以下簡稱二機部）。受大躍進的感染，二機部提出了鈾礦勘探、開采、冶煉要全民來辦的方針，該方針報經中央批準后開始在全國推行，從而在全國掀起了大規模的鈾礦勘探、開采、冶煉熱潮。據不完全統計，在金銀寨鈾礦建設前后，共有兩萬余人的地質隊伍在全國進行大面積的普查，許多縣甚至人民公社都組建了地質隊。在短短數月時間內，湖南、廣東、遼寧等地的農民采礦大軍便將開采基地近地表面的鈾礦石幾乎掃蕩一空。

有資料表明，當時全國共有117個小廠礦進行鈾礦開采、冶煉作業，江西、湖南、云南、貴州等二十余個省區的農民也被動員起來，用土法采礦并冶煉成“黃餅”。當然，不可否認的是，在此過程中，國家在經濟上采取的傾斜政策也發揮了極大的作用，盡管有些土法煉就的“黃餅”八氧化三鈾含量僅百分之十幾、二十幾，但國家當時定出的價錢卻超過了黃金，每噸20來萬元。

據二機部常務副部長劉杰回憶，二機部最初提出全民勘探、開采、冶煉鈾礦方針時，曾計劃推行三年左右，但實際上全民辦鈾礦的熱潮僅持續了一年多就慢慢降溫了，最后除留下下莊作為一個典型外，其它小礦絕大部分都被關閉了。

建設鈾濃縮廠

據二機部副部長袁成隆回憶，通過全民辦鈾礦和土法煉鈾，國家共獲得“黃餅”163噸。這些“黃餅”在蘇聯后來毀約停援但我國鈾礦山及水冶廠一時又難以建成的情況下，為中國初期的核燃料生產提供了基本原料，從而為中國第一顆原子彈炸響贏得了時間。

粗制成的“黃餅”尚需經過精致、氟化、鈾同位素分離、還原等處理過程才能作為核武器裝料或供核電站發電。而在這一過程中，最困難的是將鈾從鈾同位素混合物中分離出來。鈾同位素分離需在專門的鈾濃縮廠進行。因此，幾乎與鈾礦勘探在全國大面積展開的同時，中國也開始了鈾濃縮廠的建設。

1960年6月，蘭州鈾濃縮廠開始進入設備安裝階段。為加快進度，更為節省經費，蘭州鈾濃縮廠當時安裝的是從蘇聯一個工廠淘汰下來的擴散機。而據報道，蘭州鈾濃縮廠現在已不再采用氣體擴散法而是采用離心分離法來生產濃縮鈾，使用的設備也不是擴散機，而是自行研制生產的離心機。中核集團公司總工程師雷增光表示：“它（離心分離法）的耗電量大概相當于擴散法的二十五分之一，綜合成本降下來50%還要多。”

氣體擴散法與離心分離法的原料均為六氟化鈾（由專門工廠生產），所不同的是，氣體擴散法是利用六氟化鈾在65℃就會氣化的特點，不斷地將六氟化鈾氣體向有大量微孔（直徑約為0.01微米）的薄膜壓送。由于含鈾的氣體分子比含鈾的氣體分子輕，熱運動速度大，更容易通過薄膜，故而使鈾得到一定程度的富集；而離心分離法是將六氟化鈾置于高速旋轉的離心機中，含鈾的六氟化鈾分子比含鈾的六氟化鈾分子輕，受到的離心力小，通常聚集在軸線附近。這樣，從軸線附近引出氣流，亦可使鈾得到一定程度的富集。由于氣化后的六氟化鈾每擴散一次僅使鈾的相對豐度提高百分之零點幾，故而要達到豐度90%以上的武器級鈾，往往需經過幾千級的分離，如美國橡樹嶺的濃縮鈾廠就有4384個擴散級。而采用離心分離法的一個大型的同位素離心機分離廠通常需要安裝一二百萬臺離心機。

在中蘇原子能工業援助協議指定的8個工業項目中，鈾濃縮廠光是主設備擴散機就需要好幾千臺，而每一臺擴散機都價值不菲，自然最費錢，其投資規模差不多與其它7個項目投資總和相當。正在建設的幾個核工廠中，蘭州鈾濃縮廠最為關鍵，蘇聯專家也最多，有近50人。因此，中蘇關系破裂對蘭州鈾濃縮廠建設帶來的困難和損失可想而知。其實，早在中蘇矛盾公開化之前，中方就已未雨綢繆，采取了一系列應變措施，譬如組織力量進行理論研究、科學實驗和關鍵技術攻關等。技術人員利用蘇聯專家將撤未撤這段時間，一對一、多對一地開展友好活動和對口學習，想方設法地弄清搞透以前不明白的問題或以后可能遇到的難題。

1964年1月14日11時05分，蘭州鈾濃縮廠首次生產出了豐度達到90%的可用于核武器裝料的鈾！

[編輯/旭日]