某鈾礦井下采空區筑堆浸出試驗研究

孫剛友，王合祥，閆鵬里，程光華，付海鵬，劉繼忠

(1.中核第四研究設計工程有限公司，河北 石家莊 050021；2.中核韶關錦原鈾業有限公司，廣東 韶關 512026；3.中核贛州金瑞鈾業有限公司，江西 贛州 341000)

0 引 言

某鈾礦因地表村民搬遷困難，致使原設計的原地爆破浸出采礦法無法使用，在試生產中主要采用淺孔留礦淋浸采礦法。在實際生產中發現淺孔留礦淋浸采礦法存在礦石大塊率較高、浸出周期長、浸出率低、生產成本高、經濟效益差等問題，難以滿足生產要求。因此，迫切需要研究新型采礦工藝，突破采礦工藝瓶頸，降低生產成本，提高產能和經濟效益[1-2]。為此，本文提出在該鈾礦采用井下采空區筑堆浸出工藝。為驗證采空區筑堆浸出工藝的可行性，擬開展采空區筑堆浸出試驗研究。井下采空區筑堆浸出工藝依據地表堆浸的原理，將破碎后的礦石運到井下采空區內進行筑堆，然后在礦堆上部噴淋浸出劑，并利用采場底部的浸出液回收設施回收浸出液。最后，利用管道輸送的方式將浸出液送至地表水冶廠進行金屬回收。利用井下采空區堆浸處理低品位鈾礦石這項工藝技術，屬于鈾礦采冶一體化新技術的探索性研究。

1 地質條件及礦體特征

礦體產于中粒小斑狀二云母花崗巖中，受構造蝕變帶控制，成魚群狀展布，礦體規模一般比較小，沿走向方向延伸10～30 m，常尖滅再現。走向近東西，傾角在70°左右，東段礦體受晚期近南北向構造裂隙錯動，但規模不大，錯距0.5 m左右。

礦床地下水為第四系孔隙水、花崗巖風化裂隙水和斷裂帶脈狀裂隙水，主要靠大氣降水補給。礦床距大的地表水體較遠，無水力聯系，屬水文地質條件簡單型礦床。礦床位于堅硬巖組中，工程地質條件較簡單[3-4]。

2 井下高柱浸出條件試驗

2.1 條件試驗主要工藝參數

1) 試驗天井參數：垂高44 m(120～166 m中段之間)，數量3條(編號分別為G1、G2和G3)，傾角70°～80°。

2) 待浸礦樣參數：G1，礦石粒級-18 mm，礦石量331.86 t，品位0.042 7%；G2，礦石粒級-18 mm，礦石量369.06 t，品位0.035 8%；G3，礦石粒級-30 mm，礦石量396.26 t，品位0.044 2%。

3) 浸出試驗參數：噴淋強度15～25 L/(m2·h)；浸出劑酸度5～50 g/L，根據試驗過程的變化情況調整，控制浸出液的pH=2.5±0.5。

4) 浸出時間：G1浸出時間為253 d；G2浸出時間為234 d；G3浸出時間為236 d。

2.2 條件試驗結果及分析

G1柱液計浸出率為88.14%，渣計浸出率87.95%；G2柱液計浸出率為78.12%，渣計浸出率79.60%；G3柱液計浸出率為67.39%，渣計浸出率73.42 %。 通過試驗結果可以看出，-18 mm粒度的液計及渣計浸出率明顯高于-30 mm粒度的結果。 同時，礦井的礦石破碎性好，從破碎成本上統計，-18 mm與-30 mm的破碎成本無明顯差別。 因此，推薦在現場工業性試驗中采用-18 mm筑堆粒度。

3 采空區筑堆浸出試驗

3.1 試驗采場選擇

根據礦井生產采場現狀并結合礦井生產的客觀條件，確定選用646采場作為井下采空區筑堆浸出試驗采場。646采場采空區是回采kt-646-1礦體和kt-645-1礦體之后形成的空區，采空區走向東西長約50 m，傾向S，傾角70°～85°，有效采空區體積約6 140 m3[5]。

3.2 試驗礦樣準備

根據井下高堆浸出條件試驗研究成果，646采場筑堆礦石粒級選擇為-18 mm。粒級分布要求參考條件試驗G1柱筑堆礦石的粒級情況進行制備。試驗礦石采用井下正?；夭傻牡V石。利用鈾礦現有破碎生產線，控制礦石破碎粒度為-18 mm，制備試驗礦樣約6 000 t。制備好的礦石樣通過汽車運送至7號堆場內存放。

筑堆過程運輸礦樣的取樣工作采取間隔取樣，每5車取樣一次，共46個樣品。每次取樣在卡車上劃分9個取樣點所取礦樣總數約50 kg。筑堆工作完成后，對每次取樣的礦石樣進行礦樣篩分，篩分完成后對不同粒級礦石進行稱重，并取樣品分析鈾品位。篩分后的礦樣進行重新混合，采用四分法進行縮分，獲得混合綜合樣分析鈾品位。試驗采場礦樣的篩析及化學分析結果見表1。

表1 試驗采場礦樣篩析及化學分析結果表Table 1 Test sample analysis and chemical analysis results of stope

3.3 進料筑堆

試驗礦樣的破碎利用礦山地表現有破碎生產線，制備試驗礦樣的粒度為-18 mm，試驗礦石通過充填井下放至200 m中段運輸巷，再通過充填井下口振動放礦機裝入0.7 m3雙側卸式礦車后，由電機車牽引倒運至200 m中段646采場進料井上口，卸料進入采場進行筑堆。

試驗采場上部施工有兩條頂柱內進料井，同時利用原采場通風天井，共有3個進料井與采場空區相通。為使進料筑堆粒度基本均勻，礦堆面基本平整，采用3點分次進料自然筑堆方式。試驗礦樣通過進料井下放至采空區內，借助礦石的自然安息角自然充滿采空區。為保證堆面之上留出2 m左右的布液空間，人員進入采場上部利用電耙對筑堆礦石進行耙平作業。根據試驗采場現狀和現場施工作業條件，筑堆工作完成后646試驗采場實際筑堆礦量為4 356 t，品位0.027 6%，金屬量1.202 t。

3.4 布液、集液系統

3.4.1 布液淋浸工藝流程

布液淋浸工藝流程見圖1。

圖1 布液浸出工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of spraying and leaching process

3.4.2 布液系統

在地表專門設置浸出劑配置池(高位池)，浸出劑通過主供液管道經管纜井下放至200 m中段進入中段供液管道，在自然壓力下流向采場布液主管后再分流到采場布液支管，進入采場噴淋系統進行淋浸，在采場主布液管路上設置閥門或流量計控制布液量。

采場上部布液方式參考地表堆浸采用礦堆上部微灌噴淋方式[6]，18 m為減少溶浸死角，在704號勘探線以東增加上盤布液孔進行滴淋布液。試驗采場布液最終確定采用礦堆上部微灌噴淋[7]+上盤布液孔局部滴淋的綜合方式。布液工程主要是布液巷和布液孔，如圖2所示。

圖2 646采場布液工程布置示意圖Fig.2 646 stope spray engineering layout

3.4.3 集液系統

采場浸出液通過放礦漏斗和順路井滲流至匯流溝內，通過匯流溝自流到集液池內，集液池集滿浸出液后打開集液池圍堰外排液管上閥門，浸出液通過排液管最終自流至120 m中段總集液池。646試驗采場的集液工程主要包括順路井底部及漏斗封堵、集液溝、集液巷、集液池、排液孔、排液管道等工程，如圖3所示。

圖3 646采場集液工程布置示意圖Fig.3 646 stope liquid collection engineering layout

3.5 試驗結果

1) 浸出工藝參數。浸出劑酸濃度：浸出初期30～40 g/L，浸出中期15～25 g/L；浸出后期0～5 g/L；布液強度：0.007～0.018 m3/(t·d)；液固比：2～2.5∶1；酸耗：0～30 kg/t礦；浸出液pH值：2.5±0.5；浸出周期：180 d[8-9]。

2) 試驗結果與分析。浸出試驗采取連續布液，期間因不可抗因素停噴34 d。從開始布液到礦堆底部浸出液流出歷時20 h左右，試驗采場的礦堆滲透速度較快，對井下浸出試驗有利。

試驗采場的浸出液瞬時鈾濃度在第9 d上升到300～350 mg/L，其中第12 d達到最高350 mg/L，維持時間12 d左右；隨后逐漸下降，試驗過程中及時調整了浸出劑的酸度和布液量，從噴淋的第66 d開始，浸出液鈾濃度維持在60 mg/L左右，不再有太大變化；至噴淋結束，浸出液鈾濃度為56 mg/L左右，見圖4。整個試驗期間浸出液平均鈾濃度為115 mg/L。浸出液鈾濃度的變化情況符合正常規律，技術指標優于地表堆浸。

圖4 浸出液鈾濃度隨時間變化圖Fig.4 Time-varying curve of uranium concentration leachate

在整個試驗期間，礦堆表面沒有發生下沉的現象，礦堆保持了良好的滲濾性，且在堆面取渣樣時，堆面并無“板結”或“溝流”現象，完全可以保證試驗采場礦石堆的良好滲濾性和均勻性。整個浸出試驗的液計浸出率為95.00%。分別對布液、集液水平多點進行取渣樣分析，混合樣的渣品位為0.003 1%，渣計浸出率88.77%。

由渣樣的篩析及分析結果，各粒級的浸出率基本遵循其浸出率“隨粒級的變小而增高”的規律，符合客觀實際。646試驗采場的礦樣、渣樣U品位分析結果及渣計浸出率統計情況見表2。

表2 646試驗采場的礦樣、渣樣U品位分析結果及渣計浸出率統計表Table 2 Analysis of the results of the ore sample and tail slag sample uranium in the test stope

試驗結果中，液計浸出率95.00%大于渣計浸出率88.77%，主要是由于試驗采場上盤表、下盤表外礦體和留礦法采場大放礦后留存在采空區底部未放出的礦石被浸出劑溶浸，這部分金屬在試驗期間同時被浸出回收。采用井下采空區筑堆浸工藝可提高礦井的資源利用率，多回收金屬。

4 結 論

1) 試驗選用646采場作為井下采空區筑堆浸出試驗采場，采用多點分次進料自然筑堆方式，礦堆上部微灌噴淋+上盤布液孔局部滴淋的綜合布液方式，試驗采場浸出時間184 d，液計浸出率已達到95.00%，渣計浸出率達到88.77%，試驗取得了較好的浸出效果。

2) 通過試驗研究證實，礦床礦石浸出性能好、高堆無板結滲透性好、酸耗低、浸出選擇性好、浸出率高、浸出液中有害雜質含量低，屬于易浸型礦石，適益采空區筑堆浸出采鈾新工藝。

3) 利用空場法回采后留下的采空區作為浸出空間，將破碎后的礦石回填進采空區內進行布液淋浸，浸后礦渣就地處置，有利于采空區的整體穩定性，同時大大減少了放射性固體廢物排放量，減少尾渣庫存量，有利于環境保護和環境治理，綜合社會效益明顯。