酸法和碱法地浸采铀技术现状

酸法和碱法地浸采铀技术现状

核工业北京化工冶金研究院

溶浸采矿研究所

2002.11

报告编写人：

王海峰 胡柏石 姚益轩 霍建党

目 录

1 概述 ................................................................. 1 2 地浸采铀技术的发展与应用 ............................................. 2

2.1 酸法地浸采铀技术的起源 .......................................... 2 2.2 碱法地浸采铀技术的起源 .......................................... 2 2.3 酸法地浸与碱法地浸的对比 ........................................ 2 2.4 酸法地浸采铀技术的应用 .......................................... 3 2.5 碱法地浸采铀技术的应用 .......................................... 3 3 地浸采铀技术上的突破 ................................................. 4 4 国外地浸采铀技术水平 ................................................. 4

4.1 美国地浸采铀技术水平 ............................................ 4 4.2 独联体国家地浸采铀技术水平 ...................................... 5 5 我国地浸采铀技术的起源与发展 ......................................... 5

5.1 我国地浸采铀技术的起源 .......................................... 5 5.2 我国酸法地浸矿山生产 ............................................ 6 5.3 我国碱法地浸技术的研究与开发 .................................... 8 5.4 我国地浸采铀技术水平 ............................................ 9 6 我国地浸采铀技术的应用 .............................................. 10

6.1 硝酸盐淋洗 ..................................................... 10 6.2 溶浸范围控制与井场自动监控 ..................................... 10 6.3 钻孔施工与成井工艺 ............................................. 11 6.4 潜水泵提升 ..................................................... 11 6.5 地浸铀矿床评价 ................................................. 12 7 地浸矿山经济效益分析 ................................................ 12

7.1新疆737地浸矿山经济效益分析 ................................... 12 7.2 新疆511地浸工程经济效益分析 ................................... 13 7.3 地浸铀矿山生产成本分析 ......................................... 13 8 酸法与碱法地浸科研投入 .............................................. 13

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8.1 “九五”科研投入 ............................................... 13 8.2 “十五”科研投入 ............................................... 14 9 存在问题 ............................................................ 15

9.1 实验室及试验设备 ............................................... 15 9.2 技术人员专业配备 ............................................... 16 9.3 试验基地 ....................................................... 16 9.4 可地浸砂岩铀矿床 ............................................... 17 9.5 国际交流 ....................................................... 17 9.6 新技术的引进 ................................................... 17 10 “十五”及“十一五”科研规划 ....................................... 18

10.1 概述 .......................................................... 18 10.2 酸法浸出技术研究与开发 ........................................ 18 10.3 碱法浸出技术研究与开发 ........................................ 20

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1 概述

原地浸出采铀(地浸采铀)作为一种采矿方法的分支，从研究、开发、应用至今已有几十年的历史。在这几十年中，各国专家、学者、工程技术人员不遗余力、执着追求，使地浸采铀技术不断发展完善，也正是他们对新技术的这种锲而不舍的精神，让地浸采铀技术得以生存、发展。目前，美国、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦、俄罗斯、乌克兰、捷克、巴基斯坦、保加利亚、澳大利亚都在应用或曾应用过地浸技术开采铀矿床，并相继获得成功。特别是20世纪80年代以来，受一直低迷的国际市场铀价格的影响，这一低成本的采铀方法更加受到各国经营者的青睐。近些年来，土耳其、德国、埃及、蒙古等国也都不同程度地开展地浸采铀的研究与试验。从目前国际市场铀价格的形势来分析，地浸采铀现阶段仍将是铀矿床开采的主导方法之一。

地浸产铀量近些年已占世界铀总产量13～15%，下表给出了当今世界主要应用地浸开采铀国家的生产现状。从表中看出，前苏联是地浸采铀大国，其次为美国。

世界主要地浸采铀国生产状况

国 家 矿 山 公 司 Malapai Rescourse Malapai Rescourse Power Resources， Inc. Ferret Exploration of Nebraska Rio Algom Mining Corp Uranium Resources， Inc. 新疆矿冶局 DIAMO PAEC 哈萨克斯坦 产量(t/a.U) 295 477 450 385 45 524 2176 300 50 400 400 500 800 380 760 830 4070 终止 试采 试采 条件试验 Christensen/Irigaray Irigaray EL Mequite/Holiday 美 Highland Crow Butte Smith Ranch 国 Kingsville/Rosita 中国 新疆737矿 捷克 Straz 巴基斯坦 Qubul Khel Смиза Чиль 前 Таукт Сатпунаы 苏 Учкудук Нарабад 联 Эафарбад 保加利亚 17个矿山 Beverley 澳大利亚 Honeymoon Manyingee 乌兹别克斯坦 Heathgate Southern Cross Resource Pty Ltd Cogema

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2 地浸采铀技术的发展与应用

2.1 酸法地浸采铀技术的起源

1962年，在乌克兰的Devladovo矿床和乌兹别克斯坦Uchkuduk矿床开展地浸采铀试验。Devladovo矿床在试验成功的基础上于1975年投入工业生产；Uchkuduk矿床地浸试验获得成功，并于1972年投产。 2.2 碱法地浸采铀技术的起源

1957年美国学者提出地浸法开采铀矿床的想法，但是较为系统地开展地浸采铀试验研究始于20世纪60年代初。1961年，美国犹他州建筑和采矿公司首先在怀俄明州Shirly Basin的一个铀矿床采用酸法进行了半工业试验，并于1963年至1968年间组织了小规模的生产，最高月产量为3.63t U3O8。1963年至1970年采用地浸法共回收675t U3O8，从而拉开了地浸采铀工业生产的序幕。

虽然美国最初使用酸法进行地浸采铀试验，但掌握了地浸技术后，美国所有工业生产的矿山都采用碱法。 2.3 酸法地浸与碱法地浸的对比 2.3.1 酸法地浸特点

地浸采铀按所使用的溶浸剂类型的不同可分为酸法地浸和碱法地浸。碱法地浸采铀是采用碳酸盐或碳酸氢盐等作为溶浸剂的地浸采铀工艺。

酸法地浸采铀是用硫酸配制浸出剂，由于酸法地浸中浸出剂与矿石的化学反应强烈，因而铀的浸出速度快，浸出液铀浓度高，块段浸出周期短，但是由于酸法地浸时，试剂消耗和浸出液杂质含量较高，浸出液处理流程较碱法要复杂一些，介质的pH值为1～2，设备材料必须耐腐蚀，因此设备投资相对较大，操作成本也要高一些；同时由于硫酸与矿石反应强烈，溶液的TDS值较高，浸出结束后地下水治理难度相对较大。

2.3.2 碱法地浸特点

与酸法地浸相比，碱法地浸具有选择性强、浸出液杂质含量低、试剂消耗少、载铀树脂容量高、对仪器设备及材料的腐蚀性小、操作安全、流程简单，因此碱法地浸设备投资相对要少，运行成本低；浸出液中杂质(特别是重金属离子)含量低、地下

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水污染小，浸出结束后地下水治理相对容易等优点。 2.4 酸法地浸采铀技术的应用

前苏联的一些加盟共和国，特别是哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦，由于其具有极为丰富的适于地浸的疏松砂岩型铀矿资源，且具备良好的地质、水文地质条件，地浸采铀规模和技术得到了迅速发展，已成为全球主要地浸采铀国。从1972年开始，前苏联曾先后建设了10个地浸铀矿山，分布在哈萨克斯坦的有4个，乌兹别克斯坦的有3个，在乌克兰和俄罗斯的共有3个。目前运行的仅有7个地浸矿山，主要集中在中亚地区。哈萨克斯坦1993年地浸法产铀1500t，占总产量的54%，乌兹别克斯坦1993年用地浸法生产铀1950t，占总产量的75%。

原捷克斯洛伐克地浸采铀始于1965年，国家企业公司DIAMO在Straz矿床进行现场条件试验，并获得成功，1967年正式开始工业地浸采铀生产，矿山生产能力为每年800t铀。

1967年，在保加利亚东南的Drlov Dol矿床是第一个应用地浸技术开采的铀矿床。此后，在保加利亚有17个矿床用地浸方法开采，2个在常规开采之后用地浸法继续开采。1990年保加利亚地浸生产的铀占该国铀总产量的70%。

2000年，澳大利亚在Beverly矿床建成酸法地浸矿山，投入生产。另外，南部的Honeymoon矿床的生产准备也在紧张准备中。 2.5 碱法地浸采铀技术的应用

美国的地浸采铀1981年产量达到最高峰，2020t U3O8，此时共有14个地浸矿山在运作。1991年到1995年地浸产量虽不高，但地浸产量与总产量的比例却较高，这说明在天然铀价格很低的条件下，地浸矿山仍然有较强的生命力。

70年代后期，地浸采铀在美国的得克萨斯州、怀俄明州、科罗拉多州、新墨西哥州、内布拉斯加州等地迅速发展。进入90年代以后，由于常规采铀矿山的不断关停，地浸法已成为铀生产的重要方法。至1992年，美国已关闭所有的常规采铀矿山，地浸法生产的铀占总产量的比例继续增加。目前地浸采铀正以其低成本的经济优势在美国采铀工业中居支配地位，地浸法生产的铀产量将会占据更大的比例。

美国最早的碱法地浸采铀是使用碳酸铵和碳酸氢铵作为溶浸剂、过氧化氢作为氧化剂的浸出工艺，由于铵盐对地下水造成的污染难以进行治理，因而在地浸采铀实践

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中禁止使用铵盐作为溶浸剂，取而代之是碳酸钠和碳酸氢钠以及二氧化碳气体。同时为了降低生产成本，采用廉价易得的氧气代替H202作为氧化剂。回收工艺采用强碱性离子交换树脂吸附，淋洗剂用氯化钠加碳酸钠，合格液用酸中和后沉淀。含氯污水经反渗透浓缩后注入地下1000～2000米的含卤水层中。

巴基斯坦1988年产生用地浸法开采Isa Khel铀矿床的想法，1989年开展了矿石的酸法和碱法实验室试验，1990年开展现场条件试验，1992年该矿生产U3O8约10t，1993年设计能力36t/a U3O8。2000年，巴基斯坦又在Nagar Nai铀矿床实现了地浸开采。

3 地浸采铀技术上的突破

随着地浸采铀技术的不断成熟，其应用条件不断拓宽，初始认为不适宜地浸开采的矿床，今天也成功地进行了尝试。在开采深度上，哈萨克斯坦第六采矿公司在平均埋深550m的铀矿床使用地浸法开采，目前生产能力为300t/a，矿石平均品位0.06%，平米铀量5kg/m2，矿层平均厚度6m，采用空气提升；在人工建造隔水带上，捷克Stráˇz矿床开辟了成功的先河；在地下水含盐量上，澳大利亚Beverly和Honeymoon矿山成功地在地下水矿化度高达12g/L和20g/L的条件下开采；在增大矿层渗透系数和堵塞过渗透的非矿层上，使用的水力压裂和裂隙充填方法也有大的突破；在浸出剂使用上，提出了中性浸出，并积累了生产经验；在成井工艺上，逆向注浆、套管切割、过滤器更换等新技术的应用保证了井的质量与寿命；在氧化剂使用上，展开了微生物氧化剂的研究与试验。这些无疑为地浸采铀注入了活力。

地浸方法不但在采铀上大有作为，而且也在其它金属矿床开采上一展身手。美国矿务局在亚利桑那州开展了地浸采铜的探索与现场试验；澳大利亚对金矿床地浸开采做了大量工作。另外，美国、法国还对花岗岩地浸进行尝试，试图突破地浸采铀仅能用于砂岩型矿床的限制。

4 国外地浸采铀技术水平

4.1 美国地浸采铀技术水平

原地浸出采铀技术研究始于六十年代初，美国和独联体国家拥有大量的砂岩型铀矿资源，这在客观上促成了他们对这些资源的开发研究和大规模工业生产。地浸采

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铀技术发展至今，虽然只有三十多年的历史，但在国外已成为成熟的新型采冶工艺，其研究和工业生产美国和独联体走在前列。

美国是最早开展碱法地浸研究的国家，其研究和开发应用走在世界最前列，代表着当今世界碱法地浸采铀的最高水平。在美国，进入九十年代后，常规矿山相继关停，地浸法已成为铀生产的重要方法。美国在多年地浸采铀试验和矿山生产过程已形成了一整套完善的地浸采铀钻孔施工安装工程技术，包括钻孔逆向灌浆成井技术、井下水泥柱切割(下向扩孔)技术、井下过滤器更换技术、浸出剂的选择与使用技术、地下流体的监测与控制技术、地下水污染治理技术、地浸矿山优化设计技术等。专用钻探设备、综合物探测井设备的应用及相关钻进技术的研究提高了地浸钻孔施工效率，保证了钻孔工程质量。美国地浸铀矿山井场设计已实现了计算机化和最优化，可以根据矿体形态、埋深、矿体品位厚度、矿石渗透性等合理选择井型和布置抽注液钻孔，保证了浸出剂的有效循环，提高浸出率和降低原材料消耗。自动化仪器仪表的研究和应用大大地提高了地浸作业自动控制水平和劳动生产率，降低了工人的劳动强度和产品成本。据报道，美国Smith Ranch地浸矿山，生产规模约为900t U3O8/a，生产和管理人员65～75人，人均劳动生产率达到12t U3O8/人·年至14t U3O8/人·年。 4.2 独联体国家地浸采铀技术水平

哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦，由于其具有极为丰富的适于地浸的疏松砂岩型铀矿资源，且具备良好的开采条件，已成为全球主要地浸采铀国，目前哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦天然铀产品均是采用地浸法生产的。大规模工业生产也促进了地浸专用设备、仪表、材料的研制开发和井场技术的完善与提高。独联体研制开发了地浸铀矿山快速高效的专用钻探设备及钻进技术、综合物探测井设备与技术。

5 我国地浸采铀技术的起源与发展

5.1 我国地浸采铀技术的起源

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。并于1978年在黑龙江501矿床进行了地浸采铀试验，由于经济效益不明显，试验中止。而后，又于1982年至1984年在云南381矿床继续进行地浸采铀中间性试验，获得了令人满意的结果，标志着我

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国已初步掌握了地浸采铀技术，

1991年在云南381矿床建成了我国第一座小规模地浸采铀试验矿山。在云南地浸采铀试验成功后，于1985年开始伊犁盆地疏松砂岩铀矿的地浸开采研究，1986年完成了矿石室内浸出实验；1987年至1990年开展了512矿床地浸采铀现场条件试验；1991年至1994年完成了512矿床地浸采铀半工业性试验；同时，针对地浸液铀浓度低、回收处理量大的特点，开展了地浸液处理回收工艺和设备的研究，先后完成了实验室试验、扩大试验及半工业试验；1993年512矿床地浸采铀工业性试验开始立项；1995年正式开始建设。

5.2 我国酸法地浸矿山生产 5.2.1 概述

自1984年云南381矿床地浸采铀现场试验首次获得成功之后，在核工业集团(总)公司、国防科工委、国家计委、财政部和金原铀业公司领导的大力支持下，我国的地浸采铀技术和地浸采铀工程建设都取得了飞速的发展。目前，我国已建成并正在运行中的酸法地浸采铀工程3个，援建国外碱法地浸采铀工程2个。地浸采铀工程的建设和正常运行，标志着我国地浸采铀已实现从试验研究向工业生产的飞跃，地浸采铀技术已经转化为生产力，并成为我国铀矿采冶的重要方法。

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、新疆737地浸矿山和511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。目前我国地浸铀产量已占铀总产量的25%左右。 5.2.2 381酸法地浸采铀试验生产矿山

381矿床位于云南省腾冲县芒棒乡城子山，分布于龙川江盆地中段西部边缘，属潜水氧化带疏松砂岩铀矿床，控制范围长7km，宽1.5km，由38-1、50、292、232矿段组成，原常规开采和地浸试验生产矿段为38-1矿段，控制长1.84km，宽1.2km。

1978年12月，中南209地质队按“3.5”指标提交38-1矿段总储量1134.99t，其中C+D级工业储量999.53t，一级表外储量135.46t。

381矿床是我国地浸采铀技术的发源地。1982年至1984年，在露天采场的残留矿体上开展了酸法原地浸出采铀现场试验，取得了重大突破，标志着我国已经初步掌

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握了原地浸出采铀技术，基本具备了推广和工业应用的条件。

1986～1990年开展了扩大试验，1991年建成了我国第一座年产3～5吨金属铀的小规模地浸采铀试验生产矿山和地浸采铀科研试验基地。

2001年，利用国家资源补偿费扩大规模取得了突破性的进展，现场施工钻孔单孔抽液量达到3～4m3/h，浸出液铀的峰值浓度超过300mg/L，年生产规模近10吨。 5.2.3 737酸法地浸采铀生产矿山

512矿床行政区划属新疆伊犁哈萨克自治州察布查尔县琼博拉乡。属层间氧化带疏松砂岩铀矿床，矿床勘探区范围东西长5.3km，南北宽2km，控制面积10.6km2。

512矿床已探明并经储委审查批准的B+C+D级地质储量合计9441.75t，其中第V旋回13～70号勘探线B+C+D级地质储量6128.2t；第Ⅰ、Ⅱ旋回C+D级地质储量3313.5t。储量计算边界品位0.01%，最低平米铀量1.0kg/m2。

1985年，在云南地浸采铀试验成功的基础上，开展了512矿床地浸采铀室内试验研究，1986～1990年完成现场条件试验，试验表明512矿床适于地浸开采。1991～1993年进行了10吨规模地浸采铀半工业性试验；1995年开始50吨规模地浸采铀国家重点工业性试验工程建设，1996年建成并投入运行，1998年工程顺利通过国家验收，主要工业技术指标接近国际先进水平；1999年年产100吨“111”产品金属铀的737地浸采铀工程开始建设，2000年10月建成并投产，扩建后矿山年生产规模近200吨。自1996年6月投产至今，累计生产“111”产品1000多吨金属铀，地浸生产取得了良好的经济效益和社会效益。地浸采铀技术在我国已开始转化为生产力；新疆地浸技术工业性应用的成功，标志着我国地浸采铀已实现从试验研究向工业生产的飞跃。地浸采铀成为我国铀矿采冶的重要方法。

737地浸采铀工程已建成我国第一座具有一定生产规模的现代化地浸铀生产矿山。目前开采范围为第V旋回13～12号勘探线之间的矿体，已建成11个采区，其中7个生产采区，1个采区进入退役治理，2个备用采区，1个采区正在开拓中。到2001年底，地浸生产共消耗地质储量2715.56t，矿床保有地质储量6726.14t。 5.2.4 511酸法地浸采铀工程

511矿床位于新疆伊犁哈萨克自治州察布查尔县扎基斯坦乡。由原二机部519大队于20世纪50年代末期发现，当时以含铀煤为主要勘探对象，虽控制了部分砂岩型铀矿储量，但未提交报告。

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1995年至1997年，新疆矿冶局委托哈萨克斯坦“沃尔科夫”地质公司对该矿床0号线和16～60号线第Ⅴ旋回进行了补充勘探，提交C级储量1383t，其中0号线205t，16号线233t，32～60号线945t。

自1996年开始，核工业216大队在该矿床15～70号勘探线间进行了铀矿普查工作，其中16～70号线为重点普查地段。截止到2000年底，已提交第Ⅴ旋回D+E级砂岩型铀矿普查储量3030.71t(包括新疆矿冶局16～60号线勘探范围，但不包括0号线)。

从1995开始，共完成三批室内矿石浸出试验。其中0号线和32～56号线柱浸试验为酸法，而16号线柱浸试验为碱法浸出。0号线矿样酸法搅拌浸出率可达91%，碱法可达73%。柱浸试验以15g/L H2SO4溶浸剂得到的浸出率最高，达90%以上；32～56号线矿样搅拌浸出浸出率可达99.6%，柱浸试验以5g/L H2SO4作为溶浸剂得到的浸出率最高，达93.6%；16号线矿石样品用碱法浸出，搅拌浸出率可达93.2%，柱浸试验浸出率可达85.9%。从这三批室内试验的结果可以得出这样的结论，511矿床三个块段矿石可浸性好，无论是酸法还是碱法均可获得较高的浸出率，适宜地浸开采。

现场条件试验共进行了两次，1995年在0号线的现场试验和2001年在48号线的现场试验。0号线的条件试验共施工钻孔8个，溶浸剂为15～20g/L H2SO4，浸出液铀浓度达80mg/L以上，试验取得了满意的结果。

2001年在16号线展开的现场试验采用行列式井型，共施工5个钻孔，测得16号勘探线平均渗透系数为0.669m/d。从2001年7月16日开始注酸，9月14日铀浓度达30mg/L，液固比0.077；10月6日，浸出液铀浓度达117.6mg/L，液固比0.098。试验取得了较好的结果，证明511矿床16号线地浸开采是完全可行的。

2002年4月开始年产30吨规模地浸采铀工程的建设，11月底投产，共施工钻孔30个，9月份开始酸化，浸出液峰值铀浓度达100mg/L以上。

开发511矿床的目的之一是满足国内对天然铀的需求。尽早利用已勘探资源，尽快使勘探投入转变为效益，保证地浸勘探、开采的良性循环；探讨地下水水位埋深超过150m时用地浸法开采的可行性；寻找矿体开采中的环境保护、防止地下水污染的方法。511矿床生产规模为30t/a，水冶厂能力为30t/a，最终产品为“111”产品。 5.3 我国碱法地浸技术的研究与开发

尽管我国酸法地浸已实现工业性生产，但是，我国碱法地浸的研究比美国相对

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落后，特别是到目前为止，我国还没有碱法地浸生产矿山。但在上世纪90年代初，我国帮助巴基斯坦建成了一座建法地浸矿山，并且，现在已发展成两座。我们在帮助巴基斯坦开展铀资源评价和地浸采铀试验的技术服务中获得了一些碱法地浸室内实验和现场试验的经验，并对碱法地浸采铀的技术关键取得了一定的成果，这将有助于我们深入开展碱法地浸采铀工艺关键技术的研究。

近几年开展了一些碱法地浸采铀的实验室研究工作，“九五”以来，我们根据原中核总的安排，对碱法地浸工艺实验室探索研究。先后开展了《511矿床碱法地浸试验》、《二氧化碳作为铀矿地浸浸出剂试验研究》等课题研究，并派技术人员赴美国培训学习。通过研究与学习，对碱法地浸的实验室试验方法、溶浸剂配方、浸出液处理、防结垢技术等有了初步的认识，积累了一些碱法地浸的试验研究经验，并获得了矿石铀浸出率为70%～85%的室内实验结果，进一步提高了我国开展铀资源评价与碱法地浸采冶技术的能力。

但是，我们缺乏碱法地浸矿山生产经验，有些技术尚未系统研究尚未系统开展碱法地浸试验研究，特别是井场布置形式、浸出剂的配制与使用方法(CO2+O2)、氧气的使用、浸出液处理与工艺设备研制、碱浸对环境的影响与治理方法等关键技术有待突破。

5.4 我国地浸采铀技术水平

通过30多年的研究和试验，特别是“九五”计划的实施，我们已初步掌握了酸法地浸采铀主工艺，建成了一定规模的地浸铀矿山，实现了工业性生产。初步形成了一套以地浸铀资源评价、钻孔结构与施工工艺、井型与井距的确定、抽注系统的优化、浸出剂迁移监控和井场自动化控制、浸出液处理工艺技术等为主体的地浸采铀技术体系。新疆512矿床50t规模地浸采铀工业试验顺利通过国家验收，主要工业技术指标接近国际先进水平，实现了地浸采铀技术从试验研究向工业生产的飞跃。

地浸采铀成为我国铀矿采冶的重要方法，地浸铀产量已占铀总产量的25％左右。但是，无论从地浸技术本身研究的深度和广度，还是从现有矿山生产规模，劳动生产率、自动化程度，与国外先进国家相比，都存在一定的差距，矿山劳动生产率仅为1t U3O8/人·年。地浸采铀钻孔结构和施工技术有待改进和提高，低渗透性砂岩铀矿床强化地浸开采技术、井场浸出优化等有待研究；铀的回收工艺、设备、材料尚需完善、改进和研制；碱法地浸工艺需走向生产；地下水治理研究也处于刚刚起步阶段。

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6 我国地浸采铀技术的应用

6.1 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。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，

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。

6.2 溶浸范围控制与井场自动监控 6.2.1 溶浸范围控制

溶浸范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。我国于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。 6.2.2 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。

我国于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。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

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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。 6.3 钻孔施工与成井工艺 6.3.1 托盘止水结构

托盘结构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。

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。这种止水方式已大量在我国地浸采铀现场试验和生产中得以应用，取得了良好的效果，特别是在737矿更为突出。 6.3.2 叠圈式过滤器

这种过滤器是在圆孔式过滤器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。叠圈径间厚5mm左右，断面为梯形，外厚内薄，叠圈之间以栓柱固接，栓柱个数一般为5～8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0.5～3mm，开孔率10%左右。

叠圈式过滤器早在国外就有应用，我国于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。

这种过滤器的开发，更新了我国长期地浸采铀试验与生产中使用的圆孔式过滤器，得到普遍认同。同时，在辽河油田的地浸采铀试验与生产中也得到使用。 6.4 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

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续使用。在这种情况下，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1年以上，效果良好。 6.5 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，我们先后研制了“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，评价铀矿床的地浸可行性。研制中利用了我们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，我们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。

7 地浸矿山经济效益分析

7.1新疆737地浸矿山经济效益分析

新疆737地浸矿山1995年生产40t铀金属，1996年生产80t铀金属，1997年生产180t铀金属，以后保持每年生产160t铀金属，至今已累计生产铀金属1000t左右。地浸生产最大的优点之一是生产成本低，约是常规矿山的2/3。因此，这些年来，737地浸矿山累计创利润约8000万元。除可观的经济效益外，737矿的生产还具有以下意义：

(1) 回收了常规采矿无法利用的资源； (2) 满足我国核电燃料的需求；

(3) 解决了200多名职工的就业问题，有利于社会稳定； (4) 激励地勘部门的找矿热情； (5) 为开采类似矿床探出了新路。

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7.2 新疆511地浸工程经济效益分析

16号线的工业性试验是开发511矿床的前奏，这次试验成功后，可解决埋深大的矿体地浸开采技术难题，将成果迅速扩大应用于其它两个矿体。搞好这次试验可为尽快利用已勘探好的资源打下基础，促进砂岩型铀矿床勘探工作。本次试验4.86年内可生产“111”金属145.67t，项目总投资1299.42万元，吨金属投资40.65万元，低于平均水平。经测算，在试验期内产品成本为19.41万元/吨金属。 7.3 地浸铀矿山生产成本分析

依据新疆737和511地浸矿山分析，地浸矿山生产成本一般在20万元/吨金属以下，生产高峰期成本本可降至15万元/吨金属，与常规矿山相比有极强的竞争力。按目前我国铀产品收购价，地浸铀矿山的利润可见一斑。而且，我国地浸矿山的生产成本如按市场经济运作，完全可进一步降低，如可在不影响生产的情况下减少人员。因此，我国地浸矿山的生产成本，从某种程度上看有它虚假的一面，在对地浸矿山进行技术经济论证或矿床地浸评价时，尤其与国外同类矿山对比时，必须注意这一点，防止被假象所误导。

8 酸法与碱法地浸科研投入

8.1 “九五”科研投入

自1996年至2000年间，核工业第六研究所溶浸技术研究室共完成主要科研课题31项其中包含标准化课题4项，核科学基金项目2项，国际原子能机构资助项目1项，总研究经费639万元，年平均经费153.75万元，课题平均经费21.9万元，单项课题最高经费48万元，有的课题仅8万元，人年平均经费4.9万元。

溶浸技术研究室”九五”科研课题概览

序号 1 2 3 4 5 研究经费 (万元) 课 题 名 称 381矿床地浸中细菌代替双氧水的试验研究 新疆512矿床沟底块段地浸地下水污染研究 新疆512矿床11号井场地浸工艺参数补充研究 地浸铀矿资源经济评价研究 地浸工艺信息系统 研究起止时间 1995～1996 1995～1997 1996～1996 1996～1997 1996～1997 1996年 20.0 10.0 18.0 7.0 14.0 1997年 10.0 8.0 1998年 1999年 2000年

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溶浸技术研究室”九五”科研课题概览(续)

序号 6 7 8 9 10 研究经费 (万元) 课 题 名 称 地浸采铀工艺室内规范试验方法研究 地浸中铀的迁移规律研究 硝酸盐作为地浸采铀氧化剂的应用研究 新疆511矿床碱法浸出试验研究 铀矿石中微量钪、硒、铼的联合测定方法研究 研究起止时间 1996～1997 1996～1997 1996～1996 1996～1997 1996～1997 1996～1998 1996～1998 1996～1997 1996～1998 1997～1998 1997～1998 1997～1998 1997～1997 1997～1998 1998～1999 1998～1999 1998～1999 1998～1999 1998～2000 1998～1999 1999～2002 1998～1998 1994～1996 1998～1999 1996年 6.0 48.0 10.0 15.0 15.0 1.2 1.6 10.0 2万美元 1997年 8.0 15.0 15.0 15.0 12.0 25.0 40.0 10.0 10.0 1998年 30.0 20.0 25.0 15.0 20.0 30.0 10.0 20.0 6 6 182.0 1999年 25.0 40.0 20.0 35 6 6 132.0 2000年 11 铀矿地浸环境影响报告的标准格式与内容 12 铀矿石中铼的测定 13 铀矿床地浸钻孔物探综合测井应用技术研究 地浸地下水污染范围和水体量确定方法研究 14 可溶浸含铀砂岩标准物质研究 15 16 碱法地浸技术及设备研究 17 地浸钻孔局部扩径技术与成井方法研究 18 地浸采铀中溶液提升方式优化研究 19 新疆地浸矿山细菌作氧化剂可行性研究 20 硝酸盐作氧化剂对环境的影响及治理方法研究 21 地浸采铀钻孔井型与井距的研究 22 二氧化碳作为铀矿地浸浸出剂试验研究 23 512矿床1采区地下水治理方法研究 24 新疆511矿床地浸采铀条件试验研究 25 弱渗透性砂岩铀矿床水力压裂强化地浸工艺试验研究 #26 七一九矿堆浸细菌作氧化剂工艺研究 27 地浸钻孔新型成井方法及其工艺试验研究 28 铀矿石中钼的测定 29 铀矿山经济评价专家系统 30 珠型微生物氧化剂的制备及其在地浸中的应用研究 合 计 31 原地浸出采铀地球化学动力学模型研究 195.8 168.0 8.2 “十五”科研投入

“十五”期间主要科研任务为核能开发两大项目，大型地浸砂岩铀资源调查与采冶技术研究和碱法地浸采铀工艺关键技术研究。其中大型地浸砂岩铀资源调查与采冶技术研究包括四个子项：

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(1) 地浸矿山井场生产自动监控系统研究； (2) 地浸钻孔新型成井工艺及其配套技术研究； (3) 地浸采铀浸出液铀浓度预测研究；

(4) 矿石浸出地球化学和地下水动力学环境优化。 碱法地浸采铀工艺关键技术研究包括四个子项： (1) 碱法地浸溶浸液配方和使用方法研究； (2) 碱法地浸钻孔结构与施工工艺研究； (3) 碱法地浸合理井型与井距研究； (4) 碱法地浸采铀现场条件试验研究。

核能开发项目总经费1000万元，其中大型地浸砂岩铀资源调查与采冶技术研究400万元；碱法地浸采铀工艺关键技术研究600万元。

溶浸技术研究室“十五”科研课题概览

序号 1 课 题 名 称 研究起止时间 2000～2002 2000～2003 研究经费 (万元) 2001年 2002年 2003年 200 200 400 200 200 400 200 200 大型地浸砂岩铀资源调查与采冶技术研究 (1)地浸矿山井场生产自动监控系统研 究 (2)地浸钻孔新型成井工艺及其配套技 术研究 (3)地浸采铀浸出液铀浓度预测研究 (4)矿石浸出地球化学和地下水动力学 环境优化 2 碱法地浸采铀工艺关键技术研究 (1)碱法地浸溶浸液配方和使用方法研 究 (2)碱法地浸钻孔结构与施工工艺研究

(3)碱法地浸合理井型与井距研究 (4)碱法地浸采铀现场条件试验研究 合 计 9 存在问题

9.1 实验室及试验设备

根据多年的科研实践，我们深感有些科研项目的研究受到实验室装备和试验设备的制约。溶浸采矿技术重点实验室于1995年开展基本建设，建设时由于资金缺乏，

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一些必要的研究装置及试验设备未能装备。重点实验室建成后，研究经费仅能维持实验室日常运转，缺乏购置设备或扩建实验室的资金。因此，实验室建成5年来，仪器设备未得到更新，无法适应科学技术的发展与进步。

地浸采铀过程中，注入矿层的化学试剂与矿物和非矿物发生反应，反应的生成物及影响范围，地下水在抽注条件下动力学形态等多年来仅依靠推断，无法确切掌握。对于此类问题的研究，一方面应建立岩矿实验室，从矿物与非矿物的微观研究入手，找到其与浸出剂的反应机理，从理论和实践上予以解决。但是，目前我们尚无岩矿实验室，而且模拟地下水流动状态的地下浸出动力学装置也未完善，研究手段不健全。 9.2 技术人员专业配备

地浸采铀涉及到采矿、地质、水文地质、化工、钻探、岩矿等多专业，不但是采矿的分支，而且也是一门多专业综合性学科。在研究过程中，每个课题都有多专业参加，但由于我们专业配备缺欠，没有从事岩矿专业的人员，而且钻探专业也仅1人，专业配备不全和人员缺乏都给科研带来了不利影响。

地浸采铀是通过钻孔与矿层联系，矿山生产任务的完成也完全依赖钻孔工作性能，因此钻孔施工及成井工艺在地浸采铀中尤为重要。钻探专业人员正是研究钻孔设计、钻孔施工、成井工艺方面的技术人员，对地浸采铀来说，钻探专业应是主体专业之一。在钻孔工艺上虽然有一些想法，但是由于我们人员不足，力不从心。

多年来，我们一直未开展岩矿研究，一些课题涉及到岩矿方面的试验不得不送到外单位，对于矿物及非矿物的微观世界，地下化学反应的动态无法揭露。在新疆738工程酸法地浸试验中，为了确切掌握浸出剂与矿物及非矿物的反应状态，找到铀矿物是否被包裹的根据，曾建议在浸出区打孔取样。但由于我们一不具备岩矿分析实验室，二缺乏专业人员，该项研究无法进行，最终也无法对地下浸出状态给出令人信服的数据，对问题迷茫。 9.3 试验基地

多年来的科研实践我们体会到，一些课题由于在矿山现场开展，在研究过程中有些想法和规划或多或少受到矿山生产的制约，无法完全按照开题计划完成。解决这一矛盾的唯一途径是建设试验基地，这样一些想法及新技术的开发可先在试验基地开展，既能严格遵循课题研究者的意愿，又不影响矿山生产，新技术开发后再到矿山应

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用。这一模式对于应用研究院所来说，无疑是可行的。 9.4 可地浸砂岩铀矿床

地浸采铀技术的研究最终要落实到可地浸砂岩铀矿床上。近些年来，我国地勘部门已将勘探重点放在寻找可地浸砂岩铀矿床，但是一直未找到大型理想的可地浸砂岩铀矿床。由于可地浸砂岩铀矿床的缺乏，从另一方面，阻碍了地浸采铀技术的研究、开发和应用。特别是对于碱法浸出来说，我们已基本掌握碱法浸出的实验室试验技术和现场试验技术，但是，因找不到理想的试验点，至今未在我国建成碱法地浸矿山。 9.5 国际交流

地浸采铀技术酸法以独联体国家为代表，近些年，我们多次派人前往独联体国家学习参观，同时也多次邀请专家来我国讲学或指导工作。这些都为提高我国酸法地浸采铀技术起到了促进作用，特别使我们还从这些国家购进了地浸生产所需的设备及材料，学到了我们原来不掌握的技术。

对于碱法浸出，世界上以美国为代表，可近些年我们与美国的交流不多。在新疆738工程碱法试验中，由于缺乏碱法试验的经验，只能在不断地探索中前进。今年9月份国际原子能机构在北京召开的地浸采铀学术交流会使我们感到，要开展碱法浸出和美国进行学术交流也许是捷径之一。但在近些年，我们只是从资料上了解美国碱法地浸的进展，既未引进专家，也未派人学习或参观，无法亲身体会美国碱法地浸技术实践的经验。 9.6 新技术的引进

在地浸采铀领域，有些技术依赖于设备的先进性，特别是钻孔设备表现得特别突出。美国地浸矿山成熟的套管切割技术和逆向注浆技术完全取决于施工设备，但由于我国地浸数量少，立足于国内开发，市场不广阔；从国外引进先进设备，企业受到资金的制约，这些原因阻碍了新技术的开发与应用。

另外，我国工业基础也是地浸采铀技术开发的根基，在某些地区，由于工业基础薄弱，使新技术的应用受到限制。在新疆738工程现场碱法试验中，课题人员多次探讨使用氧气做氧化剂可行性，但由于当地无法找到大型液态氧气罐，因此，氧气做氧化剂的试验至今未能开展。

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10 “十五”及“十一五”科研规划

10.1 概述

经几十年的努力和辛勤劳动，我国无论在酸法地浸还是碱法地浸上都取得了令人瞩目的成绩。研究和试验造就了一批具有理论基础和实践经验的科研队伍，他们不但能将我国地浸采铀技术逐步进入世界先进水平行列，而且也具有设计酸法和碱法地浸矿山的能力。

全面分析我国地浸采铀现状，我们认为，在酸法地浸上，应进一步学习国外先进国家的技术与经验，开发适应我国铀矿床特点的技术，提高我国地浸技术水平。目前，切实可行，能解决我国实际问题的技术有：逆向注浆技术、过滤器更换技术、套管切割技术和空气作氧化剂技术；需我国自行研究开发的技术有地下水治理技术和翼部矿体开采技术。

在碱法地浸上，应尽快找到适合碱法浸出的矿床，开展室内试验和现场试验，结合试验或生产开发二氧化碳加氧气浸出剂的使用、氧气作氧化剂的使用和地下水治理技术，同时开展中性浸出的研究与应用。 10.2 酸法浸出技术研究与开发 10.2.1 地下水污染治理试验

地浸生产过程中由于向含矿含水层中注入了大量硫酸，矿层中铀被浸出的同时，其它元素也相继被溶解出来，致使地下含矿含水层中形成了酸、放射核素以及其它重金属的严重污染。

目前，云南、新疆地浸矿山的一些矿块、采区已经进入闭井地下水治理阶段，如不及时进行地下水的治理，采区的地下水污染水体，在天然流场的驱使下，不断地想四周扩散运移、污染范围逐渐扩张，威胁着下游地下水资源。因此，对酸法地浸矿山地下水进行治理，保护周围的地下水资源是一项亟待解决的课题。

国内的研究院、所和生产单位对云南的381和新疆512的1#采区的地下水治理工作进行了许多监测和试验研究工作。污水的净化在室内和现场进行了试验。从试验结果来看，用电渗析方法来处理污水可以达到净化的目的。但耗电量太高，若仅用电渗析方法或主要依靠电渗析方法来治理地下水，目前地浸矿山还难以承受这样的经济费用。因此，摆在我们面前的任务是寻找出技术可行、经济合理的适合我国情况的地下

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水治理方法。

酸法浸出地下水污染治理试验主要研究内容如下

(1) 酸法地浸矿山地下水污染元素的种类、强度以及存在形式； (2) 酸法地浸矿山地下水中主要污染元素的稳定与沉淀条件研究；

(3) 地下水中主要污染元素在地下水运移中的阻滞、吸附、迁移变化规律研究；

(4) 地下污水净化处理工艺的室内试验； (5) 地下水综合治理的现场试验；

(6) 制定酸法地浸矿山地下水治理的综合方案及方案的技术、经济评估。 10.2.2 逆向注浆封孔方式

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。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。 10.2.3 过滤器的更换

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2～5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这一问题最根本的方法。

我们于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。 10.2.4 套管切割

为更好地保证钻孔封孔注浆质量，国外流行钻孔施工后，在成井时整个井的深度内全段注浆，然后将矿层段用切割刀具将套管和注浆水泥一起切掉的方法。这种方法可保证注浆水泥与套管和孔壁紧密黏结，较填砾式和托盘式更可靠。这种方法需专用切割刀具，目前在我国地浸采铀领域尚未开展研究。

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10.2.5 中性浸出的研究与试验

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，浸出条件为pH=6.5～8.0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。

90年代我们开始这方面的工作，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。 10.2.6 翼部矿体开采技术研究

已探明或有远景的层间氧化带型砂岩铀矿床储量总计约25000吨，根据层间氧化带型砂岩铀矿床的成矿特点，有相当数量的矿床储量分布在矿体的翼部，如果按占40%计算，翼部矿体资源量为10000吨左右。

翼部矿体主要特点为渗透性差；主要为难溶的四价铀化合物，从而造成翼部矿体的铀难以浸出；矿体厚度较薄；平米铀量较小。由于这些特点，造成翼部矿体地浸生产中出现浸出液浓度低，浸出液流量小，回收率低，生产成本高。

512矿床翼部矿体储量占整个512矿床储量的50%以上，若翼部开采上述问题不能解决，不但企业效益将受严重影响，737矿的开采年限将缩短50%。层间氧化带砂岩型铀矿在我国分布较广，翼部矿体顺利开采的问题都将受到影响，同时也将成为我国地浸技术提高与发展的严重阻力。目前新疆512矿床保有储量的大部分位于翼部，因此如何针对翼部矿体的特点，合理开发利用翼部铀资源，成为地浸开采亟待解决的问题。

10.3 碱法浸出技术研究与开发 10.3.1 概述

目前我国已探明的及正在勘查的砂岩铀矿资源，有相当一部分分布在经济较发达，人口较稠密的地区；有的碳酸盐含量较高，只适宜于碱法地浸开采。因此，为了缩小与国外碱法地浸采铀工艺技术的差距，充分合理地利用我国可地浸砂岩铀矿资源，降低环境污染程度，减少地浸铀矿山退役治理的难度和费用，有必要开展碱法地

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浸采铀工艺技术的研究。

近年来，地勘部门加大了可地浸砂岩型铀矿资源的勘查，相继在新疆伊犁、吐哈、准葛尔、二连、海拉尔及松辽盆地等发现探明了有勘查开发前景的砂岩型铀矿化和铀矿床十余处。据有关资料，发现正在勘探的砂岩型铀矿资源中，有部分矿床分布于人口稠密、经济较发达的地区；由于酸法地浸硫酸溶液对铀的选择性差，地下水污染治理难度相对较大，采用酸法地浸技术必然受到局限，尤其是部分铀资源的碳酸盐含量高(如二连盆地的苏崩、努和廷矿床，吐哈及松辽盆地钱家店矿床)也不宜采用酸法地浸工艺开采，为填补我国碱法地浸采铀技术的空白，减少地浸采铀对环境造成的影响，经济合理地开发利用我国可地浸砂岩铀矿资源，碱法地浸采铀有着广阔的发展前景。 10.3.2 浸出剂的使用方法研究

碱法地浸和酸法地浸的根本区别是浸出剂种类不同，在碱法浸出过程中，矿石中

-的6价铀与碳酸盐或碳酸氢盐(重碳酸盐)中的CO2-从而将铀从固相转移3或HCO3络合，

到液相，生成碳酸铀酰。可作为碱性浸出剂的化学试剂主要有碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸氢钠等。为防止浸出中已溶解的铀再沉淀，碱法浸出一般是碳酸盐和碳酸氢盐配合使用。

碱法地浸常用的浸出剂有铵盐浸出剂((NH4)2CO3+NH4HCO3)、钠盐浸出剂(Na2CO3+NaHCO3)等。铵盐浸出剂对矿层渗透性无损害作用且成本低，在美国一些地浸矿山最初使用广泛。但后来由于意识到这种浸出剂产生的NH4+对地下水污染严重，而且后期治理困难。因此，美国地浸矿山逐渐不再使用铵盐浸出剂。钠盐浸出剂可有效地控制粘土膨胀且消耗少。另外，钾盐和镁盐浸出剂也作为碱性浸出剂尝试过。 我国尚无工业生产的碱法地浸矿山，缺乏如何针对不同类型矿床选择浸出剂的经验，特别是针对我国已发现铀矿床，渗透性差，钙含量高的特点如何选择浸出剂更值得研究。在对巴基斯坦Isa Khel地浸矿床试验和新疆738地浸试验中，我们曾使用过一些浸出剂，积累了一定经验，但毕竟对碱法地浸矿山生产中针对出现的问题如何调整浸出剂缺乏经验。因此，亟待从室内及现场试验中摸索，为碱法工业生产浸出剂的使用打下基础。

10.3.3 氧气的使用方法研究

氧气是普通的工业原材料，它具有较强的氧化性能，因此，一些地浸矿山特别是碱法浸出地浸矿山多用氧气作为氧化剂。氧气成本低，据资料报道，氧气作为地浸氧

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化剂的费用仅是H2O2的10%～20%左右。另外，氧气选择性好，无副作用，氧化效率高。铀矿石中的FeS2在氧气的作用下将Fe2+氧化成Fe3+，生成的Fe3+氧化矿石中的U4+，反应生成的Fe2+又被氧气氧化成Fe3+，如此不断循环使反应连续进行。

由于氧气作为氧化剂的明显优点，美国所有地浸矿山均使用氧气作为氧化剂，在美国，氧气使用有成熟的经验。

迄今为止，我国在地浸领域的氧气应用仅限于实验室试验，缺乏现场使用氧气作氧化剂的经验。要开展碱法浸出，就必须掌握使用氧气的技术。目前，在新疆738的现场试验中，我们使用铵盐浸出剂，过氧化氢氧化剂。从试验中已感受到，过氧化氢的消耗占生产成本的较大比例。为降低生产成本，使将来的生产产品在市场中有竞争力，必须考虑使用氧气作氧化剂，这是最好的途径。为此，开展氧气使用的研究应立即进行。

10.3.4 地浸钻孔技术的开发与改进

在地浸钻孔结构上虽然已经有了较大的改进，但许多先进而有用的技术难以实现，如孔底切割套管技术、孔内射孔技术、水平孔钻进技术、水力压裂技术等，这些先进的工艺和技术可以为解决渗透性弱的砂岩铀矿床或地表有障碍物(如江、河、文物等)时的地下铀矿床的开采问题。但技术的引进和吸收、设备和工具的引进或开发需要大量的研究经费、并投入较大的人力和物力才能实现。新疆512矿床56号勘探线以西的红海沟河床下蕴藏着一定量的铀金属，511矿床16号勘探线至8号勘探线也被河流所阻碍，研究水平孔钻进等技术具有十分重要的现实意义。 10.3.5 浸出液流宏观控制技术

浸出液流在空间是以三维流动形式运动的，并且这一运动过程伴随着化学反应过程。由于每一矿床的各个定位点的地质、水文地质条件不同，浸出液的运动速度和化学反应速度皆不相同，这是一个化学动力学过程，为了宏观地预测浸出液铀浓度的变化规律、基本准确地圈定地下浸出污染的面积和范围、减少或消灭井场内溶浸液的浸出死角，以此提高矿山金属回收率，必须运用数学、化学和计算设备对矿山的开采过程进行模拟和跟踪，在新开采的区段进行系统的科学调查和深入研究，从浸出的本质出发，探索在一定的工艺制度下的宏观控制模式。

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化剂的费用仅是H2O2的10%～20%左右。另外，氧气选择性好，无副作用，氧化效率高。铀矿石中的FeS2在氧气的作用下将Fe2+氧化成Fe3+，生成的Fe3+氧化矿石中的U4+，反应生成的Fe2+又被氧气氧化成Fe3+，如此不断循环使反应连续进行。

由于氧气作为氧化剂的明显优点，美国所有地浸矿山均使用氧气作为氧化剂，在美国，氧气使用有成熟的经验。

迄今为止，我国在地浸领域的氧气应用仅限于实验室试验，缺乏现场使用氧气作氧化剂的经验。要开展碱法浸出，就必须掌握使用氧气的技术。目前，在新疆738的现场试验中，我们使用铵盐浸出剂，过氧化氢氧化剂。从试验中已感受到，过氧化氢的消耗占生产成本的较大比例。为降低生产成本，使将来的生产产品在市场中有竞争力，必须考虑使用氧气作氧化剂，这是最好的途径。为此，开展氧气使用的研究应立即进行。

10.3.4 地浸钻孔技术的开发与改进

在地浸钻孔结构上虽然已经有了较大的改进，但许多先进而有用的技术难以实现，如孔底切割套管技术、孔内射孔技术、水平孔钻进技术、水力压裂技术等，这些先进的工艺和技术可以为解决渗透性弱的砂岩铀矿床或地表有障碍物(如江、河、文物等)时的地下铀矿床的开采问题。但技术的引进和吸收、设备和工具的引进或开发需要大量的研究经费、并投入较大的人力和物力才能实现。新疆512矿床56号勘探线以西的红海沟河床下蕴藏着一定量的铀金属，511矿床16号勘探线至8号勘探线也被河流所阻碍，研究水平孔钻进等技术具有十分重要的现实意义。 10.3.5 浸出液流宏观控制技术

浸出液流在空间是以三维流动形式运动的，并且这一运动过程伴随着化学反应过程。由于每一矿床的各个定位点的地质、水文地质条件不同，浸出液的运动速度和化学反应速度皆不相同，这是一个化学动力学过程，为了宏观地预测浸出液铀浓度的变化规律、基本准确地圈定地下浸出污染的面积和范围、减少或消灭井场内溶浸液的浸出死角，以此提高矿山金属回收率，必须运用数学、化学和计算设备对矿山的开采过程进行模拟和跟踪，在新开采的区段进行系统的科学调查和深入研究，从浸出的本质出发，探索在一定的工艺制度下的宏观控制模式。

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