地浸采鈾

地浸采鈾是世界上十分先進的採礦技術，其基本原理是對可地浸砂岩型鈾礦按一定網度布置工藝鑽孔，從注液孔注入地浸液，使地浸液與鈾進行充分反應，經抽液孔提出地表，在地表工廠進行萃取鈾的過程。

地浸法分為酸法和鹼法兩種。地浸采鈾能使低品位砂岩型鈾礦成為有工業價值的礦床，由於對環境污染小，已被世界大多數國家廣泛採用。但是並非所有的砂岩鈾礦都能地浸，只有符合地浸地質—水文評價指標的砂岩鈾礦才能地浸。地浸工藝包括鑽孔的布置、浸液的配製、地下水的復原和環境保護等方面。我國的地浸采鈾於20世紀70年代開始探索，90年代中期開展了大規模的地浸砂岩鈾找礦與開採工作，並取得了突破性進展。

基本介紹

• 中文名：地浸采鈾
• 外文名：In-situ uranium mining
• 全稱：原地浸出采鈾
• 分類：酸法、鹼法
• 出現時間：1957年
• 學科：採礦工程

介紹

地浸采鈾是一種在天然埋藏條件下，通過溶浸液與礦物的化學反應選擇性地溶解礦石中的鈾，而不使礦石產生位移的集采、冶於一體的新型鈾礦開採方法。通過多年的試驗研究，地浸采鈾已成為我國鈾礦采冶的重要方法，主要工藝技術指標達到國際水平。形成了一套以地浸鈾資源評價、溶浸液配方和使用方法、地浸鑽孔結構與施工工藝、鑽孔排列方式和鑽孔間距的確定、溶浸範圍控制、浸出液處理工藝技術、地浸礦山環境保護等為主體的地浸采鈾技術體系。但是，無論從地浸技術本身研究的深度和廣度，還是從現有礦山生產規模，勞動生產率、自動化程度，與國外先進國家相比，都存在一定的差距。

較為系統地開展地浸采鈾試驗研究始於20世紀60年代初，在美國和烏克蘭同時展開，90年代成為世界天然鈾生產的主要方法。目前，世界上擁有地浸生產礦山的國家有美國、烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、澳大利亞、中國、巴基斯坦、俄羅斯、烏克蘭等。地浸采鈾產量占世界天然鈾總產量逐年增加，2012已達45%。迄今為止，我國已有地浸采鈾生產礦山5座，產量占我國天然鈾總產量的27%。

工藝流程

地浸采鈾是在礦床天然產狀條件下，通過從地表鑽進至礦層的注液鑽孔將配製好的化學試劑注入礦層，與礦物發生化學反應，溶解礦石中的鈾，隨後將含鈾的溶液抽至地表，送進回收車間進行離子交換、淋洗、沉澱、壓濾，乾燥，最終得到合格產品，地浸工藝流程如圖1所示。這種鈾礦開採方法不移動礦石和圍岩，將礦石的開採、選礦、水冶集於一體。

地浸采鈾礦山分為井場和浸出液處理廠兩大部分。井場包括一系列鑽孔，集中控制室、泵房和管路系統，有的礦山還建有配液池和集液池。浸出液處理廠內設有吸附塔、淋洗塔、沉澱槽、壓濾機等設備。

優缺點

優點

（1）開採方法簡單、工藝流程短。對天然埋藏條件下的礦體通過鑽孔直接注入浸液進入礦體所在的疏鬆砂層，有選擇性地浸出鈾，並加以回收。因而採礦不需要投入採掘工程無需運礦、碎礦、磨礦和固液分離，大大縮短了採礦工藝流程。
（2）礦山建設周期短、基建投資少，勞動強度低、自動化程度高。地浸采鈾只需對從地下泵上來的礦化貴液進行吸附、萃取、脫水即可生產出鈾產品，自動化程度相對高。生產效率高、資源利用充分。通過鑽孔注入礦體所在的砂岩層的溶浸液，是在整個透水砂岩層內運移的，在對礦體中的鈾進行浸出的同時，還會對砂岩層中分散的鈾和表外低品位礦段中的及鈾伴生元素Se、Sc、Mo、Ge、V、Re等進行浸出和回收。已有的礦山開採實踐表明，地浸開採的總回收率一般均較常規開採方法要高。

（3）地浸開採的總回收率一般均較常規開採方法要高，許多情況下甚至超過100%（相對於勘探計算出的儲量而言）。
（4）材料消耗少。由於地浸開採工藝流程短，不僅節省了大量的機械消耗材料，而且水、電、燃油等材料的用量也明顯減少。
（5）環境污染小。一是放射性粉塵污染得到徹底改善；二是尾渣和廢氣的污染減到了最低程度；三是由於地浸溶液是在閉路管道內循環使用，其廢水排放量顯著減少。

缺點

雖然地浸采鈾具有以上優點，但是作為一種特殊的鈾礦開採方法，它的套用有一定的局限性，因此也存在一些缺點：（1）只適用於具有一定地質、水文地質條件的礦床；（2）如果礦化不均勻，礦層各部位的礦石膠結程度和滲透性不均勻或礦石中有部分有用成分難以浸出，這些都將影響開採的技術經濟指標；（3）存在對地下水環境造成污染的問題，因此需要對地下水進行治理；（4）地下浸出受到地球化學規律制約比較明顯，浸出速度可調節的幅度較小。

套用條件

地浸法僅僅適用於一定條件下的礦床，只有鬆散的砂岩型鈾礦床才可有可能進行地浸法開採，且必須滿足下列條件：礦石中有用組分在弱酸或鹽溶液中呈溶解的礦物形式；含礦圍岩層的礦石和岩石對化學溶劑是可滲透的；礦化圍岩的礦物—化學組分對所採用的溶劑基本上不起作用的；礦石的埋藏深度對當時的鑽探工藝技術是可以接受的。

（1）含礦岩性應為砂岩、砂礫岩、含礫砂岩，礦體形態為層狀、似層狀、透鏡狀；礦體必須埋在地下水位以下的充水岩石中，含礦含水層厚度小於20m且含礦含水層厚度不大於礦體平均厚度的9倍，地下水埋深一般小於50m，且具承壓性，承壓水頭大於50m，含礦主岩有足夠的滲透性以便溶浸液反覆循環，礦體中鈾的浸出率高。

（2）礦體產狀平緩或緩傾斜（傾角一般小於5度），礦體頂底板應是良好封閉的不透水層。礦區內斷裂構造不發育，沒有切層的斷裂及喀斯特溶洞。
（3）單位面積鈾含量以>2kg/為宜，含礦含水層中的有害組分如碳酸鹽CO含量>2%~3%，不宜用酸法浸出。有機質、粘土質、硫化物不宜太多，圍岩以長石石英質或石英質砂岩最宜。
（4）含礦含水層應為滲透岩石，礦石滲透係數以>1d，孔隙度>10%為宜。
（5）礦體埋藏淺，一般小於300m，最大不超過500~600m。

發展歷史

地浸采鈾礦發展可以分為3個階段：第1階段，在發明和專利基礎上，研究改進地浸方法的建議階段。這一階段從20世紀50年代中期到1978年，其主要特點是了解地浸的可行性問題（包括室內和現場研究）。第2階段是1978~1984年。主要內容為基本原理和地浸機理研究，同時配合取樣試驗研究，進行小型和擴大試驗。第3階段是地浸工藝流程更為完善，浸礦方法進入工業性試驗階段。這一階段從1984年開始，到目前已進入工業生產規模階段。

原地浸出采鈾最早出現於美國，1957年提出在淋積成因的砂岩型鈾礦床進行原地浸出鈾的構想，於1961～1963年進行第1次工業可行性試驗。近年來，美國鈾產量50%靠地浸。

前蘇聯對地浸采鈾、采銅和採金的研究也十分重視。於1963年進行可行性試驗，目前至少有7個地浸礦山，於1971～1976年間專為地浸研製了耐腐蝕、小直徑的（93mm）潛水泵和全套自動控制儀表。日本的地浸試驗晚於美國和前蘇聯，在20世紀70年代末開始用鑽孔注液、巷道集液試驗，也取得了成功。澳大利亞於1982年進行了工業試驗，年產量達100t金屬鈾。

我國原地浸出采鈾起步較晚，於1968～1969年開始介紹資料，原核工業部所屬的第六研究所等單位陸續在廣東、雲南和東北進行了試驗，1987年在雲南試驗成功，目前又在新疆取得了突破性進展，正投入工業規模生產。
原地浸礦技術（目前已大規模用於開採鈾和銅礦床，同時也正在推廣用於金、錳、硒、鉬、鎳、稀土、鋁、鋅和磷灰石等礦石的浸出）是核工業、冶金工業和化學工業發展的重要方向。