低渗透性铀矿床浸出过程对地下水环境影响的探讨

低渗透性铀矿床浸出过程对地下水环境影响的探讨
范文军1，宁站亮2
（１．中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西　西安　７１０１００；　２．　中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西　西安　７１０１００）
摘 要：针对某低渗透性铀矿床实际情况，根据其地下水体运移特点，建立渗流模型和溶质运移模型，对其浸出过程及其对区域地下水环境造成的影响进行分析探讨，为铀矿床开采过程中的抽注平衡控制、地下水体环境的保护等工作提供参考借鉴。

关键词：低渗透性铀矿床；铀矿床浸出；地下水环境
中图分类号：Ｐ６１９．１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１１－５００４（２０１８）０５－０２１１－２
目前我国已经发现有低渗透类型的铀矿床，对低渗透性类的铀矿床而言，通过目前地浸技术，其浸出过程会对区域地下水造成一定程度的影响，使地下水环境发生变化，造成不良后果。

因此，应分析并预测浸出及其造成的实际影响。

1 研究区基本情况
地质条件与水文地质。

某铀矿床以白垩系姚家组地层为主要含矿地层，岩性主要为细砂岩，偶见泥质或砂质砾岩。

该研究区铀矿主要为细粒砂岩型，但泥质、粉砂质含量相对较大。

对于细砂岩和粉砂岩，大部分呈浅灰色，局部呈灰白色；而含矿泥岩主要呈灰色，局部呈灰黑色，在泥岩中含有炭质团块与碎屑，少数炭质含量相对较高的有较高的矿化异常值。

含矿含水层的岩性为细砂岩和中粗砂岩，其固结程度相对较低，具有良好富水性。

隔水层顶板的实际埋深在379.4-380.6m范围内，以紫红色泥岩为主，固结致密，有极好的隔水性。

隔水层底板的实际埋深在401.1-402.9m范围内，其岩性为粉砂质泥岩和泥岩，质地坚硬且固结致密，有极好的隔水性，实际分布连续且稳定[1]。

区域地下水埋藏深度较浅，在2.68-5.87m范围内，pH值8.22-8.76，呈弱碱性。

经测试，涌水量、导水系数、渗透系数及其均值和矿床类型如表1所示。

表1 研究区地下水涌水量、导水系数、渗透系数及其均值和矿床
类型
涌水量L/（s·m）导水系数m2/d渗透系数m/d均值m/d矿床类型
0.332-0.115 3.27-51.060.144-0.2200.180低渗透性
采区至今应运行3年，在运行1年之前，除由于初期钻孔实际运行产生较大波动，抽注达到平衡，尾液均用在浸出液的配置及下注中，抽注整体保持平衡。

在此之后，抽出开始略比注入大，两者之比约1.0035:1.0000。

2 研究方法
借助Visual MODFLOW，以矿床和采区的地质条件及水文地质等为依据，结合抽注液相关生产数据，构建数值模型，借此开展溶质运移及溶液渗流等的数值模拟，然后根据相关计算结果对采区运行过程中的溶液扩散状况进行分析。

（1）研究内容和模型分类。

本次研究的主要内容为：第一，采区正式运行后基于抽注条件的溶质运移情况和溶液渗流情况及特征；第二，预测采区未来一段时间内的溶液实际情况及扩散状况。

根据以上内容，需建立以下两种模型：①模型计算时间确定为第0天至第984天，单孔抽、注液流量及两者之比均取实际值；②模型计算时间确定为第985天至第2190天，单孔注液流量取模型开始计算时对应的值，单孔抽液流量取加权分配结果，两者之比取1.003:1.000。

其中，加权分配是指以第二类模型开始计算时的注液流量和抽、注之比为依据，对抽液流量进行计算，然后将第二类模型开始计算时的抽液流量作为权重，对计算时间期限内抽液流量实施分配计算，以确定设定流量。

这样做的目的在于尽可能使第二类模型抽注流量实际分布和第一类模型相近。

（2）渗流模型。

①顶板：渗透系数为0.001m/d，贮水率为1.0×10-8/m，有效孔隙度为0.12，总孔隙度为0.12；②含矿含水层：渗透系数为0.180m/d，贮水率为2.6×10-6/m，有效孔隙度为0.24，总孔隙度为0.28；③底板：渗透系数为0.001m/d，贮水率为1.0×10-8/m，有效孔隙度为0.12，总孔隙度为0.12。

（3）溶质运移模型。

在计算完成之后，观测孔可对其位置上的溶质实际浓度及其变化进行准确记录。

①第一类模型：初始浓度为0，溶质源为注液孔，原液的浓度为500mg/L，历时984d，运移方式以对流-弥散为主，无吸附解吸、生化反应和其它衰减；②第二类模型：初始浓度为0，溶质源为注液孔，源液的浓度为500mg/L，历时1205d，运移方式以对流-弥散为主，无吸附解吸、生化反应和其它衰减。

3 地浸流场与溶质运移
3.1 区域地下水动态监测结果
采区运行前，采集观测孔水样，将其主要化学成分作为本底值，然后对比并监测运行过程中的水质情况及其变化。

当采区开始运行时，对相同观测孔的水样实施采集，监测包含pH值、SO4-浓度、HCO3-浓度、CO3-浓度、CL-浓度等指标。

经检测可知，从采区开始运行到现在，该观测孔地下水pH 值、SO4-浓度、HCO3-浓度、CO3-浓度、CL-浓度等均未出现较大变化，和运行之前所得本底值大体相同，这说明溶浸液还没有扩散至次观测孔处。

3.2 地浸流场
（1）稳定流场及其水位特征。

从总体上看，水位实际分布表现为北高南低，和抽注孔的数量比相对较小以及处于自然流场上游等情况有关。

（2）溶质运移。

向含矿含水层中注入示踪剂，使其在流场当中发生运移，在仅考虑对流和弥散两种作用的基础上，对不同时段对应的运移范围和浓度实际分布进行分析统计。

从统计结果可以看出，采区从开始运行至今，溶浸液实际扩散程度在各方向上有着明显的差异，西南角扩散程度相比较高，然而因含矿含水层渗透性并不高，所以对扩散会有一定影响，实际距离在75m 以内，同时扩散的速度也很慢。

（下转213页）
收稿日期：２０１８－０５
作者简介：范文军，生于１９８１年，陕西周至人，男，工程师，大学本科，研究方向：地浸砂岩型铀矿找矿方法。

表2试验结果表明，镍离子对氯离子的测定无干扰。

2.2.2 铜的干扰试验
移取5.00mL 氯离子溶液（3.5g/L）六份,加入不同量的铜离子按试验方法测定，采用硝酸银作为标准滴定溶液，按试验方法测定，结果见表3。

表3 铜的干扰试验
铜加入量（mg）
标准溶液消耗量(mL)
0 4.95150 4.95300 5.00600 4.95900 4.951200
5.20
表3试验结果表明，样品中铜离子≥1500mg 时，干扰氯离
子的测定。

3 试样分析
3.1 精密度试验
按试验方法对样品进行精密度试验，平行测定11次，结果见表4。

表4 精密度试验
样品名称元素测量结果(%)平均值(%)S
RSD(%)除铜尾料Cl - 4.23 4.34 4.52 4.39 4.34 4.52
4.43 4.34 4.43 4.43 4.34 4.410.068
1.54洗涤除铜尾料
2.53 2.57 2.53 2.53 2.48 2.44
2.48 2.48 2.44 2.53 2.57 2.510.046
1.83洗后除铜尾料
1.43 1.38 1.38 1.38 1.47 1.43
1.47 1.38 1.44 1.47 1.44
1.420.038
2.68
表4数据结果表明，相对标准偏差RSD ≤2.68%，方法重现性好，满足分析要求。

3.2 加标回收试验
按试验方法按试验方法对样品进行加标回收试验，结果见表5。

表5 加标回收试验
样品名称加标量mg
测定mg 回收率（%）
088.2-除铜尾料
50139.0101.680167.899.5120
207.399.2洗后除铜尾料
028.4-1542.392.73059.6104.045
72.3
97.3
表5数据表明，样品加标回收率在92.7%～104.0%之间，方法加标回收率好，满足镍系统生产需求。

4 结论
本文建立了镍系统中控物料中氯离子的分析方法，方法重现性好，操作简单、快速，易于掌握。

此方法还可以拓展到硫化铜镍渣其它物料中氯离子的测定。

参考文献
[1] 金川集团股份有限公司企业标准Q/YSJC-FX03.075-2009精炼中控物料
化学分析方法氯离子的测定:氯化银比浊分光光度法.
[2] 金川集团股份有限公司企业标准Q/YSJC-FX03.010-2009精炼中控物料
化学分析方法氯离子的测定:硝酸银滴定法.
（上接211页）
为对不同方向上具有的扩散规律进行定量分析，不仅要对示踪剂实际浓度随时间的变化进行统计分析，而且还要对四个不同方向上和采区相距不同距离的各个位置的浓度数据予以统计。

为便于分析，将北西向记作01线，东北向记作02与03线，南东向记作04线，西南向记作05线；在每个方向上都选择8个和采区相距不同距离的点，相距分别为5m、10m、20m、
30m、50m、75m、100m 和125m。

如图1所示。

图1 采区四周01-05线不同距离的示踪剂质量浓度统计点分布
从计算结果可以看出，在前495d 时间段内，示踪剂浓度都
在1mg/L 以内；在此之后浓度开始升高，730d 时达到7.3mg/
L，984d 时达到37.6mg/L。

之前得到的结果，即溶浸液还没有
扩散至此观测孔处，使观测和计算两者出现误差的原因为：在模型当中，溶质运移仅对对流和弥散进行了分析，未对生化反应和吸附等进行考虑，致使计算结果比实际结果高。

根据各位置示踪剂浓度情况及其变化，能直观反映出各方向上扩散具有的规律。

结果表明，东北和东南的扩散范围均小于50m，西北和西南较大，但不超过75m。

部分点位浓度结果有小幅波动，和该区域实际抽注流量发生变化有直接关系。

若将1mg/L 作为判定溶浸液扩散到此处的标准，再以以上各点位浓度和时间之间的变化关系为依据，可对各方向上的实际扩散速度进行计算。

4 结语
（1）基于低渗透条件，溶液向外围发生的扩散范围较小，速度较慢。

研究区中溶液实际扩散范围在61m 以内，据保守估计和计算，扩散范围在75m 以内，而扩散速度也只有0.0843m/d。

（2）矿床浸出时，溶液扩散区域实际分布方面，采区中的抽注孔实际分布对扩散范围有直接影响，而天然流场的影响显著减弱。

（3）当渗透系数在0.2m/d 以内时，采区以1.003:1.000的抽注比连续运行约6年后退役，溶浸液的实际扩散范围处在120-130m 以内，对地下水环境基本没有显著影响。

（4）地浸时做好抽注平衡的调整和控制，能在抽注比相对较小时，对溶液的扩散范围进行有效控制。

参考文献
[1] 曾晟,谭凯旋,雷林,李春光,王富林.某地浸铀矿床低渗透性砂岩孔隙结
构特征研究[J].核技术,2013,36(01):39-44.。