地浸采铀及地浸矿床的条件与评价

世界核地质科学World Nuclear Geoscience Vol．26，No．3 Sept．2009
第26卷第3期2009年9月
地浸采铀矿，即原地浸出采铀矿，它是按一定配方配制的溶浸液，通过钻孔工程（注液钻孔、抽液钻孔）在天然埋藏条件下，经氧化作用、络合作用和铀的活化作用，从具有一定渗透性的砂岩铀矿石中选择性地浸出和回收铀金属的一种铀矿采冶新工艺。

由于地浸采铀矿具有许多优点，因此，在矿量大、品位低、埋藏浅的可地浸砂岩型铀矿采矿中，越来越受到各国的青睐，被认为是世界采矿史上一次重大的技术革命［1］。

1地浸采铀矿的沿革及发展概况
地浸采铀矿发展可以分为3个阶段：第1阶段，在发明和专利基础上，研究改进地浸方法的建议阶段。

这一阶段从20世纪50年代中期到1978年，其主要特点是了解地浸的可行性问题（包括室内和现场研究）。

第2阶段是1978~1984年。

主要内容为基本原理和地浸机理研究，同时配合取样试验研究，进行小型和扩大试验。

第3阶段是地浸工艺流程更为完善，浸矿方法进入工业性试验阶段。

这一阶段从1984年开始，到目前已进入工业生产规模阶段。

原地浸出采铀最早出现于美国，1957年提
DOI：10.3969/j.issn.1672-0636.2009.03.006
地浸采铀及地浸矿床的条件与评价
陈振，刘金辉
（东华理工大学，江西抚州344000）
［摘要］主要介绍了地浸采铀的含义及其发展历史，并对地浸矿床的条件进行详细分析，提出地浸矿床评价的三项原则。

［关键词］地浸采铀；优缺点；水文地质条件
［中图分类号］P619.14；P641.2［文献标识码］A［文章编号］1672-0636（2009）03-0157-03
Discussion on in￣situ leaching of uranium mining and evaluation
on the condition of in￣situ leaching deposit
CHEN Zhen，LIU Jin￣hui
（East China Institute of Technology，Fuzhou，Jiangxi344000，China）
Abstract:This paper introduces the meaning and the development of the history of in￣situ uranium mining，carries out a detailed analysis on the condition of in￣situ leaching deposit and three principles on evaluation of in￣situ leaching deposit.
Key words:in￣situ leaching uranium mining；advantage and disadvantage；hydrological and geological conditions
［收稿日期］2008-08-21
［作者简介］陈振（1982—），男，山东荷泽人，硕士研究生，研究方向：溶浸水文地质。

E-mail：gischenzhen@
世界核地质科学第26卷
出在淋积成因的砂岩型铀矿床进行原地浸出铀的设想，于1961～1963年进行第1次工业可行性试验。

近年来，美国铀产量50%靠地浸。

前苏联对地浸采铀、采铜和采金的研究也十分重视。

于1963年进行可行性试验，目前至少有7个地浸矿山，于1971～1976年间专为地浸研制了耐腐蚀、小直径的（93mm）潜水泵和全套自动控制仪表。

日本的地浸试验晚于美国和前苏联，在20世纪70年代末开始用钻孔注液、巷道集液试验，也取得了成功。

澳大利亚于1982年进行了工业试验，年产量达100t金属铀。

我国原地浸出采铀起步较晚，于1968～1969年开始介绍资料，原核工业部所属的第六研究所等单位陆续在广东、云南和东北进行了试验，1987年在云南试验成功，目前又在新疆取得了突破性进展，正投入工业规模生产。

原地浸矿技术（目前已大规模用于开采铀和铜矿床，同时也正在推广用于金、锰、硒、钼、镍、稀土、铝、锌和磷灰石等矿石的浸出）是核工业、冶金工业和化学工业发展的重要方向。

2地浸采铀的优缺点
地浸显著特点是用溶浸液直接从天然埋藏条件下的非均质矿石中选择性地浸出有用组分，是地、采、选、冶联合开采矿石的方法，它大大简化了矿冶工业全系统的工艺过程，其采出来的不是矿石，而是含有用组分的溶液。

地浸采铀与常规采矿相比，具有如下优点［2］：（1）基建投资少，建设周期短，生产成本低，劳动强度小；（2）不必建造和管理尾矿堆和尾矿库；（3）环境保护好，基本不破坏农田和山林，环境污染大为减轻；（4）从根本上改变了生产人员的劳动和卫生防护条件；（5）使繁重的采矿工作“化学化”、“工厂化”和“全自动化”；（6）能充分利用资源。

虽然地浸采铀具有以上优点，但是作为一种特殊的铀矿开采方法，它的应用有一定的局限性，因此也存在一些缺点：（1）只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床；（2）如果矿化不均匀，矿层各部位的矿石胶结程度和渗透性不均匀或矿石中有部分有用成分难以浸出，这些都将影响开采的技术经济指标；（3）存在对地下水环境造成污染的问题，因此需要对地下水进行治理；（4）地下浸出受到地球化学规律制约比较明显，浸出速度可调节的幅度较小。

3地浸矿床的条件
矿床（矿段）条件的评价内容有：矿床成因、各类矿石中的金属储量、矿石的胶结程度，铀的存在形式、赋存状况，矿石品位、矿体厚度及埋藏深度，矿体形态、赋存位置、水平方向的连续性，矿体顶底板岩性，地质构造的分布及性质，边界条件，水文地质及矿石特性等方面。

3.1含矿岩性及铀的存在形式
原地浸出采铀，适用于淋滤-沉积成因的砂岩型铀矿床，也可部分用于内生矿床，但要求矿石结构疏松，节理裂隙发育。

通常以砂岩、砂砾岩、含砾砂岩为主的矿床最为适用。

铀的存在形式，以吸附状态附于砂质颗粒表面最为有利。

因堆浸和就地破碎浸出法可以作为浸出前的矿石破碎工作，而地浸是在不破坏矿石原结构的条件下进行的，若以类质同象形式存在的铀，则不利于浸出。

以下4种情况对地浸法有利：（1）铀矿化均匀，呈云雾状分布于碎屑岩与胶结物中；（2）铀矿化呈细脉状，并沿岩层层理分布；（3）在粗细粒界面上富集矿化；（4）强矿化呈星点状散布于弱矿化带中。

由此说明，铀的存在形式以吸附或铀矿物形式有利于浸出，而矿石坚硬、胶结程度好，铀存在于矿物结晶格架中（如花岗岩、火山岩和石英岩类型矿床）则难以进行原地浸出。

3.2矿石品位、矿层厚度和埋藏深度
矿石品位、矿层厚度和埋藏深度是评价矿床地质技术参数的重要条件，它们是地浸产品成本中最直接和最明显的影响因素。

矿石品位、矿层厚度和埋藏深度三者是
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相互影响和相互制约的。

如随着矿床埋藏深度的增加，对矿床的最低工业品位和可开采的最低厚度也相应提高。

在地浸矿山中，往往用平米铀含量这个指标来圈定矿体和评价矿床的经济性，即在矿床范围内，每平方米内所埋藏的铀金属量，以kg/m2计算，如矿体埋藏深度增加，而平米铀含量大时，仍可进行开采。

此外，在评价时，还应根据矿床规模、储量大小、当时的技术和管理水平等有关因素，其中特别重要的是铀产品的收购价格因素，逐步进行分析，才能得出正确结论，而且在生产过程中，也要作动态性调整。

3.3矿体形状、赋存位置和水平方向连续性
原地浸矿法要求矿体形态为水平层状或倾角小于15°的缓倾斜矿体，且矿体水平方向连续性好，横向宽度大。

在此条件下才能便于布置抽、注液钻孔和有利于增加产量。

褶皱弧度大的陡倾伏（斜）矿体不利于溶浸液的渗流，其流动速度慢，且影响抽、注液量和产量。

最有利于原地浸矿的矿体赋存位置是产于隔水顶底板围岩之间，而且整个含矿含水层含矿，渗透性好，这种条件下，溶浸液充满整个矿层。

3.4含矿层顶底板岩性
矿层顶底板应具有隔水性或相对隔水性，而且横向延长。

这种情况使矿层完全处于“封闭型”的含水层中，十分有利于浸出。

围岩应具有抗溶浸液溶解的性质，否则溶浸液消耗在对围岩的溶解而导致杂质混入浸出液中，使产品质量降低；而且杂质可能与浸出液发生中和反应，产生沉淀物和大量气体，使矿石孔隙堵塞，从而矿层渗透性变差。

如围岩中碳酸钙质量分数超过2%～5%，所产生的石膏和CO2气体将使矿层既发生化学性堵塞，也发生物理性“气堵”。

3.5地质构造、特性及矿体边界条件
在矿层或含矿层顶底板围岩中，如果存在构造（如断层、节理和褶皱）或存在溶洞，这些对地浸都是不利因素。

断裂构造往往是地下水或地表、地下水体的良好通道，也可能和地下溶洞沟通，其结果将导致大量溶浸液流失和浸出液稀释。

因此，查清矿区断裂构造、地表和地下水体和溶洞分布状况等作业区的边界条件，对抽注液孔布置，浸出范围的控制，生产矿量的圈定，都有重要意义。

如果有大的断层存在，应在作业区与断层之间布设一定数量的观测孔。

3.6水文地质条件［3］
水文地质条件包括：矿床位置、大小、界线、成因和形态类型、地层和岩性，含矿层产状，矿体长、宽、厚度、倾向、倾角、矿体内部结构变化，矿石和围岩的矿物成分、物质成分，主要组分、有害组分，含水层、排泄区、补水区、含水层类型及隔水层特点、围岩渗透、地下水压力面位置，在矿床剖面中所遇到的各个含水层的压力数值、地下水的温度和成分等。

3.7矿石特性
矿石特性包括矿石的化学成分，有用组分的存在形式和富集特征、矿石的结构及孔隙度、矿石品位、有用组分的溶解性、矿石的水理性质等。

4地浸矿床评价的三项原则
对某一个矿床来说，影响地浸的因素有数十项，例如地质、水文地质和矿石特征等，其中不可能每项都对地浸有利。

评价时应掌握3个原则：（1）分清技术上的决定条件是否可行和经济上是否合理；（2）在逐一评价各项条件的数据时要总体考虑和综合分析，不要单纯着眼于某个数据大小，要以最终能否获利和回收一定资源为准则；（3）还要考虑产品需求和市场价格，如果价格高，只要渗透系数适于地浸，即使矿石品位不高，矿体埋藏深而薄，也有可能用地浸。

［参考文献］
［1］马飞，张书成，潘燕，等译.酸法地浸采铀工艺手册［M］.北京：原子能出版社，2003.［2］史维浚，孙占学.应用水文地球化学［M］.北京：原子能出版社，2005.
［3］张振强.地浸采铀技术与工艺［J］.资源调查与环境，2002，3：200—204.
陈振，等：地浸采铀及地浸矿床的条件与评价159。