我国地浸采铀技术的现状与发展

我国地浸采铀研究现状与发展
阙为民，王海峰，谭亚辉，姚益轩
（核工业北京化工冶金研究院，北京，101149）
摘要：在对我国地浸铀矿山生产和试验研究状况介绍的基础上，对我国地浸采铀技术研究和发展中存在的问题进行了分析，指出了我国地浸采铀技术研究的方向。

关键词：地浸采铀研究现状发展方向
引言
地浸采铀是一种在天然埋藏条件下，通过溶浸液与矿物的化学反应选择性地溶解矿石中的铀，而不使矿石产生位移的集采、冶于一体的新型铀矿开采方法。

通过多年的试验研究，地浸采铀已成为我国铀矿采冶的重要方法，主要工艺技术指标达到国际水平。

形成了一套以地浸铀资源评价、溶浸液配方和使用方法、地浸钻孔结构与施工工艺、钻孔排列方式和钻孔间距的确定、溶浸范围控制、浸出液处理工艺技术、地浸矿山环境保护等为主体的地浸采铀技术体系。

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。

1 发展历史[1]
我国地浸采铀技术的研究始于七十年代初，三十年来，地浸采铀技术获得了飞速发展，其发展历程可划分为三个阶段：
第一个阶段为探索研究阶段（1969～1981年）：核工业六所科技人员在收集和了解国外地浸采铀技术研究情况的基础上，提出了开展地浸采铀技术研究的设想，并于1970～1973年首先在广东河源砂岩铀矿床进行了地浸采铀探索性试验；1978～1981年在黑龙江501矿床开展了地浸采铀试验；这两次试验虽然均因某些原因没能取得较为理想的结果，但却积累了许多有益的经验，为下一步地浸采铀试验的开展打下了坚实的基础。

第二阶段为地浸采铀试验阶段（1982～1995年）：核工业六所在总结以往试验的基础上，于1982年至1984年在云南381矿床继续进行地浸采铀条件试验，获得了令人满意的结果，标志着我国已初步掌握了地浸采铀技术，填补了国内空白。

1986～1990年开展了381矿床地浸采铀扩大试验，1991年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的基础上，1985年开展了新疆512矿床地浸采铀室内试验研究，1986～1990年完成了512矿床地浸采铀条件试验，1991～1993年进行了新疆512矿床地浸采铀半工业性试验；此外，还开展了云南382矿床、新疆511矿床等的地浸采铀试验。

第三阶段为工业试验和工业生产阶段（1995～）：1995年新疆512矿床地浸采铀国家重点工业性试验工程开始建设，1996年建成并投入运行，1998年工程顺利通过国家验收，主要工艺技术指标接近国际先进水平； 2000年新疆地浸二期扩建工程建成并投产；2002年511矿床地浸试验矿山建成。

2000年以来先后还开展了吐哈、松辽和鄂尔多斯等盆地的地浸采铀试验。

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。

2. 地浸铀矿山生产和试验研究状况[2]
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。

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，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、溶质运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。

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。

2.1 矿床地浸开采地质和水文地质条件评价技术
影响原地浸出采铀的矿床条件是多方面的，用单一的或某几个条件很难正确地评价，只有通过矿床地质、水文地质、浸出工艺和外部开发条件等的综合评价，才能对矿床地浸开采的技术经济可行性作出客观评价。

在总结多年地浸采铀试验研究和生产经验的基础上，研制开发了“铀矿床地浸开采评价专家系统”（ESILU）、“地浸铀矿资源经济评价数学模型和计算机系统软件”(EEISLU)，运用系统软件对影响地浸采铀产品成本的地质工艺因素作了敏感性分析和优化，对我国已探明的地浸铀矿资源进行了经济评价和分类。

此外，还根据矿山需要研制了“地浸工艺信息系统”（GTSILU），推动了我国地浸矿山现代化管理的进程。

2.2 地浸钻孔结构和施工工艺
原地浸出采铀钻孔是地浸工艺系统的主要环节。

地浸开采时钻孔不仅是揭露矿层的唯一工程，溶浸液的注入与浸出液的抽出都是通过钻孔来实现的。

通过多年的研究，研制了地浸钻孔新型过滤器，改进和完善了填砾式钻孔结构和施工工艺，研发了逆向灌浆技术、可更换式过滤器技术等，使地浸钻孔结构和施工工艺技术水平进一步提高。

钻孔抽注液能力提高20～30%，钻孔成井合格率大于95%，钻井工程成本降低20%。

2.3 地浸采铀钻孔合理井网布置技术
原地浸出采铀是通过在平面上按一定方式和间距布置的钻井井网来实现的，钻井的布置形式和间距（井网密度）就其作用来说相当于地浸法开采时矿床的开拓方式。

在一个新的矿床投入开发时，合理确定适合于矿床地质特点的开拓方式（井网布置）是科学开发可地浸砂岩铀矿床的重要内容。

通过研究建立了井型与井距的优化模型，确定了酸法地浸溶浸剂最佳浓度的选择及使用方法、地下水动力学优化浸出的方案；实现了浸出液浓度的有效预测，保证了地浸铀矿山的均衡生产。

2.4 地下浸出工艺技术
溶浸液配方和使用方法是地浸采铀关键技术之一，针对我国砂岩铀矿资源的特点开展了酸法地浸和碱法地浸浸出工艺的研究，建成了我国第一个酸法地浸采铀矿山；碱法地浸主要关键技术已经突破。

与此同时，针对酸法和碱法浸出存在的不足，开展了中性(或弱碱性)浸出和低酸浸出工艺的探索性试验研究。

2.5 地下流体控制技术
注入矿层的溶浸液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溶浸液接触而不出现"溶浸死角"，由此所采取的一切技术措施统称溶浸范围控制。

通过多年的研究，掌握了地浸溶浸范围控制技术，开发了地浸溶浸范围和污染范围圈定的计算机模拟软件系统，并在新疆512等地浸工程中应用。

通过优化浸出地球化学环境和水动力学环境，做到溶浸液的合理
分配，消除了溶浸死角，溶浸液覆盖率大于90%，提高资源回收率2～3%。

通过优化浸出地球化学环境和水动力学环境，进一步优化酸化方案和溶浸液配方与使用方法，降低酸耗10～15%。

2.6 浸出液回收工艺和设备
浸出液处理工艺和设备如何适用地浸生产浓度低、流量大特点的需要是我国地浸采铀试验研究和生产中致力解决的问题，也是提高地浸铀矿山工艺与装备水平的形象工程。

地浸采铀技术的发展推动了浸出液处理工艺技术的创新，为了适合于地浸浸出液的处理，研发了密实移动床和大孔树脂、流态化沉淀和饱和再吸附工艺等，并在新疆地浸生产中应用，效果良好。

2.7 地下水污染的防治技术
原地浸出采铀与常规采冶相比，环境保护和安防条件好，虽然没有对环境造成污染的尾矿坝和废石场，但是地浸开采同样存在着环境保护与治理方面的问题。

地浸矿山的环境保护与治理主要是地下水污染的防治。

地下水治理的方法通常有地下水抽除法、反渗透法、自然净化法、化学处理和细菌还原法。

针对新疆512矿床地浸开采的特点，开展了地下水治理的实验室膜处理试验和电渗析现场试验。

2.8 地浸井场自动控制系统的研制
研制了新疆737地浸矿山井场生产自动监控系统，系统采用先进的自动调节手段和远程遥控功能；实用、经济而又完备的数据采集体系；友好的用户界面；形象、直观、动态的井场生产工艺流程图；准确、全面的历史数据记录、报表曲线打印输出及数据永久保存。

实现了对抽出井抽出量、注入井注入压力、注入量、注液总pH与Eh、压力、注液总量的自动监测；对集液总管pH、Eh、压力的自动监测，集液池、配液池液位显示与报警；对配液池自动配酸的监测与控制及对潜水泵启停控制与工作状态自动监测。

3. 可地浸砂岩铀资源概况
砂岩型铀矿床是我国铀矿四大工业类型之一，在我国地浸采铀技术取得突破之前砂岩型铀矿床的找矿勘探和开采活动非常有限。

进入20世纪90年代后，伴随着我国地浸采铀技术的突破和工业应用，以及国外可地浸砂岩铀矿成矿理论与勘探技术的引进，可地浸砂岩型铀矿资源的找矿勘探和地浸开发得到了迅速发展，地勘部门对过去已发现的砂岩铀矿沉积盆地和铀矿点加大了勘探力度，取得了可喜的成果，提交了一批可地浸开发的工业储量。

根据地质部门多年地质勘查的结果，我国可地浸砂岩铀矿资源主要分布在北方地区，少数分布在滇西地区。

地质研究程度较高的盆地主要有新疆的伊犁盆地、吐哈盆地，内蒙的二连盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地、海拉尔盆地，云南的龙川江盆地等。

伊犁盆地是我国目前可地浸砂岩铀矿找矿勘探和地浸采铀最为活跃的地区。

吐哈盆地和鄂尔多斯盆地正在开展地浸采铀试验和攻关。

4. 地浸采铀技术研究和发展中存在的问题
总体看来，我国酸法地浸采铀技术尚处于国外同类矿山90年代的水平，地浸矿山自动化程度和劳动生产率与国外相比还很低，地浸基础理论研究还很薄弱；碱法地浸采铀技术研究还处于起步阶段。

因此，我国地浸采铀技术研究和发展中还存在以下几个方面的问题：
4.1 可地浸砂岩铀矿床地质-水文地质条件复杂
我国已探明的可地浸砂岩铀矿资源的主要特点是各矿床地质水文地质条件各异，如新疆511矿床36号勘探线以西地下水位埋藏深、水头小；吐哈盆地十红滩矿床地下水矿化度高、Cl—和Ca2+浓度高；鄂尔多斯盆地东胜地区矿石碳酸盐含量较高、渗透性差和承压水头小等。

而且同一矿床不同块段地质-水文条件液也迥然不同（如层间氧化带型砂岩铀矿床的卷头矿体和翼部矿体），因此，为了合理利用我国可地浸砂岩铀矿资源，在进行地浸开采时必须针对各矿床的地质-水文地质特征，研究与之相适应的开采工艺。

4.2 已探明的可地浸砂岩铀资源少
地浸采铀技术的研究最终要落实到可地浸砂岩铀矿床上。

开展地浸砂岩型铀矿找矿以来，真正落实为资源基地的只有伊犁盆地南缘，吐哈盆地经过近几年的努力，有希望落实为新的资源基地，鄂尔多斯盆地东胜地区的地质调查表明也很有希望成为新的资源基地。

近些年来，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。

由于可地浸砂岩铀资源的缺乏，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，我们已基本掌握碱法浸出主要关键技术，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。

因此建议地质勘探部门加大砂岩铀矿区域评价和勘探的力度，落实更多的可地浸砂岩铀矿资源，才能保证地浸采铀技术的可持续发展。

4.3 缺乏地浸采铀中试基地
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用。

这一模式对于应用研究院所来说，无疑是可行的。

4.4 引进国外先进技术和交流不够
酸法地浸采铀技术以独联体国家为代表，近些年，多次派人前往独联体国家学习参观，也多次邀请专家来华讲学或指导工作，同时还从国外购进了部分地浸专用设备及材料，这些都促进了我国地浸采铀技术水平的提高。

对于碱法地浸，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。

此外，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尤为突出。

5 地浸采铀技术下阶段研究任务
通过研究，我国地浸采铀技术在许多方面都取得了突破，但是还存在不少问题：地浸采铀钻孔结构和施工技术有待改进和提高，井场浸出优化等都有待研究；铀回收过程的工艺、设备、材料的研究尚需进一步改进；赋存于高卤水层砂岩铀矿床的地浸开采和碱法地浸工艺研究尚处起步阶段，需要继续针对我国矿床、矿区和地理环境的不同开展多种浸出回收方法的研究；层间氧化带型铀矿床翼部矿体地浸开采技术、低渗透性砂岩铀矿床地浸开采技术等还有待研究。

如何合理开发利用我国已探明可地浸砂岩铀矿资源，并为正在进行勘探的砂岩铀矿资源地浸开采提供技术储备，是下一步地浸采铀技术研究的主要
任务。

针对上述问题，建议下阶段地浸采铀技术应重点开展以下几个方面研究：
5.1 充分利用碳酸盐含量较高的砂岩铀矿资源，开展碱法地浸采铀工艺技术的研究
碱法地浸采铀选择性好，对地下水污染小，对地浸铀矿山设备防腐要求低。

碱法地浸采铀工艺技术的应用，将进一步缩短浸出液处理工艺流程，降低地浸矿山的设备投资和运行成本，改善地浸矿山的环境，降低地下水污染的治理难度，减少地下水污染治理的投入。

因此，在“十五”前三年碱法地浸关键技术取得突破的基础上，针对地质勘探提供的碳酸盐含量较高的砂岩铀矿资源，开展碱法地浸采铀的半工业性试验和工业性试验，实现碱法地浸的工业化，建成我国第一个碱法地浸矿山。

5.2 低渗透砂岩铀矿床地浸开采技术研究
在我国初步探明的数万吨砂岩型铀资源中低渗透资源占一半以上，而且随着勘探工作的不断深入这一比例还有增大的趋势。

面对这种形势，低渗透砂岩铀资源的开发对铀矿冶的作用愈来愈大。

低渗透砂岩铀矿含矿含水层的孔隙结构和表面物理性质极为复杂，其渗透机理、溶液运移规律、开发模式及开采工艺技术等方面都与一般渗透性较好的砂岩铀矿床有很大不同。

由于低渗透砂岩铀矿的客观地质特点（主要是生产能力低），造成了开采过程中的诸多突出矛盾，采用现有地浸采铀工艺开采速度和采出程度低，开发效果差。

因此，应尽快开展低渗透砂岩铀矿地浸开采试验，提高我国资源利用水平。

5.3 高卤水层砂岩铀矿地浸开采技术研究
在吐哈盆地十红滩矿床前几年地浸采铀室内和现场试验的基础上，针对矿床的实际地质、水文地质和铀矿化情况，特别是结合地下水矿化度高、Cl—和Ca2+浓度高的特点通过必要的实验室试验和现场条件试验，对高矿化度高卤地下水条件下地浸采铀的主要关键技术进行重点攻关。

为吐哈盆地砂岩铀矿资源的开发，探索出一条技术经济可行的地浸采铀新工艺，这将是我国地浸采铀技术上的一次重大突破，为下一步工业性试验和工业开发提供基础和依据。

同时也为高矿化度高卤地下水条件下的地浸铀矿资源的开发积累有益的经验，为类似矿床的开发利用打下较好的技术基础。

5.4 层间氧化带型铀矿床翼部矿体地浸开采技术研究
根据层间氧化带型砂岩铀矿床的成矿特点，有相当数量（40%左右）的矿床储量分布在矿体的翼部。

翼部矿体主要特点为渗透性差；铀主要以难溶的四价形式存在，浸出效果差；矿体厚度较薄；平米铀量较小。

由于这些特点，造成翼部矿体地浸开采中出现浸出液浓度低，浸出液流量小，回收率低，生产成本高。

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。

5.5. 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、乌兹别克斯坦在溶浸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。

美国采用CO2+O2(同时适当加入一定量的碳酸钠) 浸出工艺；而以酸法地浸采铀技术著称的独联体国家则针对碳酸盐含量较高的（以CO2计大于2%）铀矿床开展了低酸浸出工艺研究，即利用低浓度的硫酸溶液（同时采用空气作为氧化剂）与矿石中的碳酸盐反应，生成HCO3-。

低酸浸出的实质是碳酸氢盐浸出，与采用CO2作为溶浸剂、氧气作为氧化剂的地浸工艺原理是一致的。

低酸浸出工艺和CO2+O2的地浸工艺是酸法地浸与碱法地浸的交汇点。

因此，为了缩小与国外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，
减少地浸铀矿山退役治理的难度和费用，应加快开展中性地浸采铀工艺技术的试验与研究的力度。

5.6 浸出液处理新工艺、新材料和新设备的研究
地浸浸出液处理必须适应低浓度、大流量特点的需要，其研究发展方向是简化工艺流程、降低生产的成本，实现工艺废水闭路循环。

因此，应开展无废水工艺、高效离子交换设备和吸附材料等的研究。

研制适合酸性吸附—碳酸盐淋洗工艺条件的离子交换树脂，研究膜分离提铀工艺，开发出技术可行、经济合理的无废水工艺流程，使地浸浸出液处理工艺用水达到闭路循环；研制大通量固定床离子交换和高效沉淀设备。

同时针对我国可地浸砂岩铀矿床具有地质、水文地质条件变化大，矿体规模小且较分散的特点，研制机动灵活的移动式浸出液处理设施。

5.7 加强基础研究
工艺矿物学研究和地浸基础理论研究一直是我们的薄弱环节，为了提高地浸基础理论水平，更有效的揭示和分析与预测原地浸出过程的的内在规律，必须加强基础研究。

首先应重视岩矿石工艺矿物学的研究，其内容主要有：矿石的矿物组成、化学成份、粒度成份研究，元素的赋存状态和浸出过程中矿物性状研究，以及矿物工艺性质改变的可能性和机理。

其次是原地浸出反应机理和地浸采铀过程数值模拟仿真系统研究，应用化学动力学、地下水动力学和地球化学理论，建立矿石原地浸出反应化学动力学模型，结合地浸采铀工艺特点建立考虑生产操作条件的地下水动力学模型，建立化学动力学和地下水动力学双重作用下铀矿石原地浸出反应的地球化学动力学模型，实现地浸过程的相似模拟和数值模拟，提高对地浸效果的预测、浸出过程的监测和控制能力，优化浸出进程。

5.8 地下水污染防治技术研究
地下水治理是在井场浸出结束后应该立即进行的恢复含矿含水层原始水质的工作。

在地浸采铀过程中，由于溶浸液的注入和含铀溶液的抽出，不可避免地改变了含矿含水层地下水的原始地球化学环境，不同程度地造成了地下水的污染，因此，不管是酸法还是碱法地浸都存在着井场浸出结束后地下水污染治理的问题。

美国已经拥有了多个矿山成功治理含矿含水层水质污染的经验，建立了相应的质量保证和指标控制体系，在地浸采铀半工业性试验过程中要求同时进行地下水污染治理试验和可行性论证，地浸采铀工程批准立项前必须提交环境影响评价报告，井场退役后必须对污染区进行治理并达到指定的标准。

因此，在我国地浸铀矿山中，已经退役或即将退役的井场应立即着手进行地下水污染治理工作，研究地下水治理技术已成为当务之急。

5.9 层间氧化带铀矿床中伴生元素的综合评价和回收工艺研究
许多层间氧化带型铀矿床中，常常伴生有钼(Mo)、铼 (Re)、钒(V)、硒(Se)、钪(Sc)、锗(Ge)、镓(Ga)等元素。

在酸法地浸采铀过程中，这些元素能够和铀一起同时被硫酸浸出而转入溶液中。

综合回收浸出液中的伴生元素，可以充分利用资源，提高矿床的经济价值和地浸铀矿山企业的经济效益。

80年代，前苏联在中亚地区的一些层间氧化带型铀矿床勘探中，发现了多种伴生元素，并开始了伴生元素的综合回收试验研究。

目前，上述伴生元素的回收工艺已经成熟，哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦的一些地浸铀矿山都在成功地回收浸出液中的伴生元素。

但是，我国对层间氧化带铀矿床中伴生元素的综合评价和回收工艺试验才刚刚开始。

因此，为了充分回收资源，应开展伴生元素的综合评价和回收工艺的研究。

参考文献
[1] 阙为民，谭亚辉，曾毅君．原地浸出采铀反应动力学和物质运移．北京：原子能出版社，2002，6-8
[2] 王海峰，阙为民，钟平汝．原地浸出采铀技术与实践．北京：原子能出版社，1998，164-170
STATUS AND DEVELOPMENT OF INVESTIGATION ON IN-SITU URANIUM
LEACHING IN CHINA
QUE Wei-min，WANG Hai-feng，TAN Ya-hui，Y AO Yi-xuan （Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，CNNC，Beijing 101149，China）Abstract：Based on introduction of in-situ leaching uranium mine production and test investigation，the problems existed in study and development are analyzed，the orientation of study on in-situ leaching of uranium in china is proposed.
Key words：in-situ uranium leaching；present situation of investigation；orientation development。