松软砂岩型铀矿床的地浸开采技术

中国矿业第21卷

收稿日期：2012-7-11

作者简介：

武伟（1967—），男，河南许昌人，硕士研究生，高级工程师，长期从事地浸采铀工作，E-mail ：zl-2000n@ 。

1松软砂岩型铀矿床1.1

铀的富集与沉淀

砂岩型铀矿床指产于砂岩、砂砾岩等碎屑岩中的外生后成铀矿床。松软砂岩型铀矿床特指岩矿胶结疏松，颗粒之间存在孔隙，便于孔隙水流动的矿床。外生松软砂岩型铀矿床是在地球表面天然因素影响下，所形成的地球化学作用产物，是地浸方法开采的重点。

砂岩型铀矿床成因上主要有两类，即层间氧化带型和潜水氧化带型。这两类矿床中的铀，来自矿床以外的岩石和矿床以及自含矿层本身及其上覆的富铀层。沉积成矿时，地层中的U 4+在富含游离氧

的地表水或地下水的长期作用下氧化成U 6+，逐渐被淋滤出来，在天然流场的作用下沿可渗滤的地层迁移。由于地层中黄铁矿、有机质等还原性物质的不断作用，地下水中的游离氧逐渐消耗，在合适的地球化学环境下，溶解的U 6+被还原成U 4+而沉淀，产生铀的富集，形成矿石。层间氧化带铀矿床铀的富集与成矿作用的必要条件，是在含水层的岩石中存在铁的硫化物和碳酸盐[1-3]。

1.2地下水特征

矿层赋存在地下水水位以下是地浸开采的前

提，松软砂岩型铀矿床正是具备了这一必要的条件，才成为地浸采铀研究的重点。

地浸采铀发生在承压含水层或潜水中，承压含水层是处于地下水面以下，储存于任意两个弱透水层之间的具有承压性质的饱和水。典型的承压含水

摘要：

讨论了松软砂岩型铀矿床的地浸特点，及在浸出剂的作用下金属溶解到溶液中的过程。国外地浸采铀技术的应用侧重在钻孔施工和成井工艺、中子测井、浸出液处理、地下水污染治理及抽注状态动态模拟等方面；而新技术的开发则以埋藏深、地下水高矿化度的地浸开采为主。而国内地浸采铀技术的应用侧重在浸出过程溶液流动检测、碱法工艺、现场试验技术等方面；新技术的开发则以钻孔施工与成井工艺、翼部矿体和多层矿体开采为主。

关键词：

松软砂岩型；铀矿；地浸中图分类号:TL212.12文献标识码：A 文章编号：1004-4051（2012）zk-0324-04

The technology of in-situ leaching uranium mining in soft sandstone-type deposit

WU Wei ，JIANG Xiao-hui

（Tianshan Uranium Co ．，Ltd ．，China National Nuclear Corporation ，Yining 835000，China ）

Abstract:In this paper ，it is discussed on in-situ leaching characteristics in the soft sandstone-type uranium deposit and the process of metal dissolved into solution under chemical action of leaching agent ．The uranium mining technology emphasizes on well -drilling ，well completion technique ，neutron logging ，leaching solution handling ，the harness and preventing of groundwater pollution ，the dynamic simulation on pumping and injection state ，and so on overseas ．The development of new technology mainly emphasizes on in-situ leaching mining in deep-buried-depth and high-salinity groundwater deposit ．While uranium mining technology focus on in flow detection of leaching process solution ，alkaline method ，field test technology etc ．The development of new technology mainly emphasizes on well -drilling ，well completion technology ，and the mining in wing-orebody deposit and multilayer deposit ．

Key words:sandstone-type ；uranium deposit ；leaching

松软砂岩型铀矿床的地浸开采技术

武伟，蒋小辉

（新疆中核天山铀业有限公司，新疆伊宁835000）

第21卷增刊2012年8月

中国矿业CHINA

MINING MAGAZINE Vol.21,zk

August 2012

第21卷武伟，等：松软砂岩型铀矿床的地浸开采技术

层可分为补给区、承压区及排泄区三部分。承压水由于顶部有隔水层，它的补给区小于分布区，动态变化不大，不容易受污染，这些自然形成的条件为地浸开采奠定了基础。

潜水是赋存于地表以下饱水带中第一个地区性稳定隔水层之上的具有自由表面的含水层中的重力水。潜水由于缺失隔水顶板，给地浸开采造成一定困难，但至今世界上仍有一些地浸铀矿山在潜水中开采。

2地浸采铀金属的浸出

地浸采铀过程是一个典型的带有化学反应的流动过程。当浸出剂沿矿层渗透迁移时，浸出剂与矿石发生化学反应，浸出剂与矿石的相互作用是一个多相(液-固)化学反应过程，该过程一般包括以下几个步骤：

1）浸出剂从溶液主体(相对于液膜而言)扩散到固体颗粒(矿石)的外表面，包括从溶液主体到颗粒表面液膜外表面的对流扩散与通过液膜的分子扩散──外扩散过程。

2）浸出剂从颗粒的外表面通过颗粒的毛细孔和裂隙以分子扩散方式扩散到颗粒内表面，并排挤出孔隙水——

—内扩散过程。

3）扩散到内表面的浸出剂与铀矿物发生化学反应，同时反应生成物溶解，此过程包括化学变化和相变化。

4）生成物从颗粒内表面扩散到颗粒外表面─内扩散过程。

5）生成物从颗粒外表面进入到溶液主体─外扩散过程。

地浸过程中，如果浸出剂的渗透是最慢的过程，则可以认为该过程属对流扩散控制；如果化学反应是较为缓慢的过程，则过程属化学反应控制。浸出速度取决于两者之间的慢者。带有化学反应的水动力过程实现的条件是，矿层必须渗透，液体得以流动；金属铀能与浸出剂接触经反应后进入溶液。松软砂岩型铀矿的特征满足了这些要求，促使地浸开采的进行。

3地浸开采技术的开发与应用

3.1地浸技术的适宜条件

1）矿床属胶结程度差的松软砂岩型铀矿床，具有良好的渗透性，矿石的渗透性强于围岩的渗透性。

2）矿体赋存于有较稳定的顶底板隔水层的含水层中(最好具有承压特点)，含矿含水层厚度与矿层厚度之比小于10。

3）矿石中铀的存在形式必须适宜浸出。

4）矿体产状平缓、连续且具有一定的规模，矿体埋深一般不超过400m，倾角小于20°。

5）矿床平米铀量应在最低经济指标之上。

随地浸采铀技术的进步，上述的适宜条件也在发生变化，矿层渗透性低于围岩渗透性的矿床已有开采实例；含矿含水层厚度与矿层厚度之比大于10的开采试验正在进行；哈萨克斯坦某地浸铀矿山开采深度已达到700m；巴基斯坦首座地浸采铀矿山的矿体倾角大于30°，也成功实现了开采。因此，将上述地浸适宜条件理解为理想条件更为合适。

3.2地浸采铀技术的发展与应用

3.2.1国外地浸采铀技术应用

为隔离各含水层，保护钻孔，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。地浸矿山广泛使用的是逆向注浆封孔技术，水泥浆从套管内注入，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。逆向注浆通过移动式水泥注浆车完成。该车前端设计有牵引钩架，后端为水泥槽，水管，电路及仪表，根据需要可方便地移至注浆孔。钻孔成井时通常在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，下入更换式过滤器。这种方法可保证矿层段不被泥浆污染，减少洗井工作量或基本不用洗井。更换过滤器式解决了堵塞问题，保证钻孔使用寿命和生产的持续进行。人造塑料球的钻孔填砾方法与更换式过滤器结合使用，获得较好的效果[4]。

在国外地浸矿山中，薄壁套管的使用已较广泛。地浸矿山所用套管直径127mm，壁厚6.55mm，每根长6m。这种薄壁套管采用胶结或密封圈连接方式，几十年的实践证明，这种连接方法安全、可靠。

成井耐压测试设备安装在拖挂车上，如图1所示。车上装备有水和氮气贮罐，封隔器提升和下放绞车，压力分配器，管路及压力表等。车的前端为拖挂支架，便于机动车牵引，在井场内自由移动，完成对不同位置井的完整性测试。

瞬时裂变中子测井不受铀镭平衡破坏的影响，直接测量岩石中铀含量的多少。所以，他不仅用来测定矿层的厚度和矿石品位，而且在放射平衡被破坏的条件下，用来确定伽玛测井的修正系数，评价伽玛测井资料解释结果的准确性。除此之外，还可测量铀地下浸出过程结束后，钻孔剖面上的剩余铀含量和铀在浸出过程中发生的再次运移沉积状态。

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