大流量低浓度地浸采铀浸出工艺试验.doc

大流量、低浓度地浸采铀浸出工艺试验 王海峰 （核工业北京化工冶金研究院，北京 101149） 摘要：讨论了影响地浸采铀浸出液铀浓度和钻孔抽液量的因素，结合现场试验在我国首次探索大流量、低浓度浸出工艺，并对其可行性提出看法。 关键词： 大流量； 低浓度； 地浸采铀； 浸出工艺 1 大流量、低浓度浸出工艺的提出 1957年美国学者提出地浸法开采铀矿床的想法，但是,较为系统地开展地浸采铀试验研究始于20世纪60年代初[1]。1961年，美国犹他州建筑和采矿公司首先在怀俄明州Shirly Basin的一个铀矿床采用酸法进行了半工业试验，并于1963年至1968年间组织了小规模的生产，从而拉开了地浸采铀工业生产的序幕。在此时期，乌克兰也同时开展了地浸采铀试验。地浸采铀技术试验得到成功后，它的应用便迅速在世界范围内扩展，美国、捷克、保加利亚、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等都不同程度地应用地浸采铀技术开发铀矿床。我国也在上世纪70年代初开展地浸采铀试验。 在这些国家的地浸矿山生产中，钻孔抽液量一般在4m3/h左右，浸出液铀浓度在40mg/L以上，这些指标或多或少成为设计依据。本世纪初，乌兹别克斯坦专家来中国工作时，针对浓度低的某矿床，建议增大抽液量来弥补，以保证单孔月产金属量，即所谓大流量、低浓度的浸出工艺，这也是我国地浸工作者首次引入大流量、低浓度浸出工艺的概念。大流量、低浓度的浸出工艺虽然尚无确切的定义，但它毕竟是针对目前绝大多数地浸矿山生产时的抽液量和浓度指标提出的。因此，可以理解为抽液量在8m3/h以上，浸出液铀浓度在40mg/L以下。 2 流量与浓度概念的内涵 这里提及的流量是指钻孔抽液量，浓度指浸出液铀浓度。在地浸采铀工程中，诸如浸出液铀浓度、钻孔抽液量、矿层渗透系数、井距、矿体埋藏深度、矿石品位与平米铀量、矿石矿物成分和岩石化学成分及液固比等，都是影响地浸矿山经济效益的因素。 钻孔抽液量在自然条件上直接决定于矿层渗透系数，在工艺上与钻孔结构、施工技术、过滤器性能有关。 浸出液铀浓度取决于矿石品位、平米铀量、井距和浸出剂浓度。无论是实验室试验还是现场试验均已证实，矿石品位与浸出液铀浓度成正比。平米铀量概念中包括矿石品位，它是矿石品位、矿石密度和矿层厚度的乘积，是地浸采铀的专有名词。以矿层厚度作为惟一的因素决定浸出液铀浓度的高低，目前尚无充分证据。只是在含矿含水层厚度相等的情况下，矿层厚度大，浸出液铀浓度高，实质上是矿层厚度与含矿含水层厚度的比值大。而矿石密度在平米铀量计算中，以正因子形式出现，即矿石密度越大平米铀量越高。但是，从地浸采铀角度考虑，矿石密度大，矿石坚硬，不利于溶液渗透，是我们不希望的。换句话说，平米铀量高的矿床并不一定好于平米铀量低的矿床，这也是为什么不能以平米铀量作为比较两个矿床地浸开采质量指标的原因。 在这些因素中，矿石渗透系数蕴涵在钻孔抽液量之中；井距、矿石品位和平米铀量蕴涵在浸出液铀浓度之中；而矿体埋藏深度蕴涵在井距之中。矿石矿物成分和岩石化学成分、液固比反映在试剂消耗上。经归纳，可以将影响地浸矿山经济效益的指标锁定在钻孔抽液量、浸出液铀浓度和硫酸消耗这三个主要参数上。 3 影响钻孔抽液量的因素 3.1 矿层自然因素 3.1.1 矿层渗透系数 从理论上讲，单孔抽液量的计算公式符合裘布依(J.Dupuit)非完整承压井流的涌水量方程，即： (1) 式中：Q抽 — 钻孔的抽液量，m3/d； K — 矿层的渗透系数，m/d； M — 含矿含水层厚度，m； S — 抽出井水位降深，m； R — 影响半径，m； r — 钻孔半径，m； △Φ — 非完整钻孔的阻力系数，可查表计算。 公式（1）表明，钻孔抽液量与矿层渗透系数、含矿含水层厚度和水位降深成正比。从矿层渗透系数的概念得知，它表示多孔介质输送液体的能力，数值上，它表征水力梯度等于1时的渗透速度。理论和实践都证明，矿层渗透系数大，钻孔抽液量也大。 3.1.2 含矿含水层厚度 地浸开采时，我们希望含矿含水层厚度与矿层厚度的比值越小越好，或者说，矿层厚度一定时，含矿含水层厚度越小越好。在这种情况下，可以保证绝大多数浸出剂在矿层中流动，有效地浸出金属，避免消耗在非矿层，造成浪费和污染地下水。但是，从公式（1）看出，含矿含水层厚度大，钻孔抽液量大。这是因为，含矿含水层厚度大，过水面积大，在同样流速条件下（渗透系数相等），钻孔涌水量大。 3.1.3 水位降深 从地下水动力学角度考虑，钻孔抽水时水位降深大小直接反映地下水的补给量和补给速度。在地浸采铀中，水位降深与钻孔间距和注液量相关。如果地下水补给充分，在抽注时地下水动水位降深小，且稳定。如果地下水补给困难，在抽注时地下水动水位