第八章 原地浸出采铀

第八章原地浸出采铀1原地浸出采铀的内涵及工艺流程2原地浸出采铀技术的适用范围及优缺点3原地浸出矿床条件评价4钻孔工程

5溶浸液的配方与使用方法6.溶浸范围控制

7浸出液的提升8地浸矿床的开采顺序及开拓工程

9地浸矿山的工作设施10矿山的环境监测及评价

11地浸技术经济评价

12地浸矿山的设计内容13地浸矿山的企业管理14应用实例

1原地浸出采铀的内涵及工艺流程1.1内涵原地浸出采铀是将按一定配方配制好的溶浸液经注液钻孔注入到天然的含矿含水层中，在水力梯度作用下沿矿层渗流，通过对流和扩散作用，选择性地氧化和溶解铀，形成含铀溶液，经抽液钻孔提升至地表，再进行水冶处理得到所需的铀浓缩物产品。（美国：化学采矿；独联体：无井采矿）1.2原地浸出采铀工艺流程典型注液、回收孔分布图流向蚀变砂岩还原砂岩含铀砂岩地表注液井注液井抽液井泥岩泥岩钻井流向离子交换树脂塔提铀高压泵灌溉去铀、镭注液孔注液孔抽液孔地表渗透、转化配液池净化后的废水清水地浸采铀工艺流程图矿层原地浸出采铀柱浸实验装置原地浸出采铀长距离浸出实验装置原地浸出采铀模拟实验装置（一）原地浸出采铀三维模拟实验装置（二）原地浸出采铀三维模拟实验装置（二）原地浸出采铀三维模拟实验装置（二）2地浸采铀技术的适用范围及优缺点

2.1适用范围

原地浸出采铀不是对任何铀矿床都可以适用的，它必须具备一定的水文地质条件才能使用，其适用范围如下：①必须是疏松砂岩型铀矿床，矿石疏松，裂隙发育；②矿体须处于含水层中，含矿层上、下要有隔水顶、底板，即有承压水；③矿石具有一定的渗透性，且矿层的渗透性远大于围岩的渗透性；④矿物成份简单，容易浸出；⑤含矿层厚度与含矿含水层厚度的比值小于0.5；⑥矿体埋深最好小于300m，品位大于0.01%；⑦矿区最好远离城区（>15km），或处于居民生活区下游；⑧交通方便。2.2原地浸出采铀的优、缺点

地浸采铀与常规采矿相比，具有如下优点：

(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及尾矿库；

(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保护条件；

(5)使繁重的采矿工作“化学化”、“工厂化”、“全自动化”；

(6)能充分利用资源。缺点：

①对矿床水文地质条件要求苛刻；②各种管线较多，维护工作量大；③存在对地下水环境污染问题。3

原地浸出矿床条件评价3.1岩性及铀的存在形式3.2矿石品位、厚度及埋深3.3矿体形态及赋存位置3.4含矿层顶底板岩性

3.5地质构造3.6水文地质条件3.7矿石特性3.1岩性及铀的存在形式

地浸法适用于淋滤——沉积成团的砂岩型铀矿床，要求矿石结构疏松，节理发育，如砂岩、砂砾岩以及含砾砂岩为主的矿床。铀的存在形式最好以吸附状态赋存于砂质颗粒表面，铀矿化均匀，分布于碎屑岩或胶结物中。3.2矿石品位、厚度及埋深

矿石中U品位最好在0.1%以上，但如果品位较低（0.03～0.01%），矿体厚度大、渗透性好也行，此时浸出液U浓度较低，但水量大，技术经济上也是可行的；矿体的评价条件目前基本上以平米铀量（Ukg/㎡）计算。一般以大于5kg/㎡最有利，矿体埋深要求小于300m，最好为：50～200m。3.3矿体形态及赋存位置（见图）

矿体最好为水平层状或倾角小于15°的缓倾斜矿体，且矿体连续。这样便于布置抽液钻孔（抽孔）和注液钻孔（注孔），且有利于溶浸液的渗流，增大钻孔的抽注液量和注液量；矿体位置赋存于含水层中，且具有隔水顶板，渗透性好。3.4含矿层顶底板岩性

含矿层的顶底板岩性应具有抗溶浸液溶解的性质。如高硅低钙镁类岩石，当围岩中“碳酸钙”含量为2～5%时甚至更大时，不但试剂消耗量大，所产生的石膏和CO2气体将会使矿层发生化学堵塞，后果严重。3.5地质构造

要查清矿床是否存在断层、溶洞、地下阴沟等构造，不然会造成溶浸液流失，既污染环境，又达不到浸矿目的，溶浸范围无法控制。3.6水文地质条件①矿岩的渗透性：a.极弱K<0.1m/d，不宜地浸；b.较弱K=0.1～1.0m/d，可地浸；c.较弱K=1.0～5.0m/d，最适合地浸；d.强K=5.0～10.0m/d，可地浸；e.极强K>10.0m/d，不太适合地浸。②含水层与隔水层：含水层——要有丰富的地下水补给源，且具有较好的渗透性；隔水层——有大于2m的厚度，其渗透性最好小于矿层渗透性20倍以上。③矿层孔隙率：a.n<5～10%，不适合地浸；b.n=5～10%，适合地浸；c.n=20～25%，最适合地浸；d.n=25～50%，较适合地浸；e.n>50%，不适合地浸。④地下水流速度及流向：地下水水力坡度较小，流速较慢，有利于地浸开采和环境保护。⑤地下水物理化学性质：掌握地下水的各种成份浓度对合理配制溶浸液和浸出液的处理有帮助。地浸采铀要求：地下水矿化度一般小于5g/L，以1～2g/L最好，pH为中性，水温10～20℃最好。4钻孔工程

钻孔工程是地浸采铀的主要工程，也是地浸采铀中三大关键技术之一。地浸钻孔的作用较多，主要有：①矿床开拓、采准、溶浸液的输入、浸出液的提升；②控制溶浸范围；③监测溶液扩散情况；④探采结合，重复利用；⑤提供工业用水等。4.1地浸钻孔的种类与比例、作用4.2地浸钻孔的布孔形式及钻孔间距4.3钻孔结构4.4钻孔的施工与安装4.1地浸钻孔的种类与比例、作用

地浸钻孔有3种：抽液孔、注液孔、观测孔。抽液孔﹕注液=1﹕2（一般）。

抽液孔——矿层溶解的含U溶液须经抽液孔用潜水泵或气升泵提升至地表；注液孔——将在地表按一定比例配制好的溶浸液经注液钻孔输入含矿层；观测孔——用于观测和检查溶浸液的扩散情况（范围），这类钻孔一般布置在采场四周外围（沿地下水流向）不同距离（20m→50m→100m……）。4.2地浸钻孔的布孔形式及钻孔间距钻孔布型：钻孔的布型有多种，如：三角形、五点型、七点型、行列式（见下页图）和网格式等，具体要根据矿体的形态及矿层的渗透性而定。

三角形即三个注孔一个抽孔（简称三注一抽），首先是美国先提出来的，在以后的发展中类似的具有不同数量的注液孔与中间一个抽液孔组成一个单元，在美国、捷克的地浸矿床中多次采用；前苏联大多采用行列式布孔，因为其矿体产状平缓、连续，且渗透性好，每行中钻孔间距为15～25m，行距为20～50m。

对较大的矿床而言，采用三角形或五点形，其注液孔和抽液孔数量相差无几。在抽注工作制度处于平衡时，其抽注孔的流量实际相等。这种布置具有从边沿网孔到中央网孔间溶液流动比较均匀的优点。在六角形和行列式方案中，对于注液流量小，但仍能维持整个系统的生产能力是最有利的，从均匀地开采整个矿体也是有利的。钻孔间距：钻孔间距要视矿层的渗透性而定（先做小试验），如间距过小，容易发生潜蚀通道，造成溶浸液“短路”；间距过大，单元生产时间拖得长，且试剂消耗量增加，经济效益差。4.3钻孔结构国内外普遍使用的地浸工艺钻孔可分为两大类：①填砾结构——过滤器部位充填砾石过滤层为主要特征；②裸眼结构——过滤器周围不充填过滤物质，而靠矿层部位即孔壁四周细砂自然分选作过滤层。4.4钻孔的施工与安装

地浸钻孔施工、安装程序及要求：⑴开孔⑵钻进取芯、测井⑶扩径⑷冲孔⑸下套管⑹投砾⑺注浆封孔⑻孔口安装⑼钻孔过滤器1）开孔

开孔所用的钻头直径要根据钻孔安装管的直径大小和钻孔表土层的稳定性而定。云南381矿床，砂岩稳定，且钻孔深度浅（40m左右），用φ150mm钻头开孔，一钻到底，下φ75×6mmPVC套管；新疆某矿床：孔深200m左右。空气提升时，φ200mm三牙轮钻头开孔→穿过表土层-→φ168mm矿层顶板-→φ128mm终孔。在矿层部位用稀泥浆护垫。潜水泵提升时，φ244mm三牙轮钻头开孔，并同径钻至终孔深度（下6“潜水泵）。2）钻进取芯、测井（γ）

开孔钻头穿过砾石层以后，换φ168mm合金钻头浓泥浆护壁钻进至矿层顶板，形成台阶；换φ110mm钻头稀泥浆钻进并取岩矿芯，稀泥浆钻进（并取岩矿芯80%以上）至终孔深度。

注意：千万不能穿过隔水底板。或者用φ110mm钻头一径到底，物探测井后再打孔。3）扩径用填砾式钻孔结构，在矿层部位要扩径，采用单翼刮刀偏心钻具扩孔器扩孔，扩后的孔径Ф250mm。4）冲孔钻孔打完后，用泥浆泵向孔内压清水（10～20分钟），或采用稀泥浆循环，以替出孔内的浓泥浆，便于下套管。5）下套管下套管之前要计算好（根据物探资料）托盘、过滤器、沉砂管应处在什么位置？在地表将各类套管配好，编好号，依次下管：沉砂管→过滤器管→托盘→普通套管。在整个套管上、中、下三处分别焊好“中心定位器”，以防套管偏向钻孔的一边，影响投砾和封孔。6）投砾砾石依次为Ф2～4mm、Ф1.0mm、Ф0.5mm三种粒径石英砂。投砾前要事先计算好充填的砾石（砂）量，充填高度只能超过过滤器上部0.5m，过高过低都不利。因此，要边投砾边测量，投砾的顺序是：砾石→粗砂→细粉矿→黄泥球。7）注浆封孔

水泥浆不能太浓（下不去）也不能太稀（占体积），如是酸法地浸，矿层上部30m处最好用防酸水泥。否则，用普通硅酸盐水泥325#或425#即可。在靠近孔口（地表）10m处用水泥砂浆封孔。

12-24小时后开始抽水洗孔。8）孔口安装

a.空气提升式钻孔

抽液孔：其孔口只装一个空气控制阀门和下风管的套口装置，不远处则装一个燕尾流量计（同俄罗斯），兼作气液分离器；（详见照片）

注液孔：安装不锈钢压力表和防腐流量计（或防腐水表），用以观测该孔的注液压力和注量大小及累计注入量。（见照片）b.潜水泵提升式钻孔

抽液孔与注液孔的结构（孔径大小）截然不同。注液孔与空气提升式注液孔基本一样，但抽孔截然不同，孔口敞开，装有控制潜水泵启、停的装置，并配备用于提升潜水泵电动绞车、三脚架等。9）钻孔过滤器

目前，我国地浸矿山采用的钻孔过滤器有两种形式：

a.裸眼包网式：即在钻孔套管合适的位置上直接钻眼，眼的直径Ф12mm，行距25mm，眼距60mm，过滤器的孔隙度为25%。用尼龙纱网包两层，再用尼龙绳捆扎即可。

b.外环形骨架式：

这种过滤器也是先在套管上打眼，再将聚丙烯骨架套在套管上，然后两端用塑料焊牢。骨架就是代替“尼龙纱网”的作用，不易损坏。5溶浸液的配方与使用方法溶浸液的配方与使用方法也是地浸三大关键技术之一。5.1溶浸液的配制

合理的溶浸液配制必须达到二个条件：①足够的氧化还原电位；②一定的酸度；溶浸液的配制是溶浸剂和水按一定的比例配制而成。在地浸工艺中可以充分利用吸附尾液中的剩余试剂。因此，在溶浸液配制过程中只需补加一些溶浸剂和氧化剂即可。5.2溶浸液的使用方法（以酸为例）

溶浸剂的选择依据是根据矿石的物理、化学成份和地下水的化学成份来确定的，不同的矿石浸出需要选择不同的溶浸剂。用于地浸的溶浸剂有：H2SO4、HNO3、HCl、Na2CO3、NaHCO3、(NH4)2CO3、NH4HCO3、Fe2(SO4)3、NaCN、KCN、(NH4)2SO4等。目前，国内外地浸采铀工艺主要有：酸法地浸和碱法地浸两种。地浸工艺常用的氧化剂有：氧气、高锰酸钾（KMnO4）、三价铁盐（Fe3+）、H2O2、MnO2、Na2O2、(NH4)2S2O8等。上述这些试剂的配方，都要先通过室内实验来确定其种类和浓度。5.2溶浸液的使用方法

在地浸采铀中，不但要掌握好溶浸液的配方，而且要根据不同的阶段使用不同浓度的配方，才能获得好的浸出效果。

a.酸化阶段：先注1-2天清水，清洗矿层，再使用较高浓度的酸（10～30g/LH2SO4酸化矿层，此阶段不加氧化剂。

b.浸出阶段：矿层酸化后即进入浸出阶段，此时的溶浸液酸度应低于酸化阶段，一般为4～6g/LH2SO4。酸度太高会影响离子交换树脂的吸附，酸度太低则U6+不会溶解，在浸出阶段需添加氧化剂（H2O2），一般为0.5g/L左右；但是，当浸出液中pH>2.0时不宜添加H2O2，因此时H2O2容易分解，使得溶液pH升高，易造成氢氧化物Fe、Al的沉淀，既会增加酸耗，而且浪费了H2O2。

c.浸出末期：当浸出液中U浓度<

20-30mg/L时，即进入浸出末期，从经济角度来讲，谈不上获利，此时以扩散浸出为主，只添加1g/L的H2SO4即可；当浸出液中U浓度<10mg/t时，此时则不加H2SO4，只抽不注，进行地下水复原阶段。6.溶浸范围控制

溶浸范围控制也是地浸三大技术之一。所谓溶浸范围控制是指注入矿层的溶浸液能有效地控制在被采矿体（含矿层）的范围内，而不扩散到外围或流失。从水力学角度来讲，就是一种水力坡度的调控问题。

6.1影响溶浸范围的主要因素

6.2溶浸面积（范围）的圈定原理及方法

a.圈定原理

b.圈定方法

c.溶浸范围控制方法

6.1影响溶浸范围的主要因素

①含矿含水层的渗透性；②地下水的流速；③注液压力；④抽、注钻孔的间距；⑤抽液量与注液量的比例。6.2溶浸面积圈定原理及方法

a.圈定原理：

根据力学特性，液体能够把它所受到的压力向各个方向传递。矿层中的液体只能从高压处向低压处渗透，这是地下水流动的最基本规律。当多个抽液钻孔和注液钻孔同时工作时，地浸作业区地下水的液面是凸凹不平的，总的讲，要比地浸作业区外的液面低；但在这个低压区内，有若干个小高液压区（注液孔部位）和若干个小低液压区（抽液孔部位）。地浸作业区的凸凹不平的液面状况，好象一个盆地有若干个小山丘和若干个小低谷一样。b.圈定方法：

圈定矿体溶浸面积的方法有多种，国外最常用的计算机软件有MODEFLOW3D与FE2D。注入的溶浸液在含水层中的运移规律可以概括为两个基本模型来描述，即水动力弥散模型和对流模型。在浸出过程中，由于地下水的对流渗透速度远远大于溶质在水中的弥散速度，因此，一般只考虑地下水的动力学特征而忽略溶质的弥散范围。

※

圈定溶浸面积，就是根据液压迭加后的等液位线图，寻找出地浸作业区边缘部位的低液压点或高液压点，并将它们连接成线，这些连线所圈定的范围就是溶浸面积。6.2溶浸面积圈定原理及方法

c.溶浸范围控制方法：在地浸作业区的抽注过程中，始终保持抽液量大于注液量1～3%。（在矿层酸化阶段其注液量应大于抽液量5%左右，以扩大溶浸范围），这样，地浸作业区自然就是一个低压区，注入的溶液被控制在作业区范围内。具体做法是：增加抽液孔个数，或减少注液孔个数，或控制注孔的注液量。在矿层酸化期，控制注液量大于抽液量3～5%，以排挤地下水，加快矿层酸化速度。为了提高浸出率，需要最大可能减小或消除“溶浸死角”。6.2溶浸面积圈定原理及方法

消除“溶浸死角”的措施

抽液孔与注液孔数量比例恰当，多次交换使用，以改变液流方向，扩大溶浸面积。

具体做法是：交换抽、注孔之前，抽孔照常工作，注孔只注清水（一天）不注溶浸液。

这样，交换抽注孔工作时，抽孔（原注孔）开始抽液的头几个小时溶液混蚀，泥砂杂质多，可直接外排，而不进入集液系统。这样做既不浪费资源也不会对环境造成大的污染（随时注意取样分析）。6.2溶浸面积圈定原理及方法

7浸出液的提升

浸出液的提升是地浸采铀（矿）技术中的一个重要环节。地浸井场浸出液的提升能力大小从某种程度上来说，它决定了该矿山的生产能力。

目前，世界各国的地浸矿山浸出液的提升主要有两种方式：气升泵提升和不锈钢潜水泵提升。

7.1气升泵提升

7.2潜水泵提升

7.1气升泵提升

气升泵是一种抽水、抽液、排除泥砂和提升某些矿石的气举装置。与其它种类的泵相比，气升泵的提升效率虽然甚低，但它有许多独特的优点，所以，这个效率低的气升泵至今仍在使用，应用的范围也越来越广，且也在不断改进。气升泵还用于提升卤液、矿浆和煤等。气升泵是由空气压缩机和升液器组成的，而升液器则主要是由管材在使用现场装配而成的。a.气升泵工作原理

气升泵的工作原理很简单，它是由升液器的孔壁管、抽水管和气管构成两套系统，一是进气和出液两种通道，二是水和水气混合液两种空间。升液器的工作原理是基于物理定律：在联通器中，相同比重的液体的液面保持在相同的水平上，不同比重的液体的液面不在一个水平上，比重小的液体的液面高，比重大的液体的液面低。天然水的比重一般为1，而上升的混合液的比重一般为0.15～0.25左右。要想使混合液上升至某一高度，必须将混合器下放到动水位以下某一深度，并供给一定的气量。混合液上升高度越大，混合液的比重就越小，所消耗的空气就越多。b.气液分离器：

我国地浸矿山的气液分离器进行了三次改进：①在早期，气水混合液抽出来进入一个大桶中排气（敞口桶）后，浸出液再流入集液池中；②后来，改在抽孔出口处装一个竖放的气液分离器；③第三次改进是将其改成横向布局的气液分离器。c.混合器的加工：混合器的加工很简单，即在气管末端1m长的管子上用Φ2mm的钉子捅数排小眼就可以了。如混合器下入动水位以下较深（20m以上），则在其上部管子上每隔10m处用钉子捅2个小眼，以免空压机启动不了。7.2潜水泵提升

潜水泵提升效率比空气提升高，而且不存在进行气液分离问题，但也有许多缺点：①钻孔投资大，施工难度大；②潜水泵投资多；③维修工作量大。美国特别是独联体许多地浸矿山都采用不锈钢潜水泵（4″，6″）提升，我国新疆737矿采用的潜水泵都是从俄罗斯进口的，国产泵质量未过关。8地浸矿床的开采顺序及开拓

目前一个大的地浸矿山一般划分为几个井场，而一个井场又划分为几个采区。具体的划分方法可视矿区地形及生产规模来划分。

地浸矿床开采顺序：原则上应由地下水流向的上下游方向顺序开采。优点是：上游采区开采结束后，被溶解的、尚未被抽出的金属溶液由于地下水的流动作用将会带往下游采区，在开采下游采区时，可得到进一步回收利用。

地浸矿床的开拓工程：地浸矿床的开拓是钻孔工程——抽孔、注孔和观测孔。

地浸矿山的浸准工作：将抽孔、注孔用管道与其他生产设施、仪表进行连接，并配备信息和自动监控系统、浸出液处理系统等。9地浸矿山的工作设施

具体归纳起来分为以下8大系统：（1）抽液、集液系统：含抽液钻孔、集液主管及总管、集液池、吸附高位池等；（2）配液、注液系统：含配液池、注液泵房、注液总管、注液干管、支管；（3）供风系统：含压风机房、储气罐、供风总管、主管及支管；（4）供电系统；（5）供水系统；（6）水冶处理系统：含离子交换吸附塔、淋洗液塔、沉淀池、板框压滤、产品干燥、尾液排放等；（7）自动监控系统：含总监控室、各集液、注液点流量的计量、各种池子液位的报警、停启信号、运行状态信号等；（8）辅助服务系统。10地浸矿山环境监测

地浸矿山的环境条件比常规法好得多，这是地浸法最显著的优点。地浸矿山的污染主要有：（1）废渣：地浸矿山抽出来的浸出液都是含金属离子的地下水，很清、很干净，集液池里5～10年未见到什么渣子，有点淤泥也是由于池子常年敞开，被风吹进池子的一些灰尘而沉淀；（2）废水：地浸采铀（矿）工艺流程整个是一个增长路循环系统，尾液重复利用。要说废水，只是在抽液量>注液量1～3%的情况下，外流一些尾液，还有就是跑冒滴漏问题。（3）废气：地浸采铀中的废气，即是采用空气提升浸出液时，压入抽孔内的气体与浸出液雾化成气水混合物而抽出地表，经测量，这种气体氡浓度不会很高，且立即与大气混合稀释了。11地浸技术经济评价地浸技术经济指标内容较多，（详见下表）但评价时抓住几个主要指标就可看出这个企业的盈亏状况。序号参数名称单位参数序号参数名称单位参数1单孔平均抽液量m3/h>2.58沉淀吨U耗NaOHt1.52浸出液平均U浓度mg/t>509浸出液回收率%953吨U耗H2O2t<8010U金属总浸出率%80-904吨U耗H2O2t<511吨U总成本（U3O8）万元/t15-205公斤U耗电Kw/h≯10012平米铀量kg/㎡>56淋洗吨U耗H2O2t0.813矿层渗透系数m/d0.8-1.07淋洗吨U耗NaClt7

地浸主要技术经济指标参数12地浸矿山的设计内容

地浸矿山的设计有些内容与常规矿山相同，但也有许多地方有区别。实际上我们熟悉了地浸矿山工程设施的8大系统，其设计内容已基本清楚了。

但是，在进行具体设计之前要收集各方面的基础资料，如当地区地理条件、交通状况、气候（年最高气温？度，最低气温？度）、所降雨量以及电力来源、当地居民分布和矿床地质、水文地质、条件试验参数等原始资料。将这些资料提交给具有相应等级级别的正规设计院所进行设计。

在进行工程设计时，将这8大系统具体细化，逐一进行单项设计，并经上级有关部门审查通过。13地浸矿山的企业管理地浸矿山的企业管理概括起来分为四部分：（1）地浸井场管理；（2）浸出液处理车间的管理；（3）机修车间和动力的管理；（4）劳资、人事、生产经营、后勤服务等的管理。地浸矿山企业的管理内容：（1）井场：包括所有抽、注钻孔、观测孔、抽注液系统、集液系统、供风系统、自动监控系统以及各种抽注配套设施等；（2）浸出液处理：包括吸附、淋洗、沉淀、产品干燥的设备、设施，尾液的排放等的管理；（3）机修车间和动力：包括车、钳、铆、焊各种设备及动力电源的维护管理等；（4）技术管理：包括可采储量、溶浸液的配方与使用方法、溶浸范围控制、环境保护与三废治理、钻孔工程质量（含孔位、孔深、孔距、孔斜、岩矿芯采取率、各种分析质量、产品包装质量及各种技术资料的收集和整理等；）（5）计划管理：含年度、季度、月工作计划的报表制定，各项技术经济指标的制定与目标管理；（6）劳动、人事管理：含劳动生产率、人员定岗定编以及后勤服务部门的管理等；（7）财务管理：含基建投资拨款、企业的贷款、产品销售收入、职工的工资、奖金、福利及企业的收支、盈亏等，都要制定年