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1、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
2、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
3、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： 必须是疏松砂岩型铀矿床，矿石疏松，裂隙发育； 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； 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； 矿物成份简单，容易浸出； 含矿层厚度与含矿含水层厚度的比值小于0.5； 矿体埋深最好小于300m，品位大于0.01%； 矿区最好远离城区（15km），或处于居民生活区下游； 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
4、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：对矿床水文地质条件要求苛刻；各种管线较多，维护工作量大；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
5、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（0.030.01%），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（U kg/）计算。一般以大于5 kg/最有利，矿体埋深要求小于300m，最好为：50200m。,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
6、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25%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 水文地质条件矿岩的渗透性：a.极弱K10.0m/d，不太适合地浸。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
7、透性最好小于矿层渗透性20倍以上。矿层孔隙率： a. n50%，不适合地浸。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。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12 g/L最好，pH为中性，水温1020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：矿床开拓、采准、溶浸液的输入、浸出液的提升；控制溶浸范围；监测溶液扩散情况；探采结合，重复利用；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
8、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=12（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 50m100m）。,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
9、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1525m，行距为2050 m。,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
10、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：填砾结构过滤器部位充填砾石过滤层为主要特征；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：开孔 钻进取芯、测井 扩径 冲孔下套管 投砾注浆封孔 孔口安装 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150mm钻头开孔，一钻到底，
11、下 756 mm PVC套管； 新疆某矿床：孔深200m左右。空气提升时，200mm三牙轮钻头开孔穿过表土层- 168mm矿层顶板-128mm终孔。在矿层部位用稀泥浆护垫。潜水泵提升时，244mm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（）开孔钻头穿过砾石层以后，换168mm合金钻头浓泥浆护壁钻进至矿层顶板，形成台阶；换110mm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110mm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
12、250mm。 4）冲孔钻孔打完后，用泥浆泵向孔内压清水（1020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24mm、1.0 mm 、0.5 mm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
13、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
14、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12 mm，行距25 mm，眼距60 mm，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：足够的氧化还原电位；一定的酸度；溶浸液的配制是
15、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+）、H2 O2、M
16、nO2、Na2 O2、(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（1030 g/L H2SO4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46g/L H2SO4。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pH2.0时不宜添加H2O2，因此时H2 O2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。,
