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讓砂巖型鈾礦不再是“呆礦”

作者: 2014年05月19日 來源: 瀏覽量:
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【摘要】通遼鈾礦開采的地浸井場,僅手腕粗細的抽液管通過鉆孔插入地中,只在地上小露半截弧度,又很快隱埋入地下進入集控室。整個井場完全看不出任何采挖痕跡,這大大超出了大家對礦山開采的慣性認識。

【摘要】通遼鈾礦開采的地浸井場,僅手腕粗細的抽液管通過鉆孔插入地中,只在地上小露半截弧度,又很快隱埋入地下進入集控室。整個井場完全看不出任何采挖痕跡,這大大超出了大家對礦山開采的慣性認識。

    通遼鈾礦開采的地浸井場,僅手腕粗細的抽液管通過鉆孔插入地中,只在地上小露半截弧度,又很快隱埋入地下進入集控室。整個井場完全看不出任何采挖痕跡,這大大超出了大家對礦山開采的慣性認識。

    二氧化碳(CO2)和氧氣(O2) ,人們生活中接觸最多的兩種氣體,在核工業(yè)北京化工冶金研究院(以下簡稱核化冶院)研究員蘇學(xué)斌的字典里,變成了中性地浸采鈾的利器,這一在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)的技術(shù),顛覆了傳統(tǒng)的鈾礦開采模式,拓展了砂巖型鈾資源開采利用范圍,盤活了數(shù)萬噸復(fù)雜砂巖型鈾資源。

    殺手锏失效倒逼新探索

    “沒想到做出來了。”面對記者,蘇學(xué)斌笑得有點靦腆,“當然如果那么容易,項目也不會一做就是十幾年。”

    地浸采鈾是一種不使礦石發(fā)生位移的集采、冶于一體的新型鈾礦采冶方法。

    簡單來說,通過注液孔將溶浸液注入地下礦層,溶浸液在礦層與礦石發(fā)生反應(yīng),形成含鈾溶液,再通過抽液孔用潛水泵將含鈾溶液提升至地表,然后用地表水冶設(shè)施進行處理,加工成鈾的初級產(chǎn)品。

    “2012年,世界天然鈾總產(chǎn)量56486噸,其中地浸開采以45%的份額居第一位,其次是地下開采28%,露天開采20%。”核化冶院院長郭忠德用一組數(shù)字描述了世界地浸行業(yè)的現(xiàn)狀。

    但采用地浸技術(shù)如何“吃干榨凈”地下礦層中的鈾,讓溶浸液只“榨”出鈾,并最大限度地保護環(huán)境,是一個世界級難題。

    作為我國唯一從事地浸采鈾技術(shù)研究和工程轉(zhuǎn)化應(yīng)用的科研機構(gòu),核化冶院對從礦層中“榨”出鈾溶液有著豐富的經(jīng)驗,用硫酸做溶浸液讓他們在新疆伊犁地浸采鈾中名聲大震,但新疆十紅灘和內(nèi)蒙古通遼錢家店鈾礦礦床中碳酸鹽含量高,酸法地浸造成了礦層堵塞。

    “我們改用堿法,堵塞問題得到有效緩解,但浸出速度相比酸法緩慢,液鈾濃度相對較低,而且生產(chǎn)成本過高,銨鹽會造成地下水污染。”蘇學(xué)斌說,“我們被逼著做一些探索。”

    掌握新工藝打破國外封鎖

    其實,在十紅灘礦床地浸試驗時,核化冶院已經(jīng)在琢磨新的溶浸液。

    一次偶然的發(fā)現(xiàn),點燃了蘇學(xué)斌的靈感。

    他回憶,當時一塊暴露在空氣中數(shù)月的礦芯,在沒加酸沒加堿,只和空氣接觸,經(jīng)水浸泡后竟然有20—30%的浸出率。

    顯然,這顛覆了他的慣常思維。

    “我記得鈾化學(xué)教科書上寫的是,鈾的溶解浸出條件pH值要么小于2,要么大于9,也就是說非酸即堿。”蘇學(xué)斌說。

    核化冶院黨委副書記簡曉飛補充說,其實用CO2和O2地浸采鈾,獨聯(lián)體國家有相關(guān)資料,原理是在地下水中加入二氧化碳后,形成的碳酸氫根離子與礦層中的鈾發(fā)生反應(yīng),使鈾溶解在溶液中,并可有效抑制鈣離子沉淀的形成。

    “人潛入水中吐口氣,水面能看到一個泡。”核化冶院副總工程師譚亞輝說,這個常見的生活現(xiàn)象,說明了一個最淺顯的道理:氣體在液體中容易逸出,要將氣體加入液體,需要解決幾個關(guān)鍵問題,首先要讓氣體溶于液體注入礦層,然后讓液體選擇性溶出礦層中的鈾,回收的時候?qū)⑩櫡蛛x。

    但氣體加入液體的方式及氣體有效溶解的效果并不理想。

    “我國從事CO2和O2原地浸出工藝研究尚屬首次,研究過程中缺乏CO2和O2地浸采鈾的氣體加入技術(shù)、溶浸液配制及浸出機理等理論基礎(chǔ),缺少試驗研究配套的儀器設(shè)備和可借鑒的工程應(yīng)用經(jīng)驗,研究難度大,復(fù)雜程度高。”譚亞輝這樣分析。

    此外很重要的一點,能借鑒的國外資料非常少,目前除我國外,美國是該技術(shù)唯一工業(yè)化應(yīng)用的國家,但對該關(guān)鍵技術(shù)嚴加封鎖和保密。

    2002年以來,在國防科工局的支持下,核化冶院聯(lián)合多個單位先后開展了兩個核能開發(fā)項目和一個國防預(yù)研項目研究,取得了CO2和O2原地浸出采鈾和浸出液處理工藝等重大技術(shù)體系創(chuàng)新和理論突破:首次建立了低濃鈾溶液化學(xué)行為數(shù)學(xué)模型;首次研發(fā)了CO2和O2地浸采鈾溶液配制和使用技術(shù);首次提出并實現(xiàn)了從浸出試劑根源上和工藝流程中控制污染源產(chǎn)生,更新了鈾資源開發(fā)中的“先污染后治理”的傳統(tǒng)環(huán)保理念等十項專利和技術(shù)創(chuàng)新……

    譚亞輝用一組數(shù)據(jù)來說明技術(shù)給環(huán)境帶來的巨大利好。通遼鈾礦的平均品位只有萬分之二左右,換句話說,從10000噸礦石中才能生產(chǎn)兩噸天然鈾產(chǎn)品,如果采用常規(guī)開采方法,需掘進足夠的井巷工程,每噸天然鈾產(chǎn)品將產(chǎn)生數(shù)萬噸廢石和礦渣,占用大量土地資源,造成地表污染。

    蘇學(xué)斌算了一筆賬,采用酸法地浸技術(shù),每噸天然鈾金屬產(chǎn)品耗酸100—400噸,僅浸出試劑成本高達十幾萬元。采用CO2和O2地浸采鈾技術(shù),浸出試劑成本僅2—3萬元,“生產(chǎn)成本大大降低了。”

    2013年11月和12月,該技術(shù)先后獲得了中核集團科學(xué)技術(shù)獎特等獎、國家工業(yè)和信息化部國防科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

    讓70%的砂巖型鈾礦成為可經(jīng)濟開采的資源

    鈾資源是國家戰(zhàn)略資源和重要的能源資源,是核軍工和核電的重要原料。我國鈾資源的基本特點是小、散、貧:礦床規(guī)模小,礦體分散,礦石品位低。

    在我國已探明的鈾資源中,砂巖型鈾資源占總量的41.57%,其中低品位、低滲透、高碳酸鹽、高礦化度等復(fù)雜砂巖型鈾資源占其總量70%以上,采用酸法或堿法地浸均難以開采,成為了“呆礦”。

    如今,該研究成果已在十紅灘鈾礦床和錢家店鈾礦床得到了成功應(yīng)用,并在我國北方地區(qū)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用,開創(chuàng)了砂巖型鈾礦資源采冶的新模式,預(yù)計到2016年,應(yīng)用這一技術(shù)生產(chǎn)的天然鈾產(chǎn)品將占我國年生產(chǎn)量的50%。

    “該技術(shù)有針對性地解決了這類砂巖型鈾礦地浸開采中耗酸量大、易堵塞的技術(shù)難題,使‘呆礦’變?yōu)榻?jīng)濟可采的寶貴資源,從而大大提高了我國已查明砂巖型鈾礦資源的利用率,有效解決了地下水污染治理難度較大的問題,形成并掌握了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地浸采鈾新工藝。”郭忠德說,目前天然鈾產(chǎn)能還不能滿足核能快速發(fā)展的需要,盤活砂巖型鈾資源,能為我國天然鈾產(chǎn)品的供給提供重要的國內(nèi)保障,預(yù)計到2016年,應(yīng)用這一技術(shù)生產(chǎn)的天然鈾產(chǎn)品將占我國年生產(chǎn)量的50%。

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標簽:砂巖型鈾礦

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