张飞凤地浸采铀综述[最终版]

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013-12-09 Monday,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,40,地浸采铀新工艺综述,1,主要内容,地浸采铀基本原理,国内外原地浸出采铀的情况,我国地浸工业化应用取得的成果,2,地浸工艺,地浸,“,原地浸矿,(,出,),法,”,简称,“,地浸,”,俄文：（,CB,）, ,英文：,（,ISR,）,In-situ leaching mining,3,新疆中核天山铀业有限公司,地浸工艺流程示意图,工艺,过程,溶浸液,浸出液,集液池,泵,高位槽,水冶处理厂,高差自流,配液池,溶浸剂,尾液,泵,运移,抽液孔,注液孔,4,原地浸出采铀由矿体,浸出和浸出液处理,两大部分组成，前者是用溶浸液使矿石中的铀从固相转移至液相，形成浸出液的过程；后者则是对浸出液进行处理，最终形成铀浓缩物产品的一系列化工单元操作过程。,浸出部分,浸出液处理部分,5,浸出（井场）部分,6,水冶工艺部分,7,一个矿床是否适合于用地浸法开采，与矿床的地质条件直接相关,，技术条件,主要有：,(1),矿床属疏松砂岩型铀矿床，具有一定的渗透性；,(2),矿体赋存于含水层中（最好具有承压特点），矿层上下具有较稳定的顶地板隔水层；,(3),矿石中铀的存在形式必须适宜浸出,；,地,浸采铀,的技术条件,8,目前，世界各国地浸采铀主要有两种工艺方法，一种是酸法浸出工艺，一种是碱法浸出工艺，并在常规碱法浸出工艺中衍化出,CO,2,+O,2,浸出工艺。独联体国家基本上采用了酸法浸出工艺，美国等国家主要采用碱法浸出工艺；我国先期建设的地浸矿山主要采用酸法浸出，,H,2,SO,4,为主要浸出剂，近年来，新建矿山开始采用,CO,2,+O,2,浸出工艺。,生产实践证明，用碳酸钠、碳酸氢钠作溶浸液的碱法浸出工艺，由于与矿床发生阳离子交换而膨胀，矿石孔隙被堵塞，使矿层渗透性恶化，且试剂价格较高，故应用受到限制。而硫酸浸出工艺因环境影响相对较大、试剂消耗量大、浸出选择性差、设施材料要求高等因素，其应用在一定程度上受到了限制，而,CO,2,+O,2,的浸出工艺得到了较好的应用和发展。,地,浸采铀的主要方法,9,据,测定，工业放射性污染相当于常规开采的,1/1000,左右。,地,浸采铀的优点,(1),由于没有昂贵而繁重的井巷或剥离工程，也没有矿石与废石运输和破碎等工艺，唯一的井下工程是抽、注液等钻孔的施工，所以整个地浸矿山基建投资少，建设周期短，生产效率高，效益好。据国内外资料统计，基建投资比常规采冶节省一半，建设周期缩短,1/2,1/3,，全员劳动生产率提高几倍到几十倍，产品成本降低,1/3,1/2,。,10,(2),环境保护措施容易实现，基本上不破坏地表植被，无废石堆场和矿石场，大大减少了环境污染。,11,地,浸采铀的优点,(3),从根本上改善了生产人员的劳动和卫生条件，改变了人们对矿山形象的看法。,(4),使复杂的和易出事故的采矿工作实现,“,化学化,”,、,“,工厂化,”,、,“,管道化,”,、生产连续化和全自动化。,(5),能充分利用资源，如对某些贫矿、埋深大的孤立矿体、分散小矿体和水文地质工程复杂的强含水层矿床，用常规采矿法往往不经济、甚至在技术上不可行，而用地浸法却能顺利进行开采。,12,原地浸出早在,1890,年前，已应用于无机物（如钾盐、硫）的溶浸，但这种方法直至,19,世纪,50,年代中期，才涉及到要用地下井巷收集化学作用后的浸出液的问题，因此发展较为缓慢。自,1957,年利文斯顿从石油工业液体流动的基本原理中得到启示后，才把它应用于回采固体金属矿物中的有用组分，即通过从地表钻孔将溶浸液注入矿层后，由抽、注液孔定期互换使用，回收有用组分。,自此以后，美、法,、,(,前）苏,等国相继进行了大量的实验研究，使该法在铀矿山发展十分迅速。,地浸采铀的沿革及发展概况,13,1961,年，美国在怀俄明州谢里盆地开始进行半工业性质的地浸采铀试验，并获成功。,1975,年,4,月,Clay West,地浸铀矿山投产，标志着地浸采铀在世界已进入商业性生产阶段。,二十世纪,70,年代后期，地浸采铀在美国的得克萨斯州、怀俄明州、科罗拉多州、新墨西哥州、内布拉斯加州等地迅速发展。,二十世纪,90,年代以后，由于常规采铀矿山的不断关停，地浸法已成为铀生产的重要方法，至,1992,年，美国已关闭所有的常规采铀山。,60,年代中后期，继美国地浸采铀获得成功以后，前苏联、保加利亚、捷克等国家也开展了地浸采铀试验，并于,70,年代相继进行了工业规模的生产。,2,地浸采铀的沿革及发展概况,14,地浸技术美国和独联体国家走在世界前列。美国地浸铀矿山全部采用碱法浸出工艺，已形成以,CO,2,+O,2,为主浸出剂的技术体系，在地下流体监测与控制方面处于领先,水平。,独联体国家地浸铀矿山基本上采用了,H,2,SO,4,体系的酸法或微试剂浸出，铀浸出率,75%,以上。我国是世界上唯一同时具备酸法与碱法地浸矿山的国家，铀浸出率达到国际一流水平，因此，我国浸出工艺选择灵活，可以根据不同条件选择不同浸出工艺方法。,近年来，地浸采矿随着现代科学技术的发展，已发生了巨大的变化，无论是理论研究、应用范围、设备的自动化、经济效益和环境保护与监测等方面都取得了令人瞩目的成就。,地,浸采铀的沿革及发展概况,15,“八五”规划以来，我国针对砂岩型铀矿地浸技术进行了大量试验研究，许多关键技术取得了突破，形成了较为完整的技术体系，整体技术达到了国际先进水平。,中国,砂岩型铀资源及地浸采铀生产现状,16,1970,年，原核工业第六研究所首先在广东河源砂岩铀矿床进行了探索性试验，,1978,年在黑龙江,501,矿床进行了地浸采铀试验,1982,年至,1984,年在云南,381,矿床继续进行地浸采铀条件试验，获得了令人满意的结果，标志着我国已初步掌握了地浸采铀技术，填补了国内空白；,1991,年在云南,381,矿床建成了我国第一座小规模地浸采铀试验矿山；,1992,年在新疆,512,矿床建成第一座地浸生产矿山,737,厂；新疆地浸技术工业性应用的成功，标志着我国地浸采铀已实现从试验研究向工业生产的飞跃。,目前新疆,739,厂、内蒙古通辽钱家店铀矿已建成投产运行，新疆,738,厂，,731,厂正处于试验和建设中。,17,我国已开发利用的铀矿床主要有,“,四大,”,工业类型,:,花岗岩型铀矿床、火山岩型铀矿床、砂岩型铀矿床和碳硅泥岩型铀矿床,( IAEA,称为,“,层状结构型铀矿床,”,),。其中砂岩型铀矿资源量约占查明铀资源储量的,35%,，见图,2,。,中国,砂岩铀资源分布与特点,18,随着对砂岩型铀资源勘探的逐年增加，砂岩型铀资源的开发将成为我国天然铀产能提升最重要潜力之一。,19,我国已探明砂岩型铀资源主要特点有：,a.,矿石碳酸盐、泥质含量较高。吐哈盆地、二连盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地等四大盆地砂岩型铀资源铀矿石碳酸盐含量均大于,2%,（以,CO,2,计），部分矿石泥质含量达,30%,。由于矿石碳酸盐或泥质含量高，部分矿石胶结致密，影响浸出效果；高碳酸盐矿石采用酸法浸出时矿层易发生化学堵塞，或者导致单位金属酸耗高，生产成本高。,b.,矿石渗透性低。疏松含水是砂岩型铀矿地浸开采必要条件，我国砂岩型铀矿床渗透性普遍偏低，矿石渗透性小于,0.5m/d,的低渗透资源占砂岩型资源,70%,以上。由于矿石渗透性低，导致钻孔抽注液能力小，钻孔生产能力低，浸出周期长。,3.1,中国砂岩铀资源分布与特点,20,c.,矿石品位较低。平均品位约,0.02%,，由于矿石品位低，平米铀量小，导致浸出液铀浓度低，只能采用低浓度大流量工艺才能保证一定的生产规模。,d.,矿床地质,-,水文地质条件复杂。吐哈盆地十红滩铀矿床地下水矿化度高达,10.0g/l,以上；鄂尔多斯盆地纳岭沟铀矿床含矿含水层厚度约,100m,；伊犁盆地蒙其古尔铀矿床埋深超过,400m,且分布多层矿体；伊犁盆地扎吉斯坦铀矿床局部矿段地下水位埋藏深或矿层疏干。,3.1,中国砂岩铀资源分布与特点,21,总的来说，我国已探明的砂岩铀矿资源各矿床地质与水文地质条件各异，同一矿床不同块段地质与水文条件也迥然不同（如层间氧化带型砂岩铀矿床的卷头矿体和翼部矿体）。,伊犁盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地和二连盆地是我国目前可地浸砂岩铀矿找矿勘探最为活跃的地区。伊犁盆地铀矿床主要采用酸法地浸，近年在新的矿床进行了碱法地浸试验；松辽盆地已成功进行了,CO,2,+O,2,地浸采铀试验与生产；吐哈盆地和鄂尔多斯盆地正在开展地浸采铀试验。,3.1,中国砂岩铀资源分布与特点,22,地,浸浸出机理的研究,通过多年室内研究与现场试验，掌握了地浸采铀的浸出过程动力学、元素的迁移与沉淀、溶液在含矿含水层的运移模型、地球化学动力学模型等机理与方法，在低渗透、低品位、高碳酸矿石、高矿化度地下水等复杂砂岩型铀矿床条件中得到应用。,我国,地浸采铀重要成果,23,酸法浸出,碱法浸出,(2008,年,10,月,6,日,),浸出试验溶浸液中硫酸浓度及浸出液铀浓度、,pH,值和,Eh,值历时曲线图,24,我国研制了地浸钻孔,新型环形骨架过滤器,；研制了新型实用的,高压孔口装置,，注液压力达到,1.6MPa,以上；通过采用大孔径钻孔结构，改进和完善了填砾式钻孔结构和施工工艺，钻孔抽注液能力提高,10 %,20 %,；采用,电流测井、井温测井等综合测井技术确保了钻孔质量,，地浸钻孔合格率大于,95 %,。,地,浸钻孔结构和施工工艺技术,25,专用设备研究,地浸钻孔结构,施工工艺技术,26,组装好的过滤器,环形骨架,27,高压孔口密封装置,28,温度测井曲线,电流测井曲线,温度测井曲线,过滤器,接受注入溶液区段,发生注液串层区段,过滤器不工作区段,温度测井曲线,过滤器,接受注入溶液区段,电流测井曲线,温度测井曲线,成井质量好,成井质量差,29,确定适合于矿床地质特点的井网布置是地浸采铀的重要内容。我国采用的井型主要有五点型、七点型和行列式井型，这些井型与井距在不同矿床均取得了较好的浸出效果。为了便于井场抽注液流量集中控制、操作简便和保证生产的正常高效运行，研究设计了一种,集中控制室,，实现了采区浸出液与溶浸液集中控制与计量，实现了地浸井场集中管理与操作。,4.3,合理井网布置与溶液集中控制技术,30,抽液集中控制,注液集中控制,31,我国以,H,2,SO,4,为体系的酸法地浸溶浸液配制与使用方法、以,CO,2,+O,2,为体系弱碱性地浸溶浸液配制与使用方法均已取得重大突破，自动配酸装置、,高压水力切割溶氧装置,和二氧化碳气化溶解装置在实践中均取得良好应用效果；同时我国还开展低酸地浸工艺的探索性试验研究。经过多年生产验证，表明针对我国砂岩铀矿资源的特点，可以大范围地选择溶浸液配制与使用技术。,4.4,溶浸液配制与使用技术,32,注入矿层的溶浸液要控制在一定的范围内，既不漏失又不被大量稀释，同时又要使控制范围内的所有矿石尽可能与溶浸液接触而不出现 “溶浸死角”，由此所采取的一切技术措施统称为溶浸范围控制。通过多年的研究，我国掌握了地浸溶浸范围控制技术，开发了地浸溶浸范围和污染范围圈定的计算机模拟软件系统。,4.5,溶浸范围控制技术,33,针对酸法地浸工艺，研究开发了密实移动床和高吸附容量大孔树脂、硝酸盐淋洗、流态化沉淀和饱和再吸附工艺等，并在伊宁铀矿地浸生产中应用，效果良好。针对,CO,2,+O,2,为体系弱碱性地浸工艺，研究开发了大直径高流速固定床、酸化老化沉淀、浸出液自行转型树脂、反渗透处理高浓度转型废水以及沉淀母液再生淋洗剂技术，适应了碱法地浸浸出液浓度低、流量大的特点，并取得了多项国防技术发明专利。,4.6,浸出液回收工艺和设备,34,图,2,浸出液处理（水冶）工艺流程简图,合格液,饱和再吸附,配液池,蒸发池,沉淀,压滤,“111”,产品,浸出液,树脂,吸附,淋洗,转型,回收吸附,35,36,在新疆伊犁库捷尔泰铀矿床浸出结束的采区，开展了地下水抽除法、自然净化法地下水恢复治理工作。在松辽盆地钱家店铀矿床主要采用,CO,2,+O,2,绿色环保浸出工艺、反渗透法预防和控制地下水发生污染。从取得的效果看，采用这些方法进行地下水污染防治是可以满足环保要求的。,4.7,地下水污染的防治技术,37,根据地浸采铀工艺流程，研制了地浸生产自动监控系统，提升了地浸管理水平。系统采用先进的自动调节手段和远程遥控功能、实用经济而又完备的数据采集体系、友好的用户界面、形象直观动态的井场生产工艺流程图、准确全面的历史数据记录、报表曲线打印输出及数据永久保存等手段，实现了对抽出井抽出流量的自动控制；注入压力和流量、注液管线,pH,与,Eh,的自动监测；对集液总管,pH,、,Eh,、压力的自动监测；集液池、配液池液位显示与报警；对配液池自动配酸的监测与控制及对潜水泵的启停控制与工作状态的自动监测。,4.8,自动化控制系统的研制,38,结论,通过,30,多年的研究与规模生产，地浸采铀已成为我国铀矿采冶的重要方法，已形成了一套以地浸铀资源评价、溶浸剂配方和使用方法、地浸钻孔结构与施工工艺、钻孔排列方式的确定、溶浸范围控制、浸出液处理工艺技术、地浸矿山环境保护等为主体的地浸采铀技术体系。,1987,年获核工业部,一等奖,2005,年获国家科技进步二等奖,39,谢谢！,预祝大会取得园满成功！,祝各位领导、专家：,身体健康、工作顺利！,谢谢！,预祝大会取得园满成功！,祝各位领导、专家：,身体健康、工作顺利！,40,