讓砂巖型鈾礦不再是“呆礦”

【摘要】通遼鈾礦開采的地浸井場(chǎng)，僅手腕粗細(xì)的抽液管通過(guò)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(jìn)入集控室。整個(gè)井場(chǎng)完全看不出任何采挖痕跡，這大大超出了大家對(duì)礦山開采的慣性認(rèn)識(shí)。

    通遼鈾礦開采的地浸井場(chǎng)，僅手腕粗細(xì)的抽液管通過(guò)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(jìn)入集控室。整個(gè)井場(chǎng)完全看不出任何采挖痕跡，這大大超出了大家對(duì)礦山開采的慣性認(rèn)識(shí)。

    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(jiǎn)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(guó)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(wàn)噸復(fù)雜砂巖型鈾資源。

    殺手锏失效倒逼新探索

    “沒(méi)想到做出來(lái)了?！泵鎸?duì)記者，蘇學(xué)斌笑得有點(diǎn)靦腆，“當(dāng)然如果那么容易，項(xiàng)目也不會(huì)一做就是十幾年?！?/P>

    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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，通過(guò)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(guò)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(jìn)行處理，加工成鈾的初級(jí)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%?！焙嘶痹涸洪L(zhǎng)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(hù)環(huán)境，是一個(gè)世界級(jí)難題。

    作為我國(guó)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(jī)構(gòu)，核化冶院對(duì)從礦層中“榨”出鈾溶液有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，用硫酸做溶浸液讓他們?cè)谛陆晾绲亟赦欀忻暣笳?，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(wèn)題得到有效緩解，但浸出速度相比酸法緩慢，液鈾濃度相對(duì)較低，而且生產(chǎn)成本過(guò)高，銨鹽會(huì)造成地下水污染?！碧K學(xué)斌說(shuō)，“我們被逼著做一些探索?！?/P>

    掌握新工藝打破國(guó)外封鎖

    其實(shí)，在十紅灘礦床地浸試驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)燃了蘇學(xué)斌的靈感。

    他回憶，當(dāng)時(shí)一塊暴露在空氣中數(shù)月的礦芯，在沒(méi)加酸沒(méi)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(shuō)非酸即堿?！碧K學(xué)斌說(shuō)。

    核化冶院黨委副書記簡(jiǎn)曉飛補(bǔ)充說(shuō)，其實(shí)用CO2和O2地浸采鈾，獨(dú)聯(lián)體國(guó)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(gè)泡。”核化冶院副總工程師譚亞輝說(shuō)，這個(gè)常見的生活現(xiàn)象，說(shuō)明了一個(gè)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(gè)關(guān)鍵問(wèn)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(shí)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(guó)從事CO2和O2原地浸出工藝研究尚屬首次，研究過(guò)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(jī)理等理論基礎(chǔ)，缺少試驗(yàn)研究配套的儀器設(shè)備和可借鑒的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，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(diǎn)，能借鑒的國(guó)外資料非常少，目前除我國(guó)外，美國(guó)是該技術(shù)唯一工業(yè)化應(yīng)用的國(guó)家，但對(duì)該關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)加封鎖和保密。

    2002年以來(lái)，在國(guó)防科工局的支持下，核化冶院聯(lián)合多個(gè)單位先后開展了兩個(gè)核能開發(fā)項(xiàng)目和一個(gè)國(guó)防預(yù)研項(xiàng)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(shí)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(xiàng)專利和技術(shù)創(chuàng)新……

    譚亞輝用一組數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明技術(shù)給環(huán)境帶來(lái)的巨大利好。通遼鈾礦的平均品位只有萬(wàn)分之二左右，換句話說(shuō)，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(jìn)足夠的井巷工程，每噸天然鈾產(chǎn)品將產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)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(dá)十幾萬(wàn)元。采用CO2和O2地浸采鈾技術(shù)，浸出試劑成本僅2—3萬(wàn)元，“生產(chǎn)成本大大降低了?！?/P>

    2013年11月和12月，該技術(shù)先后獲得了中核集團(tuán)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、國(guó)家工業(yè)和信息化部國(guó)防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

    讓70%的砂巖型鈾礦成為可經(jīng)濟(jì)開采的資源

    鈾資源是國(guó)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(guó)鈾資源的基本特點(diǎn)是小、散、貧：礦床規(guī)模小，礦體分散，礦石品位低。

    在我國(guó)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(guó)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(jì)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(guó)年生產(chǎn)量的50%。

    “該技術(shù)有針對(duì)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(jì)可采的寶貴資源，從而大大提高了我國(guó)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(wèn)題，形成并掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地浸采鈾新工藝?！惫业抡f(shuō)，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(guó)天然鈾產(chǎn)品的供給提供重要的國(guó)內(nèi)保障，預(yù)計(jì)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(guó)年生產(chǎn)量的50%。