砂岩型铀矿地浸开发的地质保障—— 含矿含水层微观非均质性研究

随着当前国内砂岩型铀矿床的大规模开发,含矿含水层的非均质性对地浸采铀的影响逐步显现。针对砂岩型铀矿的矿层非均质性,应用岩心CT扫描、铸体薄片、SEM等分析手段,以国内两大典型砂岩型铀矿层为例,从定性和定量两个方面剖析了含矿层的矿物成分非均质性及对地浸采铀的影响。研究表明,二连盆地赛汉组下段含矿层适合酸法地浸,地层胶结弱,孔隙性、渗透性好,有利于地浸液在矿层充分运移。鄂尔多斯盆地直罗组矿层的空间主要以连通性较好的粒间孔隙为主,由于埋藏较深,矿层较赛汉组致密,地层渗透性差于赛汉组。最后,总结了微观实验方法带来的非均质性分析局限性,对宏观非均质性分析手段进行了展望。     

地浸采铀过程中含矿层渗透性演化的示踪试验

铀资源既是核军工基石又是核电发展的粮仓,在当前复杂的国际形势与大力发展核电的时代,更是一种不可或缺的重要资源。随着内蒙古巴彦乌拉铀矿地浸采铀的运行,矿层堵塞、铀浸出量下降等问题逐渐浮现。为探明地浸采铀过程中含矿层渗透性的演化特征,在巴彦乌拉铀矿床C10采区某试验单元开展了井间示踪试验。试验结果表明,地浸一年后含矿层砂岩孔隙度与渗透性降低,其原因与含矿层砂岩孔隙发生堵塞有关。地浸二年后C10采区试验单元在三个渗流方向即KZ13238-KC13036、KZ13238-KC13038和KZ13238-KC13438方向均产生了优势渗流通道。地浸二年后各方向渗流通道溶浸液流速较地浸一年均有不同程度降低,且下降幅度相较于前一年更大。表明随着采区的运行,含矿层孔隙堵塞情况日益严重,含矿层渗透性不断降低。研究结果可以为地浸中含矿层渗透性演化特征提供示踪证据。     

地浸采铀过程中含矿层堵塞特征研究

酸法与碱法浸铀是当前我国铀矿采冶主要地浸工艺,浸铀过程中均会产生含矿层堵塞。含矿层堵塞是地浸采铀中的一种普遍现象,也是制约铀浸出效益的重大瓶颈。根据巴彦乌拉铀矿矿石酸法柱浸试验和十红滩铀矿矿石碱法浸铀试验结果,分别对酸法和碱法浸铀过程中含矿层堵塞的原因进行了系统研究。结果表明,矿物黏土化蚀变是造成酸法地浸中含矿层堵塞的重要原因;碳酸钙沉淀是造成碱性地浸中含矿层堵塞的主要原因;溶浸液的pH、HCO3-浓度及Ca2+浓度过高都会引起碱性浸铀含矿层碳酸钙沉淀,碳酸钙溶解沉淀特征受pH、Ca2+、HCO3-的边界值控制。     

内蒙古巴彦乌拉铀矿地浸采区地下水示踪试验

酸法地浸采铀是砂岩型铀矿最常用的开采方式之一,地浸中由于高酸溶浸液注入于地下含矿层,往往因化学沉淀堵塞导致含矿层渗透性下降,降低浸铀效率。为此,十分有必要探讨地浸过程中地下水（溶浸液）流速变化特征。以巴彦乌拉铀矿C10采区试验单元为试验场所开展了地下水示踪试验。试验结果表明,溶浸液从注液孔到抽液孔有多条（至少二条）渗流通道,较快通道的溶浸液流速为1.95~2.06 m/d,较慢通道溶浸液流速为1.35~1.44 m/d。KI示踪试验与SO42-示踪试验得到的溶浸液流速特征具有较好的一致性。     

砂岩铀矿围岩中性条件下对铀的吸附试验

砂岩型铀矿地浸采铀体系中,溶解铀在水岩界面发生的吸附作用对铀的浸出造成一定影响。为研究CO_2+O_2中性地浸条件下含矿层砂岩介质对溶解铀的吸附特征,采用取自新疆蒙其古尔铀矿床围岩和含铀浸出液,在实验室开展了不同粒径介质和不同固液比的吸附试验。结果表明,不同粒径介质对铀的平衡吸附量介于11.62～20.28mg/g,铀的平衡吸附量以及吸附率与粒径负相关;不同液固比试验条件的平衡吸附量介于10.07～18.23mg/g,铀的平衡吸附量与液固比正相关,铀的吸附率则与液固比负相关。围岩对铀的吸附动力学特征符合粒内扩散模型。试验结果可以为地浸采铀溶质运移模拟过程中吸附模型及其参数的确定提供依据。     

地浸采铀过程中的矿物溶解沉淀特征

铀的原位浸出是通过溶浸液与铀矿物相互作用来实现的,地浸采铀过程中溶浸液与含矿层中各种矿物反应,会使溶浸液中各种离子组分大量增高,当离子浓度达到饱和或过饱和时,又会产生化学沉淀,造成含矿层堵塞。以巴彦乌拉铀矿C12采区为研究对象,根据浸出液化学成分数据,通过地球化学模拟计算采区运行过程中矿物饱和指数,研究地浸过程中矿物的溶解-沉淀特征。计算结果表明,酸法地浸过程中石膏、Fe(OH)3、针铁矿和赤铁矿是地浸采铀过程中易产生沉淀的矿物。地浸6.5天后石膏即处于沉淀状态;Fe(OH)3在pH大于6.71~6.89条件下、针铁矿在pH大于4.6~5.0条件下、赤铁矿在pH大于4.62~4.87时处于沉淀状态。pH是影响矿物溶解与沉淀的关键因素。     

酸法地浸采铀多井系统中渗透系数时空演化模拟

为了解酸法地浸采铀过程中含矿含水层渗透系数时空演化规律,通过数值模拟的方法建立了由两组五点型地浸抽注井构成的二维反应动力学模型,模拟酸法地浸采铀中孔隙度-渗透系数时空演化过程,探讨含矿含水层渗透系数时空演化规律。模拟结束时模拟区域内渗透系数区间为[5.37 m/d, 14.7 m/d]。通过渗透系数时间演化结果可知,在渗流作用和化学反应前锋不断向抽液孔推进,渗透系数发生变化的区域随时间不断增大,模拟区域内渗透系数区间值随时间不断增大,模拟结束时6个注液孔周围的渗透系数演化情况差异较小;矿层内渗透系数大于初始值的范围为注液孔中心相距约3 m（占抽注半径1/10）处的圆柱体内,渗透系数最小值出现在与注液孔中心相距约5.66 m处的圆周上,含矿层内大部分区域的渗透系数均小于初始值,根据模拟结果渗透系数最小值可能出现在与注液孔距离抽注半径的1/6~1/5区域内。      

内蒙古二连盆地镶黄旗地区铀矿床地浸水文地质条件分析

本文通过对二连盆地镶黄旗地区铀矿床含矿含水层水文地质特征、水文地球化学特征归纳整理,分析该区含矿含水层的岩性、水动力条件、水文地质参数等特征。在此基础上,对该矿体水文地质条件、地浸条件进行分析,为后期地浸采矿提供重要依据。     

云南省富源县某矿床地质特征分析

矿区所处大地构造位置属扬子准地台(Ⅰ)滇东台褶带(Ⅰ3)曲靖台褶束(Ⅰ34)富源凹褶(Ⅰ343)。可采矿层赋存于二叠系龙潭组(P2l)地层之中。结合野外项目,综合调查研究了区域地形地貌、气候,矿层、构造;并对矿床含矿层位,矿层厚度、矿层特征等地质特征进行分析。     

CO_2+O_2地浸采铀工艺对含矿层渗透性的影响

CO_2+O_2地浸采铀工艺是一种适合较高碳酸盐含量含矿层地层的技术方法,在该工艺生产过程中会产生不同类型的堵塞,从而降低矿层渗透性。对影响渗透性的矿物因素,碳酸盐矿物、黏土矿物、铁矿物等化学堵塞因素进行了系统分析,认为碳酸盐和黏土矿物以及CO_2+O_2地浸过程中的化学堵塞是影响含矿层渗透性的主要因素。     

中国铀矿采冶回顾与展望

中国铀矿包括火山岩型、花岗岩型、碳硅泥岩型、砂岩型和煤岩型等多种类型。铀矿采冶始于20世纪50年代,早期以火山岩型和煤岩型铀矿常规地下开采为主,部分埋藏较浅的矿床则以露天开采的方式进行;铀的提取采用破磨搅拌浸出或堆浸工艺。20世纪90年代以来逐步向砂岩铀矿开采转型,以采冶一体的原地浸出方式进行开采和铀的提取,按浸出剂的不同主要分为酸法、碱法、中性(CO_2+O_2)等工艺,其中酸法和中性浸出工艺在中国应用最为广泛。近年来微生物浸出技术在铀矿堆浸和地浸方面均有所突破,部分实现工业应用。清洁、高效和数字赋能是铀矿采冶发展的主要趋势,建设绿色、高效、智能的铀矿大基地也正在成为中国天然铀产业高质量发展的新动能。     

砂岩型铀矿浸出研究进展

随着经济快速发展对能源需求的增加,当前我国南方硬岩型铀矿床开采量已经大不如前,砂岩型铀矿已成为天然铀供给的主力。砂岩型铀矿开采方式主要为原地浸出,按照溶浸剂的不同可以将其划分为酸法浸出、碱法浸出、中性浸出以及生物浸出等不同工艺。阐述了砂岩型铀矿的特点、总结了各种浸出方式的优点及应用条件、对浸出机理做了简要介绍,并对砂岩型铀矿开采的发展提出了展望。     

西藏那曲县尤卡朗铅银矿床地质特征与成因研究

尤卡朗铅银矿床位于北冈底斯群陆后缘退化陆缘弧(盆)褶皱带中部。矿区出露中-上侏罗统拉贡塘组(J2-3l),岩性主要为石英砂岩、钙质细砂岩、砂屑灰岩、粉砂质板岩、含炭粉砂质板岩、炭质板岩等,矿体产于构造破碎带内,赋矿岩石为破碎的泥质岩、碎屑岩和灰岩构成的角砾岩。两条走向NNE、倾向NWW的断层破碎带控矿。综合区域地质背景、矿区地质特征、矿体特征及成矿时代,初步分析了恰功矽卡岩型铁矿床的类型和矿床成因。     

CO2+O2地浸采铀中CaCO3沉淀堵塞条件模拟

CO2+O2地浸工艺是我国第三代铀矿采冶技术,地浸过程中溶浸液与含矿层矿物反应后,在将铀从矿石中浸出的同时,由于地下水矿化度增高又会产生化学沉淀,导致含矿层堵塞。CaCO3沉淀是CO2+O2地浸采铀过程中含矿层堵塞的重要原因。根据内蒙古纳岭沟铀矿CO2+O2浸铀过程中浸出液化学成分数据,通过水文地球化学模拟,对含矿层堵塞的水文地球化学条件进行了系统研究。结果表明,CaCO3沉淀是造成CO2+O2地浸中含矿层化学堵塞的重要原因。当溶浸液pH>6.5时,CaCO3将发生沉淀,溶浸液的pH、HCO3-浓度、Ca2+浓度是影响CaCO3沉淀的主要因素,过高的pH与HCO3-浓度、Ca2+浓度都会造成CaCO3沉淀的产生。根据模拟结果获得了不产生CaCO3沉淀条件下pH、HCO3-浓度、Ca2+浓度三者之间的关系,并由此认为,维持溶浸液较低的Ca2+浓度与较低的pH是预防与缓解CaCO3沉淀堵塞的有效途径。     

某砂岩铀矿石CO_2+O_2柱浸试验

在实验室开展了某砂岩铀矿石CO_2+O_2浸出工艺的柱浸试验。当液固体积质量比达到5.20(mL/g)时,铀浸出率可达到67.05%;HCO_3~-浓度是影响铀浸出浓度的关键因素,保持HCO_3~-浓度不低于800mg/L时浸铀效果较理想;浸出中后期铀浓度随矿石中铀的消耗而降低;溶浸液与矿石中碳酸钙、黄铁矿相互作用导致浸出液中Ca~(2+)、SO_4~(2-)浓度升高,pH在6.6以上时方解石和白云石都处于过饱和状态,为避免发生沉淀,应将pH控制在6.6以下;试验中石膏虽未达到饱和,但地浸实践中应关注Ca~(2+)、SO_4~(2-)浓度持续升高趋势,避免发生石膏沉淀堵塞。     

基于三维地震探测的海底矿区地质结构分析

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山，其对开采技术要求较高，大规模海底开采过程中潜存的安全问题是矿山需解决的首要问题。其中，海底第四系底部黏土隔水层和F1断层泥是阻水的关键部位，这2处隔水层破坏后有可能会造成海水溃入，因此需要探明矿区上覆岩层的地质结构，尤其是黏土隔水层分布情况。经过探索形成了高精度三维地震勘探技术，包括灵活的采集几何，低噪声接收器条件和定量控制等，并在开展新立矿区海底地震勘探中取得了很好的效果。研究表明：在矿区地质勘查中，三维地震勘探方法可在较大深度范围内精细探测浅层与深部的地质结构形态，是一种有效且实用的技术方法；第四系在探测区稳定分布，埋深在8～39 m之间，主要表现为西部和北部偏薄，南东方向地层逐渐变深，其中第四系底部的黏土隔水层厚度变化范围为1～11 m，分布趋势与第四系基本一致，但在F1断裂附近明显变薄，厚度为2.5～5.0 m，并向北西方向逐渐变薄，隔水稳定性变差，对矿床开采具有一定的风险；下覆基岩强、中、弱3层风化带总的厚度变化范围为3～35 m，在F1断裂附近风化带明显变厚，厚度为20～35 m，是矿区主要的透水结构。高精度三维地震技术首次应用于新立矿区的地质结构探测中，为三山岛金矿海底矿区的安全开采设计提供了数据支持。     

青海省都兰县各玛龙铅锌矿矿床特征与成因研究

研究区大地构造位于东昆仑构造带的南东段,位于“东昆仑”成矿带东段,出露地层主要为上泥盆统牦牛山组(D 3 m),有近东西向及北东-南西向两组断裂构造,矿体产于构造蚀变带中,含矿岩性主要为二长花岗岩,成矿类型属热液型。近东西向的F3各玛龙断裂通过处、岩体侵入接触部位的节理、裂隙间是赋矿最有利的空间,研究结果对以后的地质勘查工作具有重要的指导意义。