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地浸采铀中浸出液铀浓度升高的原因探析

添加时间:2017-03-30 09:41
图片来源网络

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  地浸矿山的产能是浸出液铀浓度和钻孔抽液量之积,因此,浸出液铀浓度和钻孔抽液量是影响地浸矿山生产的关键性因素[1].针对浸出液铀浓度低的现状,国内外专家学者提出了"大流量、低浓度"的生产理念,并在对其内涵详细阐述的基础上,开展了现场试验的探索工作,取得了很好的浸出效果[2].

  地浸采铀的过程中,保证采区钻孔的抽注量平衡是地浸采铀的基本原则[3].生产经验表明,同一钻孔抽液时产生的水力坡降比注液时大2~6倍,钻孔的抽液量较注液量大。随着生产的进行,化学沉淀、泥沙不断积累,造成矿层渗透性的降低和过滤器堵塞,使得钻孔注液困难,为了保证抽注量平衡,不得不降低抽液量,因此,注液量就成为制约产能提高的一个重要因素。地浸矿山一般采用洗井的手段来增加钻孔的注液量,实现提高产能的目的。

  在某地浸采铀现场扩大试验的过程中,注液井在洗井之后,抽注液量明显增大,各抽液井铀浓度在短时间内都出现了不同程度的升高,本文通过对比洗井前后抽注液量、浸出液铀浓度的变化情况,在分析影响浸出液铀浓度因素的基础上,指出浸出液铀浓度升高的原因。

  1 现场试验基本情况。

  为了验证某砂岩型矿床地下浸出的效果,获取详细的浸出工艺参数,为矿床的整体设计和开发提供基础数据,选取矿床局部矿块进行了扩大性试验工作,试验的总面积为14940m2,试验采用CO2+O2的中性浸出方式,井型为"五点型"和"七点型"两种方式,共包括8个抽注单元,井场钻孔布置 .

  经过两年多的浸出试验,浸出液铀浓度曲线已经 进 入 下 降 阶 段,浸 出 液 平 均 铀 浓 度 峰 值 为52.4mg/L,目前为26mg/L.各抽注液孔的流量也出现了明显的降低,其中几个注液井的注液量已经由原来的3m3/h降低为不足1m3/h,总注液量也由最大值76.76m3/h降低为目前的57.48m3/h,降低了约25%.抽注液量的减少不利于试验的正常进行,加之铀浓度的降低,导致浸出金属量的逐渐减少,因此,现场试验开展了对注液井的洗井工作。

  洗井是采用某种方法将钻孔过滤器周围的淤塞物洗掉,以恢复矿层的渗透性。洗井的方法有很多,比如压缩空气法、活塞洗井法、化学洗井法、喷射洗井法等。本次洗井采用压缩空气洗井法,主要是通过空压机产生压缩空气,并经由风管送入钻孔井管内部,以水气混合物的形式在管内形成涡流,将井管内的淤塞物压出地表,达到清洗过滤器及井管的目的。

  本次共完成了14个注液井的洗井工作,洗井水前后对比见图2.各注液井的注液量在洗井后都得到了明显的提高,如图3所示。洗井过程中CO2和O2的注入量都保持与注液前相同,只有需要洗井的注液井停止注液,其他抽注液井保持正常生产。洗井前后抽注液量比值基本不变,保证抽注液的平衡关系。

  洗井前后各抽液井浸出液铀浓度的变化情况见图4.洗井工作从第13d开始,共持续了42d,洗井开始及结束的时间见表1.结合表1和图4分析,8个抽孔的铀浓度在其所在抽注单元洗井结束后的5~10d之后都出现了不同程度的升高,曲线升高持续的时间各不相同,这从直观上表现了抽注液量的增加造成了铀浓度的升高。

  2 现场试验铀浓度变化影响因素分析。

  2.1矿石品位与注液增加的影响。

  不同矿石品位试样柱浸试验的研究结果表明,浸出液铀浓度峰值随品位的升高而升高,铀浓度与品位的这种关系也已经在现场试验中得到了证实。从图4可以看出,目前0201、0203和0202的浸出液铀浓度都很高,说明这几个钻孔抽注单元面积内矿石的品位都相对较高。结合钻孔伽玛测井资料可知,这几个抽注单元内的矿体厚度大,品位高,单孔平米铀量高,因此,铀浓度值较其他钻孔高。0201抽孔较其他抽孔铀浓度都高的另一个重要的原因是,0201抽孔的渗透性差,抽液量仅为其他抽孔的一半左右,如图5所示,并且这种情况已经维持了一年多的时间,导致0201抽注单元的浸出率低,铀浓度曲线降低的趋势缓慢,因此,铀浓度较其他抽孔都高。

  将各抽孔洗井前的铀浓度值、洗井后铀浓度的升高值以及抽孔周围注孔的注液增加量进行了统计,如表2所示。图6为铀浓度升高值与洗井前铀浓度和注液增加量的对比图,为了能够突显影响铀浓度升高值大小的因素,图中横坐标按照洗井前铀浓度由高到低的变化趋势进行排列。

  铀浓度升高值的变化趋势与铀浓度的变化趋势基本保持一致,即铀浓度高的抽孔洗井后其升高值大,浓度低的升高小,也就是说品位高的铀浓度升高大,品位低的升高小。但是,从图6中可以明显看出,0202抽孔和0203抽孔的铀浓度比0201抽孔的铀浓度高,但洗井后这两个井的铀浓度增加值却比0201抽孔低。为了分析其中的原因,将各抽注单元注液增加量进行了统计,如表2和图6所示,分析得出最主要的原因是:虽然0202抽孔和0203抽孔的铀浓度比0201抽孔高,但是其所在抽注单元注液量的增加值比0201小,尤其是0202抽孔,其增加值仅为2.0m3/h,而0201抽孔周围注孔注液量的增加值为9.6m3/h.综上所述,洗井后抽液井浸出液铀浓度的升高值不仅与抽注单元覆盖面积内矿石的平均品位有关,而且还与其周围注液井注液量的增加值有关。

  2.2稀释作用降低与浸出剂覆盖率增大的影响。

  国内外学者采用室内试验的手段探索抽注液量与铀浓度的关系,试验研究的结果表明:钻孔抽液量对浸出液铀浓度无影响,仅能缩短浸出周期和达到峰值浓度的时间[4-5].室内试验是模拟浸出剂完全在矿层中流动的理想状态,但在生产过程中,由于浸出剂的扩散作用以及地下水的涌入,必然造成浸出剂的稀释,从而影响浸出液的铀浓度。

  王海峰等[1]研究了地下水的稀释作用与矿体形态之间的关系,研究结果表明:采用单列式的井型布置时,地下水稀释率由第一年的71%降低第三年为16%,采用五点型的井型布置时,地下水稀释率由第一年的53%降低第三年为10%,这说明地下水的稀释作用伴随地浸采铀的全过程。

  稀释作用主要表现在边缘开采单元地下水的涌入,以及垂直方向上的弥散作用。在现场试验和生产过程中,一般将矿层厚度与含矿含水层厚度的比值小作为分析浸出液铀浓度低的一个重要原因,矿层厚度与含矿含水层厚度的比值小越小,浸出剂注入后在垂直方向上的弥散作用越大,增大了对浸出剂的稀释。洗井后注液量的增加在一定程度上降低了这种稀释作用,有利于浸出液铀浓度的升高。

  浸出剂覆盖率是指平面上浸出剂流经矿层的面积与抽注单元控制的几何面积之比。地浸采铀的实践经验表明,要取得较好的浸出效果,浸出剂覆盖率一般应达到75%~85%.研究表明,当井距和井型都一定时,浸出剂覆盖率随着矿层渗透性的增加而增大。浸出剂的覆盖率越大,地下水涌入量越小,浸出液被地下水稀释的程度就越低。洗井提高了注液井周围矿体的渗透性,在一定程度上增大了浸出剂的覆盖率,降低了浸出液的稀释作用,增加了铀金属的浸出。

  3 结论。

  浸出液铀浓度的高低受多种因素的影响,某地浸采铀现场试验钻孔洗井后,各抽孔铀浓度出现了不同程度的升高,对影响铀浓度升高的因素进行了分析,主要得出以下结论:铀浓度的升高是抽注单元覆盖面积内矿石的平均品位和抽注单元注液增加量两者共同影响的结果;洗井提高了注液井周边矿层的渗透性,在一定程度上增大了浸出剂的覆盖率,降低了浸出剂的稀释作用,有利于铀浓度的升高。

  参考文献:
  [1] 王海峰,郭宁,谢廷婷,等.地浸采铀地下水稀释对浸出液铀质量浓度的影响[J].铀矿冶,2012,31(1):9-13.
  [2] 王海峰.大流量低浓度地浸采铀浸出工艺试验[J].铀矿冶,2007,59(5):9-13.
  [3] 王海峰,谭亚辉,杜云斌,等.原地浸出采铀井场工艺[M].北京:冶金工业出版社,2002.11.
  [4] 卢切恩科ИК,别列茨基ВИ,达维多娃ЛГ。无井采矿方法(地下浸出 法)[M].衡 阳:核 工 业 第 六 研 究 所,1985:34-67,132-134.