松辽盆地砂岩型铀矿地浸采冶与生态保护—以钱家店铀矿为例

汤庆四，杨俊泉，田超，金若时，李建国，奥琮，张泽贵（.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古通辽08000；.天津地质调查中心，天津0070 、贵州省有色金属和核工业地质勘查局七总队，贵阳550000）



松辽盆地砂岩型铀矿地浸采冶与生态保护
—以钱家店铀矿为例

汤庆四1，杨俊泉2，田超3，金若时2，李建国2，奥琮2，张泽贵1
（1.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古通辽028000；2.天津地质调查中心，天津300170 3、贵州省有色金属和核工业地质勘查局七总队，贵阳550000）

摘要：核电的快速发展带动了铀资源需求的增加，地浸采冶技术极大地推进了我国砂岩型铀矿的开采。本文以松辽盆地正在开采的钱家店铀矿床为实例，对砂岩型铀矿的地浸采冶技术特征进行了总结，对开采给环境带来的影响进行了评价。钱家店的中性地浸采冶技术，采用CO2+H2O作为浸出剂，解决了高碳酸盐含量铀矿石的采冶，更为重要的是该类浸出剂不会对地下水造成污染，开采过程十分环保，是值得在我国北方推广的一种采冶技术手段。

关键词：砂岩型铀矿；地浸；生态环境保护

核电作为一种重要的清洁能源，已成为世界众多国家关注的焦点。为满足我国经济发展和国防现代化对铀资源的需求，寻找新的铀资源基地，加强铀矿找矿勘查和科技工作，是我国铀矿地质战线面临的十分紧迫的战略任务。由于地浸砂岩型铀矿具有矿量大、开采成本低和有利于环保等优势，目前已成为世界铀矿找矿领域的主攻类型之一。鉴于我国特定的地质背景条件，该类型已成为我国铀矿勘查工作的主攻方向，也是我国铀矿地质科技工作的重点。

然而，由于相关知识的缺乏，多数人认为铀矿床的开采会造成放射性污染，对环境危害较大。鉴于此，本文以松辽盆地砂岩型铀矿的地浸采冶为例，对砂岩型铀矿的开采与生态环境保护的关系进行讨论，以期对砂岩型铀矿的开采产生新的认识。

1　国内外地浸采铀现状

1.1国外地浸采铀现状

美国于1957年提出地浸采矿原理，20世纪60年代首次在俄明州谢利盆地铀矿山中采用硝酸作为溶浸剂进行铀矿地浸试验和小规模生产，1973年在得克萨斯州首次采用碱性的碳酸盐作为溶浸剂进行了新的铀矿地浸试验［1］。基于经济和环境的考虑，20世纪80年代地浸采矿迅速发展，目前已成为美国铀工业的主要生产手段，采矿深度达到700 m。

前苏联地浸采铀于20世纪60年代中期开始半工业性试验［2］，70年代中期在乌兹别克斯坦和哈萨克斯坦两国采用大规模酸法浸出，一般铀的浸出率70%～75%，条件好的矿山达80%～85%［3］。目前，哈萨克斯坦天然铀几乎全部产自地浸矿山，国内共18个地浸铀矿山正在开采，总生产能力约20000 tU/a［4］。近几年来，加拿大、澳大利亚、法国、德国等许多国家都开展了地浸采矿工作，其中美国与乌兹别克斯坦地浸产铀国产量比较稳定，哈萨克斯坦产量则迅速增加。

1.2国内地浸采铀现状

我国于20世纪70年代开始地浸采铀技术的研究，先后在广东和黑龙江进行小型探索性试验，在地浸技术、装置和方法等方面积累了大量的经验；80年代开始在云南、新疆开展现场地浸试验；90年代中期，在新疆512铀矿床按照地浸砂岩铀矿理论来评价、开采，这成为我国第一座大型酸法地浸采铀矿山［5］。

21世纪初，随着我国铀找矿方向重点转移到砂岩型铀矿上来，各地勘队伍在西北、东北地区先后找到了一批砂岩型铀矿床，取得了突破性进展。然而，这些位于中国北方的铀矿床，具有矿石品位低、渗透性差、碳酸盐含量高的特点，在新疆、内蒙古等地采用酸法进行现场采冶试验中，耗酸量大、堵塞严重、成本高，导致采冶难以维持下去。2006年开始，在松辽盆地钱家店铀矿床开展了CO2+O2中性地浸采铀试验研究，历时四年，终于攻克了该区地浸采铀的难题，于2010年，在松辽盆地钱家店铀矿床建立了我国第一座CO2+O2中性地浸采铀矿山。

2　松辽盆地采铀区地质条件

松辽盆地是我国东北最大的沉积盆地，是在前中生代海西褶皱带基础上发展起来的中新生代沉积盆地［6］。基底为古生代变质岩系，蚀源区岩性为中生代火山岩、海西期和燕山期花岗岩及古生代变质岩。盖层主要为下白垩统断陷湖盆沉积，以及上白垩统坳陷型河流-湖相沉积。白垩系之上为新近系及第四系松散碎屑堆积物。

下白垩统地层主要由义县组（K1y）-九佛堂（K1jf）-沙海组（K1sh）-阜新组（K1f）地层组成。上白垩统地层主要由泉头组（K2q）-青山口组（K2qn）-姚家组（K2y）-嫩江组（K2n）-四方台组（K2s）-明水组（K2m）地层组成。姚家组地层可分为上下两段，下段与下伏青山口组为平行不整合接触，是松辽盆地南部主要的含铀矿地层。姚家组岩性为浅灰色及灰白色细砂岩、中砂岩、泥质砂砾岩、钙质砂砾岩，灰色、深灰色的粉砂岩和泥岩。其中以细砂岩、中砂岩为佳，胶结致密。砂体分布连续，且有多层特点，倾角5～10°。顶底板均为泥岩，具有典型的泥-砂-泥结构，主要含矿层渗透系数为0.025～0.223 m/d。

3　地浸采铀方法

3.1地浸采铀原理

地浸采铀又称原地浸出采铀技术，国际称为In-situ Leaching，是一种通过浸出剂与天然产状条件下的铀矿石化学反应，有选择性地溶解矿石中铀，集采、选、冶于一体的新型铀矿开采方法。其实质是通过从地表钻进至含矿层的钻孔，将配制好的浸出剂注入到矿层，浸出剂与矿石中铀矿物接触，发生化学反应，生成可溶性化合物，形成含铀溶液。在扩散和对流作用下，含铀溶液经过矿层，再通过钻孔提升至地表，送至回收车间，经离子交换等工艺处理，最终得到合格产品。

在工业上，地浸采铀根据浸出剂的不同通常分为两种基本方法：一种是哈萨克斯坦、乌孜别克斯坦等国广泛采用的酸法原地浸出采铀，化学试剂主要为工业硫酸，浸出剂中H2SO4浓度0.5%～3.0%；另一种是美国使用的碱法（中性）原地浸出采铀，浸出剂主要由O2、H2O2和重碳酸盐或CO2组成。浸出液经加工后直接获得铀产品——黄饼（UO3·2H2O）。

3.2地浸采铀的特点

开采方法简洁、工艺流程简短。地浸采铀只有地表的钻孔工程、溶液输送管网、浸出液处理设施，不需要投入地下井巷及矿石提升与运输、井下通风和排水，矿石破磨、搅拌堆浸场等设施，将采冶一体化，简化采矿工艺、缩短采矿流程。

矿山建设周期短、基建投资少。地浸采铀采冶融为一体，工程建设期一般1.0～1.5 a，是常规矿山建设的四分之一。工程建设基建投资一般为常规矿山建设的50%～70%。

自动化程度高，工人劳动强度低。地浸采铀生产现场通过工控机、变频器、流量计、液位计、在线监测仪、泵类、电磁阀等设备，以生产系统智能化软件为核心，实现对生产工序的智能监测、集中控制和自动化运行。工人劳动工作以设施设备的监控和参数调节为主，极大改变了采矿工人的作业环境、劳动强度。矿山变工厂，极大提高了采矿的本质安全度。

生产效率高、资源利用率高。国内地浸采铀矿山工人人数仅为常规铀矿山的20%～30%，人均生产效率高出5～10倍。由于地浸采铀的低成本，使得大量低品位矿（0.01%～0.02%）可以经济开采利用。如果矿床中伴生发育Se、Sc、Mo、Ge、V、Re等元素可以考虑同步浸出和回收。目前，乌孜别克斯坦地浸矿山已开展铀与其伴生元素的综合回收，我国铀伴生元素的综合回收尚处于试验性探索阶段。

4　钱家店地浸采铀方法与生态保护

钱家店的地浸采铀原理与国外的地浸采铀并无二致，也是通过浸出剂将铀矿物提取至地表，所不同的是，由于矿石中碳酸盐含量较高，钱家店矿床并未采用国际上常用的酸法或碱法浸出，而是自主创建了一套以CO2和O2作为浸出剂的采冶方法。该方法不仅有效提高了铀矿的采冶效率，在浸出剂的选择上也更为环保，同时，在矿山建设过程中，还采取了一系列举措，最大限度地降低了对生态环境的破坏。

4.1绿色生态的CO2和O2浸出剂

松辽盆地钱家店铀矿床采用CO2+O2原地浸出采铀工艺，化学试剂仅为CO2和O2，无其它试剂。溶浸液主要为富含CO2和O2的地下水，pH为6.8～7.5，化学性能温合，在地下选择性溶解矿体的铀矿物，而不与含矿砂体的重金属离子产生反应，地下浸出为砂岩型铀矿床成矿的逆过程。主要特征污染离子为因溶解O2的氧化作用而改变浓度的铀离子和硫酸根离子［7］（表1）。相对酸法原地浸出采铀工艺，较大程度的改善了原地浸出工艺对地下水的影响。相对其他采矿方法，该开采方法更为绿色环保。

4.2循环封闭采冶的环保型地下浸出和地表处理工艺

地下浸出采用“抽取地下浸出液—地表处理—尾液配制溶浸液回注—再抽取地下浸出液”的工艺，地下水循环利用、采区独立运行，形成循环封闭的浸采体系。浸出液地表处理采用“溶液离子交换吸附、树脂淋洗转型、浆体老化沉淀”的工艺，树脂反复利用、试剂循环配制、废水反渗透处理再次使用，形成循环封闭的地表浸出液处理体系［8］。

松辽盆地钱家店铀矿床在开采流程设计过程中，突出地浸采铀工艺的特点。同时，浸出液地表处理引入反渗透装置，将废水处理、生产水循环利用与工艺融为一体，使得生产与环境保护更为和谐，基本实现无废水外排、无废石堆放。

4.3谨遵环保理念的工程施工和生产运行

原地浸出采铀的钻孔施工和管道安装会对地表破坏，工艺事故的溶液流失对地表水产生影响。为此，工程建设过程中根据环境预评价报告，制定了相应的工程施工环境保护方案，在采冶过程中遵循了以下具体要求：

（1）施工遵守最小占地原则。钻机占地面积不大于1亩，单孔影响面积不超过1m2。

（2）废物最小化原则。钻探泥浆必须循环使用，废泥浆分类存放、集中处理。

（3）场地恢复原貌原则。采区施工完成，投入运行以后，必须进行地表土壤复原，植被恢复等。

（4）安全质量有保障原则。采用综合物探测井技术进行矿体定位、井管定位、钻孔成井质量检验，确保每个投入使用的生产钻孔完整、完好。

（5）设计最大化，系统能防控的原则。溶液输送根据工艺压力要求采取高一等级设计，管道选择耐酸、耐腐、耐压材料。系统设计自动检测、报警及联锁控制装置，确保采区工作时运行有监控、管道无渗漏、溶液无跑冒。同时，设计防渗蒸发池，集中汇集洗孔等工艺废水，通过自然和强制蒸发处理该部分废水。

4.4采冶过程中地下水污染的防控措施

浸出液对地下水的污染，主要集中在采区含矿含水层。这是因为CO2和O2的加入浸出铀金属，地下水铀浓度升高，同时因为矿体位于不透水的顶板和底板之间，浸出液在垂直方向被限制在含矿含水层之内，主要存在沿含水层位的水流方向扩散。为保证采区下浸出范围有效控制，采用以下措施：

（1）采区设计考虑矿床地下水流向因素，按照从地下水上游逐渐向下游设计、布置采区。

（2）采区边界的抽液孔与注液孔合理布置，易于调节采区抽注平衡。

（3）采区运行采用抽大于注的原则，实现局部的地下水形成负压区，周边地下水向采区汇集，防止采区浸出范围的外扩。

（4）采区外围设计监测孔，并制定年度监测计划，定期监测地下水扩散程度。

5　结论

松辽盆地钱家店铀矿床的原地浸出采冶，采用CO2+O2作为浸出剂，改善了地浸采铀对地下水的影响；地下浸出和地表处理工艺循环封闭采冶一体，材料循环利用、废水反复利用，最大限度降低了对环境的影响；工程施工、生产运行注重了地表土壤及地表水保护。钱家店铀矿床的地浸采冶，基本实现了开采与环境保护的统一。我国北方砂岩型铀矿的矿床地质、水文地质条件基本符合该开采方法的要求，钱家店地浸采冶的推广，将使我国铀矿采冶工业在21世纪呈现崭新面貌。

表1　溶浸液及浸出液成分分析数据①（单位：mg/L）Table1　Analysis results of solution liquid and leaching liquid①夏毓亮，林锦荣，郑懋公，等.钱家店（钱II块）铀矿床06-07线地质勘探报告［R］.北京：核工业北京地质研究院，2001，4.（Unit：mg/L）

参考文献：

［1］张振强.地浸采铀技术与工艺［J］.资源调查与环境，2002 （3）：200-204.

［2］肖新建，李子颖，郭华，等.俄罗斯砂岩型铀矿的新进展［J］.铀矿地质，2003（1）：34-41.

［3］王正邦.国外地浸砂岩型铀矿地质发展现状与展望［J］.铀矿地质，2003（1）：9-21.

［4］潘燕.哈萨克斯坦的铀生产和环境［J］.世界核地质科学，2003（2）：79-84.

［5］刘武生，贾立城，刘红旭.全国砂岩型铀矿资源潜力评价［J］.铀矿地质，2012（6）：349-354.

［6］金若时，苗培森，司马献章.铀矿床分类初步探讨［J］.地质调查与研究，2014（1）：1-5.

［7］沈东.世界核地质科学砂岩型铀矿床地浸开采区天然地质因素对环境的影响［J］.国外铀金地质，1996（4）：306-312.

［8］张振强，金成洙，等.地浸采铀中的环境污染与保护［J］.资源调查与环境，2004（4）：276-282.

资助项目：国家重点基础研究发展计划项目（2015CB45300）；中国地质调查“华北地区地质矿产调查评价进展跟踪与工作部署研究”（1212011220844）

中图分类号：P619.14

文献标识码：A

文章编号：1672-4135（2016）02-0136-04

收稿日期：2016-01-26

作者简介：汤庆四（1975-），男，高级工程师，长期从事铀矿地浸采铀试验及生产开发工作，Email：tqs2004@sina.com。

In-situ leaching for sandstone type uranium deposit in Songliao basin and ecological conservation

TANG Qing-si1，YANG Jun-quan2，TIAN Chao3，JIN Ruo-shi2，LI Jian-guo2，AO Cong2，ZHANG Ze-gui3
（1.CNNC Tongliao Uranium industry Limited Liability Company，Inner Mongolia Tongliao 028000，China；2.Tianjin Centre，China Geological Survey，Tianjin 300170，China；3.Guizhou Province Non-ferrous metal and Nuclear industry Geological Survey Seventh unit，Guiyang 550000，China）

Abstract：With the rapid developing of nuclear power industry，the demand for uranium resources is increasing year by year.In-situ leaching has greatly enhanced exploitation of sandstone-type uranium deposit in China.In this paper，characteristics of In-situ leaching for sandstone-type uranium deposit are summarized with an example of being exploited uranium deposits in Songliao basin，which is named Qianjiadian uranium deposit.Meanwhile，affect for the environment by the process of exploitation is evaluated.The result shows that In-situ leaching of Qianjiadian uranium deposit has characteristics of low input and high efficiency.Furthermore，the most important is that leaching liquid which mainly consist of CO2+H2O makes extremely low pollution on underwater.The whole process of exploiting in Qianjiadian uranium deposit is consistent with ecological conservation.Therefore，In-situ leaching for sandstone type uranium deposit is worth promoting.

Key words：sandstone-type uranium deposit；in-situ leaching；ecological conservation