某铀矿井下采空区筑堆浸出试验研究

孙刚友，王合祥，闫鹏里，程光华，付海鹏，刘继忠

(1.中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021；2.中核韶关锦原铀业有限公司，广东 韶关 512026；3.中核赣州金瑞铀业有限公司，江西 赣州 341000)

0 引 言

某铀矿因地表村民搬迁困难，致使原设计的原地爆破浸出采矿法无法使用，在试生产中主要采用浅孔留矿淋浸采矿法。在实际生产中发现浅孔留矿淋浸采矿法存在矿石大块率较高、浸出周期长、浸出率低、生产成本高、经济效益差等问题，难以满足生产要求。因此，迫切需要研究新型采矿工艺，突破采矿工艺瓶颈，降低生产成本，提高产能和经济效益[1-2]。为此，本文提出在该铀矿采用井下采空区筑堆浸出工艺。为验证采空区筑堆浸出工艺的可行性，拟开展采空区筑堆浸出试验研究。井下采空区筑堆浸出工艺依据地表堆浸的原理，将破碎后的矿石运到井下采空区内进行筑堆，然后在矿堆上部喷淋浸出剂，并利用采场底部的浸出液回收设施回收浸出液。最后，利用管道输送的方式将浸出液送至地表水冶厂进行金属回收。利用井下采空区堆浸处理低品位铀矿石这项工艺技术，属于铀矿采冶一体化新技术的探索性研究。

1 地质条件及矿体特征

矿体产于中粒小斑状二云母花岗岩中，受构造蚀变带控制，成鱼群状展布，矿体规模一般比较小，沿走向方向延伸10～30 m，常尖灭再现。走向近东西，倾角在70°左右，东段矿体受晚期近南北向构造裂隙错动，但规模不大，错距0.5 m左右。

矿床地下水为第四系孔隙水、花岗岩风化裂隙水和断裂带脉状裂隙水，主要靠大气降水补给。矿床距大的地表水体较远，无水力联系，属水文地质条件简单型矿床。矿床位于坚硬岩组中，工程地质条件较简单[3-4]。

2 井下高柱浸出条件试验

2.1 条件试验主要工艺参数

1) 试验天井参数：垂高44 m(120～166 m中段之间)，数量3条(编号分别为G1、G2和G3)，倾角70°～80°。

2) 待浸矿样参数：G1，矿石粒级-18 mm，矿石量331.86 t，品位0.042 7%；G2，矿石粒级-18 mm，矿石量369.06 t，品位0.035 8%；G3，矿石粒级-30 mm，矿石量396.26 t，品位0.044 2%。

3) 浸出试验参数：喷淋强度15～25 L/(m2·h)；浸出剂酸度5～50 g/L，根据试验过程的变化情况调整，控制浸出液的pH=2.5±0.5。

4) 浸出时间：G1浸出时间为253 d；G2浸出时间为234 d；G3浸出时间为236 d。

2.2 条件试验结果及分析

G1柱液计浸出率为88.14%，渣计浸出率87.95%；G2柱液计浸出率为78.12%，渣计浸出率79.60%；G3柱液计浸出率为67.39%，渣计浸出率73.42 %。 通过试验结果可以看出，-18 mm粒度的液计及渣计浸出率明显高于-30 mm粒度的结果。 同时，矿井的矿石破碎性好，从破碎成本上统计，-18 mm与-30 mm的破碎成本无明显差别。 因此，推荐在现场工业性试验中采用-18 mm筑堆粒度。

3 采空区筑堆浸出试验

3.1 试验采场选择

根据矿井生产采场现状并结合矿井生产的客观条件，确定选用646采场作为井下采空区筑堆浸出试验采场。646采场采空区是回采kt-646-1矿体和kt-645-1矿体之后形成的空区，采空区走向东西长约50 m，倾向S，倾角70°～85°，有效采空区体积约6 140 m3[5]。

3.2 试验矿样准备

根据井下高堆浸出条件试验研究成果，646采场筑堆矿石粒级选择为-18 mm。粒级分布要求参考条件试验G1柱筑堆矿石的粒级情况进行制备。试验矿石采用井下正常回采的矿石。利用铀矿现有破碎生产线，控制矿石破碎粒度为-18 mm，制备试验矿样约6 000 t。制备好的矿石样通过汽车运送至7号堆场内存放。

筑堆过程运输矿样的取样工作采取间隔取样，每5车取样一次，共46个样品。每次取样在卡车上划分9个取样点所取矿样总数约50 kg。筑堆工作完成后，对每次取样的矿石样进行矿样筛分，筛分完成后对不同粒级矿石进行称重，并取样品分析铀品位。筛分后的矿样进行重新混合，采用四分法进行缩分，获得混合综合样分析铀品位。试验采场矿样的筛析及化学分析结果见表1。

表1 试验采场矿样筛析及化学分析结果表Table 1 Test sample analysis and chemical analysis results of stope

3.3 进料筑堆

试验矿样的破碎利用矿山地表现有破碎生产线，制备试验矿样的粒度为-18 mm，试验矿石通过充填井下放至200 m中段运输巷，再通过充填井下口振动放矿机装入0.7 m3双侧卸式矿车后，由电机车牵引倒运至200 m中段646采场进料井上口，卸料进入采场进行筑堆。

试验采场上部施工有两条顶柱内进料井，同时利用原采场通风天井，共有3个进料井与采场空区相通。为使进料筑堆粒度基本均匀，矿堆面基本平整，采用3点分次进料自然筑堆方式。试验矿样通过进料井下放至采空区内，借助矿石的自然安息角自然充满采空区。为保证堆面之上留出2 m左右的布液空间，人员进入采场上部利用电耙对筑堆矿石进行耙平作业。根据试验采场现状和现场施工作业条件，筑堆工作完成后646试验采场实际筑堆矿量为4 356 t，品位0.027 6%，金属量1.202 t。

3.4 布液、集液系统

3.4.1 布液淋浸工艺流程

布液淋浸工艺流程见图1。

图1 布液浸出工艺流程示意图Fig.1 Schematic diagram of spraying and leaching process

3.4.2 布液系统

在地表专门设置浸出剂配置池(高位池)，浸出剂通过主供液管道经管缆井下放至200 m中段进入中段供液管道，在自然压力下流向采场布液主管后再分流到采场布液支管，进入采场喷淋系统进行淋浸，在采场主布液管路上设置阀门或流量计控制布液量。

采场上部布液方式参考地表堆浸采用矿堆上部微灌喷淋方式[6]，18 m为减少溶浸死角，在704号勘探线以东增加上盘布液孔进行滴淋布液。试验采场布液最终确定采用矿堆上部微灌喷淋[7]+上盘布液孔局部滴淋的综合方式。布液工程主要是布液巷和布液孔，如图2所示。

图2 646采场布液工程布置示意图Fig.2 646 stope spray engineering layout

3.4.3 集液系统

采场浸出液通过放矿漏斗和顺路井渗流至汇流沟内，通过汇流沟自流到集液池内，集液池集满浸出液后打开集液池围堰外排液管上阀门，浸出液通过排液管最终自流至120 m中段总集液池。646试验采场的集液工程主要包括顺路井底部及漏斗封堵、集液沟、集液巷、集液池、排液孔、排液管道等工程，如图3所示。

图3 646采场集液工程布置示意图Fig.3 646 stope liquid collection engineering layout

3.5 试验结果

1) 浸出工艺参数。浸出剂酸浓度：浸出初期30～40 g/L，浸出中期15～25 g/L；浸出后期0～5 g/L；布液强度：0.007～0.018 m3/(t·d)；液固比：2～2.5∶1；酸耗：0～30 kg/t矿；浸出液pH值：2.5±0.5；浸出周期：180 d[8-9]。

2) 试验结果与分析。浸出试验采取连续布液，期间因不可抗因素停喷34 d。从开始布液到矿堆底部浸出液流出历时20 h左右，试验采场的矿堆渗透速度较快，对井下浸出试验有利。

试验采场的浸出液瞬时铀浓度在第9 d上升到300～350 mg/L，其中第12 d达到最高350 mg/L，维持时间12 d左右；随后逐渐下降，试验过程中及时调整了浸出剂的酸度和布液量，从喷淋的第66 d开始，浸出液铀浓度维持在60 mg/L左右，不再有太大变化；至喷淋结束，浸出液铀浓度为56 mg/L左右，见图4。整个试验期间浸出液平均铀浓度为115 mg/L。浸出液铀浓度的变化情况符合正常规律，技术指标优于地表堆浸。

图4 浸出液铀浓度随时间变化图Fig.4 Time-varying curve of uranium concentration leachate

在整个试验期间，矿堆表面没有发生下沉的现象，矿堆保持了良好的渗滤性，且在堆面取渣样时，堆面并无“板结”或“沟流”现象，完全可以保证试验采场矿石堆的良好渗滤性和均匀性。整个浸出试验的液计浸出率为95.00%。分别对布液、集液水平多点进行取渣样分析，混合样的渣品位为0.003 1%，渣计浸出率88.77%。

由渣样的筛析及分析结果，各粒级的浸出率基本遵循其浸出率“随粒级的变小而增高”的规律，符合客观实际。646试验采场的矿样、渣样U品位分析结果及渣计浸出率统计情况见表2。

表2 646试验采场的矿样、渣样U品位分析结果及渣计浸出率统计表Table 2 Analysis of the results of the ore sample and tail slag sample uranium in the test stope

试验结果中，液计浸出率95.00%大于渣计浸出率88.77%，主要是由于试验采场上盘表、下盘表外矿体和留矿法采场大放矿后留存在采空区底部未放出的矿石被浸出剂溶浸，这部分金属在试验期间同时被浸出回收。采用井下采空区筑堆浸工艺可提高矿井的资源利用率，多回收金属。

4 结 论

1) 试验选用646采场作为井下采空区筑堆浸出试验采场，采用多点分次进料自然筑堆方式，矿堆上部微灌喷淋+上盘布液孔局部滴淋的综合布液方式，试验采场浸出时间184 d，液计浸出率已达到95.00%，渣计浸出率达到88.77%，试验取得了较好的浸出效果。

2) 通过试验研究证实，矿床矿石浸出性能好、高堆无板结渗透性好、酸耗低、浸出选择性好、浸出率高、浸出液中有害杂质含量低，属于易浸型矿石，适益采空区筑堆浸出采铀新工艺。

3) 利用空场法回采后留下的采空区作为浸出空间，将破碎后的矿石回填进采空区内进行布液淋浸，浸后矿渣就地处置，有利于采空区的整体稳定性，同时大大减少了放射性固体废物排放量，减少尾渣库存量，有利于环境保护和环境治理，综合社会效益明显。