桃山矿田低品位铀资源开发利用前景

张志和

(核工业江西矿冶局，江西 南昌 330006)

铀是国家战略资源，同时也是核电发展的必需原料，具有不可再生性。在中国已探明的铀资源中，大多单个矿体规模较小，往往以群居产出，近30个铀矿田(或矿化集中区)的资源储量约占总资源储量的76%。这说明中国的铀矿床以中低品位为主、矿床分散、规模较小，但有相当的聚集度[1]。

桃山铀矿田位于中国江西省赣州市宁都县和兴国县境内，该矿田具备南方硬岩典型特征，矿田内铀资源量丰富，矿体呈脉状、群脉状，矿脉薄、矿石品位低[2]。高效开发利用低品位铀资源对中国能源安全，实现“碳达峰碳中和”，提高国内天然铀生产能力，以及发挥大布铀矿采冶设施效能都具有重要的现实意义。大布铀矿床是桃山矿田最大的矿床，是“十一五”期间建设的大型铀矿冶工程，存在如下问题：1)矿体呈脉状、群脉状、矿体较薄；2)高效机械化采矿技术应用难度大；3)矿石品位低，矿石块度控制难度大，影响浸出效果。

为此，笔者以大布铀矿床为中心，辐射桃山矿田主要铀矿床，以建成的采冶设施为基础，区域规划、集成开发利用周边铀矿资源，探讨桃山矿田铀资源的开发利用思路。

1 桃山矿田地质概况

1.1 地层

桃山矿田内有沉积、变质岩地层，主要为震旦—寒武纪浅变质岩系、白垩纪红层。震旦—寒武纪浅变质岩系主要分布于岩体外接触带西部，在岩体内多呈零星团块状或狭长带状分布；白垩纪红层主要分布在宁都和洛口盆地内，其岩性为浅色、紫红色花岗质砾岩。

1.2 岩浆岩

区域岩浆活动十分强烈，岩浆岩大面积出露，以桃山复式岩体为主。其岩体是以燕山期为主体的多期、多阶段复式岩体，大小岩体四十余个，岩石成分主要为酸性岩类，岩石类型有二长花岗岩和正长花岗岩。复式岩体规模大，呈岩基、岩株、岩枝和岩瘤状产出，构成了测区深成侵入岩体的主体。区内岩脉较发育，主要有基性岩和酸性岩，前者为煌斑岩脉；后者为花岗岩斑岩、细晶岩脉等，零星分布花岗岩区，呈脉状、岩瘤状产出。

1.3 区域构造

桃山矿田位于南岭东西向构造带北缘，岩体东西向构造较发育，还有归属不明的南北向断裂。区内主要构造有新华夏构造体系、东西向构造带和南北向断裂带。

区内成矿在时间和空间上的分布严格受构造控制，它们的产出和展布反映了一定的构造活动特征。纵观桃山岩体形态和展布方向及矿床(点)分布规律，新华夏系构造是控制本区成矿的主要构造；而桃山断裂派生的打古寨帚状构造和牙子径断裂的几条“入”字型断裂，控制大布和罗坑等矿床的产出。

1.4 围岩蚀变

由于桃山岩体经历了多期活化发展，加上频繁的断裂活动，形成了较大的破碎蚀变带。区内热液蚀变可分3期：矿前期有碱交代、云英岩化、白云母化、硅化、绢云母化和绿泥石化；成矿期有赤铁矿化、黄铁矿化、萤石化等；成矿后期有梳状晶洞石英、碳酸盐和高岭土化等。因不同阶段形成温度不同，早期温度高，蚀变波及面大，且以交代为主；晚期温度下降，蚀变减弱，波及面小，蚀变种类亦单一，且以充填为主。

1.5 资源状况

桃山岩体位于南岭东西向构造带北缘，大王山—于山复式隆起带中部。区内共探明13个铀矿床，其中1个大型矿床、2个中型矿床、10个小型矿床，桃山地区主要矿床位置如图1所示。

图1 桃山矿田主要矿床位置示意图Fig. 1 Location diagram of main ore deposits in Taoshan ore field

2 桃山矿田铀资源开发条件分析

在桃山铀矿田的13个矿床中，三曹岭铀矿床处于森林公园保护区内并邻近水库，受环保制约，不参与评价分析；安湖铀矿床在兴国县古龙岗镇，该矿床相对独立，与桃山其他矿床难以形成整体开发；小庙、稳布、营前、雷斗石、桃园铀矿床资源量小，不参与评价分析。因此，根据桃山矿田各矿床的勘探或详查地质报告[3-8]，重点分析大布、大府上、坪上、伢子径、罗坑、竹源头铀矿床，这6个矿床的铀资源占桃山矿田资源量的84%。

2.1 地理交通条件分析

桃山铀矿田主要矿床位于江西省宁都县东山坝镇和钓峰乡境内，有省级公路(S314)穿过矿区，距宁都县50 km，距离京九铁路兴国站100 km，交通便利。大布铀矿床于2013年完成基建工程，进入试生产阶段，已具备投产条件；2016年因硬岩矿山结构调整，实施停产维持维护。桃山铀矿田主要矿床分布在15 km范围内，大府上、坪上、伢子径铀矿床距大布铀矿床3～5 km，罗坑、竹源头铀矿床距大布铀矿床10～15 km，矿区内有乡村公路连通，交通条件便利。

2.2 资源可靠性分析

桃山铀矿田主要铀资源状况见表1。桃山铀矿田的各矿床勘探程度较高，除竹源头矿床属详查外，其他矿床均达到勘探程度，资源量估算基本可靠。目前大布铀矿床取得采矿权证，大府上、坪上、伢子径、罗坑、竹源头铀矿床已划定采矿区范围。

表1 桃山矿田主要铀资源状况Table 1 Main uranium resources in Taoshan ore field

大布铀矿床是桃山铀矿田的核心矿床，其基建探矿、生产探矿成果与原地质报告提交资源对比，虽然品位有一定的变化；但总体资源量变化有限，属大型低品位铀矿床。

大府上铀矿床采用以钻探为主、硐探为辅的方法对矿体进行控制，勘查手段选用正确，勘查工程间距合理，勘查工程质量基本符合相关规范要求。储量估算方法及参数选择合理，矿体圈定原则符合规范要求,资源储量类型划分正确，估算结果可靠。报告提交的资源储量可作为矿山建设的依据。

坪上铀矿床采用以钻探为主、硐探为辅的勘探手段，查明了矿体的空间形态及分布规律，其工程布置符合相关规范要求，储量估算方法及参数选择合理，资源量估算结果可靠，可作为矿山建设的依据。

牙子径铀矿床位于桃山复式花岗岩体中部，桃山断裂带的中段上盘，已完成钻探工作量40 257.54 m，硐探工作量1 295.10 m，主要矿体基本上由50 m×50 m工程间距所控制，矿床勘查类型属Ⅲ型。报告提交的资源基本可靠。

罗坑铀矿床产于桃山复式岩体内的中偏南部，大王山—于山复式隆起带中部，矿床以钻探为主，大部分矿体由50 m×50 m工程间距控制。矿床勘查类型属Ⅲ型，其工程布置规范、资源估算结果基本可靠。

竹源头铀矿床位于大王山—于山成矿带中段，桃山断裂与罗坑断裂之间的断陷带中，该矿床采用钻探为主方式控制矿体，矿床勘查达到详查程度。其工程布置规范、资源估算方法合理，资源估算结果基本可靠。

2.3 矿床开采技术条件分析

桃山矿田的铀矿床均属花岗岩型，矿体急倾斜，其水文地质、工程地质、环境地质等条件见表2。

表2 桃山矿田主要铀矿床开采技术条件Table 2 Mining technical conditions of main uranium deposits in Taoshan ore field

桃山铀矿田各主要矿床的水文地质、工程地质条件均较简单，矿床的矿体埋深浅，有利于矿床的开发；各矿床均属于急倾斜矿体，有利于采矿方法选择。但矿床勘探工程布置在浅层，矿床深部矿化情况尚未完全查明。

坪上矿床1-1矿体、2-1矿体、15-1矿体、40-1矿体较厚，大于3.5 m，有利于高效深孔崩落采矿技术的应用。大府上矿床上部有民居42户，矿床开采时需要拆迁。罗坑矿床有新建民居13户，虽然不在矿床的正上方;但距离矿床边界只有几十米，可能给矿床开发造成不利的影响。

2.4 矿石水冶条件分析

桃山铀矿田各矿床矿石均属硅酸盐类型，各矿床在勘查期间均进行了水冶条件试验。大布矿床已建成，并开展了多项试验研究；大府上和坪上矿床完成了水冶台架试验。矿石水冶试验结果表明：矿石易于加工处理、工艺条件简单、矿石耗酸低、浸出周期短、铀的浸出率高(搅拌浸出铀浸出率在94%以上、堆浸浸出率可达90%以上)，矿石性能有利于水冶及后处理。

2.5 环境影响分析

铀矿开采活动对矿区环境的主要危害有植被破坏、山体滑坡、水体污染、放射性污染等。本区域属中低山丘陵地区，其地质灾害发生的可能性较小。各矿床均采用地下开采方式，对地表环境破坏很小，水土流失、山洪泥石流发生的可能性小。各矿床建设区域位于居民区之外，并严格按国家环保要求建设，矿区出风井、废石场与进风井、矿区污水排放等，能满足《铀矿冶辐射防护和辐射环境保护规定》(GB 23727—2020)的安全防护距离要求。

2.6 前期试验研究工作

针对桃山矿田铀资源，尤其是大布铀矿床，开展了较多试验研究工作，主要有选矿试验、酸法搅拌浸出试验、台架试验、拌酸熟化浸出试验、原地爆破浸出试验等。

2.6.1 选矿试验

20世纪70年代原核工业第五研究所，分别对区内工业矿石和一级后备矿石进行了小型选矿试验。采用螺旋溜槽进行粗选，得到粗精矿，再用摇床对粗精矿进行精选。试验表明，采用选矿—酸浸方案，可获得较好的技术指标。

2.6.2 酸法搅拌浸出试验

桃山矿田各矿床均进行了酸法搅拌浸出试验，试验表明本区矿石为简单硅酸盐类型，矿石中有害成分少，无综合利用元素。试验得出了酸法搅拌浸出主要技术指标，见表3。

表3 酸法搅拌浸出试验主要技术指标Table 3 Main technical indexes of acid stirring leaching test

2.6.3 台架试验

2014年，核工业北京化工冶金研究院对大府上和坪上矿床的铀矿石进行了室内条件试验及台架试验研究，确定了酸法堆浸原则工艺流程。室内条件试验包括搅拌浸出条件试验，柱浸条件试验，浸出液铀回收试验，废水处理试验。在条件试验的基础上，开展台架试验研究进一步验证和优化工艺参数。试验主要研究成果见表4。

表4 台架试验主要技术指标Table 4 Main technical indexes of bench test

2.6.4 拌酸熟化浸出试验

大府上、坪上矿床铀矿石性质基本相似，拌酸熟化浸出周期较短，拌软锰矿浸出周期次之。拌酸熟化浸出和拌软锰矿浸出研究成果见表5。

表5 拌酸熟化浸出试验主要技术指标Table 5 Main technical indexes of acid-mixed curing leaching test

2.6.5 高柱浸出条件试验

原核工业第六研究所在大布矿床取样2.54 t，进行了高柱浸出试验，试验矿石最大块度为-70 mm。试验用矿石块度分布：+50～-70 mm的矿石占23.5%，+30～-50 mm的矿石占19.2%，+10～-30 mm的矿石占33.5%，-10 mm的矿石占23.8%。经高柱浸出试验研究，推荐的原地爆破浸出工艺参数[9]见表6。

表6 高柱浸出试验主要技术指标Table 6 Main technical indexes of high column leaching test

2.6.6 原地爆破浸出工业试验

在大布矿床试生产阶段，核工业北京化工冶金研究院进行了分段深孔爆破原地浸出工业试验研究，并开展了浅孔留矿筑堆就地浸出试验。

2.6.6.1 302采场分段深孔爆破筑堆

采用分段爆破落矿筑堆法[10]，将采场分成3个分段，分段高度13 m，沿矿体走向等距离布置3个切割天井，将166 m沿脉巷扩修到矿体边界，作为采场矿堆的布液空间。在每个分段施工凿岩平巷和切割天井，钻凿上向扇形排面崩矿孔和平行拉槽孔，微差挤压爆破落矿筑堆。

采场分段深孔爆破后，块度-25 mm的矿石产率33.46%，-150 mm的矿石产率85.67%。采场分段爆破筑堆浸出参数见表7。

表7 分段深孔爆破原地浸出试验参数Table 7 In-situ leaching parameters of sublevel deep hole blasting

2.6.6.2 317采场高分段深孔爆破筑堆

采场爆破分段高度20 m，采用上向扇形深孔挤压爆破落矿筑堆、空气间隔装药、非电毫秒延时起爆网路等控制爆破技术，炸药单耗降低15%，爆破块度-150 mm的矿石产率达80%，采场铀浸出率68.5%。

2.6.6.3 浅孔留矿爆破筑堆

在大布矿床进行了几个采场的浅孔留矿爆破落矿筑堆井下就地浸出试验，除个别采场爆破矿堆质量控制较好、井下矿堆浸出效果较好以外，其他采场均未达到预期效果，其主要原因是矿石爆破粒度、矿堆质量达不到要求。

3 桃山矿田资源开发利用对策

3.1 准确把握国家政策，实现低品位铀资源开发利用的突破

政府鼓励通过加强矿产资源集中区的基础设施建设，改善矿山建设外部条件，利用高新技术，降低开发成本等措施，使经济可利用性差的资源加快转化为经济利用性好的资源[11]。国家矿产资源政策为低品质资源开发利用带来重要机遇，天然铀产业未来发展将迎来重要战略机遇期。充分利用国家鼓励低品质资源利用的优惠政策，坚持系统性思维，从国家战略资源需求、区域基础设施建设、矿床内外部条件优化、高新技术利用、生态环境保护等方面对桃山矿田铀资源进行总体性筹划。桃山矿田具有低品位铀资源丰富、主要矿床相对集中的特点，建设区域矿山是实现低品位铀资源开发利用的重要途径。

3.2 充分利用资源优势，区域集成开发

桃山矿田拥有较丰富的低品位铀资源，区域内各矿床相对集中，除个别矿床受环保条件制约外，大布铀矿周边主要矿床均具有较好的内外部建设条件，适合区域规划、集成开发，按绿色铀矿山建设标准要求，突破铀矿冶企业“一矿、一厂、小而全、小而散”的开发模式[12]。在整合资源的基础上，进行统一规划、推进区域资源优化配置，合理确定矿山、选厂、水冶厂规模，优化铀矿山开发利用方案设计，建设规模化开发、集约化利用的区域矿山，实现桃山矿田低品位铀资源的开发利用。建议以大布矿床为中心，大府上、坪上矿床为支撑，其他矿床为补充，按照区域集成开发的模式进行整体开发。具体思路：1)按机械化、自动化、智能化的要求，按绿色矿山建设标准进行开发建设；2)采用原地爆破浸出技术，最大限度减少矿石、废石的外排，实现无废开采；3)在大布矿床建设中心水冶厂，其余矿点的浸出液通过地表管路输送至中心水冶厂处理，或在矿点就地建设浸出液处理车间，将饱和树脂运至中心水冶厂集中处理；4)井下出窿的矿石运到大布矿床集中处理；5)废渣集中处置，废水循环利用。

3.3 客观科学决策，确定矿床开采边界品位

桃山矿田各矿床的矿石均属硅酸盐类型，矿石酸耗低、浸出率高，具有水冶性能好的优势，采用高效采矿技术，控制采矿成本是资源利用的关键。地质报告按“三五指标”圈定的矿体多呈细脉状、群脉状，而且矿体厚度不大，给高效机械化采矿带来一定的困难。如适当降低开采边界品位，部分群脉矿体将连成厚大矿体。通过对大布矿床几个矿体的研究发现[13]：当按开采边界品位0.03%圈定矿体时，大多数矿体呈脉状、蜂窝状、群脉状；而当按开采边界品位0.02%圈定矿体时，矿体各分层面积均有不同程度的增加，矿石量增加1.62倍，铀资源量增加1.26倍，矿石铀平均品位从0.054%降低到0.042%。矿体厚度增大，可实现高效深孔机械化、自动化开采。合理的最低工业品位应按照矿山生产保本不亏的原则，根据开采技术水平、采矿水冶生产成本、铀金属价格等进行技术经济分析后确定。

3.4 利用高效放选技术，减少出窿矿石处理量

针对降低边界品位后矿石量增加的问题，在矿山生产工艺中增加选矿工艺，采取放射性选矿技术对出隆矿石选矿，减少出窿矿石处理量，降低水冶成本。放射性选矿技术比较成熟，在铀矿冶系统早有应用，1995年抚州铀矿对选矿厂技术改造，利用5421型系列选矿机开展了铀矿选矿，取得了预期效果，配套选矿机生产能力达10万吨/年。开展选矿是减少处理矿石量的主要途径，要在选矿设备适应性、自动化和智能化等方面开展放射性选矿技术研究，研制新型放射性选矿设备，进一步提高生产能力，将国内放射性选矿技术提高到新的水平。

3.5 实施深部探矿工程，进一步落实资源

目前桃山矿田勘探工程较浅，没有勘探深部矿化情况，需要加大地质勘探和研究工作，落实或扩大资源储量。从理论方面看，需要系统研究该矿床及邻近矿床的铀成矿规律和成矿机理，尤其需要重视“三位一体”找矿预测理论在矿山的应用，为地质找矿提供切实可行的理论支撑。从地质勘查实践看，目前钻探工程仅揭露400～500 m，需要探求深部资源矿化情况，寻找富大矿体，为区域矿山提供接续资源。

3.6 加强采冶技术研究，为高效利用资源提供保障

开展高效、高质量采矿及爆破筑堆技术研究。原地爆破浸出矿堆的浸出过程，因矿堆较高、矿石粒度较大、矿体形态各不相同，其浸出工艺比地表堆浸复杂。需要针对不同条件矿堆、不同性质矿石进行原地爆破矿堆浸出技术研究，才能达到较好的浸出效果。

加强合作开展基础研究。依托大布铀矿山水冶厂和尾渣库等设施，与相关院所和大学合作开展探、采、选、冶技术研究，开发新工艺，建设铀矿治科研平合。开展精细化堆浸技术研究，自动化与智能化采选冶系统研究，安全环保技术研究。调查桃山铀矿田主要矿床附近生态保护、村民居住和人口构成、林业资源和土地资源利用、水源河流等相关环境状况，论证矿山开采方式、水冶技术路线、矿山建设规模、环境影响和经济效益等方面的可行性。

4 结论

桃山矿田低品位铀资源较丰富，矿床资源相对集中，内外部建设条件较好，影响矿床开发的安全、环保制约因素较少，具备区域集成开发的条件。

通过合理降低边界品位，提高矿体的连续性，降低开采难度，增加桃山矿田主要矿床资源量，建议按机械化、自动化、智能化的要求，按绿色矿山建设标准进行开发建设，并采用原地爆破浸出技术和放射性选矿工艺技术，规模化、集约化开发桃山矿田低品位铀资源。