砂岩型铀矿地浸可行性概略评价及关键指标

马 亮

(中广核铀业发展有限公司，北京 100029)

砂岩型铀矿能否用地浸法技术经济合理开采，需要对影响地浸效果的矿床地质-水文地质-地浸工艺条件进行技术经济评价后才能得出结论。由于矿产勘查是按照普查-详查-勘探三个阶段逐步推进的，与其相配套要开展地浸概略研究、预可行性研究和可行性研究，其中，普查阶段的概略研究属于定性评价，主要目的是判断矿石是否具有一定的渗透性和可浸性、判断矿床是否具备地浸的可能性、评价矿床是否属于地浸砂岩型铀矿和是否值得进一步按照地浸矿床详查规范进行详查，并为详查阶段进一步的矿层浸出试验提供设计依据。由于普查阶段矿床整体勘查程度低，尚没有矿层浸出试验(条件试验)和地浸采铀试验(工业试验)的数据支撑，对于一些条件较复杂的矿床，作出准确可靠的评价难度较大，评价有误往往造成投资失败、经济受损等后果。

1 与地浸有关的矿床条件

对于地浸砂岩型铀矿的定义，国内外铀矿地质教材及规范均无明确界定。笔者认为矿床条件适于地浸法技术经济合理开采的砂岩型铀矿可被统称为地浸砂岩型铀矿，这里所谓的矿床条件，包括矿床地质条件、水文地质条件和地浸工艺条件。其中，地质-水文地质条件是自然条件，地浸工艺条件是地质-水文地质条件与地浸工艺技术相结合的结果，可以通过地浸工艺参数反映矿床地浸工艺特性。

结合地浸采铀技术的特点，本文以为影响矿床可地浸的因素很多(表1)，均需要在普查阶段大致查明。其中，矿层的渗透性和矿石的可浸性分别是地浸开采的先决条件和基本条件，只有具备一定渗透性和可浸性的砂岩型铀矿床，才具有地浸的可能性和先决条件，才可称之为地浸砂岩型铀矿。进而，只有可行性研究证明采用地浸法能够技术经济合理开采的地浸砂岩型铀矿，才可称之为地浸铀矿。

表1 地浸砂岩型铀矿的矿床条件Table 1 Deposit conditions of in-situ leachable sandstone type uranium deposit

2 评价步骤、程序和方法

2.1 资料数据的收集整理

普查阶段矿床条件评价所需要的资料包括：①矿床普查报告及备案证明文件；②专门水文地质钻孔的设计、施工、编录、取样和抽水试验报告；③采自矿床各部位的矿石和围岩样品渗透系数和有效孔隙度的测试报告；④有代表性矿石的浸出试验报告；⑤浸出剂配制和使用方法研究报告(矿石室内浸出试验报告)。

2.2 资料审查

根据所收集的资料，对影响矿床渗透性和可浸性的主要地质-水文地质条件和参数进行逐一识别，并对资料数据的全面性、可靠性和代表性进行审查。审查与地浸有关的地质-水文地质条件是否都进行了勘查(包括测试)、有无遗漏；审查各有关条件是否勘查清楚，能否达到满足评价的要求；审查所获取的资料数据是否真实可靠、是否具有代表性。

2.3 评价方法和结论

在确定资料数据的全面性、可靠性和代表性的基础上，将表征渗透性和可浸性的主要指标与现行典型地浸矿山的经验数据进行对比，逐一判断是否有利于地浸开采，定性评价矿床是否具有地浸的先决条件(渗透性)和基本条件(可浸性)，即是否具备地浸开采的可能性，并作出是否继续按地浸开采类型开展详查和矿层浸出试验的结论或建议(表2)。

表2 普查阶段地浸概略评价Table 2 General evaluation of in-situ leaching in general survey stage

3 渗透性评价

3.1 渗透性概念和表征

渗透性是影响砂岩型铀矿是否可以地浸开采的最重要影响因素，其大小由矿床赋存的地质-水文地质条件决定，取决于矿石的胶结性质、泥质含量和有效孔隙度，主要表征指标是渗透系数或渗透率，两者可以相互换算。普查阶段砂岩型铀矿的渗透性评价工作可分为矿石的渗透性评价和矿层渗透性初步评价，前者主要通过岩芯样在室内进行实验室测试确定，后者一般通过专门水文孔抽水试验确定。

针对可地浸开采评价而言，渗透性评价不仅包括确定矿石或矿层渗透系数或渗透率的大小，而且要确定渗透性的空间分布和各项异性，对矿石和围岩均要进行系统取样和渗透性测试，做出定量评价。渗透性不仅决定着矿床是否可地浸开采，也决定着矿床可地浸开采资源量大小。参照哈萨克斯坦的地浸砂岩型铀矿资源量储量计算方法，渗透系数是资源量计算边界指标之一，矿床的资源量可划分为渗透矿体和低渗透矿体,并分别进行计算(图1)。

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图1 哈萨克斯坦门库杜克矿床地质-水文地质剖面Fig.1 Geological hydrogeological profile of Menkuduk deposit in Kazakhstan(资料来源：文献[3])

3.2 渗透性评价方法

目前国内外铀矿行业在普查阶段普遍依靠岩芯水文地质编录、专门水文孔抽水试验以及样品室内渗透率测试等手段评价矿床的渗透性，其中，以岩芯水文地质编录定性评价为主，抽水试验和样品渗透率测试的工作量有限，数据代表性不足。 但是在哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等全球主要砂岩型铀矿生产国，还普遍发展了物探测井手段解译渗透性，对所有地质勘查钻孔的渗透性都进行了定量评价，很大程度上弥补了专门水文孔抽水试验数据的局限性。

1) 岩芯水文地质综合编录。大比例尺地质-物探-水文综合编录是铀矿普查阶段最重要的基础性工作，对评价矿床的可浸性至关重要[4]。编制含矿含水层地质-水文地质-物探综合柱状图(含矿含水层比例尺为1∶50、矿层为1∶25或1∶30)，需着重观察和描述岩芯的疏松性、胶结物和胶结程度，应着重注意矿床剖面上富矿与贫矿、可渗透矿与低渗透矿的比例和分布特征，即明确矿床是否具有“千层饼”式的特点。例如，我国某矿床露天采场3CK10北西侧第Ⅸ矿层的矿化厚度为5.15 m，平均品位在0.05%以上，单从矿化厚度和平均品位的数据判断，属于厚度大、品位高的矿段。但是，通过1∶30大比例尺地质-水文地质综合编录(图2)，发现了一些小比例尺编录无法发现的问题，得到了与宏观判断不一致的结论：该矿段在渗透性和品位分布上，属于“千层饼”式矿体，矿层总厚度为5.15 m，根据渗透性可划分为17层“透”与“不透”互层，可渗透矿体有5层，厚度分别为0.20 m、0.26 m、0.18 m、0.56 m、0.79 m，合计仅1.99 m；弱渗透或不渗透的泥质矿体有8层，厚度分别为0.26 m、0.21 m、0.22 m、0.16 m、0.16 m、0.25 m、0.44 m、0.10 m，合计1.80 m；此外，还有表外夹层四层，合计1.36 m，可渗透的有效矿化厚度仅为1.99 m，占矿化总厚度的39%。据此推断，该矿体的铀浸出率和资源回收率不超过40%，属于渗透性和可浸性均比较差的砂岩型铀资源。

图2 国内某矿床第X矿层地质-水文地质综合编录图Fig.2 Comprehensive geological hydrogeological catalog map of ore bed X of a certain deposit in China

2) 原状样室内渗透率测试。地浸砂岩型铀矿的取样工作依据原国防科学技术工业委员会发布的《地浸砂岩型铀矿取样规范》(EJ/T 1158—2002)进行。样品室内渗透性测试原理依据达西试验，操作中最重要的是应注意审查试验样品是否为结构未受破坏的原状样、样品是否按规定采集和保存、样品质量是否符合试验要求，特别要检查测试设备是否可靠、原状样与玻璃柱之间的密封是否达到要求(图3)。

图3 原状样渗透性和室内浸出试验装置图Fig.3 Device diagram of undisturbed sample permeability and indoor leaching test(资料来源：文献[2])

该装置在腾冲381矿、临沧205矿、新疆509矿和巴基斯坦伊萨海尔矿等样品渗透性和可浸性试验中使用效果良好，目前已依据该模型改进出更为先进的装置。但操作中仍有两点需要特别注意：一是样品的代表性和数量达标，应系统采取矿石和围岩样品各3～5组进行测试；二是要关注样品的产状和尺寸，样品要平行于矿层产出，尺寸不能太小，建议直径应大于10 cm。

3) 专门水文地质孔抽注水试验。矿层抽注水试验的理论和方法均很成熟，本文不再赘述[5]。但操作过程中应注意审查试验地段是否具有代表性、水文地质孔钻孔结构是否科学、封孔质量是否可靠、洗孔质量是否达标、试验过程是否完整、数据处理方法是否合理等；是否编制了专门的矿层渗透性评价工作报告、是否提交了完整的专门水文地质孔抽注水试验综合成果图等资料。

4) 矿层渗透性物探解译。采用物探测井技术解译划分岩性在石油勘探领域有着广泛应用，在砂岩型铀矿勘查领域，哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦开发出了利用电阻率测井和自然电位测井数据进一步解译矿层粒度成分和渗透系数的技术，实现了通过物探手段定量评价矿层渗透性，在普查阶段通过对所有勘查钻孔进行渗透性解译并编制矿床渗透性分布平面图和剖面图，为砂岩型铀矿勘查和地浸井场工艺块段和工艺钻孔设计提供了渗透性依据(图4)。

图4 哈萨克斯坦某铀矿床岩性-渗透性剖面图Fig.4 Lithology and permeability profile of a uranium deposit in Kazakhstan(资料来源：文献[2])

3.3 渗透性边界指标

目前国内外对可地浸渗透性边界条件尚无统一标准[6-7]，根据国内《地浸砂岩型铀矿水文地质勘查规范》(EJ/T 1194—2005)，含矿含水层渗透系数小于0.1 m/d的矿床可称为渗透性弱的矿床，但是在资源量计算时，并没有考虑渗透性边界指标。 目前国内地浸矿山中渗透性最低的是钱家店铀矿，平均渗透系数为0.17 m/d。但在国外，很多国家都将渗透性作为边界指标纳入地浸砂岩型铀矿的资源量计算和储量计算。如捷克将矿石的渗透性作为圈定地质储量的工业指标，一般矿石渗透系数大于1 m/d的矿块，其储量以100%计算；矿石渗透系数在0.1～1.0 m/d之间时，矿块储量以50%计算；矿石渗透系数小于0.1 m/d时，划为不可地浸资源。哈萨克斯坦铀资源禀赋较好，但对纳入资源量计算和储量计算的渗透性边界指标更为苛刻。针对地质条件较差的古河道砂岩型铀矿，如谢米兹拜伊铀矿要求含矿含水层最小渗透系数为0.5 m/d，矿石中粉砂质、泥质颗粒粒径小于0.05 mm的最大含量为20%；对于地质条件相对较好的层间氧化带型铀矿，例如门库杜克矿床，要求含矿含水层最小渗透系数为1.0 m/d，矿石中粉砂质-泥质颗粒粒径小于0.05 mm的最大含量为20%，若这两项指标不达标，则划分为低渗透矿体，资源量单独圈定(图1)。将渗透系数作为资源量圈定指标，可以大大提高地浸铀矿储量的可靠性和准确性，为后续可行性研究和矿山设计提供更为可靠的资源基础，比如哈萨克斯坦普遍规定矿床的资源回收率不低于90%，而我国的砂岩型铀矿设计回收率则为75%。

4 可浸性评价

4.1 矿石浸出工艺参数

普查阶段通过矿石室内浸出工艺试验确定的浸出工艺参数是评价矿石可浸性的关键指标。矿石浸出工艺参数是通过矿石结构未受破坏的、具有一定尺寸的圆柱状或块状样品浸出试验获得，或通过散状样柱浸试验获得，是矿样渗透性和矿石物质成分、化学成分、粒度成分等条件与浸出工艺技术相结合且反映原始埋藏条件下的矿石是否适于地浸的一套重要工艺参数。

首先，应评价矿样浸出工艺参数是否具有可靠性和代表性，注意审查几个问题：①矿样是否是矿石结构未受破坏的原状样品；②矿样成分、结构、胶结程度和固化程度等指标是否有代表性；③试样尺寸、完好性和试验装置是否适合试验要求；④浸出剂配方和使用方法是否合理；⑤试验工艺流程是否稳定、连续和完整；⑥浸出工艺曲线是否连续、完整并能反映矿石性能的正确规律性。

其次，矿石浸出试验必须提供以下指标的完整数据：①矿石和围岩样品有效孔隙度和渗透系数；②平均铀含量、浸出率、液固比、铀单位酸耗、矿岩单位酸耗、浸出时间、清洗矿石需要的水量等浸出工艺参数和随时间的变化曲线；③完整的室内矿样浸出试验报告在描述试验方法、试验条件、试验结果外，还应详细描述试验过程中出现的问题，这一点常常被忽略，试验报告应结合浸出工艺参数给出结论，并推荐浸出剂配方和使用方法。

4.2 可浸性边界指标

矿石浸出工艺参数中的核心指标是浸出率、浸出液铀含量和浸出剂消耗，很大程度上决定着地浸开采的技术可行性、浸出时间和清洗矿石需要的水量，这也对经济性有着重要的影响。其中，浸出率影响着矿床的资源回收率，一般情况下，从保护资源的角度出发，如浸出率低于60%，则可判定为不可地浸资源。

5 可地浸评价指标

综上所述，结合国内外矿床条件渗透性和可浸性评价实践，推荐表3指标为普查阶段地浸概略评价的经验指标。

表3 普查阶段可地浸评价指标Table 3 In-situ leachability evaluation index in general survey stage

6 结 语

综上所述，地浸采铀方法的适用条件十分苛刻，砂岩型铀矿并不都是可以用地浸法开采，更不是都可以用地浸法技术经济合理开采。砂岩型铀矿能否用地浸法技术经济合理开采，需要对影响地浸效果的矿床地质-水文地质-地浸工艺条件进行技术经济评价之后才能作出结论；评价结论是否正确完全依赖于与地浸效果有关的矿床地质-水文地质-地浸工艺条件是否全部勘查清楚、矿石浸出试验是否保质保量到位、表征矿床条件的资料数据是否全面、可靠、有代表性。

致谢本文撰写过程中得到了王西文研究员的悉心指导，特此致谢。