原地破碎浸铀的布液方式及其影响因素.pdf

第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 6 ，N o ．3 A u g u s t 20 04 原地破碎浸铀的布液方式及其影响因素 杨建明，黄晓乃，何建 南华大学建筑Y - 程与资源环境学院，湖南衡阳4 2 1 0 0 1 摘要介绍原地破碎浸铀的常见布液方式，分析其主要影响因素。矿床产状、矿堆高度、细菌浸矿技术、地球化学分层是布 液方式的主要影响因素。细菌浸铀和联合布液技术是解决“浸矿死角”和地球化学分层问题的有效方法。 关键词采矿工程；原地破碎浸铀；综述；地球化学分层；联合布液；细菌浸铀 中图分类号T D 8 5 3 ．3 7 ；T D 8 6 8 文献标识码A文章编号1 0 0 1 一0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 0 8 3 0 3 原地破碎浸铀是近年来发展的采矿工艺，在矿 体自然埋藏条件下原地爆破落矿筑堆，对矿堆进行 布液浸出，选择性地浸出矿石中的铀。含铀浸出液 收集起来，输送到铀回收厂【1J 。国外从2 0 世纪6 0 年代开始，原地破碎浸出采铀进入工业试验，美国 O l d r e l iA b l e 铜矿矿体属角砾岩管状矿脉，含铜约 4 M t 、铜品位为0 ．8 ％，采用原地破碎浸出采铜，铜日 产能力达到9 t 以上。法国在埃卡尔皮尔铀矿进行 原地破碎浸出采铀试验，回收铀金属2 t ，回收率为 8 2 ．5 ％。加拿大在阿格纽湖铀矿采用深孔挤压爆 破，从品位为0 ．0 4 5 9 6 的贫铀矿床中回收铀取得较 好的经济效益[ 2 | 。前苏联原地破碎浸铀研究也取 得了相当的成绩，制定了原地破碎浸铀的设计规范。 国内原地破碎浸铀试验始于2 0 世纪6 0 年代末，核 工业六所在浙江。衢州铀矿进行了3 0 0 0 t 级现场试 验，浸出1 3 8 0 k g 铀，浸出率达8 2 ．2 ％；8 0 年代7 1 1 矿根据本矿的具体条件，开展了原地破碎浸出采铀 工业试验，利用井下含有细菌的废水淋浸，取得较好 的经济效益；9 0 年代核工业六所先后在7 9 4 矿进行 原地破碎采铀的工业试验，浸出率达8 9 9 6 【2 j 。原中 南工学院在7 4 5 矿进行了深孔原地破碎浸铀工业试 验，浸出率达8 2 ％左右。此外7 1 9 矿黄峰岭矿原地 爆破浸铀试验L 3J ，也获得成功。北京矿冶研究院对 中条山铜矿峪矿5 矿体进行原地破碎浸铜试验， 5 矿体9 3 0 m 标高以上的矿石量1 5 6 万t ，平均品位 0 ．6 1 ％，金属量超过9 ．5 k t ，浸出率为7 7 ．8 7 ％【4 | 。 收稿日期2 0 0 3 0 5 0 8 基金项目南华大学青年基金资助项目 5 ．0 0 ．x j 一1 0 1 6 作者简介杨建明 1 9 6 3 一 ，男，湖南衡阳县人，副教授，硕士，主要 从事溶浸采铀及矿业经济研究。 原地破碎浸出采铀可以节约矿石运输费用、降低生 产成本、对环境保护有利，并且能扩大资源利用率， 可用于回收多种低品位矿石、采矿所留的矿柱，具有 重要的经济价值。 1 原地破碎浸铀工艺 原地破碎浸铀是预先对自然状态矿体进行爆破 破碎筑堆，改善矿石堆的渗透性能，然后在矿石堆上 布置注液系统，在矿石堆底部，通过集液巷、集液池 经抽液系统将浸出液送到地表提铀，提铀后溶液经 调整重新注入矿石堆循环浸出。许多适宜原地浸出 采铀的矿床都可以采用这种方法，如花岗岩型铀矿 床、火山岩型铀矿床及碳硅泥岩型铀矿床。对矿体 进行破碎的方法通常是从表面钻孔以水压破碎矿 石，或利用地下硐室进行爆破，或核爆破破碎矿石。 爆破破碎矿石堆的几何形状受矿体埋藏条件制约， 同时矿石堆的矿石块度、几何形状影响到地下矿堆 的布液方式，如矿体倾角的变化会影响溶浸剂的渗 滤，在靠矿体上盘易形成漫出死角，再者矿床的裂隙 水和矿体围岩的隔水性能会导致产品液的稀释和损 失。采取适当布液方式，改善矿石堆的供氧条件和 浸出液收集。可实现最佳效果。浸出工艺流程为浸 出剂配制一布液浸出一浸出液收集一回收金属一浸 出后采场处理。 2布液方式 2 ．1 在上部挑顶中喷洒溶浸液L s J 喷淋装置安放在矿房上部的自由空间中。喷淋 装置包括分配管道和喷嘴。主要应用开采穆固矿石 的急倾斜 倾角大于7 0 。 矿床，在阶段、分段崩落留 矿法中得到应用。 万方数据 有色金属 第5 6 卷 2 ．2 从下向扇形孔输入溶浸液 用喷淋孔将溶浸液送到留在矿房中的矿石表面 或矿石堆内部，这些钻孔是在向下穿过厚度为8 ～ 1 0 m 的平巷钻进的。喷淋孔在矿房矿石崩落后，从 上一中段的巷道中钻进。布液孔深入矿堆或穿过整 个矿堆[ 5 - 8 ] ，采用钻孔布液技术或微灌技术布 液[ 6 7 | 。 I一一 2 ．3 喷淋器布置在人工顶柱中【5 】 溶浸液通过布置在采区人工顶柱中的带孔管道 送到留矿堆的表面。在采区上部挑顶，在底板上铺 设厚2 0 ～3 0 c m 的破碎矿石组成的垫层，在垫层上 面安放喷淋系统的带孔管，孔口向下。然后按掘进 的同样顺序，在进路中充填固化充填料。为了增大 人工顶板强度，充填进路之前在管道上铺设金属网。 用于开采厚度不大和中等的、矿石不够稳定和弱稳 定的急倾斜 倾角大于7 0 。 的矿床。 2 ．4 从留矿堆中的钻孔送入溶浸液【5 】 通过喷淋孔来喷淋崩落的矿石。钻孔从捕集沿 松动矿岩石穿过临时保安矿柱溶液的水平坑道中从 下向上钻进，为保护孔壁和输送溶浸液，钻孔中下套 管，套管一端装有过滤器或穿孔。用喷淋孔加压输 送溶浸液时，每个钻孔周围形成半径漫流区。 2 ．5 从水平钻孔输送溶浸液【5 】 直接在为浸出而破坏的矿体顶板上钻进钻孔， 在主要水平上，在矿体采区上盘和下盘掘进脉外巷 道，并从脉外巷道水平钻进喷淋孔，以保证密集喷淋 的条件确定钻孔密度。可采用钻孔布液、分层布液 或微灌技术布液。 2 ．6 矿堆上部堰塘布液【l - 2 】 原核六所在7 9 4 矿原地破碎浸铀中，采用矿堆 上部堰塘布液，在矿体下部采用向下扇形孔钻孔布 液联合浸矿技术，较好地解决7 9 4 矿原地破碎浸铀 的布液问题。 3影响布液方式的因素 在地表堆浸中，布液方式比较好解决，地表布液 不受空间的制约，影响地表堆浸布液的因素主要是 筑堆高度。通常堆高不超过1 0 m ，堆高过高可能造 成下部浸矿不足。而原地破碎浸铀过程，布液的影 响因素很多，地下空间、矿床产状、矿堆高度、地球化 学分层、细菌等因素都可能影响布液方式的选择。 3 ．1 矿床的产状 矿体的产状、厚度对爆破筑堆的形式和布液方 式有较大影响。倾角大于6 0 。的急倾斜矿体，爆破 后可形成较高的矿堆，对浸出最有利L 9 】。倾角为3 0 ～6 0 。的矿体，需辅以注液措施，而倾角小于3 0 。的缓 倾斜矿体，矿厚度大才可[ t o ] 。张得宽等[ 1 1 ] 研究表 明，矿石堆的淋润率随矿体倾角和矿体厚度加大而 增高，随采矿中段高度的增高而降低。倾角为9 0 。的 矿石堆，淋润率能达到1 0 0 ％，根据实验室资料，中段 高度在3 0 ～5 0 m 时，矿石堆的倾角为8 0 7 5 。时亦可 达到完全淋润的效果。而一般小厚度的矿石堆倾角 小于7 5 。时，欲取得较高的淋润率，需导流设施。 在原地破碎浸出过程中，由于破碎矿块与原矿 体具有相同的倾角，因而布液时，从上喷洒的溶浸液 都将沿矿石之间的孔隙以接近垂直方向向下渗透， 这样溶浸液渗透不到的靠近矿体上盘三角地带的矿 石成为“死角”。三角地带的矿石所占比例随矿体厚 度减小或倾角增大而减小，随淋浸高度增加而增加。 为减小由矿体产状引起的“浸矿死角”，通常降 低一次淋浸高度或分层预埋布液管道布液。这样可 以减少“浸矿死角”，但不能从根本上解决问题。或 是采取组合布液技术解决“浸矿死角”问题，如以喷 淋 或堰塘 布液为主，辅以钻孔布液，或开挖补充布 液巷道和预埋布液管道心J 。7 9 4 矿采用矿堆上部堰 塘布液，下部采用下向扇形钻孔布液技术较好地解 决浸矿的布液问题【卜2 I 。 3 ．2 筑堆高度 地表堆浸考虑矿堆下部氧化条件差，浸矿困难， 矿堆高度通常是1 0 m 左右。对于原地破碎浸铀来 说，矿堆高度通常就是采场的阶段高度，一般为3 0 ～5 0 m ，个别达7 0 m 以上，很容易造成矿堆地球化学 分层，即矿堆上部过度氧化而下部氧化不足，解决方 法是采用分层布液、细菌浸矿技术和预埋管网布液 技。 3 ．3 浸矿过程中的地球化学分层问题【1 2 0 通常原地破碎浸出采铀的矿石堆高大多与采矿 阶段高度相当，达3 0 ～5 0 m ，矿堆氧化条件差。从浸 矿工艺上，采用联合布液方法或分段布液的方法来 解决。理论上，由于原地破碎浸铀的矿堆过高，容易 造成上部矿石过浸，而下部矿石浸矿不足，从而降低 了浸矿效率【6 J 。浸铀机理分析显示，由于浸铀布液 在矿石堆上方，矿堆上部含硫酸的浸出液p H 低，一 般p H 2 ～4 ，这时沥青铀矿、黄铁矿、黄铜矿氧化， 铝硅酸盐矿物分解，形成含有U 0 2 S 0 4 2 卜，U 0 2 S 0 4 ，4 一和U Q S 0 4 的浸出液，矿石内的铀基本上 浸出。随着浸出液向下淋滤，浸出液的p H 升高、 E h 降低，当p H 4 ．2 5 时，U 0 2 S 0 4 分解形成柱铀 万方数据 第3 期杨建明等原地破碎浸铀的布液方式及其影响因素 矿、深黄铀矿、黄钡铀矿沉淀，降低了浸出效率。当 浸出液到达矿石堆下部时，p H 较高而E h 较低，硫 酸铁水解形成氢氧化铁胶体，浸出液内所含U 0 2 S 0 4 2 2 - ，U 0 2 S 0 4 3 4 一和U 0 2 S 0 4 分解沉淀，或与 硫化物反应形成铀黑，或者被氢氧化铁胶体所吸附， 同时黄铜矿同硫酸铜反应形成铜蓝和辉铜矿次生富 集。因此在原地破碎浸出采铀的过程中，由于矿石 堆过高，出现地球化学分层现象，即上部矿石过度浸 矿，许多矿物分解，形成础 O H 3 ，S i 0 2 胶粒及高岭 土，可能堵塞矿石空隙，造成矿石渗透性降低，不利 于浸铀。同时当浸出液从矿石渗透向下，p H 升高、 E h 下降，浸出液内所含铀沉淀或被胶体吸附。浸 出液迁移的过程同铀矿形成过程类似，当p H 升高、 E h 降低时，铀渐渐从成矿热液内沉淀富集【7J 。要 提高铀矿石的浸出率，针对矿石堆内浸矿过程中的 地球化学分层现象，可采取两种方法。一是利用微 参考文献 生物技术[ 6 | ，如采用氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌 等以亚铁和黄铁矿为能源的自养菌，既能氧化溶液 中亚铁，以对某些硫化物和硫代硫酸盐有一定的氧 化能力，达到浸出过程中不断补充硫酸的消耗，维持 稳定的p H 和E h ，同时可以有效减少浸矿过程中矿 堆内地球化学分层，即矿堆上部浸矿过度和下部浸 矿不足。二是实行联合布液 即矿堆上部堰塘布液 下部下向扇形钻孔布液 或分层分段布液，从而保证 浸出液从矿石堆上部向下部迁移过程中p H 和E h 保持稳定。 4结论 原地破碎浸铀的布液方式受矿体产状、矿堆高 度、细菌浸矿和地球化学分层等因素的影响。解决 “浸矿死角”和地球化学分层问题的方法是采用细菌 浸铀技术和联合布液或分层分段布液技术。 [ 1 ] 全爱国．原地爆破浸出采铀的工艺技术研究及应用前景[ J ] ．铀矿冶，1 9 9 8 ，1 7 1 1 5 ． [ 2 ] 李明．就地破碎浸出采铀的研究与进展[ J ] ．铀矿冶，1 9 9 6 ，1 5 2 8 1 8 5 ． [ 3 ] 施祖远．黄峰岭露天矿底部改用原地爆破浸出可行性探讨[ J ] ．铀矿冶，1 9 9 2 ，1 1 4 1 2 1 6 ． [ 4 ] 吉兆宁．地下溶浸采矿技术在我国铜矿山的应用[ J ] ．有色金属 矿山部分 ，5 4 3 1 1 1 3 ． [ 5 ] 莫西涅茨BH ，洛巴诺夫且n ，吉捷耶夫MH ，等．地浸矿山的建设与开采[ M ] ．北京 铀与金编辑部，1 9 9 7 5 3 5 6 ． [ 6 ] 王小波，杨为材，刘文彬，等．原地爆破浸出矿堆布液孔施工技术研究[ J ] ．铀矿开采，1 9 9 7 ，2 1 4 1 5 ． [ 7 ] 杨为材，王小波，刘文彬，等．微灌技术在原地爆破浸出钻孔布液中的研究与应用[ J ] ．铀矿开采，1 9 9 7 ，2 1 4 6 1 5 [ 8 ] 余斌，陈江川．地下溶浸采矿布液与集液技术工程化实践[ J ] ．铜业工程，2 0 0 1 ， 4 1 7 2 6 ． [ 9 ] 叶庆森．硬岩铀矿原地破碎浸出技术及其在我国的应用前景[ J ] ．国外铀金地质，2 0 0 0 ，1 7 2 1 5 9 1 6 4 ． [ 1 0 ] 吕古与．评价可地浸硬岩铀矿床的主要依据[ J ] ．铀矿地质，1 9 9 7 ，1 3 1 2 5 2 9 ． [ 1 1 ] 张得宽，陈祥标．矿体倾角、厚度对地下堆浸淋润率的影响[ J ] ．铀矿开采，1 9 8 9 ， 4 1 3 1 5 ． [ 1 2 ] 杨建明，杨仕教，丁德馨，等．原地破碎浸铀的机理探讨以浙赣大山岩铀矿床为例[ J ] ．矿冶，2 0 0 3 ，1 2 3 5 7 6 0 ． I n f l u e n c i n gF a c t o ra n dL i q u i dA r r a n g e m e n tM e t h o df o rU r a n i u mI n - s i t uC r u s h e dL e a c h i n g Y A N GJ i a n m i n g ，H U A N GX i a o - n a i ，H EJ i a n I n s t i t u t eo fA r c h i t e c t u r e ，R e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n t ，N a n h u aU n i v e r s i t y ，H e n g y a n g4 2 1 0 0 1 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ec o m m o nl i q u i da r r a n g e m e n tm e t h o d sf o ri n - s i t uc r u s h e dl e a c h i n gp r o c e s so fu r a n i u ma r ed e s c r i b e d ，a n d t h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r sa r ea n M y z e d ．T h ea t t i t u d eo fd e p o s i t ，h i g h n e s so fo r eh e a p ，b i o l e a c h i n gt e c h n o l o g y ，g e o c h e m i c a ll a y e r i n ga r et h ed o m i n a n ti n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h el i q u i da r r a n g e m e n t ．T h eb i o l e a c h i n ga n d m u l t i ．1 i q u i da r r a n g e m e n tt e c h n o l o g i e sa r et h ee f f e c t i v em e a s u r e st oo v e r c o m et h e “i n e r tc o r n e r ’’a n dg e o c h e m i c a l l a y e r i n gp r o b l e m si n - s i t uc r u s h e dl e a c h i n gp r o c e s so fu r a n i u m ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；i n s i t uc r u s h e dl e a c h i n go fu r a n i u m ；r e v i e w ；g e o c h e m i c a ll a y e r i n g ；m u l t i l i q u i da r r a n g e m e n t ；b i o l e a c h i n go fu r a n i u m 万方数据