CO2+O2两孔法地浸采铀现场试验探索.docx

CO2+O2两孔法地浸采铀现场试验探索王海峰1,郭忠德2,黄德顺1,武伟彳，汤庆四3（1.核工业北京化工冶金研究院，北京101149； 2.中国核工业集团公司新疆矿冶局，新疆伊宁8350003.中国核工业集团公司伊宁铀矿，新疆伊宁835000）摘要：结合COMO?两孔法地浸采铀现场试验，讨论了试验结果，并分析了两孔法地浸采铀现场试验的科 学性、数据可靠性以及对CO2+O2浸岀试验的适用性关键词：C02+02； 两孔法； 地浸； 现场试验1两孔法试验原理1.1两孔法现场试验的提出两孔法由前苏联BArpaOoBHHKo魄出他通过引入两钻孔渗滤场概念⑴，在两个不同 性质，不同流量钻孔的渗滤场中推算出液流函数而后，MAPOrdKHHA完成了对液流函数 的积分，得出两钻孔试验时近似确定溶浸面积的公式，并且已在地质勘探实践中成功地应用1.2两孔法现场试验基础两孔法现场试验主要由两个钻孔组成一抽出井和注入井试验过程中稳定地往注入井 中注入流量Q注的溶浸剂，从抽出井中以流量Q抽抽出浸出液为保证试验数据精度，缩短试 验时间，两孔法抽注液量按一定比例进行，即Qit=aQ注，a为不平衡系数，-般情况下a =4〜7。

在此条件下，地下溶浸区的形状和大小，是通过对抽出井和注入井形成的两个不同 水文地质特征渗滤场进行叠加，以地下水压力为参数，确定地下水压力函数1-3两孔法现场试验溶浸面积计算首先，设定抽出井为坐标原点，把注入井设计在X铀上，如图1图1两孔法不同a值的浸出区形状图这样，在这个渗滤场中，任意一点的水头为原始水头加上自然水力坡度值，再加上抽水 引起的水位下降与注水引起的水位上升的差值，用公式表示巴H=H”+J XX +S ；]-S tih (1)式中：H 任意点水位值，m；H., 原始水头，m；J 水力坡度；X 距原点距禺，m；S江一注水引起的水位增加值，m；S抓一抽水引起的水位下降值，m；S注=Q注2. 25at(2)4nKM丄s2r注S抽二Q抽-lg2. 25at(3)4nKM2r抽式中：a 导压系数，m2/d；t—时间，d；K一渗透系数，m/d；M—含矿含水层厚度，m；r汪一任意点到注水孔的距离，;r抽一任意点到抽水孔的距离，；经过对上式的微积分处理，得出确定近似溶浸面积公式：n . b2[ a 2( a 2-1)-2 a 3ln a ]F = (4)(a - 1) 5式中：F —近似溶浸面积，m2；b —抽水孔距注水孔距离，m；a —抽注液不平衡系数，即抽出量与注入量比值；2试验块段矿体特征与水文地质条件2. 1矿体特征VIL旋回铀矿体位于357〜373勘探线之间。

矿体展布与层间氧化带尖灭线形态一致，在 平面上呈西宽东窄的弯曲带状矿体长800m,宽75〜200m,矿体平均厚度4. 54m,平均品 位0. 0297%,平均平米铀量2. 4271kg/m2,金属量277. 6t本次两孔法试验在矿床369勘探线上进行，试验块段靠近36933勘探孔块段为V1L旋 回矿体的卷头，宽60m,长200mo矿体埋深186〜197m,矿体厚度10. 2m,平均品位0. 0350%, 平米铀量6. 82kg/m2o矿石岩性以含砾粗砂岩为主，夹薄层中砂岩和砂砾岩2. 2水文地质含矿含水层为第7含水层，为VIL旋回砂体，在平面上呈近东西向展布，南北向发育宽 度800〜4000m含水砂体就厚度变化而言较为明显，•般为5〜15m,局部大于20m,最厚 达51.5m试验块段地下水水位埋深183m,形成自涌，水头高出地表15m左右，含矿含水层 厚度约12 m室内测试结果显示：渗透系数为0. 23-1. 71m/do由南向北透水能力依次变差 3试验钻孔设计与施工3. 1试验钻孔布置与成井工艺为节省试验经费，探索两孔法试验的可行性及效果，决定试验在原碱法浸出试验块段进 行，选取…组（2孔，SC-01孔和0304孔）钻孔进行试验，如图1o•试验注孔•试验抽孔O试验未利用孔•勘探工业矿化孔•勘探表外孔图1 试验钻孔布置图如图1所示，抽出井与注入井间距20m。

抽出井与注入井均为托盘结构，套管采用PVC 管，注入井套管规格为110X15mm,抽出井套管规格为O160X15mm,环型外骨架式过滤器 表1给出了两个钻孔成井工艺参数表1 钻孔成井工艺参数序号项目0304SC-011钻孔类型注入井抽出井2开孔直径/mm2152953终孔直径/mm1702154托盘位置/m183.5183.05过滤器位置/m188.5 〜197190.5 〜197.56过滤器长度/m8.57.07沉砂管长度/m4.04.03. 2试验钻孔矿体揭露试验钻孔揭露矿体情况见表2及表3„表2 0304钻孔揭露矿休情况序 号深度/m岩性厚度/m品位/%平米铀量 /kg-m 2厚度/m平均品位/%平米铀量/kg-m 2自至1183.95184.15泥岩0.200.02700.107.250.04015.232186.85186.95粗砂岩0.100.01120.023188.55195.80粗砂岩7.250.04015.23表3 SC01钻孔揭露矿体情况序 号深度/m岩性厚度/m品位/%平米铀量/kg-m 2厚度/m平均品位/%平米铀量/kg-m2自至1188.95189.05粗砂岩0.10.01080.026.250.01942.182190.75197.00粗砂岩6.250.01942.183197.00197.65泥岩0.650.02450.293.3浸出区域参数计算按照两孔法原理计算，由SC-01抽出井和0304注入井组成的两孔试验块段的主要地质 参数为：溶浸面积254.66m2,岩矿量5904.04t,孔隙体积705.92m3 (孔隙率22%),金属量 943.52 kgo4浸出试验的三个阶段4. 1氧气氧化浸出原碱法(NH4HCO3+H2O2)试验于2003年8月20 H幵始注入0. 5g/l双氧水，至10月14 日o2004年初,浸出液铀浓度最高达35mg/Lo2004年3月21日停注H202,4月5日停注NH4HC03o 4月14日起只抽不注,抽液量为7.5m7h„ 6月16日，铀浓度下降至5. 22mg/L, HCOf离子 浓度从800mg/L下降至约400 mg/L。

两孔法现场试验就是在此条件下开展的两孔法试验抽出量为7. 5m3/h,注入量为1.5m3/h,抽注比为5氧气氧化浸出阶段从 2004年6月17日开始，氧气浓度控制在200mg/L左右，至7月16日结束从图2和图3 可以看出，氧气氧化阶段表现出以下特点：(1) 浸出液铀浓度由5. 22 mg/L上升至26. 1mg/L,说明氧气的加入有利于浸出，但仅用 氧气浸出无法达到可接受的效果；(2) HCOs离子浓度由400. 32mg/L下降至331. 1mg/L,说明浸出过程中HCOs「被稀释或消 耗，需要给以补充；4 . 2 002+02 浸出CO2+O2浸出阶段从2004年7月17日开始到9月20日结束同样采用不平衡抽注的方法，抽注比仍为5CO2+O2浸出阶段表现出以下特点(图2和图3):图2 浸出液铀浓度变化曲线(1) 002气体的加入，使浸出液中HC0/离子浓度由氧气氧化阶段结束时的约331. 1mg/L 逐渐上升至670mg/L以上，并稳定了 22d；随后又逐渐下降，到CO2+O2浸出阶段结束时，HCOf 离子浓度仅约320mg/L；(2) 浸出铀中铀浓度变化规律与HC(V离子浓度变化规律基本一致。

出现峰值铀浓度35. 52mg/L，该阶段结束时铀浓度下降至10. 1mg/Lo4.3补加NH4HCO3的浸出补加NH4HC03的浸出阶段从9月21日开始到1月20日，加入NH4HCO3的浓度为2. 7g/L〜3. Og/L,此时压入CO?气体的作用是调节溶液的pH值从图(图2和图3)中看出，补加NH4HCO3 的浸出阶段表现出以下特点：(1) NH4HC03的加入使浸出液中HCO；离子浓度由CO2+O2浸出阶段结束时的约320mg/L 逐渐上升至1870mg/L以上，与前两个阶段相比，变化相对稳定；(2) 浸出铀中铀浓度逐渐升高，出现峰值铀浓度59. 37mg/L,然后逐渐下降至26mg/；(3) 由于加入CO2气体的调节作用，浸出液的pH值则基本没有变化5两孔法对CO2+O2浸岀的适用性5. 1 CO2+O2浸出原理CO2+O2作为浸出剂浸出矿石中铀从根本上讲是利用HCO3-的作用⑶，HCO3-能与水中的 铀酰离子化合生成重碳酸铀酰络合物CO?加入后，与含碳酸盐的含矿岩石(CaCO3> MgCO3) 相互作用，形成碳酸氢钙和碳酸氢镁，作为浸出剂因此，CO2+O2浸出要求矿层中必须含 有一定量的碳酸盐。

但是，地下水中HCO3-主要来源于碳酸盐类岩石，而碳酸盐类岩石的溶 解度很小，只有当地下水中存在CO?时才溶于水，CO?的存在也是必要条件5. 2浸出H攵铀浓度急剧变化的原因从图2看出，CO2+O2浸出的两个月时间内，浸出液中铀浓度迅速上升至35. 52mg/L,然 后又急剧下降至该试验阶段的初值结合两孔浸出溶浸范围形态(如图4),分析浸出铀中 铀浓度曲线的变化趋势认为，两孔法试验中，C02+02注入后，受抽注产生的水动力条件控 制，由注入井沿矿层流向抽出井随着CO2+O2的运移，CO2与矿层中碳酸盐反应，生成HCO3 , 满足铀浸出环境也就是说，在注入井附近，刚注入的C02尚未能完全与碳酸盐反应，地下 水中缺少足够的HCO/,还满足不了铀浸出的条件初期浸出液中铀浓度上升是C02+02运移 到溶浸区后半段生成大量HCO/的结果，被浸出的是靠近抽出井的小三角区也正是这个小 三角区，矿层铀浸出条件得到了满足图2中铀浓度下降说明，靠近抽出井的小三角区域已 基本浸完，而注入井附近的大面积区域无法浸出，造成铀浓度下降图4 两孔试验液流流线及溶浸范围5.3两孔法不适宜（；02+02浸出由于试验中抽注比是5,意味着抽出液中有4份地下水,从而浸出液中HCO/浓度被稀释, 不能满足铀浸出要求。

注入井反抽时溶液中铀浓度仅为初始值也证明了这一点在加入 NH4HCO3后，铀浓度在20天就上升到峰值，也是上述推断的有力佐证，这时被浸出的是靠近 注入井的前半段大范围溶浸区问题的严重性在于，在此试验系统中，注入井附近的大面积区域永远达不到浸出条件 因此，两孔法不适宜CO2+O2浸出6结论及认识（1） 两孔法地浸采铀现场试验在我国首次应用，并获得成功，为我国将来应用两孔法 开展地浸采铀现场试验摸索出一条新路；（2） 试验成本低，钻孔费用少，试验所需时间短；（3） 试验结果与根据矿床地质、水文地质条件所预计的浸出结果相符，科学性强，可 以在矿床地浸采铀前期试验阶段采用；（4） 试验数据基本可靠，可为扩大试验浸出方法判定提供依据，试。