哈萨克斯坦某铀矿床地浸采铀现场试验研究

李建东，张 峰，原 渊，窦金龙

(1.中广核铀业发展有限公司，北京 100029；2.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149；3.浙江华友钴业股份有限公司，浙江 桐乡 314500)

0 引 言

原地浸出采铀，即地浸采铀通过钻孔工程，借助化学试剂，在天然埋藏条件下把矿石中的铀溶解出来，而不使矿石产生位移的采、选、冶一体的铀矿开采方法，具有生产成本低、建设周期短、环境污染小等优点[1]。目前，采用地浸方法生产铀产品的国家主要有哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、中国、俄罗斯、美国、巴基斯坦与澳大利亚等。哈萨克斯坦铀资源量位居世界第二位，从2009年开始成为世界最大的天然铀生产国，并保持至今[2-3]。中国广核集团有限公司为开发哈萨克斯坦扎尔巴克矿床，收集了详细的地质资料，并开展了多次地浸采铀现场试验[4]。试验结果表明，扎尔巴克矿床资源量可靠程度较高，适宜于酸法地浸开采，且未来具有良好的工业开发价值。

1 矿床概述

1.1 矿床地理位置

扎尔巴克矿床位于哈萨克斯坦共和国突厥斯坦州的苏扎克地区，在著名的楚-萨雷苏铀成矿省内，南距草原矿务局60 km，距州中心奇姆肯特市500 km，距区中心楚拉克-库尔干310 km。该矿床为哈萨克斯坦国家原子能工业公司(以下简称“哈原工”)所拥有，但尚未正式矿建。2017年，哈原工全资子公司奥尔塔雷克公司获得了扎尔巴克矿床2018—2022年试验阶段的地下资源使用合同，并启动了现场试验。

1.2 矿床特征

扎尔巴克矿床发现于1964年，位于楚-萨雷苏铀成矿省东北缘，赋矿层位主要为上白垩统。矿床长度约48 km，分为南部、中部和北部三个部分。由8个矿体组成，单个矿体长度3～22 km，宽25～850 m。矿体埋深120～150 m，矿层厚度0.5～20.0 m，平均厚度3.94 m，平均品位0.032%，平均平米铀量2.04 kg/m2。

2 试验块段地质与水文地质条件

2.1 地质条件

试验块段选择在扎尔巴克矿床2-12C1矿体，矿体连续性较好，如图1所示。地质块段面积155 000 m2，矿体平均埋深139 m，平米铀量1.72 kg/m2，设计工业储量267 t。2-12C1矿体主要地质工艺参数特征见表1。

图1 2-12C1矿体剖面图

表1 试验块段工艺参数特征

2.2 水文地质条件

下扎尔巴克层为本区主要的含矿含水层，赋存于下伏英库都克层及上扎尔巴克层之间，如图2所示。剖面上具有较典型的泥-砂-泥结构，中间发育局部隔水层，形成了20～31 m厚的含矿含水层。矿体发育在下扎尔巴克含水层的下部，部分矿体紧贴隔水底板发育。下部英库都克层的泥岩隔水底板稳定连续，厚度12～20 m，对地浸浸出剂向下部的漏失控制极为有利。

图2 矿床纵剖面结构示意图

矿床含矿含水层均为承压水，静水位埋深在57.0～60.5 m，承压水头55.0～58.0 m，渗透系数为3.4～14.3 m/d，平均为8.8 m/d。水化学类型为SO4-Cl-Mg-Na型水，矿化度7.3～7.5 g/L，pH值在6.90～7.87之间，因此，除地下水矿化度较高外，其他因素均有利于地浸采铀。

3 试验钻孔布置与浸出工艺

3.1 试验钻孔布置

依据矿体形态、地层位置、矿体埋深和水文地质条件等因素，试验钻孔主要采用行列式排列。抽液孔和注液孔行距为50～60 m，抽液孔孔距为30 m，注液孔孔距为20 m(表2)。试验钻孔于2016年完成施工，块段1施工了30个工艺孔，块段2施工了57个工艺孔，块段3施工了32个工艺孔。三个块段共施工工艺孔119个，其中抽液孔37个，注液孔82个，钻孔布置如图3所示。

表2 试验块段工艺钻孔参数

图3 试验块段钻孔平面布置图

3.2 主要试验设施

现场试验设施分为井场、水冶厂和生活区。井场包括酸化站与集控室，如图4所示。水冶厂包括1个小型可移动水冶厂、1个集液池、1个配液池、6个硫酸储罐。同时，完成了50 km场外柏油公路与110 V变电站的建设。

图4 集控室与集液池

3.3 浸出工艺

2017年11月，试验块段采用超前酸化，浸出剂硫酸浓度控制在10～15 g/L。由于矿体渗透性好，2017年12月将部分试验块段调整为直接酸化。经分析可知，浸出液铀浓度已达50 mg/L。浸出阶段，浸出剂硫酸浓度控制在5～10 g/L之间，浸出液余酸约5 g/L。单孔平均抽液量在3.5 m3/h左右，单孔平均注液量在1.3 m3/h左右。运行4个月左右后，浸出液铀浓度达到峰值。

4 浸出效果分析

4.1 浸出过程分析

浸出阶段4个月，浸出液集合样铀浓度从50.0 mg/L逐渐上升到峰值150.0 mg/L。集合样铀浓度峰值持续6个月。从2018年9月份开始，集合样铀浓度逐渐下降，至2019年9月份集合样铀浓度降低至82.7 mg/L。集合样铀浓度、pH值与时间变化曲线如图5所示。

图5 集合样铀浓度、pH值与时间变化曲线

在三个试验块段中，块段1平米铀量最低(1.1 kg/m2)、面积最小(30 270 m2)。浸出时间累计20个月。截至2019年9月底，浸出液平均铀浓度为87.7 mg/L，9月份浸出液平均铀浓度75.4 mg/L。液固比、回收率与铀浓度关系如图6所示。

图6 块段1试验铀浓度-回收率与液固比关系

由图6可知，截至2019年9月底，块段1浸出液固比为0.98，回收率已达到44.73%。按原设计方案中总液固比为2.0或2.5两种方案，液固比在1.0时对应的回收率分别为65.5%和57.6%。因此推测块段1浸出率达到90%时，实际液固比在3.0～4.0之间，浸出周期3～4 a。

块段2平米铀量为1.66 kg/m2，面积为84 490 m2，是三个块段中面积最大的块段。浸出时间累计20个月。截至2019年9月底，浸出液平均铀浓度为129.7 mg/L，9月份浸出液平均铀浓度为95.8 mg/L。液固比、地浸回收率与铀浓度关系如图7所示。

图7 块段2试验铀浓度-回收率与液固比关系

截至2019年9月底，块段2浸出液固比已达到0.78，回收率已达到56.18%，按原设计方案总液固比在2.0或2.5两种方案，液固比在0.8时应的回收率分别为54.0%和46.3%。因此，推测块段2浸出率达到90%时，实际液固比在2.0～2.5之间，浸出周期2～3 a。

块段3平米铀量为2.33 kg/m2，是三个块段中平米铀量最高的块段，面积为40 240 m2，浸出时间累计20个月。截至2019年9月底，浸出液平均铀浓度96.0 mg/L，9月份浸出液平均铀浓度68.3 mg/L。液固比、回收率与铀浓度关系如图8所示。

图8 块段3铀浓度-回收率与液固比关系

截至2019年9月底，块段3浸出液固比已达到0.9，回收率已达到44.78%，按原设计方案总液固比在2.0或2.5两种方案，液固比在0.9时应的回收率分别为60.1%和52.5%。因此推测块段3浸出率达到90%时，实际液固比在3.0～4.0之间，浸出周期3～4 a。

试验块段1金属铀产量31.3 t，单位酸耗为61.34 kg/kgU，浸出率为44.73%。试验块段2金属铀产量为101.2 t，单位酸耗为41.96 kg/kgU，浸出率为56.18%。块段3金属铀产量43.96 t，单位酸耗为52.68 kg/kgU，浸出率为44.78%。随着浸出液浓度逐步降低，单位酸耗将增加，推测正常生产期内单位酸耗在120～150 kg/kgU之间。从试验结果可知，扎尔巴克矿床的矿石单位酸耗与其他矿山差别不大。以试验块段2为例，浸出液铀浓度-单位酸耗-产量关系如图9所示。

图9 块段2浸出液铀浓度-酸耗-产量关系

4.2 水冶工艺

扎尔巴克矿山的浸出液处理由哈原工下属Сауран(萨铀)公司承包运营。已建成水冶可移动工业试验设施1套，其中包括1个集液池和1个配液池，各400 m3；小型移动水冶厂包含6个12 m3吸附塔，4个12 m3缓冲塔；6个12 m3硫酸罐。设计最大处理量250 m3/h，可满足年产200 t试验需求。

水冶厂流程与其他矿山相同，区别是试验现场仅完成吸附。吸附后的饱和树脂由专用树脂车运到中门库杜克矿山，进行下一个流程处理。矿山暂无样品分析试验室，水冶样品外送乌瓦纳斯实验室进行化验分析。

5 结 论

1)在试验块段内经大量试验-生产工艺钻孔确认，块段可采工业储量(开拓储量)大于勘探报告中估算的地质资源量，表明2号主矿体C1资源量可靠程度较高。

2)扎尔巴克矿床矿体埋深小，主要呈窄条带状展布，钻孔适宜行列式井型布置，可有效控制钻孔成本；试验获得的液固比、浸出液pH值、浸出液铀浓度及酸耗等值，证明注液孔和抽液孔行距及注液孔和抽液孔的孔距设计合理。

3)试验选择的2-12C1块段在矿体埋深、品位、平米铀量和矿层渗透性等主要参数上具有代表性，与整个矿床平均值相差不大；试验获得的结果基本上能够代表整个矿床，可为后续工业开采设计提供参考。

4)近两年的试验表明，矿石易浸出，浸出期pH值控制在1.6左右，浸出液铀浓度最高达150 mg/L，持续时间较长(6～8个月)，试验结果达到了设计要求；在液固比与设计基本一致时，浸出率已达到50%，其酸化酸耗和浸出酸耗均较低。