原地浸出采铀数值模拟研究现状与发展[1]
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原地浸出采铀几个基本问题的探讨
代表着 人类 所期 待 的未来 采矿 。原 地 浸 出开采将
采 、 有 机 的结 合 在一 起 ， 冶 具有 工 艺 简 单 ， 建投 基
条件 和 开采 工程 布置 等 ， 常 将 矿 区 划 分 为 若 干 常
个 采 区 。在 划 分地 浸 开 采 采 区 时 ， 充 分 考 虑 各 要 块段 矿 石 的渗透 性 ， 矿石 中碳 酸 盐 质量 分数 ， 体 矿 埋藏 深 度 ， 矿 含水层 原 始水 位 ， 含 矿块 每 ｍ 铀储 量 大小 等 因素 ； 把 存 在 显 著 差 异 的块 段 划 分 成 要
实 践 ， 地浸 铀矿 山建 设 和生 产 中的 几 个 基本 问 就
题 进行讨 论 。
１ 开 采 单位
原 地浸 出采 铀 的开采 单位 通 常划分 为 ： 区 、 矿 采 区和开采 单元 。
收稿 日期 ： ０ ５— ６ ４ ２ ０ ０ —０
由一 个抽 出井 与 周 围若 干个 注入 井 组成 。一 个 开
引 言
原地 浸 出开采 是 一 种 在 天 然埋 藏条 件 下 ， 通 过溶 浸剂 与矿 物的化 学 反应选 择 性地 溶解 矿石 中 的有 用组分 ， 不使 矿石 产生 位移 的集 采 、 于一 而 冶
１ Ｉ 矿 区 ．
在地 浸开 采 的铀 矿 床 中 ， 的 铀 矿床 成 为 独 有
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５ ８
铀 矿 冶
第２ ５卷
立 的矿 山企 业 ， 的 隶 属 于 有 关 厂 矿 （ 公 司 ） 有 或 。 划 归独 立矿 山企 业 或有 关 厂矿 （ 或公 司） 开采 的地 浸 铀矿 床 叫“ 区” 如新 疆 伊梨 盆 地 Ｉ矿床 、 矿 ， Ⅱ矿 床 和 Ⅳ矿床 。
原地爆破浸出回收利用铀残矿技术研究
矿床 属低 温热 液单 铀 型矿 床 ，主要 成份 为沥 青
铀矿一 化 物一 酸 盐 类 型 ，矿 石 类 型 为 硅 酸 盐 类 硫 碳 型 ，矿 石 结 构 为 浸 染 状 、胶 状 ，矿 石 构 造 为 网 脉
山开采 中得到 了迅猛 发展 ，其 中铜 和铀 矿 山使 用 最
为成 功 。
收 利用 残矿 有关 技术 难题 ，在 陕 西某矿 进行 了试 验
研究 ，取 得 了较好 的 效果 。
２ 工 程 概 况
期 缩 短 １ ３ 采 、 选 、 冶 综 合 生 产 成 本 降 低 ／，
３ ０ ，有利 于矿 区环境 保 护和矿 山退 役后 的内外 金属 矿
文 献 标 识 码 ：Ｂ
Ｓ ＴＵＤＹ ｏＦ ＲＥＣＹＣＬＩ Ｇ Ｅ Ｎ ＵＳ ＴＥＣＨ ＮｏＬｏＧ Ｙ Ｎ ＴｏＰＥ Ｉ Ｓ ＬＥＡＣＨ Ｉ Ｇ Ｎ Ｎ Ｉ ＵＲ ＡＮＩ ＵＭ ＥＭ Ｎ ＡＮＴ ＲＥ Ｒ ｏ
Ｈ ｕ ｇ Ｗ ｅ Ｚｈ ｇ Ｙｏｎ ａｎ ｉ ｏｎ ｇｍ ｉ Ｚｈａ ｇ Ｘｉ ｗ ｅ Ｆｅ ｇ Ｃｈｕ ｉ Ｈ ｅ １ｏ ｎｇ ｎ ａｏ ｎ ｎ ｎｌｎ ３
状 、致 密 块状 ，铀 的存 在 形 式 为 沥 青 铀 矿 、铀 黑 、
含 微粒 铀 氧化 物 ，矿石 的浸 出性 能较 好 。矿 体产 于 中粗粒 黑 云母碎 裂 花 岗岩 中 ，矿 体稍 破碎 ，多为 角 砾 岩 ，呈较 规则 简单 连续 小 透镜 体产 出 ，矿化 地段
Ａｂｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈｒ ｇｈ Ｓｔ ｐｅ Ｌｅ ｃ ｎｇ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｅ ｙ ｌｎｇ ｕ ｅ ｒ ｉ ｍ ｏｒ ｒ ｒ ｍ ｎａ ｅ ｐｒ ｃ ｉｅ， ｅ ｏｕ ｏ ａ ｈｉ ｅ ｈ ｌ ｇｙ ｒ ｃ ｃ ｉ ｓ ｕ ａｎ ｕ ｃ ｎｅ ｅ ｎｔｏｒ ａ ｔｃ ｘ—
地浸采铀铀浓度影响研究与工艺改进
地浸采铀铀浓度影响研究与工艺改进----问题和建议王海峰（核工业北京化工冶金研究院，北京 101149）摘要：对浸出液铀浓度的影响因素研究不够，导致在浸出过程中地下水垂向稀释程度、钻孔抽液量对浸出液铀浓度的影响、过氧化氢用量对铀浓度的影响等问题上解释不清，同时，对钻孔逆向注浆工艺的开发和应用、沉砂管设置的必要性及长短等问题亦存在争议，通过对试验结果的分析得出，地下水对浸出液的垂向稀释限制在一定范围内；钻孔抽液量仅在变化梯度极大时才能体现其对铀浓度的影响；过氧化氢过量使用既浪费又无法提高铀浓度和浸出率；逆向注浆工艺和沉砂管的设置仍需研究和试验。
关键词：地浸采铀；铀浓度；工艺；改进在地浸采铀基础研究方面，前苏联国家曾做过大量系统性的工作，诸如浸出率与浸出剂浓度的关系、浸出剂运移与浸矿过程、浸出过程中气堵、机械堵塞和化学堵塞的形成及发展过程等，并出版过大量书籍，诸如《溶浸采矿法的地质工艺研究》、《无井采矿法》、《地浸采铀手册》等，在我国地浸采铀界影响较深。
回顾我国几十年的地浸采铀技术的开发和应用历程，在地浸采铀基础研究方面，特别是铀浓度影响因素，不同井型溶浸范围及随浸出时间的变化，岩矿矿物成分和化学成分与浸出剂类型的关系，化学试剂与铀矿物和非铀矿物反应及反应生成物的机理等等问题上十分欠缺，无确切结论。
地浸采铀基础研究看似与试验和生产不发生直接关系，但我国多个现场试验实例证实，正是因缺乏基础研究的支持，面对试验结果给不出正确的解释，导致无法科学地制定进一步的研究方案。
对国外的先进工艺我们不能盲目照搬，但也不能置之不理。
我国地浸采铀矿山生产工艺多样化的发展，为无配液池和集液池流程的应用创造了契机，具备了开发和试验的条件。
1 地下水在垂向上对铀浓度的稀释某矿床含矿含水层厚度120m,局部50m，矿层厚度3m，平米铀量6.5kg/m2，试验峰值浓度仅达35mg/l。
在分析浸出液铀浓度低的原因时，一概归罪于矿层厚度与含矿含水层厚度比值太小，地下水稀释严重。
大布矿床原地爆破浸出采铀工艺的实践与探讨
关 键 词 ：原 地 爆 破 浸 出 ； 矿 床 ； 破 筑 堆 ； 践 与 探 讨 铀 爆 实
中 图分 类 号 ： Ｄ ８ ８ 文 献 标 志 码 ：Ａ Ｔ ６ 文 章 编 号 ：１ ０ — ０ ３ ２ １ ） ２ ０ ６ 一 ５ ０ ０８ ６ （ ０ ２ ０ — ０ １Ｏ
原地 爆破 浸 出采 铀工 艺 利 用 地 下 井 巷 、 空 采
的高品 位矿 石 （ 切 副 产 矿 石 ） 窿地 表 堆 浸 处 采 出 理 。该 工艺免 去 了井下 矿 石搬运 、 板管 理 、 顶 采空 区处 理等 环节 ， 生产 成 本 较 地 表 堆 浸有 较 大 幅度 降低 ， 少 了地表 卸堆 工作 量 和对环 境 的污染 ， 减 还 可 回收部 分表 外 矿石 中 的铀 ， 高 了资源 利用 率 。 提 原地 爆破 浸 出 的矿 堆 高度往 往 为整个 中段 或 跨 中段 。以 目前 的技 术 和装 备 条 件 ， 常用 及 有 效
６ ２
一
铀
矿 冶
第３ １卷
般 ， 堆 的爆 破 矿石平 均块 度越小 ， 出率 矿 浸
指 向， 行切 割拉 槽 与 崩 矿 排孔 一 次 小 补 偿 空 间 进 毫 秒延 时挤 压爆破 筑堆 。 ２ １ １ 试验 采场概 况 ． ． 在 １ Ｏ １ ６ｍ 水 平 的 ３ ２１和 ３ ７采 场 进 ２ ～ ６ ０— １
数 变化 范 围较大 （ 厂为 ５ １ ， 散系 数 为 １ ６ ， ～１ ） 松 ． ５
说 明爆 破性 能较 好 。
１ ３ 矿 石 浸 出 性 能 ．
矿 石 的浸 出性 能 经 系 列 条 件 与扩 大 试 验 证
明， 酸耗 低 ， 出性能好 ， 出率 均在 ８ 以上 。 浸 浸 ０
原地爆破浸出采铀技术的改进及应用
还 是 在 环 境 保 护 方 面 均 取 得 了好 的成 效 。
索爆 破后产 生的 冲击 波 提前 炸 断 ， 排 面孔 中个 使
别孔拒 爆 。
１ 爆 破 工 艺 技 术 的 改 进 及 应 用
１ １ 正 确 选 择 首 段 起 爆 雷 管 段 别 的 设 计 方 法 ． ］
第 ３ Ｏ卷 第 ２期
２１ Ｏ １年 ５月
铀
淹
Ｖ Ｏ１ ３ Ｎ ｏ ２ ． ０ ．
Ｍ ａ Ｏ １ ｙ２ １
Ｕ ＲＡ Ｎ Ｉ Ｍ Ｉ Ｉ Ｇ Ｎ Ｄ ＥＴＡ ＬＬＵ ＲＧＹ Ｕ Ｍ Ｎ Ｎ Ａ Ｍ
原 地 爆 破 浸 出采 铀 技 术 的 改 进 及 应 用
王 省 民
（ 安 中核 蓝 天铀 业 有 限公 司 ， 西 西 安 ７ ０ ０ ） 两 陕 １５０
区全部 拒爆 ；） 面孔 中个别孑 雷管拒爆 ， ２排 Ｌ 造成 爆
破 块度 级配不 均匀 。
在 １ ２矿 床 的 ８１１采 场 爆 破 中 ， 用 各 分 ０ － 利 层 的 切 割 天 井 和 导 爆 索 的 传 爆 性 能 ， 传 爆 网 路 将
因 此 ， 了 保 证 爆 破 网 路 Ｔ 作 可 靠 ， 须 保 证 为 必
以前 爆 破 网 路 的 设 计 ， 般 一 个 采 场 竖 向 分 一
改 进 后 爆 破 网 路 的 联 接 方 法 ： 面 孔 （ 括 切 排 包 槽 孔 ） 管 的 脚 线 — — 导 爆 管 先 与 支 导 爆 索 相 联 雷 接 。支 导 爆 索 再 通 过 导 爆 索 的“ 角 形 ” 接 方 法 三 联 与 主 导 爆 索 相 联 接 。其 联 接 方 法 示 意 图 见 图 １ 。 １ １矿 床 的 ４１２采 场 使 用 了 上 述 爆 破 网 路 Ｏ —— 设 计 原 则 与 联 接 方 法 后 ， 未 出 现 过 由 于 爆 破 网 从 路 的 原 因造 成 采 场 爆 破 落 矿 拒 爆 的现 象 。
索爆 破后产 生的 冲击 波 提前 炸 断 ， 排 面孔 中个 使
别孔拒 爆 。
１ 爆 破 工 艺 技 术 的 改 进 及 应 用
１ １ 正 确 选 择 首 段 起 爆 雷 管 段 别 的 设 计 方 法 ． ］
第 ３ Ｏ卷 第 ２期
２１ Ｏ １年 ５月
铀
淹
Ｖ Ｏ１ ３ Ｎ ｏ ２ ． ０ ．
Ｍ ａ Ｏ １ ｙ２ １
Ｕ ＲＡ Ｎ Ｉ Ｍ Ｉ Ｉ Ｇ Ｎ Ｄ ＥＴＡ ＬＬＵ ＲＧＹ Ｕ Ｍ Ｎ Ｎ Ａ Ｍ
原 地 爆 破 浸 出采 铀 技 术 的 改 进 及 应 用
王 省 民
（ 安 中核 蓝 天铀 业 有 限公 司 ， 西 西 安 ７ ０ ０ ） 两 陕 １５０
区全部 拒爆 ；） 面孔 中个别孑 雷管拒爆 ， ２排 Ｌ 造成 爆
破 块度 级配不 均匀 。
在 １ ２矿 床 的 ８１１采 场 爆 破 中 ， 用 各 分 ０ － 利 层 的 切 割 天 井 和 导 爆 索 的 传 爆 性 能 ， 传 爆 网 路 将
因 此 ， 了 保 证 爆 破 网 路 Ｔ 作 可 靠 ， 须 保 证 为 必
以前 爆 破 网 路 的 设 计 ， 般 一 个 采 场 竖 向 分 一
改 进 后 爆 破 网 路 的 联 接 方 法 ： 面 孔 （ 括 切 排 包 槽 孔 ） 管 的 脚 线 — — 导 爆 管 先 与 支 导 爆 索 相 联 雷 接 。支 导 爆 索 再 通 过 导 爆 索 的“ 角 形 ” 接 方 法 三 联 与 主 导 爆 索 相 联 接 。其 联 接 方 法 示 意 图 见 图 １ 。 １ １矿 床 的 ４１２采 场 使 用 了 上 述 爆 破 网 路 Ｏ —— 设 计 原 则 与 联 接 方 法 后 ， 未 出 现 过 由 于 爆 破 网 从 路 的 原 因造 成 采 场 爆 破 落 矿 拒 爆 的现 象 。
科普1原地浸出采铀
原地浸出采铀技术
王海峰
----什么是地采铀
地浸是原地浸出的简称，也被称为“化学采矿”、“无井采矿”或“地质工艺采矿”。利用原地浸出的方法来开采铀矿床则称为“原地浸出采铀”，简称“地浸采铀”。
地浸采铀是在矿床天然产状条件下，通过从地表钻进至矿层的钻孔将配制好的化学试剂注入矿层，与矿物发生化学反应，溶解矿石中的铀，随后将含铀的溶液抽至地表，送进回收车间进行离子交换、淋洗、沉淀、压滤，干燥，最终得到合格产品，地浸工艺流程如图1所示。这种铀矿开采方法不移动矿石和围岩，将矿石的开采、选矿、水冶集于一体。
图1 地浸采铀工艺系统图
地浸采铀矿山分为井场和浸出液处理厂两大部分。井场包括一系列钻孔，集中控制室、泵房和管路系统，有的矿山还建有配液池和集液池、见图2。浸出液处理厂内设有吸附塔、淋洗塔、沉淀槽、压滤机等设备。
1
王海峰
----什么是地采铀
地浸是原地浸出的简称，也被称为“化学采矿”、“无井采矿”或“地质工艺采矿”。利用原地浸出的方法来开采铀矿床则称为“原地浸出采铀”，简称“地浸采铀”。
地浸采铀是在矿床天然产状条件下，通过从地表钻进至矿层的钻孔将配制好的化学试剂注入矿层，与矿物发生化学反应，溶解矿石中的铀，随后将含铀的溶液抽至地表，送进回收车间进行离子交换、淋洗、沉淀、压滤，干燥，最终得到合格产品，地浸工艺流程如图1所示。这种铀矿开采方法不移动矿石和围岩，将矿石的开采、选矿、水冶集于一体。
图1 地浸采铀工艺系统图
地浸采铀矿山分为井场和浸出液处理厂两大部分。井场包括一系列钻孔，集中控制室、泵房和管路系统，有的矿山还建有配液池和集液池、见图2。浸出液处理厂内设有吸附塔、淋洗塔、沉淀槽、压滤机等设备。
1
原地爆破浸出采铀安全与环境
和 环境 。
型矿很少 ， 规模偏小 ， 厚度薄， 品位较低 ， 矿床水文地 质条件 比较复杂 ， 使得铀矿开采过程 中的开拓 、 采准 工作量大 ， 矿石贫化率高 ， 开发利用难度大。针对铀 矿床这些特点 ， 经过长期实践与完善 ， 我国铀矿开采
技术也 形成 了一 定特 点 ： （ ）在开采 方式 中以地 下 开采 为 主 ， ８ ％ ～ １ 占 ０
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Ｉ Ｓ ６ １—２ ｏ Ｓ Ｎ １７ ９０ ＣＮ ４ ３一ｌ ４ ／ Ｄ ３７ Ｔ
采矿技术
第 ６卷
第 ３期
２０ ０ ６年 ９月
Ｓ ｐ２ ０ ｅ ．０６
Ｍｉ ｉ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｖｏ ． Ｎ ． １ ６， ｏ ３
方、 水患 、 燃等危害以外 ， 自 还必须考虑放射性 的危 害， 这也是铀矿开采的特点 。 ３ １１ 铀矿开采过程 中的放射性危害 ．． （ ）直接辐射 。铀矿 中铀 、 、 １ 钍 镭及其 子体所 放出的 ｐ ＾ 、 射线 ， ｙ 对矿工形成全 身外照射 。尤其当 矿石品位超过 １ 时， 射线成为对矿工形成直接 ％ ＾ ｙ
８％ ， ５ 露天开采仅 占 １％ ～ ０ ； ５ ２％
（ ）采 矿方 法种 类繁 多 ， 以充 填采 矿法 为主 ； ２ 但
（ ）回采工 艺灵 活 ， 应性 较强 ； ３ 适
３ 铀矿 开采安全
３ １ 开 采过 程 中的放射 性控 制 ．
（ ）原地爆破浸出可以降低采准工作量 ， ４ 减少
合 பைடு நூலகம்下 公 式 ：
０
．
般情况下 ， 在品位为 ０ １ 的铀矿体 的水平巷道 ．％
中央， 剂量率约为 ５ Ｇ ／ｈ 当品位超过 ０ ５％ 时， ｙ ； ． 矿工 就会 受到超 过 ５ ｖ的年允 许剂 量 的危 害 。 ０ｍＳ （ ）氡气。氡能在矿岩空 隙中移动 ， ２ 并进 入矿 井的空气 中。氡是短寿命 （ 半衰期 ３ ８ ） 粒 ． ２ｄ 的 子放射源 ， 吸入氡气本身是无危害的， 因为它不会滞 留在肺 中。但是 ， Ｒ ｎ衰 变产生 的子体 （ Ｐ 、 ｂ 墙 Ｈ
型矿很少 ， 规模偏小 ， 厚度薄， 品位较低 ， 矿床水文地 质条件 比较复杂 ， 使得铀矿开采过程 中的开拓 、 采准 工作量大 ， 矿石贫化率高 ， 开发利用难度大。针对铀 矿床这些特点 ， 经过长期实践与完善 ， 我国铀矿开采
技术也 形成 了一 定特 点 ： （ ）在开采 方式 中以地 下 开采 为 主 ， ８ ％ ～ １ 占 ０
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采矿技术
第 ６卷
第 ３期
２０ ０ ６年 ９月
Ｓ ｐ２ ０ ｅ ．０６
Ｍｉ ｉ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｖｏ ． Ｎ ． １ ６， ｏ ３
方、 水患 、 燃等危害以外 ， 自 还必须考虑放射性 的危 害， 这也是铀矿开采的特点 。 ３ １１ 铀矿开采过程 中的放射性危害 ．． （ ）直接辐射 。铀矿 中铀 、 、 １ 钍 镭及其 子体所 放出的 ｐ ＾ 、 射线 ， ｙ 对矿工形成全 身外照射 。尤其当 矿石品位超过 １ 时， 射线成为对矿工形成直接 ％ ＾ ｙ
８％ ， ５ 露天开采仅 占 １％ ～ ０ ； ５ ２％
（ ）采 矿方 法种 类繁 多 ， 以充 填采 矿法 为主 ； ２ 但
（ ）回采工 艺灵 活 ， 应性 较强 ； ３ 适
３ 铀矿 开采安全
３ １ 开 采过 程 中的放射 性控 制 ．
（ ）原地爆破浸出可以降低采准工作量 ， ４ 减少
合 பைடு நூலகம்下 公 式 ：
０
．
般情况下 ， 在品位为 ０ １ 的铀矿体 的水平巷道 ．％
中央， 剂量率约为 ５ Ｇ ／ｈ 当品位超过 ０ ５％ 时， ｙ ； ． 矿工 就会 受到超 过 ５ ｖ的年允 许剂 量 的危 害 。 ０ｍＳ （ ）氡气。氡能在矿岩空 隙中移动 ， ２ 并进 入矿 井的空气 中。氡是短寿命 （ 半衰期 ３ ８ ） 粒 ． ２ｄ 的 子放射源 ， 吸入氡气本身是无危害的， 因为它不会滞 留在肺 中。但是 ， Ｒ ｎ衰 变产生 的子体 （ Ｐ 、 ｂ 墙 Ｈ
原地浸出采矿的地球化学模型研究进展
基金项 目： 湖南省教育厅重点项 目（ 编号 ：３ ０２ 。 ０ Ａ ４ ）
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４
采
矿
技
术
般性模式： 各种作用过程在化学平衡 的条件下 以每 个元素的质量平衡方程、 能量及电荷守恒原理 ， 根据 热力学第二定律建立一系列线性方程组， 在一定约 束条件下 ， 对该线性方程组进行求解便构成了地球 化 学模 型 。
球 化学 计算 机 模 拟 时期 ， 制 出各种 计 算 机 模 拟 软 研 件 ， 开始 在地 球 化 学 模 拟 中考 虑非 平 衡 化 学 动力 并 学 问题 。最 初 使用 离 子缔 合模 型开 发 的地 球 化学模
原地浸出采矿是将按一定配方配制好 的溶浸液 经注液钻孔注入到天然 的含矿含水层 中， 在水力 梯 度作用下沿矿层渗流 ， 通过对流和扩散作用 ， 选择性 地氧化和溶解有用矿物 ， 形成有效溶液 ， 经抽液钻孔 提升 至地表 ， 进行 水 冶 处 理 得 到 所 需 的 浓 缩物 产 再
学因数双重作用的结果 ， 是一个典 型的带化学反应 的流动过 程 。这就 决定 了研 究 原地 浸 出过程 中矿 石
与溶浸液作用时 ， 必须与浸 出区 （ 或矿床 ） 具体 的地 质 和水文 条件 相 结 合 。 因此 ， 述 地 浸 浸 出过 程 理 描
想 的模型 应是水 动 力学 和化 学 动力学 模 型相耦 合 的
拟软件是 ＷＡ Ｅ ， Ｔ Ｑ 在开发 ＷＡ Ｅ Ｔ Ｑ的同时 ， 开发了
一
系列 的其他使用离子缔合模型的软件 ， ＷＡ Ｅ 如 Ｔ．
Ｑ 、 Ｔ Ｑ Ｐ Ｅ Ｑ 和 ＷＡ Ｅ ４ 。在 国 内 ， Ｆ ＷＡ Ｅ Ｘ、ＨＲ Ｅ Ｅ ＴＱＦ 王 广 才 等 以 ＷＡ Ｅ ４ Ｔ Ｑ Ｆ为 基 础 ， 发 了耦 合 的 Ｍ ｎｅ 开 ｏｔ Ｃｒ ａｏ—ＷＡ Ｅ ４ Ｔ Ｑ Ｆ模型 ， 平顶 山矿 区地 下水 系 统 中 对 水 一岩 反应 状态 进行 了随机 水 文地球 化学 模拟 和评 价 。离 子缔 合 模 型 是 所 有 其 它 地 球 化 学 模 型 的基 础 ， 以说发 展 至今 已相 当完 善 ， 可 但仍 有许 多微 量元 素、 稀土 元素 的离子 缔 合 模 型数 量 有 限期 待着 后 人
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采
矿
技
术
般性模式： 各种作用过程在化学平衡 的条件下 以每 个元素的质量平衡方程、 能量及电荷守恒原理 ， 根据 热力学第二定律建立一系列线性方程组， 在一定约 束条件下 ， 对该线性方程组进行求解便构成了地球 化 学模 型 。
球 化学 计算 机 模 拟 时期 ， 制 出各种 计 算 机 模 拟 软 研 件 ， 开始 在地 球 化 学 模 拟 中考 虑非 平 衡 化 学 动力 并 学 问题 。最 初 使用 离 子缔 合模 型开 发 的地 球 化学模
原地浸出采矿是将按一定配方配制好 的溶浸液 经注液钻孔注入到天然 的含矿含水层 中， 在水力 梯 度作用下沿矿层渗流 ， 通过对流和扩散作用 ， 选择性 地氧化和溶解有用矿物 ， 形成有效溶液 ， 经抽液钻孔 提升 至地表 ， 进行 水 冶 处 理 得 到 所 需 的 浓 缩物 产 再
学因数双重作用的结果 ， 是一个典 型的带化学反应 的流动过 程 。这就 决定 了研 究 原地 浸 出过程 中矿 石
与溶浸液作用时 ， 必须与浸 出区 （ 或矿床 ） 具体 的地 质 和水文 条件 相 结 合 。 因此 ， 述 地 浸 浸 出过 程 理 描
想 的模型 应是水 动 力学 和化 学 动力学 模 型相耦 合 的
拟软件是 ＷＡ Ｅ ， Ｔ Ｑ 在开发 ＷＡ Ｅ Ｔ Ｑ的同时 ， 开发了
一
系列 的其他使用离子缔合模型的软件 ， ＷＡ Ｅ 如 Ｔ．
Ｑ 、 Ｔ Ｑ Ｐ Ｅ Ｑ 和 ＷＡ Ｅ ４ 。在 国 内 ， Ｆ ＷＡ Ｅ Ｘ、ＨＲ Ｅ Ｅ ＴＱＦ 王 广 才 等 以 ＷＡ Ｅ ４ Ｔ Ｑ Ｆ为 基 础 ， 发 了耦 合 的 Ｍ ｎｅ 开 ｏｔ Ｃｒ ａｏ—ＷＡ Ｅ ４ Ｔ Ｑ Ｆ模型 ， 平顶 山矿 区地 下水 系 统 中 对 水 一岩 反应 状态 进行 了随机 水 文地球 化学 模拟 和评 价 。离 子缔 合 模 型 是 所 有 其 它 地 球 化 学 模 型 的基 础 ， 以说发 展 至今 已相 当完 善 ， 可 但仍 有许 多微 量元 素、 稀土 元素 的离子 缔 合 模 型数 量 有 限期 待着 后 人
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原地浸出采铀（简称地浸采铀）是通过从地表钻孔注入溶浸 液人为改变矿层的地球化学环境，使矿石的有用组分溶解浸出， 通过抽液工程得到浸出液。再进行加工提炼以获得铀矿。由于地 浸采铀过程发生在地下，不能够直接观赏和检测。所以有必要进 行特殊的实验室研究和过程模拟。但是室内实验与野外矿区条 件存在一定差异，现场试验又面临着复杂的地质环境。相比之 下，数值模拟方式可以近似地同时考虑多个相互作用和若干主 要控制过程。对于边界条件以及参数分布比较复杂的问题可以 进行唯一有效的计算。数值模拟已经成为定量解决地浸采铀问 题的一个重要手段。
对地浸采铀结束后浸出液在地下水中的迁移进行了模拟。高柏 等［４】通过室内溶质迁移试验，运用ＰＨＲＥＥＱＣ进行了模拟计算。 对地浸过程中的溶质迁移规律进行了研究，在整个渗透途径中 划分出不同特征的浸出带。吕俊文等¨１利用Ｖｉｓｕａｌ ＭＯＤＦＬＯＷ 软件建立某铀矿山的三维数学模型，计算污染物浓度的分布．显 示了ＺＦｅ、Ｓ０４ｚ’和铀多年后分别迁移离开采区的距离。谭凯旋 等Ｉ ６】建立了新疆某地浸矿山的二维数值模型，在不同抽出速率 下．模拟预测了ｕ０２２＋和Ｓ０４２一在不同年份的浓度分布，得出抽出 速率与污染物浓度的关系。 ２．２组分形态以及浓度和影响浸出的因素分析 Ｂｏｍｍｅｒ和Ｓｃｈｅｃｈｔｅｌ【，】介绍了一种地浸采铀的计算机模型。 对影响原地浸出反应速率的因素及选择性氧化等进行了探讨。 Ｂｅｒｎｈａｒｄ等【８】运用ＥＱ３／６模拟研究了德国萨克森州３个不同铀 矿区地下水中Ｕ的化学形态，得出不同的地质化学环境下３种 不同的Ｕ络合物的特性。王树德和周泉［９ｊ利用化学平衡原理，建 立了组分存在形式计算的热力学数学描述并进行了求解，计算 某铀矿山含矿含水层的主要成分组分存在形式。彭丁茂等【Ｉ ｏ】研 究了新疆某地浸矿山溶浸液组分的数据，分析了溶浸液中各个 化学成分之间的相互关系，确定了溶浸液中化学成分的来源以 及反应的途径。高柏等ｆＩＩｌ以云南３８１砂岩铀矿钻孔岩心样品为 研究对象，模拟揭示了地浸过程巾溶质迁移的存在形式及各种 形式之间的转化关系，指出地浸生产中产品液铀主要以铀酰和 硫酸铀酰的形式存在。ｚ．Ｓｕｎ等通过对溶质运移和地球化学模拟 实验，揭示了在酸性地浸过程中铀迁移的特性和条件，指出铀的 形态和浓度与水文地球化学条件有关，并将浸出区细分为６个
ＥＱ３，６可进行与水溶液和水系统有关的溶解度计算和反应 路径计算。Ｖｉｓｕａｌ ＭＩＮＴＥＱ是一个化学平衡模拟软件。普遍用于 水中溶解离子形成以及矿物质沉淀与溶解、滴定、吸附、解析和 有机络合反应过程的模拟。ＷＡＴＥＱ４Ｆ广泛用于计算离子成分、 饱和指数以及氧化还原产物类型和氧化还原电位。ＰＨＲＥＥＱＣ用 于计算多种低温水文地球化学反应，能够计算物质形成种类与 饱和指数、模拟地球化学反演过程、计箅批反应与一维运移反 应，是一个加入了非确定项控制的水—岩作用模拟软件。Ｖｉｓｕａｌ ＭＯＤＦＬＯＷ即ＭＯＤＦＬＯＷ的可视化版本，是三维地下水流动和 污染物运移模拟实际应用的比较完整的模拟软件。ＧＭＳ为地下 水模拟系统。是一个综合性、功能强大的地下水模拟图形界面软 件，可进行水流模拟、溶质运移模拟、反应运移模拟，建立三维地 层实体，进行钻孔数据管理、二维（三维）地质统计等［Ｉ】。这些软 件用来分析解决不同的地浸问题，例如进行一些正向模拟计算 或反向模拟计算；模拟具有各种复杂边界条件的、非均质、各向 异性区域中的二维或三维、稳定或非稳定流，进行地下水动力学 分析。
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２．３地浸采铀方式及可行性研究 地浸采铀根据选择的溶浸剂化学性质的不同可分为两类： 酸法地浸和碱法地浸。美国在碱法地浸采铀生产技术与环境管 理方面都处于领先水平，地浸采铀大多数为碱法，并经历了铵 盐、钠盐和Ｃ０２ ３个地浸采铀阶段。碱法地浸采铀环境影响小、成 本低，但其浸出速率与铀回收率比不上酸法地浸。目前针对酸法 地浸和碱法地浸的不足，学者们又进行了中性（或弱酸碱性）浸 出研究。大部分地浸矿山使用碳酸氢盐（同时加入适量碳酸钠） 作为溶浸剂。该方法对地下水治理成本低、比较简单。 Ｎｇｕｙｅｎ等住】对碱法地浸采铀过程进行了简单的数学描述， 主要适用于两种低等级的沥青铀矿。李德平等【Ｉ，】从砂岩型铀矿 床地浸开发工艺着手，建立了计算模型，通过计算地浸指数可定 量地了解待开发矿床或块段的地浸开发适宜程度。分别对伊犁 盆地５１２模型铀矿床、５ｌｌ铀矿床及吐哈盆地十红滩铀矿床的地
２００３
１９（３）１８６—１９２
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区。
美国矿务局双城研究中心的Ｓｃｈｍｉｄｔ等…建立了碱法地浸
采铀地球化学动力学模型，该模型耦合了３个部分，即水文模 型、物质运移模型和氧化速率模型。Ｌｉｄｄｅｌｌ等【１１］利用Ｈ２０：一 Ｎ｝ｋＨＣ０２一（ＮＩ－Ｌ）：ＣＯ，溶液模拟沥青铀矿和方解石碱法地浸，通 过使用部分均衡模型，计算了矿物之间的转换、组分浓度以及孔 隙度。模拟的结果强调了矿物反应和溶液迁移耦合的重要性。谭 凯旋等州详细描述溶浸采矿中反应—输运耦合动力学、反应一 迁移一力学耦合动力学和生物化学—迁移耦合动力学。阙为民 等ｆ到耦合水动力学模型和化学反应动力学模型，建立铀浸出过 程的溶质运移模型，并将浸出区含矿含水层特性引入溶质运移 模型，建立了地球化学动力学模型。赵春虎等【２ｌｊ在我国某地浸矿 山采区弥散试验基础上，对采区进行三维有限差分数值模拟，耦 合了水动力场与溶质运移过程，并从地下水和水质方面进行了 模型拟合和校正，反演得出场区的水文地质参数，再现了试验过 程中含矿含水层水动力场的动态变化。 ２．５采场地下水修复 在地浸过程中，加入的溶浸液可能向矿区外的含水层弥散。 采矿结束后，含水层中可能还残留浸出液。这会对地下水造成一 定的污染，所以有必要对采场周围的地下水进行修复。美国在碱 法地浸采铀的地下水修复研究中已经有成功的例子，我国的酸 法地浸采铀地下水修复研究还处于探索阶段。 Ｈｉｌｌ｛纠等研究了用铵盐进行碱法采铀的地下水修复问题，建 立了数学模型模拟铵离子的交换吸附过程，确定了地下水中未 修复铵的迁移率。Ｏｓｉｅｎｓｋｙ｛圳等对怀俄明州的两个地浸井场进行 了地下水修复研究，建立了—个分析“随机游动”（Ｒａｎｄｏｍ Ｗａｌｋ） 的溶质运移模型。以此来模拟与井场抽注量有关的质量传输机
科技情报开发与经济
文章编号：１００５－６０３３（２０１ １）０９—０１７７—）４
ＳＣＩ－ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ
２０１ １年第２１卷第９期
收稿日期：２０１ｌ—Ｏｌ一２５
原地浸出采铀数值模拟研究现状与发展
屈慧琼，曾 晟，刘华良
（南华大学核资源与核燃料工程学院，湖南衡阳，４２１００１）
采铀的可行性，利用ＰＨＲＥＥＱＣＩ计算矿区试验的尾液与当地淡 水混合稀释的效果，预测采用充Ｃ０２气体降低ｐＨ值的效果。通 过计算饱和指数和表观饱和指数．确定溶质水解沉淀的水文地 球化学条件的临界值，从而得到地浸方案。陈振和刘金辉ｆ１６】运用 ＰＨＲＥＥＱＩＣ对十红滩砂岩型铀矿床应用传统酸法和碱法浸铀的 可行性进行计算分析，得出酸法浸铀和碱法浸铀过程中不同矿 物饱和指数的变化曲线。 ２．４耦合模型研究
・基金项目：湖南省教育厅资助项目（１０ｃｌｌ３５）。
中浸出液的选择问题，以及预测当碳酸盐浓度、ｐＨ值或ＥｌＩ值改
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万方数据
屈慧琼，曾置，刘华良原地浸出采铀数值模拟研究现状与发展
本刊Ｅ－－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ
综述
变时溶质溶解度的变化。Ａｈｘａｎｄｅｒ Ｒｏｓｈａｌ和Ｄａｎ
Ｋｕｚｎｅｔｓｏｖ［，】
１数值模拟研究的内容和常用软件
１．１研究内容 地浸采铀是—个复杂的体系和过程，铀的浸出是在地下含 矿含水层中进行，涉及水—岩的相互作用，存在诸多地球化学反 应，同时受到水动力因索的影响。是一个典型的带有化学反应的 流动过程，因此对地浸过程的数值模拟要参照矿床具体的水文 地质条件，建立结合水动力学和化学动力学的溶质反应——输 运耦合模型。数值模拟主要包含铀在地浸各个阶段的化学形式 和各形式的转换关系、溶液中主要组分的反应浓度分布、计算铀 的生产量并预测未来的矿区铀含量、铀的浸出与时间空间的关 系、地球化学条件改变对铀浸出的影响、分析影响矿物浸出反应 速率的因素、反演钻孔布置以及反演获得场区水文地质参数、对 采区地下水进行环境修复等。 １．２常用的模拟软件 地浸采铀应用比较广泛的软件有：ＥＱ３／６，Ｖｉｓｕａｌ ｍＮＴＥＱ， ＷＡａＸＱ４Ｆ，ＰＨＲＥＥＱＣ，Ｖｉｓｕａｌ ＭＯＤＦＬＯＷ，ＧＭＳ。
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２国内外研究现状
２０世纪６０年代早期美国和前苏联都进行了地浸采铀试验 性研究，随后很多国家开展了地浸采矿工作。我国地浸采铀开始 于２０世纪７０年代，原核工业部和所属的第六研究所等单位进 行了试验，于８０年代后期掌握了酸法浸出工艺，现在我国已经 建立了多座地浸铀矿山。大量试验性研究为数值模拟分析提供 了数据依据。许多学者发表了论文和著作对地浸采铀数值模拟 技术进行了深入的研究。 ２．１预测溶质迁移 Ｔｗｅｅｔｏｎ等【２ｊ利用地球化学模式ＷＡＴＥＱＦ讨论了地浸过程