從“開山挖礦”到“鉆孔取鈾” 我國(guó)鈾礦冶技術(shù)不斷創(chuàng)新突破

　　一望無(wú)際的玉米地，已經(jīng)抽穗的玉米稈像一個(gè)個(gè)挺立著身軀的戰(zhàn)士，守護(hù)著內(nèi)蒙古通遼寶龍山地浸采鈾科研創(chuàng)新基地。《中國(guó)能源報(bào)》記者了解到，不同于以前從地下開采礦物再運(yùn)至地面冶煉的工藝，在這里，僅有成人手腕粗細(xì)的抽液管從地面插入地下，只在地面小露半截弧度。放眼整座鈾礦山，看不到任何采挖痕跡，不影響玉米地每年的正常種植。

　　天然鈾被稱為“核電糧倉(cāng)”。記者日前走訪中核礦業(yè)科技集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中核礦業(yè)科技”）時(shí)了解到，我國(guó)的鈾礦資源具有品位偏低、規(guī)模偏小、條件復(fù)雜的特點(diǎn)。多年來(lái)，中核礦業(yè)科技集團(tuán)有限公司不斷創(chuàng)新，通過技術(shù)攻關(guān)引領(lǐng)我國(guó)鈾礦冶技術(shù)跨越發(fā)展，推動(dòng)天然鈾產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　摸石過河

　　地下數(shù)百米深處，礦燈閃爍著幽藍(lán)色微光，耳邊不時(shí)傳來(lái)轟隆的機(jī)車聲，厚厚的口罩也擋不住土腥味……把礦石從地下挖出來(lái)，運(yùn)到地表，再利用多種物理和化學(xué)手段從中提取鈾。在過去，這樣的常規(guī)方法保障了我國(guó)核工業(yè)發(fā)展。但同時(shí)，這樣的采鈾方法開采成本高、安全本質(zhì)度低，還會(huì)產(chǎn)生一定的廢氣、廢水和廢渣。我國(guó)原地浸出采鈾創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)開始思考：能否不挖礦，就在地表打孔，從小孔中加入含有化學(xué)試劑的水溶液，溶解礦石中的鈾后再?gòu)牧硪粋€(gè)孔提上來(lái)？“這么一來(lái)，通過注水和抽水，寶貴的戰(zhàn)略鈾資源就拿到了，而且地表植被沒有遭到破壞，礦石還待在原來(lái)的地方，既安全又環(huán)保，可謂一舉多得?！敝袊?guó)鈾業(yè)股份有限公司總工程師蘇學(xué)斌說(shuō)。

　　說(shuō)干就干，一支地浸采鈾技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)組建起來(lái)，開啟了我國(guó)原地浸出采鈾（即“地浸采鈾”）歷程。

　　地層深處的鈾礦物看不見，摸不著，如何準(zhǔn)確判斷鉆孔位置，使溶浸液與礦石有效接觸？要從數(shù)千噸礦石里把一噸鈾提取出來(lái)，如何選擇和配置溶浸液以高效溶解鈾？含鈾溶液要沿著指定的路線走，應(yīng)收盡收。流失一克鈾，不光影響資源回收率，還可能對(duì)地下水造成污染，溶浸范圍如何有效控制？一道道難題擺在了當(dāng)時(shí)以蘇學(xué)斌為代表的地浸采鈾創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)面前?！爱?dāng)時(shí)的我們摸著石頭過河，地浸鉆孔結(jié)構(gòu)和施工工藝，全都要從零開始?！碧K學(xué)斌說(shuō)。

　　由于我國(guó)砂巖鈾礦品位低、疏松富水，相關(guān)技術(shù)被國(guó)外長(zhǎng)期封鎖，我國(guó)的采鈾產(chǎn)業(yè)研發(fā)起步較低，不具備相關(guān)的硬件裝備，由于相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)驗(yàn)空白，一開始只能通過非標(biāo)研制?！坝捎跊]有研制標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)設(shè)備無(wú)法從市場(chǎng)買到，需要科研人員從研制開始，自主研制，自主建造，自主實(shí)驗(yàn)和使用。通過一步步摸索經(jīng)驗(yàn)，才生產(chǎn)出這些重大裝備。因此，與國(guó)外相比，我國(guó)的技術(shù)非常獨(dú)特，是目前國(guó)際上種類最齊全、能夠面對(duì)最復(fù)雜情況的砂巖資源開發(fā)的工藝?！敝泻说V業(yè)科技集團(tuán)有限公司總工程師闕為民向《中國(guó)能源報(bào)》記者講述。

　　最終，經(jīng)過整個(gè)團(tuán)隊(duì)夜以繼日潛心鉆研，一遍一遍篩選溶浸液，一次次通過模擬地下水的運(yùn)動(dòng)和流向進(jìn)行精確計(jì)算，成功研發(fā)出了地浸采鈾技術(shù)。

　　創(chuàng)新三十載

　　據(jù)闕為民介紹，我國(guó)的鈾礦雖然資源豐富，但稟賦較差?！皣?guó)外較為常見的一座礦可能就有20萬(wàn)噸以上的體量，而我國(guó)的鈾礦資源不僅總體品位較低，且體量較小。”與此同時(shí)，礦床開發(fā)條件也不盡相同，我國(guó)探明鈾資源量中約52%為砂巖鈾礦，70%以上的砂巖鈾資源礦體多層疊置、低滲透弱承壓，資源利用率一直較低?！皣?guó)外如哈薩克斯坦的砂巖鈾礦不僅規(guī)模大，滲透性又好?！标I為民進(jìn)一步介紹。

　　在此條件下，如何把不可采的鈾礦轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹赦櫟V，如何盡可能提高已有礦的利用率并充分回收鈾資源，成為長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)采鈾面臨的緊迫難題。《中國(guó)能源報(bào)》記者了解到，30多年來(lái)，以蘇學(xué)斌為代表的地浸創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)新，從滇越古道到天山大漠，從松遼草原到二連戈壁，引領(lǐng)著我國(guó)鈾礦冶技術(shù)的跨越發(fā)展。

　　云南381地浸試驗(yàn)隊(duì)在我國(guó)地浸采鈾技術(shù)創(chuàng)始人王西文教授指導(dǎo)下，闕為民、蘇學(xué)斌等人研究發(fā)現(xiàn)，砂巖鈾礦氧化后易被酸或堿性溶液浸出，提出通過鉆井注入浸出劑實(shí)現(xiàn)原位開采的技術(shù)路線，建立了含鈾溶液化學(xué)-運(yùn)移和吸附-沉淀理論模型。后來(lái)蘇學(xué)斌又以新疆512鈾礦為對(duì)象，開展試驗(yàn)，建立了超前酸化、高效抽注和富集方法；針對(duì)十紅灘高碳酸鹽、高礦化度鈾礦堵塞難題，提出低酸氧和弱酸微試劑浸出方法，使鈾資源采收率達(dá)80%以上，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

　　但酸法地浸溶蝕礦物多，試劑消耗大?！扳櫟娜芙饨鰲l件pH值要么小于2，要么大于9，也就是說(shuō)非酸即堿?！碧K學(xué)斌說(shuō)。有一次，他偶然發(fā)現(xiàn)一塊暴露在空氣中數(shù)月的礦芯，在沒加酸沒加堿，只和空氣接觸的條件下，經(jīng)水浸泡后竟然有20%-30%的浸出率。

　　于是，蘇學(xué)斌帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在內(nèi)蒙古錢家店鈾礦主持開展了CO2+O2地浸系統(tǒng)研究，基于仿真科學(xué)裝置構(gòu)建了成礦逆過程浸出環(huán)境，提出水力切割微納米溶氧、CO2浸出和帶壓離子交換、常溫酸化加堿結(jié)晶沉淀等技術(shù)路線，建立了CO2和O2浸出劑科學(xué)配制和碳酸體系提鈾方法?！癈O2溫室氣體得到資源化利用，試劑消耗降低75%，地下水得到良好保護(hù)。與常規(guī)硬巖采礦比，地浸采鈾省去礦石采選工序，本質(zhì)安全度大幅提升，邊界品位由0.03%降為0.01%，生產(chǎn)成本降低約50%，將以前認(rèn)為不能開采的砂巖鈾礦變成經(jīng)濟(jì)鈾資源，鈾資源量較過去提高1倍以上，推動(dòng)了我國(guó)鈾礦開發(fā)由硬巖向砂巖的重大轉(zhuǎn)變?！碧K學(xué)斌說(shuō)，至此，我國(guó)成為全面掌握酸法和中性地浸采鈾技術(shù)的少數(shù)國(guó)家。

　　技術(shù)突破是核心

　　蘇學(xué)斌分析，一臺(tái)運(yùn)行60年全生命周期的一百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組所需鈾資源為一萬(wàn)噸，最新的全國(guó)鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)，我國(guó)鈾資源潛力超過280萬(wàn)噸。按照我國(guó)2040年核電裝機(jī)預(yù)計(jì)將達(dá)到2億千瓦來(lái)測(cè)算，需要約200萬(wàn)噸天然鈾?！皬馁Y源總量來(lái)看，我國(guó)的鈾資源需求基本是有保障的。但如何將資源量變?yōu)楫a(chǎn)量，仍需取得技術(shù)、裝備和材料突破，提高鈾資源利用率?！?/p>

　　有中核礦業(yè)科技研發(fā)課題技術(shù)人員指出，我國(guó)礦石性質(zhì)復(fù)雜，資源伴生情況嚴(yán)重?！耙晾缗璧亍⒍鯛柖嗨古璧剽櫟V都是與煤礦伴生，這導(dǎo)致礦產(chǎn)資源協(xié)同開發(fā)難度大，勘探權(quán)問題待明晰。比如在開采煤、石油等資源過程中發(fā)現(xiàn)了鈾，如何協(xié)同開發(fā)？有時(shí)候礦產(chǎn)的采礦權(quán)在他方，聯(lián)合開采受阻，是否有可參考的法規(guī)、制度以確定礦產(chǎn)資源開采的優(yōu)先權(quán)？”

　　闕為民指出，隨著天然鈾資源需求和開發(fā)難度逐年加大，在開發(fā)陸地鈾資源的同時(shí)，探尋和開拓非常規(guī)鈾資源將是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略性選擇?！氨热绾Ｋ徕?。海水中鈾的濃度雖然較低但體量巨大，預(yù)估有45億噸的鈾資源量。目前海水提鈾的關(guān)鍵核心技術(shù)亟待突破，中核礦業(yè)科技也一直在做前沿研發(fā)，并聯(lián)合多家單位形成創(chuàng)新聯(lián)盟，期望2050年能夠突破制約海水提鈾工業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)海水提鈾的連續(xù)生產(chǎn)。”(記者 楊曉冉)

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)能源報(bào)

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