【中国铀资源新图景3】创新铀矿冶技术 支撑大基地建设
时间:2016年01月12日
来源:《中国核工业》杂志
作者:曾毅君
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目前我国已经成为世界上在建核电规模最大的国家。根据IAEA 统计,中国2013年度核电运行所消耗的天然铀已经达到4200吨,并预计2015 年的需求将达到6450 吨,至2035 年将超过20000吨。
与核电发展对天然铀的需求相比,我国天然铀供需存在较大缺口。因此需要采取必要的措施,提高我国天然铀的铀矿采冶技术水平,以减少天然铀的供需缺口。
我国铀资源的禀赋特性
从世界范围看,我国是一个铀资源大国,探明提交的可靠铀资源量一直位居世界的前列。但是,由于我国铀资源禀赋较差,开发利用的难度大,对于铀矿采冶技术的要求也相应较高。
我国铀资源的禀赋特性主要体现在以下几个方面:
一是铀矿资源种类多,矿性复杂。我国铀资源按矿性分类主要有砂岩型、花岗岩型、火山岩型、碳硅泥岩型以及其他多种矿化物类型。矿石种类多,矿性复杂。大部分矿床中的铀与其它元素伴生,并且与矿物连生的围岩性质多变,甚至同一矿体中也存在着两种或多种矿性的矿石。
二是铀矿资源品位总体偏低。在我国的铀矿资源中,矿床平均品位低于0.3%的铀矿资源占总资源储量的96%以上,含铀品位小于0.1%的铀资源占铀资源总量的50%以上,这些低品位铀矿床在其他产铀国家大多被列为不考虑开采的边界经济储量或次经济储量。
三是矿床规模普遍偏小。在我国目前已探明提交的300 多个铀矿床中,硬岩铀矿床的平均规模不到500 吨,70%以上硬岩矿床的铀储量小于1000 吨。由于矿床的规模小、资源分散,致使我国铀矿开发建设的投资普遍较高,并且单一矿床难以形成较大的生产规模。
四是矿体埋藏深、矿床岩性多变,建矿条件差。
此外,在我国目前探明的铀资源中,可采用地浸技术经济开采的砂岩铀矿占比不到24%,大多必须进行地下开采,这也是造成我国天然铀生产点多面广、劳动生产率低、成本压力大的主要原因。
我国铀矿冶发展战略
为了尽快提升中国的天然铀产能、确保中国核电事业的高效发展,中国核工业集团公司提出了“内外结合,积极开发国内资源、充分利用国外资源,适度超前发展”的天然铀产业发展战略,确定了建设我国铀矿大基地的发展思路,并将其确定为实现我国天然铀产能快速提升的核心举措。
一是实施铀矿大基地战略。铀矿大基地是指以科技先行为基础,采用集约化理念,在全国形成若干个铀资源储量可观、生产规模较大、服务年限较长的天然铀生产基地,改变目前我国铀矿冶生产规模小、战线长、布局分散的状况。
二是实施“龙腾2020”科技创新计划。为了全面实施创新驱动发展战略,加快推进科技创新、推进科技成果转化及产业化进程,促进我国核工业新一轮快速发展,中核集团发布实施了“龙腾2020”科技创新计划,安排了一批包括铀矿大基地科技攻关在内的重大科研项目。按照突破关键技术—提升行业总体技术水平—建设示范工程—科技成果转化与推广应用的研究发展思路,“龙腾2020”科技创新计划在铀矿冶科研领域先后在“重点科技专项”研究计划中部署了“铀矿大基地采冶技术研究”课题,在“核心能力提升”研究计划中安排了“铀矿勘查采冶技术研究”课题,以及针对抚州铀矿大基地建设专门设立了“龙灿科技创新示范工程”,相关研究工作次第开展,相互衔接,并彼此促进。
目前,“铀矿大基地采冶技术研究”课题的研究工作已经完成,“铀矿勘查采冶技术研究”课题以及“龙灿”工程的研究工作正按计划顺利实施,研究攻关工作全面取得突破,在砂岩铀矿地浸以及硬岩铀矿提取两大研究领域均取得了显著的创新成果。我国铀矿冶技术
取得创新成果
基于我国铀资源的禀赋特性,围绕我国铀矿冶发展战略,立足于铀矿冶技术的创新与突破,多年来,我国铀矿采冶不断取得新成果,为满足我国铀资源发展需求做出了贡献。
在砂岩铀矿地浸技术成果方面,一是采用低渗透砂岩铀矿地浸技术,通过开发低密度流体钻进技术、高能复合射孔技术以及酸化解堵技术,实现了低渗透砂岩铀矿的地浸开采。二是采用疏干型砂岩铀矿地浸技术,通过开发人工水力帷幕地浸技术,人为抬高生产采区地下水的水位,为疏干型砂岩铀矿的地浸开采提供了技术基础。三是采用多含矿含水层砂岩铀矿同步地浸技术,通过在钻孔成井、浸出液抽注等两个方面取得系列技术突破,使得多含矿含水层砂岩铀矿得以同步地浸开采。四是采用CO2+O2中性地浸技术,通过大量关键技术的突破,实现了CO2+O2地浸提铀技术的大规模工业应用,并使之成为我国目前最具推广前景的地浸采铀工艺。五是采用大埋深砂岩铀矿地浸技术,成功解决了大深度钻孔施工、高压注液等技术难题,极大地降低了大埋深砂岩铀矿的地浸提铀成本。
在硬岩铀矿提取技术成果方面,一是实施精细化堆浸提铀技术。该技术成果主要包括铀矿石细粒级堆浸技术、串联堆浸技术、高酸强化堆浸技术、活化浸出技术、表面活性剂助渗浸出技术、复杂铀矿石的渗滤浸出技术等。二是攻克难浸硬岩铀矿石预处理技术,通过对矿石进行分级分选、对致密包裹型铀矿石进行解离、对含泥低渗透矿石进行制粒等,极大地提高了铀矿石的浸出效率。三是开发联合浸出提铀技术。采用开发的堆浸—搅拌浸出、堆浸—压力浸出等联合浸出提铀技术,既降低了常规搅拌浸出(压力浸出)的投资及消耗,又改善了堆浸矿堆的渗透性能,提高了堆浸提铀的效率。四是采用就地浸出提铀技术,解决了矿体爆破挤压破碎、高矿堆布液浸出、天然漏斗集液防渗、井下封闭空间作业职业安全以及浸出尾渣井下就地处置等关键技术,形成了原地爆破浸出提铀与井下破碎堆浸提铀等两个系列的就地浸出提铀技术。五是实施含铀伴生资源综合回收技术,通过技术研究,我国铀矿冶已经实现了胶硫钼矿致密包裹型铀矿、含磷铀矿、含铀铁矿、含铀石煤钒矿以及钼镍锌钒多金属伴生铀矿等资源的综合回收。
近些年在其他方面还取得了很多可喜的成果。一是通过“龙腾2020”科技创新计划的实施,我国铀矿冶近年来已先后获得了70 余项技术专利,其中发明专利超过30 项,形成了我国铀矿冶技术核心专利群。二是随着一大批研究成果以及技术专利的获得,我国铀矿冶从基础研究、试验验证到工程化实施的技术体系得到了进一步的补充完善。三是研究成果的工程化应用,使得一批探明提交并多年闲置的铀资源得到了有效的开发或已经具备了开发利用的技术基础,大量的铀资源得到了盘活。四是由于砂岩铀矿地浸提铀技术的系统性突破,中国地浸提铀的产量占比已经超过了60%,中国天然铀生产的整体成本得到了有效的控制,我国铀矿冶的产能结构日益改善。五是技术的进步推进了铀矿大基地的建设,改善了中国铀矿冶生产规模小、战线长、布局分散的状况,不仅有效降低了天然铀生产成本、提升了经济效益,而且极大地降低了周边生态环境的辐射影响,经济效益突出、环境效益明显。
到目前为止,伊犁铀矿基地已经基本建成,目前具备了年产500 吨以上天然铀的能力。抚州铀矿基地、东胜铀矿基地、二连铀矿基地以及通辽铀矿基地正在进行生产线的建设,近期将形成新的产能突破。川甘铀矿基地建设所需的关键技术已经突破,下一阶段的现场扩大试验验证工作正在筹备之中。赣南、粤北等其他铀矿基地建设的技术攻关工作已经按计划逐步展开,有望为中国天然铀产能的提升提供新的补充。(作者系核工业北京化工冶金研究院副院长)