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第4章 原地爆破浸出采铀

4.1 概述

4.1.1 定义、流程与关键技术

原地爆破浸出采铀:用井巷工程和凿岩爆破技术先开挖一定规模的爆破补偿空间,将矿石原地爆破破碎到预定块度、就地形成待浸矿堆,注入溶浸剂选择性浸出铀,含铀浸出液送地面工厂回收;浸出结束后矿堆留原地作充填之用。

流程:原地爆破落矿筑堆 → 布液与浸出 → 浸出液收集 → 金属铀回收(尾渣就地处理、废液返回配液)。关键技术:爆破落矿筑堆、布液浸出、集液与防渗漏。

4.1.2 适用条件

矿床,约 80% 矿石留井下原地浸出。

4.1.3 优缺点

优点:无需出矿,采准切割量小;一次集中大量落矿,强度大、效率高;规模可大可小、安排灵活;成本约为常规采矿的 40%;安全(矿石不出窿、控制地压);有利环保;可降低边界品位、扩大资源利用范围。

缺点:块度不能完全控制、布液受限,浸出率仅 70%~80%;周期 400~500 d;液固比高、浸出液铀浓度低;矿堆形状、倾角、尺寸随机性大,易贫化并产生溶浸死角;防渗漏要求严格,否则污染地下水。

4.2 开拓与采切

4.2.1 矿床开拓

主要开拓井巷为竖井、斜井、平硐(提升运输矿石或作输液通道);辅助开拓井巷为副井、石门、井底车场、井下硐室(通风、提升材料与人员)。与常规地下开采相比:井巷与提升设备规格减小;地表工业场地减少,但需建堆场及布液、集液、储液构筑物;需建溶浸液输送与产品液提升系统,不需充填系统;排水通风系统须防腐。

4.2.2 矿块采准与切割

采准是在已开拓阶段中掘进巷道,将阶段划分为独立回采单元并创造行人、凿岩、出矿、通风、安全出口条件,分脉外与脉内采准,一般采用脉外。注意点:计入布液平巷与布液硐室;矿块下部设集液巷、集液池;底部结构不需考虑大规模出矿。

切割是开辟自由面和自由空间(拉底、切割槽);切割槽应使矿堆孔隙分布均匀,并尽量位于品位较高处以减少贫化,按实际布置防漏工程。底部结构主要考虑集液与防漏,常用自然底柱、人工假底结构。

4.3 爆破落矿筑堆

4.3.1 质量要求与块度指标

质量要求:粒度及级配合理(堆内分布均匀、改善渗透性,避免试剂与爆破成本上升);孔隙分布均匀;渗透性能合理。选用原则:落矿后不改变矿堆堆积状态、避免二次出矿;避免自由空间落矿(孔隙过大),尽量采用挤压落矿。

指标 要求最大块度 200~250 mm-150 mm 产率 70%~80%(BLAST 优化目标 75%~86%)

孔隙率 0.13~0.20BLAST 系统:原地爆破粒度控制计算机模拟系统,含凿岩爆破参数优化方法、爆破落矿筑堆补偿空间系数及补偿空间布置形式、装药结构及起爆网络三部分,目标是块度适当、级配合理、孔隙度均匀、渗透性良好且矿石微细裂隙发育。

4.3.2 三种爆破落矿筑堆方法

项目 分层爆破 分段爆破 阶段爆破适用 矿岩中等稳固以上急倾斜矿体,厚度 ≤ 5 m各种稳固程度矿体,裂隙发育更有利,厚度几米至几十米(> 5 m)、急倾斜矿岩较稳固的倾斜、急倾斜厚与极厚矿体,极厚水平及缓倾斜矿体结构参数 阶段高 20~25 m(急倾斜脉内 30~40 m、脉外50~60 m);矿块长 ≤50~60 m、宽 ≤ 30 m;

分层高 2~3.2 m(条件好 3.5 m);进路宽1.8~2.7 m;厚度 >20~25 m 时垂直走向布置阶段高 40~60 m;分段高 10~12 m;采场长 ≤60 m厚度 < 20 m 沿走向、长40~100 m;厚度 > 20 m垂直走向、宽 6~20 m落矿与起爆 自下而上在留矿堆打上向倾斜炮眼(扇形、梅花、平行),孔深1.5~2.0 m,网度(0.6~0.7)×(0.6~0.7) m;

每分层放矿约 1/3 保持2 m 作业空间;硝铵、铵油炸药,非电或电雷管微差起爆分段落矿,切割槽与扇形中孔一次起爆;孔φ55~85 mm、深 3~15m;减小孔网参数、增加单耗,多排同段起爆上部硐室打深孔至拉底空间,孔 φ85~105mm、偏斜率 ≤ 1%;

高威力高爆速高密度炸药药包起爆;VCR 分层2~3 m,孔间微差 25~50ms特点 简单灵活、速度快;但底部放矿改变级配造成沟流、机械化程度低、采切比大、形态复杂时有溶浸死角工艺简单、安全、堆形规则、一次爆破不需局部出矿、级配良好、挤压爆破块度均匀结构简单、块度与级配可控、堆形规整、产能大;但炸药贵、装药难机械化、硐室维护量大、不能挤压爆破

4.4 布液与浸出

4.4.1 浸润率与布液系统

浸润率指溶浸液覆盖下的矿堆体积占矿堆总体积的百分率:矿堆厚度大、矿体倾角大则升高,阶段高度大则降低。阶段高 30~50 m、堆倾角 ≥ 75° 可完全浸润,倾角 < 75° 需辅助布液。

布液系统由配液池、高位池等构筑物,布液主管、支管与布液器,泵及流量控制计量装置组成;流程为配液池 → 高位池 → 主管 → 支管 → 布液器 → 矿堆。

4.4.2 布液方式

方式 适用与要点 优缺点微喷淋(堆表) 倾角 > 75° 急倾斜、矿岩稳固,可形成堆表布液空间;支管上均布微喷头雾状喷洒不受风力温度限制,雾状利于吸氧、布液均匀、不损失试剂;倾角小时须崩落上盘围岩防塌,贫化大滴淋(堆表) 堆表铺主管,垂直分出支管,支管按间距布滴头,溶液滴入矿堆系统简单、工作量小堰塘(堆表) 堆面整平、筑堤围畦、铺渗透层后注液渗透易沟流、强度难控、试剂耗量大,仅宜小规模矿堆预埋管网 分层(浅孔)筑堆时堆面开沟,多孔出流管加透水防护层放入沟内回填矿石,再采上一分层安装简单、布液均匀、减少上盘死角;管材消耗多、易被爆破放矿破坏钻孔注液 分段或深孔阶段爆破筑堆、倾角< 75° 或形态变化大时必用或补充:上盘布液巷扇形孔;脉外天井按 2~3 m 分段打水平孔(顶部辅以喷淋);切顶后沿上盘边界钻孔可消除上盘溶浸死角;上盘布液巷工程量大、周期长,分段水平孔劳动强度大且两水平间仍有死角,切顶钻孔工程量最少但要求堆形规整

4.4.3 浸出参数与指标

参数由浸出性能试验结合块度组成、渗透性能确定。

参数 取值与要求浸出剂浓度 低酸有利于选择性浸出;按余酸、pH、电位调整,峰值浓度前用较高浓度、随后降低布液强度 一般 15~25 L/(h·m²);上限为矿堆最大渗透流量(防堆面积液);过大则溶液走大空隙浪费、处理量增大、铀浓度降低浸出液 pH pH < 2.5 时 UO₂²⁺ 稳定;pH > 2.5 水解生成UO₂(OH)₂ 沉淀,须随时监测调酸浸出周期 按浸出液铀浓度达规定值停液;浓度达标而浸出率不足须强化,浸出率达标而浓度偏低须续布液至最低要求浸出率 70%~80%,周期 400~500 d布液制度 初期连续布液(速率快);后期间隔布液,利于溶液交替进出裂隙、提高浓度,并借未饱和流使空气中氧参与氧化取样与分析:瞬时样(集液井口或集液孔取,判断过程与参数是否正常,正常期每班 1 个、前期加密)与集合样(集液池、中转池或计量池取,每中转一次 1 个,反映时段平均值)。分析含氧化还原电位 Eh(> 500 mV 满足 UO₂²⁺ 稳定条件)、常规分析(铀浓度、余酸、pH)与全分析(加铁、钙、镁、铝、锰、SiO₂)。结垢主因是 pH 升至 3~5 时三价铁呈氢氧化物(黄钾铁矾)

沉淀、铝生成水铝英石类、钙生成硫酸钙、SiO₂ 大于 2 g/L 转胶体堵树脂;控制途径为保持溶液不饱和、降低离子含量。

4.5 集液与防渗漏

4.5.1 集液工作与底部结构

集液工作含设施构筑安装与程序、方法、制度实施。程序:底部结构构筑 → 采切工程封堵→ 集液池构筑 → 中转系统安装 → 注水试验 → 渗漏检测 → 吸水率与渗漏速度测试 → 集液采样分析 → 峰值浓度监测 → 集液中转 → 结果反馈。注水试验用于调试喷淋、查渗漏、测吸水率与渗透率、冲洗矿粉。

底部结构作用为过滤、汇液、防渗,由防渗层、渗滤层、保护垫层构成;按采场要求分有底柱(品位一般 < 0.15% 且下部中段仍需开采)与无底柱(下部无矿体延伸或品位很高),按集液方法分巷道集液与钻孔集液。

要素 要求防渗漏层 混凝土、PVC 塑料板、沥青、环氧树脂、黄土;技术可行、经济合理集液坡度 1%~2%,水平流动路径越长坡比越大保护垫层 防爆破破坏防渗层,人工堆积或浅眼崩矿,厚 1 m渗漏(过滤)层 卵石或砾石,厚 0.3~0.5 m集液口 有底柱、脉内巷道集液且底柱稳固,可与切割天井口结合,间距 5~20 m集液孔 底柱不稳固或路径过长、分段集液;筑堆后在巷道顶板钻扇形孔,孔底距 1.0~2.0 m,PVC 套管插至渗透层顶部引流

4.5.2 封堵、集液池与中转系统

采场封堵分防渗漏封堵(采切工程、节理裂隙)与集液口封堵。沉淀池设于集液口下部,容积1~2 m³;集液池用脉内巷道砖砌封堵、PVC 软管贴壁防腐防渗(有底柱砌筑法、无底柱掘坑法);

高差过大时设钢筋混凝土集液中转池,地表设两个计量池(一计量一备用),容积均不小于一次中转量。中转系统由集液池、塑料阀门、耐酸泵、耐压塑料管、中转池、计量池组成,是主要耗能工序之一。

合格液按吸附塔能力与效率确定:地浸 50 mg/L,地表堆浸约 500 mg/L(生产多在 g/L 级以上),原地爆破浸出 50~200 mg/L。合格液送水冶厂,非合格液回配液池加酸再用或与堆浸高浓度液混合处理。

4.5.3 防渗漏技术

采场在筑堆后对采切工程(天井联络道、切割天井下口)封堵,对构造破碎带用高压帷幕注浆;浆材分有机(可注性好但毒性易污染、价贵)与无机水泥浆(来源广、价廉、强度高),一般用水泥;影响因素为岩体渗透性、浆液性能、注浆压力与工艺,流程为定孔位 → 钻孔 → 洗孔→ 注水试验 → 压力注浆 → 清洗管道 → 封孔。

底部结构:矿体稳固、裂隙不发育时切割拉底后铺 PVC 软板防渗;不稳固或位于破碎带时用水平旋喷注浆。集液池可用沥青法(价廉、易污染剥落)、环氧树脂胶加玻璃纤维布(价廉、工时长)、PVC 软板贴壁(快捷可靠、成本稍高)。中转系统在安装试运行阶段防渗,耐压管用法兰或塑料焊接,运行时密切监测。

4.6 应用实例与对比

4.6.1 与堆浸、地浸对比

项目 地表堆浸 原地爆破浸出 地浸矿石状态 采出后地表筑堆 井下原地爆破成堆 矿层原位、钻孔取液合格液铀浓度 约 500 mg/L(g/L 级) 50~200 mg/L 50 mg/L浸出率 / 周期 — 70%~80% / 400~500 d —原地爆破浸出介于二者之间:比地浸多爆破破碎与井下筑堆,可用于硬岩型及不宜地浸的砂岩型铀矿;比堆浸省去矿石提升与地表堆场,但块度不可控、液固比高、浸出液浓度低。

4.6.2 国外实例

矿山 条件 指标法国勃鲁若矿 花岗岩型,品位 0.02%~0.07% 块度 0~360 mm,淋浸强度 1.3m³/(m²·h),硫酸 10 g/L,浸出液铀 1.14 g/L,浸出 86 d,耗酸 20kg/t,回收率 60%矿山 条件 指标法国埃卡尔皮尔矿 阶段高 40 m、倾角 70°,品位0.102%,小中段分次崩矿与浸出回收金属铀 2.1 t,回收率 82.5%加拿大阿格纽湖矿 深孔挤压爆破,品位 0.045%,淹没法浸出以淹没法浸出为主前苏联、前东德及东欧对坚硬与半坚硬砂岩型铀矿采用浅眼、中深孔、深孔爆破原地浸出,系统研究了矿石结构构造、浸出机理、布液方式、水动力学与集液方法。

4.6.3 国内实例

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由 萧泊的大肥鱼 打杂 · 资料来自课程讲义
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