近10年中国铀矿业发展回顾与展望

2010-02-14李丛奎段云霞刘延彬刘祥锋

中国矿业 2010年11期

李丛奎，郭元，段云霞，刘延彬，刘祥锋

(1.核工业北京化工冶金研究院, 北京101149；2.中国国际工程咨询公司，北京 100048)

20世纪80年代中后期，世界铀矿工业走向低谷，国际市场U3O8最低市场价仅7.4美元/lb。受其影响，中国铀矿工业一路走低，经历了“保军转民”和“关闭破产”的漫漫长路。20世纪90年代，企业尝试了许多改革方案，探索了许多办矿模式，开发了一些新技术、新工艺。新旧世纪交替之际，新的改革方案日臻成熟，新的工艺技术得到了实践和发展。21世纪初，铀矿工业终于出现了生机，在头10年中，新的工艺技术已趋成熟，规模化效益逐渐形成，摆脱了一味谋求生存的狭圈，出现了积极谋求发展的势头。

1 新体制新机制使矿山企业摆脱困境[1]

中国铀矿从20世纪50年代建矿开始，一直沿用在一定的矿山区域建水冶厂，矿山或水冶厂内部就是一个“庞大”的小社会，拥有公共性机构和设施。这种运行机制下的企业，效率低下，成本居高，发展缓慢。

20世纪90年代开始，人们一直在探索如何改变这种模式。近10年来，旧的模式受到了结构性摧毁，被新的模式所替代。

铀矿企业通过破产重组，把原先拥有的公共性机构和设施，从企业中剥离出来。企业的破产与重组，使原有矿山得以继续生存和发展。重组企业的劳动生产率和经济效益均获得提高。

重组企业的用工制度得到了根本改变，企业具有了用工自主权。许多企业采用承包方式，由承包队伍进行专门的井下施工，加快了施工速度，提高了施工质量，保证了安全，节约了施工费用。这个模式已得到了几乎所有铀矿山的认可和推广。

由于矿山企业人员密集型工作岗位采取对外承包方式，企业主要聘任技术要求高的岗位，因此矿山的固定工人数大大减少。曾经一个年产12万t矿石的企业，需要劳动定员600～1 200人[2]，现在仅需要300～400人。

随着这种用工制度的推广应用，目前甚至一些技术相对要求高的岗位，或者需要熟练工种的岗位也采取了聘用制。

铀矿冶系统1984年从事铀生产人员4.5万人，1998年减少到8 500人，铀厂矿的全员劳动生产率比20世纪80年代提高了4倍[3]。到近10年，人员再次减少，效率再次提高。

企业不再办社会，以“队伍精，技术新、效益好”为目标，这些不能不说是近10年的一个亮点。

2 新技术使铀矿企业走出低谷

针对我国铀矿床的特点，铀矿冶战线的科技人员开发出多种采矿新技术，以及堆浸、地浸等提铀新工艺。这些新技术、新工艺，在我国铀矿企业摆脱困境、实现可持续发展上，发挥了重要的作用。

2.1 改良的干式充填采矿法

干式充填采矿法是一种古老的采矿方法。尽管这种采矿法生产效率低、劳动强度大，但因其机动灵活、简单实用，根据我国铀矿床赋存特点，这种采矿方法在我国铀矿山中普遍应用。据估计,我国铀矿山60%矿石产量来自于干式充填采矿，70%的采矿方法为干式充填[4]。

近10年以来，我国一些薄矿脉铀矿山，对干式充填采矿法进行了改良，也叫“削壁充填法”，取得了较好的效果。这种改良主要是针对小于3 m的薄矿脉，根据矿石的原始密度变化则体积发生变化的原理，利用在采矿同水平或采场上水平削壁或削端壁岩石的方法来充填采空区，保证采空区和削壁空间能由削壁的岩石全部充满为计算依据。这种方法不需要开山劈石，省去了地面的充填系统和地面充填站，从而使地面原始生态免遭破坏，保护了地面环境和生态环境。

粤北地区某铀矿利用这种采矿方法开采十余年，未建立专有的干式充填系统，节约了建设费用，顺利完成了国家制定的铀矿开采计划任务，为薄矿脉充填法开采开辟了新的技术路线。这种干式充填采矿方法，目前在江西等地铀矿床开采中也得到应用。但这种方法不适合在厚度大于3 m的矿体开采中应用，因为难以达到削壁和充填的平衡。

2.2 无底部结构留矿采矿法

留矿采矿法，对于围岩稳固、矿体稳固性差的矿体开采是一种好的采矿方法。20世纪，北方某铀矿床等就有应用，其主要特点是必须建立底部结构。留矿法的成功与否，取决于底部结构的完整性，当一个采场矿石未采完，而漏斗颈磨穿将带来后续放矿的麻烦，实质上修补漏斗的方法是不得已而为之。因此，对于底部漏斗结构的改进，是留矿采矿法一直在探索的课题。在近10年中，我国铀矿山技术人员摸索出一套适合于铀矿床开采的“无底部结构留矿采矿法”，在甘肃某铀矿应用取得成功，并演变成一种高效率的采矿方法，仅1个生产采场即可完成采矿任务。

无底部结构留矿采矿法，是把留矿法与空场采矿法相结合的产物。在采场采用空场留矿，人员在矿石堆上作业，把由底部漏斗垂直放矿改变为从侧面出矿硐室放矿和出矿，出矿硐室类似于无底柱分段崩落法的出矿硐室。采用小型铲运机出矿，当出矿量达到能满足上部矿石堆形成作业空间时停止出矿，然后开始进行下一循环的凿岩爆破落矿作业。

无底柱留矿采矿法最大的改进是省去了底部结构，保证了间断落矿的采场结构安全。除比较适合于急倾斜薄矿脉的矿体开采以外，其他优点与有底柱留矿采矿法变化不大。

2.3 小型无轨设备的应用

对于小型矿山能否适用无轨设备问题，国内一直存在不同的看法。不少人认为，小型矿山难以充分发挥无轨设备的能力，经济性差。

某矿是一个品位较高的矿床，矿床断裂、张性裂隙发育，内部角砾化，含矿围岩主要有混合质石英岩、白色混合质花岗岩、混合质云母石英片岩类型。混合质石英岩岩石坚硬，顶底板完整，f=24，密度为2.3 t/m3；白色混合质花岗岩岩石坚硬，顶底板完整，f=16，密度为2.73t/m3；混合质云母石英片岩f=9～10，密度为3.04 t/m3。

为了较高效率地开采矿石，矿山引进了无轨开采技术[5],并成立了试验队伍。在该矿244m、248m、252m、256m分层，260m分层拉底切割，263、267m分层采场，开展了ST-1.5型小型无轨设备柴油铲运机开采的试验工作，历时344 d。铲运机斗容为1.2 m3，功率为41 kW。在采场平均试验面积仅236 m2情况下，出矿2万 t，出勤班数为326班，出勤工时为1 055.5 h，平均台班工时为3.24 h，达到了台班效率61.4 t，台时效率19 t，直接工班效率9.2 t。与此铲运机相配的是H104型小型单臂全液压无轨凿岩台车，该台车平均班工作时间1.69 h，台班效率65.8 m。试采证明，采用无轨设备采矿，比先前的干式充填采矿法更安全，工人劳动强度小，采矿效率高。从此开创了国内小型矿山成功应用无轨设备机械化开采的先例。

2.4 分层崩落法

北方某铀矿3#矿体位于矿床北翼F3～F4断裂带中，走向NE-NW，长度约为90 m，倾向NW，倾角为60°，矿体形状和产状受NE向构造控制。矿体与围岩界限不明显，上盘为石榴云母片岩，脆性大，胶结性极差，易冒顶。下盘为混合质石英岩。矿体受多期构造作用影响，矿石破碎，节理裂隙发育，易冒顶。矿体顶板岩石和矿石呈倒楔状，石英混合花岗岩接触带常易冒顶，采场和主要运输巷道均发生过较大面积塌方事故，甚至到了频繁冒顶无法开采的地步[6]。尽管分成崩落法劳动强度大，工班效率低，但安全性好。因此，矿山还是依照专家建议，采用了这种传统的已经“过时”的采矿方法。

分层崩落法适合于矿体围岩均破碎的矿体，利用人工架设的柔性支架掩护下，开掘采矿硐室。人员设备在硐室实现采矿的凿岩、爆破、落矿、运搬矿石的作业。在上个分层出矿完毕后，立即铺设新的人工柔性假层。假层铺设完毕，实行放顶作业，使上浮岩体脱落到新的人工柔性假层上，然后再进行新的人工假层下的采矿作业循环。

该铀矿设计的分层崩落法指标：试采矿块长度为14～44 m，垂高为18 m，分层高度为2.3 m，回采进路宽度为2.4 m。采准千吨比为7.1 m/kt。采场放顶距为2～2.2 m，控顶距为2～2.2 m，悬顶距为6～6.6 m。采场主要设备为7655凿岩机3台，JFH0.5/48型风动绞车2台，自制手扶耙斗2个，G10型风镐1台。采场生产能力为1 296 t/月，工效为12.54 t/(工·班)，采矿强度为4.83 t/(m2·月)，矿石贫化率为10.02%，矿石损失率为4.5%。

目前，另一铀矿拟应用这种采矿法，开采40余年由于矿体破碎一直未开采的333矿体。主要技术经济指标如下：采矿损失率为5%，矿石贫化率为7%，采矿功效为3.18 t/(工·班)，采场日生产能力为27 t，采场月生产能力为700 t。

2.5 全面采矿法

随着铀矿开采活动不断进行，浅地表易采矿体越来越少，而遇到越来越多的是浅地表难采的缓倾斜薄矿体开采。全面采矿法是适合于开采缓倾斜(矿体倾角小于30°)薄(矿体厚度小于3 m)矿体、中等稳固矿岩的矿体的一种方法。由于矿体较薄，势必触及较多的围岩，从而引起矿石的贫化。为了扩大工作面，以创造较大空间利于采矿工人的作业，全面采矿法得以发展。

全面采矿法，一般按照矿体走向布置采场，采场长度为30～50 m，宽度为30 m左右，高度通常同矿体厚度，采场可以采用木支柱，支柱间距为2～4 m。采矿工作面沿矿体底板拉开，工作面呈梯段向走向方向推进，形成全断面工作面，可以用电耙沿矿体底板向倾向方向出矿。这种方法采矿的损失贫化率一般在5%～10%。凿岩工效可达40～60 t/(工·班)，是解决缓倾斜薄矿体开采的一种较为安全的方法。目前，许多新建矿山采场设计采用这种方法。

2.6 堆浸法

堆浸法提取铀是我国20世纪90年代兴起的一种低成本的铀浸出技术。这种方法建设期短，投资小，运营成本低，易于操作，适合于各类大小的铀矿山。这种方法的矿石铀浸出率，通常可以达80%～90%。在我国除原地浸出矿山以外，几乎所有矿山都采用这一技术工艺。在世界铀市场价格低迷的年代里，我国的铀矿堆浸技术对于降低铀矿石加工成本发挥了巨大作用，是使铀矿企业走出困境的主要技术措施之一。

进入21世纪初始，世界铀市场价格上扬，中国铀矿企业也在考虑如何使铀矿浸出的回收率更高，从而取得更好的经济效果。一些矿山对矿石堆浸工艺进行了技术改进，把矿石破磨的更细，采取矿石搅拌浸出-固液分离-清液离子交换吸附的工艺，取得了比堆浸方法更高的铀回收率。由于这种搅拌浸出工艺回收了更多铀，尾矿渣品位更低，经济效果更好，不少矿山效仿，大有用这种方法取代堆浸之势。

2.7 地浸法

原地浸出开采的条件要求是比较严格的，要求矿石处于含矿含水层中，矿体上下盘是隔水底板，矿体渗透性好(地浸最有利的渗透系数在1～10 m/d之间)[7]，矿石处于承压水中，属于易浸矿石。从1984年在某矿试验成功以来，原地浸出采铀技术在我国新疆铀矿得到了工业生产应用。新疆铀矿地浸开采，总结了许多宝贵的经验，每年数百吨的铀依此方法回收。新疆在全国可地浸砂岩矿石浸出中一直独领风骚。

新疆铀矿地浸具有天然的适合条件，多数矿石是易浸矿石。

新疆铀矿地浸取得许多技术上发展，主要有溶浸液迁移范围控制技术、翼部矿体浸出技术、深水位潜水泵抽液技术、成套模块化过滤管安装技术和地浸结束后的地下水治理技术等。

(1)溶浸液迁移范围控制技术。该技术是原地浸出的关键技术，可保证浸出剂在矿层中处于受控状态，可安全地浸出矿体中的有用金属，不会不受束缚的流动到矿体以外或大规模地向无矿岩石层迁移。原地浸出生产中，溶浸液的失控会增加地浸成本又破坏地下环境，也给“采空区”地下水治理带来困难和高成本。

(2)翼部矿体浸出技术。翼部矿体是砂岩铀矿床最不易被地浸的矿体，翼部矿石的浸出完全性是整个矿体浸出完全的标志。新疆地浸矿体翼部开采试验和生产应用属全国首次，其水平代表了中国地浸开采的水平。新疆地浸开采的铀回收率达到75%以上，反映翼部开采较为完全。

(3)深水位潜水泵抽液技术。溶浸液的空气提升、通常具有操作简单、一次投入资金少的优点，但相对潜水泵提升，空气提升的流量低，提升深部小，提升效率低。因此，到新旧世纪交换之际，新疆地浸矿山逐渐改空气提升为潜水泵提升，并取得了使用经验。尤其原地浸出工程抽液深度大于70～100 m以上，更显示出潜水泵的优越性。

(4)成套模块化过滤管安装技术。原地浸出开采的抽液、注液井是溶浸液进出矿层的通道，由于溶浸液的浸出对井壁产生冲涮作用，破坏井壁的稳定性，为了保证只有溶浸液的顺利进出而不会夹带砂渣并保护井壁稳固，需要在矿层段安装过滤管。安装过滤管还是完井时洗井安全的保证。下放和安装过滤管，是完井作业的一项技术要求较高的工序，安装不好就会使钻孔报废、抽注液不畅、达不到预期的浸出效果，甚至使溶浸液在无矿层中运移，浸出岩层中的非有用的脉石矿物，而不是目标金属。这不仅浪费浸出试剂，还对有用矿物的浸出起到阻碍作用。过滤管模块化，是原地浸出完井作业工艺技术发展的必然结果，可保证安装过滤管的可靠性。地浸钻孔的过滤管模块化，是近10年在新疆地浸中得以实现的一项工艺。

(5)CO2+O2原地浸出采铀技术获得实际应用。许多适合原地浸出方法开采的铀矿床属于层间氧化带型，这种海相或古河床富积成因矿床，很多矿体及其所在的地下水成分复杂，如Ca2+、Mg2+、Cl-等含量高，造成矿化度高，加酸浸出过程打破固有离子平衡后，容易形成CaCO3、CaSO4等的沉淀，造成矿层和地浸钻孔堵塞。经过多年探索试验的CO2+O2原地浸出采铀，已突破诸多关键技术，可以解决此问题。目前，在某铀业公司的地浸采铀现场工业规模应用获得成功。用CO2浸出，可以有效降低溶浸剂pH值，提高HCO3-浓度，抑制CO32-的生成，避免矿层中出现Ca(Mg)CO3沉淀，保证浸出正常进行。加入CO2气体，通过CO2水溶液与矿石中碳酸盐反应生成HCO3-，可以弥补浸出液处理过程中的HCO3-的损失，提高浸出液的铀浓度[8]。

2.8 原地爆破浸出技术

原地爆破浸出是20世纪80年代我国铀矿应用的一项新技术。先后在数个铀业公司的花岗岩型铀矿床得到应用。到了20世纪90年代，采矿工作者致力于在更大的范围内推广这一技术。在2000年代中期，南方某铀业公司的群脉状铀矿床采用上向扇形深孔多段微差挤压爆破落矿筑堆技术取得了好的效果[9]，浸出矿石回收铀的工作在进行中。

从近10年应用看来，这种方法具有一定的局限性，适用于有隔水底板的急倾斜矿体、渗透性好的易浸矿石；而遇水膨胀、泥质矿物含量高的难浸矿石，缺少隔水底板的矿体适应性较差。此外，有人认为，原地爆破浸出采场溶浸液防泄漏较难，因此原地爆破浸出对于地下水环境会产生不良影响。

2.9 工艺废水处理

目前，铀矿酸性废水处理已形成成熟的技术工艺，基本是按照氯化钡除镭-石灰中和除铀-污渣板框压滤体积最小化的方法。在这一处理体系中，通过槽式处理，保证排放废水中ρ(U)小于0.3 mg/L，镭活度浓度小于0.11 Bq/L，达到GB23727—2009《铀矿冶辐射防护和环境保护》规定的废水排放标准。

对于铀矿山矿坑水处理，也可通过串联多塔离子交换回收铀的方法，保证排放水ρ(U)不超标。同时在废水处理排放方面，注重减排和节能技术工艺的运用，把矿坑水尽量用于矿石的水冶处理工艺，减少废水的排放量。铀矿冶行业为每个矿山企业制定了减排指标，以保证国家总的节能减排大目标的完成。

3 技术改造使企业生产形成规模

在近10年，国家已向我国铀矿企业下达多项专项“技术改造”资金，涉及全部重点铀矿企业。这些专项改造资金，遵循工艺先进、技术成熟、设备可靠和提高产能、安全、环保、“以人为本”、“可持续发展”的原则选择投入点。投入的资金，解决了20世纪50年代建矿留下的诸多问题，淘汰了一批落后的工艺和设备，建设了许多地面环保设施，增强了铀矿企业职工的安全感，为保证和提升铀产品能力、满足国家核能发展的需要打下了坚实基础。主要改造体现如下方面。

3.1 加强了井下基础设施

近10年来的技术改造，从可持续发展的角度出发，对矿山可能影响持续发展的基础设施做了较大的改进。这些改进包括：矿井提升系统设备和设施的更新，矿山运输道路硬化，地面辅助建、构筑物的换代，井下通风巷道的完善，井下给排水系统维修，供电系统的更换等。到2009年年底，主要铀矿山的提升系统基本达到了21世纪初的全国水平。矿山矿石和材料提升能力达到25%以上。

3.2 改进了水冶设施

利用“技术改造”资金，全矿冶系统主要矿山水冶加工厂得到了良好的改造。矿山水冶厂流水线生产形成规模，改造后的水冶厂外形美、设备新、能力大、安全、节能、环保。同时，由于设备的更新，人员素质的提高，管理观念的更新，铀矿企业改变了过去那种人员密集型状态，现在人均生产率达到了较高的水平，有的企业全年劳动生产率可以到达2 t/(人·a )铀，比其改造前增加了150%。

改善水冶设施的同时，铀水冶处理技术水平得以提高，铀矿石堆浸的回收率达到了90%。2009年，南方某铀业公司对堆浸尾渣进一步处理，可以使堆浸尾渣品位降低到0.005%以下，这意味着堆浸法处理矿石的回收率将高达95%以上，接近常规水冶处理的水平。

3.3 改善了矿山安全和劳动保护条件

近10年，使用技改资金使矿山安全和劳动保护条件得到了良好改善。现在的铀矿山，凡是接触放射性的工作人员，都有了并必须佩戴放射性个人剂量仪，较大型矿山还配备有个人自救呼吸机，更大型矿山还配备有矿山专用急救车。矿山对从事放射性工作人员，均建立了个人健康档案。几乎所有矿山都购置了矿服，而且定期更换，使用经过国家技术监督管理部门检验合格的安全帽和超长电能矿灯等。

从2002年以来，各矿山普遍重视矿井作业环境的改善，尤其是加强了矿井通风设施的更新、改造和完善很多矿山都建立了通风档案，实施了机械通风和科学管理，定期测试通风参数，日有通风数据记录，月有通风数据报表，年有通风总结改进完善方案和措施。据有关通风管理层人士介绍，目前铀矿井井下通风随机抽样满足《铀矿冶安全技术规定》，合格率达到90%以上。

3.4 增强了废水处理力度

近10年以来，铀矿山废水排放得到了进一步控制，按照国家环保部要求，做到了环境保护设施与新上建设项目同时设计、同时施工建设、同时交付生产。废水处理实现了不达标“一票否决权”。国家对于铀矿山环境保护设施运行实现了多重监督，行业内部与地方环境保护部门同时管理监督。经过高标准严要求，现在的铀矿山达标排放已成硬性规定，并得以实现。

3.5 为企业提高产能打下了基础

近10年来的“技术改造”，从基础上改善了铀矿井通风安全设施的保证条件，提高了环境保护设施的处理和承载能力，增加了铀矿井运输提升能力，同时提高了铀矿山矿石和铀产品产量。目前，我国的铀矿山基本能满足国家对铀矿产品数量和质量的要求，达到了安全生产、稳定生产、满足发展的要求。

4 土地复垦与采矿活动同时计划

近10年以来，土地复垦与采矿活动同时计划。采矿许可申请必须考虑土地复垦方案和复垦经费的筹措。铀矿山已经实现了边开采、边复垦土地。退役矿山实现了大规模土地复垦。某铀矿山退役后土地复垦是一个典范。从矿山坑口到水冶厂，从矿山运矿公路到尾矿输送管道经由之路线，都进行了去污土、换新土、检测放射性、人工植被和留人看管等措施。保证了复垦土地的放射性标准达到：废石场、尾矿库、堆浸、地浸、露天废墟场地经过处理后，其表面平均氡析出率不超过0.74 Bq/(m2·s)；土地去污后对核素226Ra的最高比活度要求：任何平均100 m2范围内，上部15 cm厚度土层中平均值为0.18 Bq/g。

新建矿山把土地复垦费纳入开采成本，按照开采矿石量计提复垦费用，并按时划入专项费用账户，作为复垦专用。这一举动，虽然是增大了采矿成本，但对保护环境、保护耕地起到了保证作用。

5 铀市场使企业初见曙光

国际与国内两个市场带动铀矿企业发展强劲，尤其是国际铀市场价格较20世纪攀升，2007年U3O8最高达到155美元/1b。到了2008年、2009年，虽然国际铀市场价格较2007年有所降低，但仍较20世纪平均价高6～7倍。这对于世界范围的铀开采加工业，起到了巨大的加速作用。尤其是世界能源危机，导致国际原油价格的一路上扬，使得许多国家都企图开辟新能源，建设核电厂，促进了全球天然铀开发利用。笔者认为，到下个10年，天然铀的价格将会稳定在40～60美元/1b。这无疑使铀矿工业走势看好，使天然铀开采充满了希望。

6 今后10年铀矿发展前景展望

时间已经进入2010年，铀矿工业迎来新的机遇和挑战，在今后10年，中国铀矿工业必然继续在改革开放的旗帜下，遵照“科学发展观”走向新的未来。

6.1 干式充填采矿还将是我国铀矿开采主要方法

采矿方法的应用和改变，与采矿者的习惯有关，依赖于采矿设备的革新和矿体赋存条件的变迁。根据我国铀矿的赋存特点，比较适合的采矿方法，仍然是干式充填采矿方法。相信下个10年，我国铀矿采矿方法，还将以干式充填采矿方法为主。

6.2 堆浸技术还将发挥作用

在21世纪的头10年，我国铀矿山都无一例外地应用堆浸提铀工艺，并且都能熟练地根据矿山实际条件，按照自己的特色堆浸采出的矿石，堆浸技术水平越来越高。现在对于堆浸尾渣的再处理，可以使堆浸的尾渣品位与搅拌浸出的尾矿品位相接近，使堆浸的铀回收率保持在较高的水平。因此，如果开采的矿石性质未发生改变，企业还将使堆浸技术继续发挥作用，不会轻易改变这一工艺。

6.3 常规水冶技术应扩大应用范围

天然铀价格的上涨，使可回收的资源边界品位向更低发展，那些难处理矿石的处理问题重新回到议事日程。通过高成本方法处理亦可以获得效益，一些新开发的矿点和堆浸法不易处理的矿石用搅拌浸出可以获得铀，并具有回收效益。应用搅拌浸出-矿浆分离-清液离子交换吸附等常规水冶技术因具成功率，因而其应用会在难处理矿石和新矿点中增加。