从“挖”铀到“泡”铀

季江云

说起开矿，很多人会联想到深挖矿井，派人到暗无天日的井下釆挖矿石，再用矿车送到地面。但供给核电站所用燃料的铀矿怎么开采呢？很多人都知道，铀可是有放射性的，处理不慎会危及采矿工人的健康和环境安全。我国目前铀矿开釆使用先进的地浸开采工艺，只需要向地下“注水”就能把铀“泡”出来。

公开资料显示，我国铀矿冶工业始创于1956年，经过几十年的发展，已经在十几个省市自治区建起了几十座铀矿山、铀水冶厂、铀矿采冶联合企业，为我国核军工、核电事业的发展与核技术应用提供了可靠的铀原料。可是，铀是一种极为稀缺的放射性金属元素，在整个地壳中的含量不到百万分之二，且还会释放（、、等射线以及与铀伴生的放射性气体氡。因此，把这宝贝疙瘩从地下数百米的矿层中安全高效地“请出来”，还真不容易。

传统采铀分地下和露天两种

铀矿石开采的方式跟其他矿石相似，主要有地下开采和露天开采两种。露天开采，就是先剥离矿体上方的表土和覆盖岩石，然后再采挖铀矿。露天开采的基建设施少很多，因此，工期短、成本低，无需人员下井，安全性好。不过，这要针对埋藏较浅、剥采比适中的含铀矿床才能使用露天开采。比如澳大利亚，作为世界上探明铀矿储量第二丰富的国家（仅次于加拿大），由于埋藏较浅、品味高、剥采比适中，绝大部分都可以实现露天开采。

地下开采，通过掘进地下井巷，从矿体中采出矿石。它的工艺比露天开采复杂，分三个步骤：开拓、采准和回采。开拓是从地面到矿床开掘巷道，使其间形成完整的运输、通风、排水等必要的系统，以便在矿床内进行采矿准备;采准是在开拓好的矿床范围内，根据矿体和围岩的特点选择采矿方法，对矿体掘进一系列井巷，如运输井巷、通风井巷、人行井巷及放矿井巷等，以便采出矿石;回采是在采准好的采场内通过凿岩爆破、装运矿石、支护壁顶及空场处理等把矿石采下运走的过程。

然而，与其他大多数如煤炭、铜等矿产资源不同，铀矿石难以靠肉眼鉴别，而且有放射性，不断释出、、射线及衰变的氡，这对采矿人员的身体健康和周边环境都会产生巨大危害。因此，铀矿开采必须借助放射性物探技术，还要采取严密的防护措施，尽量避免放射性物质泄漏。此外，铀矿床普遍存在矿体小而分散、形态复杂、矿化不匀、连续性差等特点，因此，生产能力较低，矿山寿命周期也短，综合因素累计，用矿井采挖铀的成本较高。

还有，我国已探明的含铀矿藏多在砂岩层，且埋藏较深，动辄三四百米以下，无法露天开采，地下开采又因为地质稳定性较差，安全隐患很大。因此，急需一种安全高效的方法把这核军备和核电产业不可或缺的“铀宝宝”“请”出地面。

美苏两国率先开始地浸采铀法

在上世纪60年代，美苏两个核大国率先开发出地浸采铀工艺。在天然埋藏条件下，通过向地下注入溶浸液与含铀矿层发生化学反应有选择性地溶解矿石中的铀，将含铀元素的水回抽地面再进行后续处理。这种方法不会使矿石产生位移，还集开采和矿冶为一体。到上世纪90年代，地浸采铀法已占世界铀矿开采量的50%。

由于冷战时期，美苏对中国的技术封锁，我国铀矿开采一直使用传统方式，即露天開采和地下开采。但我国能供露天开采的铀矿储量极少，地下开采又有成本高、安全性低和矿坑处理难等瓶颈。我国核工业专家从上世纪80年代起一直探索新的铀矿开采方法。

据中核集团内蒙古矿业公司提供给《环境与生活》杂志的资料显示，经过30多年的探索，我国地浸采铀工艺已经走在了世界前列，铀矿资源的最低品位可达到0.01%，而美国则为0.05%;水冶回收率达到99.45%，比美国还高5到10个百分点。当然，美国的铀矿探明储量远高于我国，“家大业大”，不在乎是另一回事。但这充分说明我国地浸采铀工艺已经非常成熟。

用溶浸液把铀“泡出来”

地浸采铀法就是通过从地表钻进含铀矿层的钻孔，将按一定比例配制的溶浸剂注入到矿层，溶浸剂与其中的有用成分发生化学反应，生成的可溶性化合物在扩散和对流作用不离开反应区，进入在沿矿层流动的溶液流中，再通过另外的钻孔提升至地面，输送到回收车间进行离子交换等工艺，最后得到铀产品，俗称“黄饼”。“黄饼”就是核电站所用“粮食”——核燃料的雏形。

这种采铀方法根据溶浸剂的不同，可分为酸性浸出、碱性浸出和中性浸出。酸性浸出的溶浸剂一般是硫酸，碱性浸出的溶浸剂以碳酸盐和碳酸氢盐为主，中性浸出的溶浸剂则以二氧化碳加氧气为主。具体使用哪种溶浸剂，要通过钻探提取的含铀矿芯进行分析，看哪种溶浸剂能更有效地与矿层中的有用成分发生化学反应。

巧妙钻孔至关重要

地浸采铀是由注液井和抽液井来实现铀的提取。从水文地质角度看，地下水的流动取决于水压差，无论是注液井还是抽液井，都有一定的影响半径，要保持注液井附近水位较高，抽液井附近水位较低，让含铀溶液以天然流速向抽液井位置流动。为控制这种流动，并减少注液井的影响半径，必须让抽液量略高于注液量，以维持总体上流向井场中心的降落漏斗（即水压差）。在每一个使用地浸采铀法的矿区，抽液井和注液井的数量、位置、深度以及注入量和抽取量，都需要专门的技术人员根据含铀矿层的多种要素予以“量身定制”。

为了精准发挥抽液和注液的能力，还要在抽液和注液管道上安装自动监控和调控的压力表和流量计，同时在专门的集中控制室安装压力计和流量计（如电磁流量计），以便精准计量每个采区和单孔的抽液量和注液量，并根据抽液孔的分析结果、抽注量、注液压力等信息进行实时分析，及时调整抽注钻孔及其流量，确保实现最佳抽注比例。

严防上下含水层连通

在矿区开采前，务必通过详细的地质资料，确定设计需钻孔含铀矿水层的上下隔水层的位置和厚度等，以及矿体的埋深和厚度，在这个基础上才能进行钻孔施工方案的编制。

在钻孔施工过程中，尤其注意不要钻透含矿水层的隔水底层，防止含铀溶液渗入更深的地下水，不仅导致抽取无效，还会形成扩散污染。在成井过程中，要通过物探综合测试，确定含铀水层的顶板和底板的位置和厚度，确定套管和过滤管的投放位置以及是否存在破损等情况，还有水泥固井等是否符额计方案要求。

钻孔必须采用抗震、抗压的专用井瞀材，在井管和管壁之间的环状间隙中，在含铀矿的那一段要用过滤管和石英砂滤料充填，上部采用无孔套管和防渗、抗震的混凝土充填和密封，让含铀水层与上面的水层完全隔离。钻孔的井管之间采用紧密度高的方形扣连接，连接处还要有密封胶，以增强井管的密封性和牢固性。

为了防止溶浸液和浸出液向采铀区周边扩散，需要在地浸场周围含铀水层的上游、下游和两侧预留观测孔，尤其以下游为监控重点，及时对溶浸液和浸出液在地下水中的迁移和扩散情况进行监控。一旦发现异常，及时调整抽注液分配系统，实现有效控制。

把放射性三废降到最低

地浸法采铀所产生的放射性废气主要是氡气。氡是矿石中与铀伴生的镭在衰变过程中所产生的，地浸采铀仅有极少量的镭被浸出，而地浸过程基本在闭路循环体系中进行，只在产品压滤和废水蒸发等环节有释放口，使得氡的释放量大为降低。内蒙古矿业公司提供的资料显示，监测数据表明，在地表加工车间中的极少量氡由通风设备排出，并经空气自然扩散后，氡的浓度完全符合人体健康标准，对周边大气环境也无明显影响。而在传统的地下采挖铀矿过程中，氡的安全处置一直是个老大难。

在地浸采铀过程中，为了保证溶浸液不扩散到采区以外的地下水中，采区抽液量略大于注液量，一般控制在0.03%以内，多抽出的这部分溶液经水冶厂配置溶液后成为废水。为了不向环境排放废水，地浸矿区充分利用自然蒸发条件，根据废水产生量和当地蒸发情况，建设一定容积和表面积的蒸发池对废水进行蒸发处理。蒸发池底采用隔水性能好且有一定自愈功能的粘土做垫层，并做加强防渗处理，在底部还铺设检漏电网，一旦泄露能在第一时间发现并采取有效应对措施。当地浸企业采矿终结要关闭时，蒸发池的蒸干物必须经过放射性测试，符合国家相关标准才能进行处理并退役。

地浸采铀因为无需采出矿石，所以不会产生废石和尾矿。在开采过程中产生的固体废弃物主要是损坏的仪器、仪表、设备和管网等，这些固体废弃物在生产过程中集中存放在专门处置库中，累计到一定数量后运到专业处理厂进行最后处置。

地浸采铀让我国铀矿资源大增

地浸采铀法实现了一场资源革命，把我國储量相对较多的低品位砂岩型铀矿从不可利用升级为可开发利用的资源，让我国铀矿资源储量大幅増加，为日益增加的国防以及核工业的铀需求提供了有力保障。

中核集团的资料显示，由于地浸采铀法省去了常规采矿法的井巷基建和大量的剥离过程，以及矿石回采和运输、通风、排水等一系列配套过程，地表还无需建造废石场、尾矿库，在提取和回收时也不用建设破碎、磨矿、搅拌浸出设施，因此，这种“泡出铀”来的方法，建设投资仅为常规采铀的一半;生产能耗约为30%，生产成本约为40%。

地浸采铀让我国的铀矿开采彻底摆脱了繁重的井下作业，实现了采矿的“化学化”“工厂化”和“自动化”，大幅降低劳动强度，基本杜绝了矿井危害因素和安全隐患，投资费效比却大幅増加。

当然，地浸采铀法与露天和地下采铀相比，最大的优势还是对地表环境污染少，基本不用破坏农田、林地和草场，采铀完成矿区退役时，会对所有抽注液井的管道做永久密封处理。地下也不会产生采空区，能有效排除塌陷、地表沉降等隐患。