原地浸出采铀几个科技术语的讨论

王海峰 陈梅芳

摘 要：近些年，地浸采铀技术的进步极大刺激了国内地浸采铀矿山建设的蓬勃发展，新技术、新工艺不断涌现。但是，在地浸采铀相关术语的理解和使用中存在各种问题。在分析科技文献和地浸采铀实践的基础上，经过多年的推敲，作者认为：资源利用率、金属浸出率、液固比、平米铀量等作为地浸采铀科技术语存在定义不严谨、运用错误等不科学现象。

关键词：地浸采铀;资源利用率;金属浸出率;液固比;平米铀量

中图分类号：TD166;N04 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2020.06.018

Abstract：In recent years， the progress of in-situ leaching uranium mining technology has greatly stimulated the vigorous development of in-situ leaching uranium mine construction in China， and new technologies and processes are emerging constantly. However， there are various problems in the understanding and use of in-situ leaching uranium technical terms. Based on the analysis of scientific and technological documents and the practice of in-situ leaching of uranium， the author considers that there are some unscientific phenomena in the scientific and technological terms of in-situ leaching uranium， such as resource utilization rate， metal leaching rate， liquid-solid ratio， uranium content per square meter， etc.

Keywords： in-situ leaching of uranium; resource utilization rate; metal leaching rate; liquid-solid ratio; uranium content per square meter

引 言

2007年以來，随着国际市场天然铀价格的不断下滑，一些国家生产成本较高的常规铀矿山（露天、地下开采矿山）相继关闭，这极大地激励了原地浸出采铀（地浸采铀）矿山的发展。2014年，地浸采铀量首次超过世界天然铀总产量的一半，占51%，2019年继续提高到57%[1]。

随着我国第一座地浸采铀矿山的成功建设，地浸采铀技术取得突破，相继建成多座酸法、碱法和中性地浸矿山，地浸采铀占我国天然铀总产量的比例逐渐扩大，并占绝对优势。特别是我国北方砂岩型铀资源勘探的迅速发展，新发现了一批大型、特大型铀矿床，为地浸开采奠定了坚实基础。在地浸采铀技术上，探索并实践了地下水低承压水头的地浸渗流场再造、高碳酸盐型矿体微试剂浸出、高铁铝矿床的低酸氧气浸出、高矿化度地下水淡化少试剂浸出、高通量分布式浸出液处理系统，突破了矿床地浸开采的制约条件，推动了地浸采铀技术的进步，并极大地回收了资源。

随着地浸技术的发展，实际作业中科技术语的理解与使用已显现出了一些问题，本文将对资源利用率、金属浸出率、液固比等地浸采铀相关术语进行分析并提出建议。

一 地浸采铀技术概述

1.地浸采铀技术的应用与发展

地浸采铀作为一种采矿方法，从研究、开发、应用至今有几十年的历程。目前，哈萨克斯坦、美国、乌兹别克斯坦、俄罗斯、乌克兰、巴基斯坦、澳大利亚、中国都有地浸采铀矿山在开发，捷克、保加利亚、德国也曾应用过地浸技术开采铀矿床，土耳其、埃及、蒙古等国也都不同程度地开展过地浸采铀的研究与试验。受天然铀国际市场价格的影响，这一低成本的采铀方法更加受到各国的青睐。

随着地浸采铀技术的不断成熟，其应用条件不断拓宽，初始认为不适宜地浸开采的矿床，如今也成功地进行了尝试。在开采深度上，哈萨克斯坦已在埋深700m的铀矿床使用地浸法开采;在地下水含盐量上，澳大利亚Beverly和Honeymoon矿山成功在地下水矿化度高达12g/L和20g/L的条件下开采;在氧化剂使用上，展开了微生物氧化剂的研究与试验;在地浸采铀矿山自动化和环境控制上，中国已走在世界前列，建成多座地浸采铀绿色矿山。这些新技术的开发为地浸采铀注入了活力。

基于地浸采铀本身具有的优点，这一矿床非常规开采技术将继续被铀矿业所应用，并发扬光大。

2.地浸采铀技术原理

地浸采铀是一种在天然埋藏条件下，通过浸出剂与矿物的化学反应选择性地溶解矿石中的铀，而不使矿石产生移动的集采、选、冶于一体的新型铀矿开采方法[2]。它一改过去常规矿山的生产模式，没有昂贵而繁重的井巷或剥离工程，也没有矿石运输、选矿、破碎和尾矿坝建设等工序。地浸采铀采出的并非矿石，而是含铀溶液。此工艺流程（图1）

具有工艺简单、基建投资少、生产成本低、环境保护和安防条件好、资源利用率高等优点。

如图1所示，地浸采铀是通过从地表钻进至含矿层的注入井将按一定比例配制好的浸出剂注入矿层，并与矿石中的有用成分接触发生化学反应，生成的可溶性化合物（浸出液）在渗流和扩散作用下离开化学反应区，最终从抽出井提升至地表。抽出的浸出液输送至回收车间（水冶厂）进行离子交换、淋洗、沉淀、压滤、干燥等工序处理，最终得到合格产品。

二 几个地浸采铀相关术语辨析

1.资源利用率

资源利用率即矿山设计利用量与地质资源总量的比值，以百分数表示。

资源利用率=地质资源×利用系数地质资源×100% （1）

虽然我国从事地浸采铀研究和应用已有50多年，但未建立地浸采铀矿山设计的标准或规范。以往的地浸采铀矿山设计，在地质资源处理上基本遵循以下程序。

第1步：地质资源×利用系数（0～1）=设计可利用资源;第2步：设计可利用资源×矿山回收率（70%、75%）=井场浸出金属量;第3步：井场浸出金属量×水冶回收率=最终资源回收率。

按此程序计算资源回收率时，涉及利用系数这一参数。但我国铀矿冶行业并未建立利用系数的取值标准或规范，无奈之下借助《固体矿产地质勘查规范总则GB/T 13908—2002》[3]，以便确定利用系數。此勘查规范中对不同资源类型可靠程度系数规定：探明资源（331）可靠性η（η≥0.8）;控制资源（332）可靠性η（0.45≤η≤0.65）;推断资源（333）可靠性η（0.15≤η≤0.3）;预测资源（334）可靠性η（η<0.1）。从而，地质资源利用系数的选取似乎顺理成章，但却忽略了该规范并非针对可地浸砂岩型铀矿床这一重要因素，可靠程度系数的制定未体现地浸开采方法的特点，即如矿层渗透性能及矿石可浸性等。而且，规范中的利用系数均在一定区域之间，最终造成矿山资源利用率因人而异，表1是我国几个地浸采铀矿山设计时的资源利用率[4]。

从表1看出，各矿对各级别资源所采取的利用系数各异，项目建议书或可行性研究报告中都对各自的系数取值阐述了缘由，有理有据，看似无懈可击。但是，不可否认，这种取值方法更大程度上取决于设计者，随意性大，造成利用系数也五花八门。即便依据固体矿产地质勘查规范总则，各矿山不同资源取值也不一样。例如，333级别资源利用系数取值分别为0.5、0.4和0.35，332级别资源取值高达0.8（其中包括122b级别资源），均超出了勘查规范的限值。但2号矿一期333级别的资源利用系数取值为0，即全部舍弃，也不符合勘查规范的要求。大量实践证明，这种资源利用系数的取值方法导致资源利用率低，表1中计算后矿山资源利用率最低28%，8个矿平均值41.5%，仅一个矿山超过60%，结果难以接受。

如此之低的资源利用率，长此以往会给外界对地浸采铀方法带来错觉或偏见，质疑地浸采铀方法回收低品位资源的优势，或因资源利用率低而堵死地浸采铀技术的持续发展之路。再则，此资源利用率的计算基于地质资源，而地质资源的变化巨大，因而所得出的资源利用率的可靠性令人质疑。特别是在我国，因相比巴基斯坦、美国、澳大利亚等国家同级别资源勘探网度较低，以此计算的资源利用率更经不住推敲。因此，不建议在地浸采铀中使用资源利用率这一术语。

2.金属浸出率

地浸采铀金属浸出率是开采中所浸出的金属总量与开拓储量的比值的百分比。

金属浸出率=浸出金属总量开拓储量×100% （2）

开拓储量是地浸矿山生产过程中通过对地质资源补充勘探所确定，并被矿山生产井（注入井、抽出井）所控制。由于矿山企业在获得地质部门提交的地质资源后，会根据资源勘探级别进行补充勘探，并施工抽出井和注入井，因此，所获得的开拓储量相对可靠程度较高。另外，由于地浸采铀技术的特点，浸出剂在矿层中从注入井运移至抽出井的过程中，在平面上，由于溶浸范围大于钻孔所控制的几何范围（图2），采区外围的低品位矿石也被浸出剂渗入。在剖面上，一定厚度的矿层上、下部低品位矿化层也被浸出剂所渗入，即地浸采铀矿山生产时，被浸资源远大于开拓储量，从而大大提高了浸出率，甚至超过100%。表2为某酸法地浸采铀矿山几个采区的金属浸出率2014年统计结果[2]。

从表2中看出，5个采区金属浸出率均很高，且其中3个超过100%，而且，采区仍处于生产状态，这意味着金属浸出率还会进一步增大。另外，某酸法地浸采铀矿山，2008年退役的12-1采区、3号采区、7号采区，金属浸出率分别为165.41%、88.74%和79.70%;2006年退役的11号采区和9号采区金属浸出率分别为111.12%和87.39%，均获得较高值。

某CO2+O2地浸采铀矿山2015年金属浸出率统计结果如表3所示。这两个采区仍在生产，金属浸出率还会持续增大。

3.液固比

液固比，顾名思义是液体量与固体量的比值，这里所称的液体是所注入的浸出剂量，而固体是被浸岩矿量，即体积重量比。液固比是地浸采铀设计与生产中常用的参数，公式如下：

从公式（3）看出，影响地浸采铀液固比的因素包括总注液量、溶浸体积和矿石密度。总注液量是整个生产期间所有钻孔注入的试剂总体积量，它与运行时间长短直接相关，同时又受矿石孔隙度或密度的影响。对于砂岩，矿层密度小则孔隙度大，总注入量大，液固比大。例如：某铀矿床矿层厚度6m，矿石密度2，地浸开采试验期间采用5点型井型，4个抽出井，9个注入井。地下浸出阶段钻孔平均注液量3.6m3/h，试验开展6个月后钻孔总注液量139 968m3，此时液固比为2.38。同样条件下，当矿石密度从2变化到1.8时，液固比变为2.64[5]。因此，其他条件相同时，密度对液固比的影响不容忽视，多个采区比较必须予以重视。

另外，近些年一些技术人员在采区浸出状况比较时，经常用液固比这一科技术语判断，这存在一定的片面性，特别是进行多个矿体浸出比较时极不科学。图3为3个不同采区不同时段的液固比与回收率的关系。

从图3看出，如果以液固比判断采区浸出效果，当液固比为1.5时，两个采区浸出率分别为57%和43%，相差14%。因此，当以液固比评价矿体浸出效果和判断矿体浸出阶段时，不同采区差别较大，不同地质和水文地质条件的矿体差别会更大（表4）。这种差别的存在由多种因素造成，如矿石浸出性能、矿床渗透性、矿石密度等。因此，不建议使用液固比作为评价采区或矿床浸出效果的指标。

4.平米铀量

仅在地浸采铀领域使用的科技术语，平米铀量（kg/m2）是矿石品位、密度和矿体厚度乘积的10倍[6]。

另外，当采用块段法计算矿体资源量时，应首先求出矿段的真实面积，即块段投影面积被矿体倾斜面与投影面夹角的余弦所除。

对比公式（4）和公式（5）看出，平米铀量实质就是矿床地质资源量的计算方法之一块段法的中间参数。本意上，平米铀量表示单位面积上的金属量，但因包含矿石密度，使该科技术语不伦不类。

应用在地浸采铀领域的平米铀量概念最早由苏联提出，我国20世纪70年代初期从苏联引用了这一概念，并一直沿用至今。而美国和其他从事地浸采铀的西方国家，评价矿床资源质量时使用GT（Grade×Thickness，矿石品位与矿体厚度乘积）指标，它相当于我国常规铀矿山使用的米百分数指标，一直作为评价矿体质量的参数，有较强的科学性，能真实地反映矿体质量。

对于地浸采铀，矿床厚度大、品位高都是有利因素，表明矿体质量好，有利于金属浸出。但是，如果砂岩密度大导致孔隙度小，实为不利因素，不利于金属浸出。在三个变量增大的情况下，平米铀量将有利于地浸开采的两个有利因素和不利于地浸开采的一个因素相乘，得出结果不伦不类。因此，如果以平米铀量作为判断矿体质量的指标会导致结果的偏差。例如，我国新疆某铀矿床和内蒙古某铀矿床矿石密度分别为1.8和2.1，当矿石品位0.08%，矿体厚度4m时，平米铀量分别为5.76kg/m2和6.46kg/m2，相差10%。若以此判断矿床的资源质量，一定会选择平米铀量大的6.46kg/m2，忽略由于密度大造成的结果，驱使设计者做出错误的判断。哈萨克斯坦某矿床矿石密度2.7，同样条件计算的平米铀量为8.64kg/m2，比密度1.8的矿床高出33%。无疑，设计者一定会选择密度2.7的矿床，因它的平米铀量远大于其他矿床。但事实恰恰相反，从有利于金属浸出考虑，密度为1.8的矿床应当为首选，虽然它的平米铀量最低，但因它的密度小，矿层疏松而有利于地浸开采。

从上面分析看出，在以平米铀量作为判断矿床质量时，如果平米铀量高是因密度大引起的，那其结果与利于浸出相悖。因此，用平米铀量判断矿床质量好坏存在不科学性，特别是多个矿床进行比较且矿石密度相差大时更为严重。从这一点出发，平米铀量不宜作为判断矿床质量的指标。

三 结 论

（1）地浸采铀矿山设计时，不建议采用地质资源乘以利用系数的方法确定可利用资源量。第一，《固体矿产地质勘查规范总则GB/T 13908—2002》中给出的不同级别资源的可靠性系数，并非针对地浸采铀砂岩型铀矿床，况且可靠性系数与利用系数尚存在概念的差别，对于地浸采铀技术，可靠的资源并不意味可利用;第二，与西方地浸采铀国家比较，我国同级别的资源勘探网度稀疏，特别是占资源量总数较大的控制资源（332）和推断资源（333），补充勘探或矿山开拓后变化较大，即便乘以利用系数也很难准确估算;第三，借以《固体矿产地质勘查规范总则GB/T 13908—2002》的可靠性系数而转化的利用系數均在一定范围之内，非确定值，取值大小与设计者的理念、经验等息息相关，人为因素极大;第四，实践统计得出，以利用系数计算的地浸采铀矿山资源利用率极低，最低仅为28%，且基本低于50%，长期持续应用这一计算方法，势必让外界对地浸采铀技术产生误解，影响其可持续发展;第五，建议地浸采铀矿山设计时，应根据地质勘探部门提供的资料，对每一矿块从地浸采铀技术角度出发核实其资源量。

（2）为更好地彰显地浸采铀技术的优点，矿山设计时应推广使用金属浸出率这一科技术语。地浸采铀金属浸出率建立在矿床或采区开拓储量基础上，可靠性高。并且，金属浸出率经常超过100%，充分反映了地浸采铀不但能回收钻孔圈定范围内矿层中的金属，而且还可回收平面上溶浸范围内和剖面上矿层上下矿化层的金属，有利于地浸采铀技术的推广应用。

（3）地浸采铀领域使用的科技术语液固比仅限于给出采区注入浸出剂量和岩矿量的比值，无法用来判断采区浸出效果。矿床地浸开采时，因矿石浸出性能、矿层渗透性能等的差异，注入的浸出剂量和所消耗的浸出剂量各不相同，因此，用液固比判断矿床或采区浸出阶段或浸出效果会导致错误的结果，无法作为矿床或采区继续浸出或结束生产的指标。

（4）平米铀量是块段法计算地质资源的中间值，特别是因含有矿石密度量，将有利于地浸开采的矿石品位、矿层厚度与不利于地浸开采的矿石密度相乘，得出矛盾的积，无法作为评价矿床质量的指标。实践证明，仅以平米铀量比较多个矿床质量时，往往会因矿石密度的作用导致相反的结果，错误地选定因矿石密度大、平米铀量大但却不利于地浸开采的矿床，这点必须引起注意。因此，不建议我国地浸采铀矿山使用平米铀量这一科技术语，而应采用我国常规矿山和西方国家地浸采铀矿山使用的米百分数（GT）作为评价矿床质量的指标。

参考文献

[1] OECD，IAEA. World Uranium Mining Production[R]. Vienna：International Atomic Energy Agency， 2020.

[2] 王海峰. 原地浸出采铀技术[R]. 北京：核工业北京化工冶金研究院，2020.

[3] 国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.GB/T 13908—2002固体矿产地质勘查规范总则[S].北京：中国标准出版社，2020.

[4] 王海峰，汤庆四，姚光怀，等. 提高地浸采铀矿山设计资源利用率的方法[J].铀矿冶，2015，34（3）.

[5] 王海峰. 地浸采铀资源利用评价方法与工艺试验[C]//砂岩型铀矿床一般工业指标及铀镭、镭氡平衡系数专题研讨会论文集.北京，2014.

[6] 王海峰，叶善东. 原地浸出采铀工程技术[M].北京：中国原子能出版传媒有限公司，2011：8-18.