哈薩克斯坦地浸采鈾生產(chǎn)現(xiàn)狀與進(jìn)展

原 淵，李建東，史紅霞，甘 楠，許 影，謝廷婷

(1.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京101149；2.中廣核鈾業(yè)發(fā)展公司，北京100029；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京100083)

地浸采鈾是通過(guò)鉆孔工程，借助化學(xué)試劑，從天然埋藏條件下把礦石中的鈾溶解出來(lái)，而不使礦石產(chǎn)生位移的集采、選、冶于一體的鈾礦開(kāi)采方法。它具有生產(chǎn)成本低、建設(shè)周期短、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，促使其在世界天然鈾產(chǎn)量中所占份額逐漸增加。2010年地浸采鈾產(chǎn)量占世界天然鈾總產(chǎn)量的41%，2011年和2012年均占45%，如圖1所示[1]。目前，采用地浸生產(chǎn)鈾產(chǎn)品的國(guó)家主要包括哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、俄羅斯、美國(guó)、澳大利亞、巴基斯坦和中國(guó)。

圖1 世界地浸采鈾量占世界鈾總產(chǎn)量份額

1 砂巖型鈾資源狀況

1.1 資源分布情況

哈薩克斯坦目前已在6個(gè)省份探明50多個(gè)鈾礦床，總資源量150萬(wàn)t，已探明鈾儲(chǔ)量占世界總量的19%。國(guó)內(nèi)鈾礦床70%以上為砂巖型鈾礦床，其中可地浸鈾資源占世界總量的89%。

哈薩克斯坦擁有各種不同成因的鈾礦床，從地質(zhì)位置與成因共同特征以及所處區(qū)域，通常將哈薩克斯坦劃分為下列鈾成礦?。孩貼orthern Kazakhstan與Balkhash等內(nèi)生鈾成礦省。②Chu-sarysu、Syrdarya、Ily與Caspian等外生鈾成礦省。各省資源分布情況見(jiàn)表1。

表1 哈薩克斯坦鈾資源分布狀況

Chu-sarysu與Syrdarya省的南部鈾礦床主要類型為卷頭狀砂巖型鈾礦床(Roll front type)(圖2)。主要特點(diǎn)為，呈月牙形狀，以水文梯度定向沉積，礦化帶與礦床走向平行，沉降與地下水流向垂直。

Northern Kazakhstan省的北部鈾礦床主要類型為古河道砂巖型鈾礦床(Basal channel type)。主要特點(diǎn)為：鈾礦化的發(fā)育受古河道控制，礦體直接產(chǎn)生于古河道的沉積物中，從礦化類型上看，屬于滲入型鈾礦床。

1.2 礦床主要特點(diǎn)

哈薩克斯坦鈾礦床一般都具有如下特點(diǎn)[2]：成礦地質(zhì)年代為白堊世紀(jì)期與第三紀(jì)早期，埋藏深度150～700m，品位0.01～0.5%，鈾礦物主要存在形式為瀝青鈾礦與水硅鈾礦，碳酸鹽含量(以CO2計(jì))含量<2%，黏土含量<20%，地下水靜水位-30～150m，礦化度0.6～5.0g/L，pH值7.5～7.9，地下水溫度14～45℃。

圖2 典型卷頭狀砂巖型鈾礦床

2 地浸采鈾浸出工藝

哈薩克斯坦所有地浸礦山均采用酸法浸出，共分為3個(gè)階段：酸化期、浸出期與浸出后期。

浸出期使用8～10g/L H2SO4，維持鈾的穩(wěn)定浸出。浸出后期不加酸，利用吸附尾液中余酸實(shí)現(xiàn)鈾的浸出，余酸通常能達(dá)到2～3g/L。浸出期的浸出液主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

不同礦石由于化學(xué)成分與礦物組成不同，酸耗也有所差異。平均酸耗為10～20kg H2SO4/t巖礦或者25～140kg H2SO4/kg金屬，占其全部生產(chǎn)成本的15%～20%。

表2 浸出液各組分的質(zhì)量濃度/(g/L)

井場(chǎng)的浸出周期一般為3～5a，主要取決于井場(chǎng)的礦石品位與礦層的滲透性。浸出周期結(jié)束時(shí)，鈾的浸出率達(dá)到85%～90%。

3 天然鈾生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，哈薩克斯坦天然鈾幾乎全部產(chǎn)自地浸礦山。哈薩克斯坦國(guó)家原子能公司(簡(jiǎn)稱哈原工，KazAtomprom)為該國(guó)主要的天然鈾生產(chǎn)商。國(guó)內(nèi)共18個(gè)地浸鈾礦山正在開(kāi)采，5個(gè)由哈原工獨(dú)資經(jīng)營(yíng)，其余由哈原工與外國(guó)投資者成立合資公司共同經(jīng)營(yíng)，總生產(chǎn)能力約20000tU/a。

18個(gè)鈾礦山中，年產(chǎn)量大于500t的礦山達(dá)到13個(gè)，年生產(chǎn)量大于1000t的礦山達(dá)到9個(gè)。2012年世界產(chǎn)量前三位的地浸礦山，Tortkuduk鈾礦山年產(chǎn)量2661 t，Budenovskoye-2鈾礦山年產(chǎn)量2135t，South Inkai鈾礦山年產(chǎn)量1870t，全部位于哈薩克斯坦。

國(guó)內(nèi)地浸礦山主要集中在資源豐富的Chu-Sarysu省、Syrdarya省與Northern Kazakhstan省[4]。Chu-Sarysu省占有全國(guó)鈾資源量的一半以上，分布了12個(gè)地浸鈾礦山，總生產(chǎn)能力達(dá)到14000t。這些礦山投產(chǎn)年代新，絕大部分投產(chǎn)于2006～2009年。

從2009年開(kāi)始，哈薩克斯坦成為世界第一大天然鈾生產(chǎn)國(guó)，生產(chǎn)份額占世界28%，2010年占世界33%，2011年占世界35%。2012年共生產(chǎn)天然鈾20900t，比2011年增長(zhǎng)7.5%，生產(chǎn)份額占世界36.5%，見(jiàn)表3。

根據(jù)哈薩克斯坦原子能署2012～2016年產(chǎn)能規(guī)劃，2014年將生產(chǎn)24019t，2015年將生產(chǎn)24754t，2016年將生產(chǎn)25602t。

從表4中可以看出，近幾年來(lái)，主要的地浸采鈾生產(chǎn)國(guó)，美國(guó)與烏茲別克斯坦等地浸產(chǎn)鈾國(guó)產(chǎn)量比較穩(wěn)定，哈薩克斯坦產(chǎn)量迅速增加，2012年產(chǎn)量已達(dá)到2006年的4倍。也正是哈薩克斯坦從2006年開(kāi)始不斷投產(chǎn)大型地浸礦山，地浸采鈾占世界鈾生產(chǎn)量的生產(chǎn)份額才得以迅速上升。

表3 哈薩克斯坦天然鈾生產(chǎn)情況

表4 主要地浸采鈾生產(chǎn)國(guó)生產(chǎn)情況/t

4 結(jié)論

哈薩克斯坦幅員遼闊，蘊(yùn)藏豐富的鈾礦資源，已探明鈾儲(chǔ)量占世界總量的19%，可地浸鈾資源占世界總量的89%。Chu-sarysu與Syrdarya省所占份額達(dá)到70%以上，主要為卷頭狀砂巖型鈾礦床，地質(zhì)與水文地質(zhì)條件良好，十分適宜地浸開(kāi)采。

目前，該國(guó)作為世界第一大天然鈾生產(chǎn)國(guó)，生產(chǎn)份額占世界總產(chǎn)量的36.5%。天然鈾生產(chǎn)幾乎全部來(lái)自地浸采鈾，擁有地浸鈾礦山18個(gè)，其中，年生產(chǎn)能力大于1000t的鈾礦山達(dá)到9個(gè)。大部分礦山于2006 ～2009年投產(chǎn)，采用酸法地浸采鈾工藝，在哈薩克斯坦的地浸采鈾生產(chǎn)中將長(zhǎng)期發(fā)揮作用。

[1] World Nuclear Association. World uranium mining[R].2012.

[2] O.Gorbatenko. ISL Mining in Kazakhstan and Technology Department[C]. IAEA Technical Meeting on Optimization of In-situ Leach Uranium Mining Technology, Vienna, 2013.

[3] 王海峰，譚亞輝，杜運(yùn)斌,等. 原地浸出采鈾井場(chǎng)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998: 115-118.

[4] Silk Road Intelligencer.Uranium and nuclear power in Kazakhstan. News and analysis from Kazakhstan[R].2011.