中國(guó)鈾礦開(kāi)采提煉史話(huà)

湯志成

1955年在全國(guó)范圍內(nèi)大面積展開(kāi)的鈾礦勘察活動(dòng)取得豐碩成果，在湖南郴縣（現(xiàn)郴州市）金銀寨及其它許多地方發(fā)現(xiàn)了鈾礦床。順理成章地，建設(shè)礦山，開(kāi)采、冶煉鈾礦緊接著就被中國(guó)政府提上了議事日程。最初中方提出了一邊找鈾礦、一邊建設(shè)礦山的思路，但蘇聯(lián)人認(rèn)為，這樣做既冒險(xiǎn)又不合乎邏輯。不合邏輯倒還好理解，何謂冒險(xiǎn)呢？原來(lái)蘇聯(lián)在這方面有過(guò)教訓(xùn)，交過(guò)學(xué)費(fèi)：好不容易將礦山建起來(lái)了，但儲(chǔ)量卻只有少得可憐的幾噸，最后不得不將礦山關(guān)閉。然而，建設(shè)礦山有個(gè)過(guò)程，需要時(shí)間，中國(guó)不愿等，也等不起。有條件要上，沒(méi)有條件創(chuàng)造條件也要上，于是乎，一場(chǎng)土法開(kāi)采、冶煉鈾礦的熱潮在全國(guó)各地迅速興起。

探明金銀寨鈾礦儲(chǔ)量

要制造原子彈，要發(fā)展核工業(yè)，沒(méi)有裂變材料不行，沒(méi)有鈾礦資源不行。而蘇聯(lián)援助中國(guó)核工業(yè)的前提，恰恰是中國(guó)必須具備一定的鈾礦儲(chǔ)量。蘇聯(lián)的態(tài)度是明確的，只有中國(guó)的鈾礦儲(chǔ)量達(dá)到相應(yīng)的規(guī)模，蘇、中兩國(guó)才能談判蘇聯(lián)援建后續(xù)核工廠(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室諸項(xiàng)目以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成時(shí)間、設(shè)備交付期限等具體事宜。鑒此，分管核工業(yè)的第三機(jī)械工業(yè)部（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三機(jī)部）決定，啟動(dòng)核工業(yè)設(shè)計(jì)需要的鈾礦儲(chǔ)量，由勘探程度較好的金銀寨提供。而為在1957年6月底前完成金銀寨鈾礦儲(chǔ)量的勘探任務(wù)，地質(zhì)部派出分管鈾礦地質(zhì)勘探的第三局副局長(zhǎng)張華坐鎮(zhèn)金銀寨指揮，并由2名蘇聯(lián)地質(zhì)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

然而，金銀寨的鈾源體是花崗巖，異常堅(jiān)硬，給鉆探工作帶來(lái)極大困難。

一是不容易下鉆，下鉆了難以打進(jìn)去，打進(jìn)去后又經(jīng)常卡鉆。為解決這個(gè)問(wèn)題，三局專(zhuān)門(mén)從蘇聯(lián)請(qǐng)了一個(gè)有三十年鉆探經(jīng)驗(yàn)的鉆探專(zhuān)家古德耶夫來(lái)助陣。不曾想古德耶夫雖是個(gè)老鉆工，鉆探經(jīng)驗(yàn)豐富，但他的經(jīng)驗(yàn)是鉆砂巖的經(jīng)驗(yàn)，而不是鉆合成巖、變質(zhì)巖的經(jīng)驗(yàn)。面對(duì)金銀寨的花崗巖，古德耶夫也是一籌莫展。但古德耶夫這個(gè)老頭也很倔，下不了鉆打不了眼就生悶氣，就在鉆機(jī)上不下來(lái)，甚至不吃飯。無(wú)奈張華只得時(shí)不時(shí)跟他談心，做他的思想工作，勸他吃飯，幫他克服急躁、沮喪情緒。

二是鋼釬釬頭損耗嚴(yán)重。在鉆探過(guò)程中，盡管使用的是當(dāng)時(shí)鑿巖能力較強(qiáng)的鎢合金釬頭，但也經(jīng)常出現(xiàn)打不進(jìn)去的現(xiàn)象，有時(shí)候終于打進(jìn)去了，卻鉆不了幾厘米，釬頭就壞掉了，導(dǎo)致釬頭的消耗量很大，前進(jìn)的成本很高。然而，一方面，釬頭供應(yīng)量有限，用完了就得停工；另一方面，國(guó)家規(guī)定了造價(jià)，前進(jìn)一米只能花多少錢(qián)，超支了就沒(méi)辦法?？紤]到7月1日前必須完成探明鈾礦儲(chǔ)量的期限，三局心急如焚，只得利用一次去北京開(kāi)會(huì)的機(jī)會(huì)，讓金銀寨鈾礦副礦長(zhǎng)劉寬帶上幾塊金銀寨花崗巖巖心，在會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)用帶來(lái)的花崗巖巖心楞角進(jìn)行劃玻璃的演示，用事實(shí)獲得了增加鋼釬釬頭數(shù)量和增加工程造價(jià)預(yù)算的首肯。

功夫不負(fù)有心人。1957年6月，一份關(guān)于金銀寨鈾礦儲(chǔ)量的報(bào)告送到北京。金銀寨鈾礦床鉆探的結(jié)果表明，中國(guó)的鈾礦儲(chǔ)量滿(mǎn)足了蘇聯(lián)提出的援助條件，鈾礦礦山和水冶廠(chǎng)的設(shè)計(jì)工作終于可以在當(dāng)年下半年正式啟動(dòng)。

采礦工人的奉獻(xiàn)

從1958年4月29日開(kāi)始，采礦隊(duì)伍陸續(xù)抵達(dá)金銀寨礦區(qū)，人數(shù)一度達(dá)到了2500人左右。由于金銀寨是一個(gè)亙古莽荒之地，位置偏遠(yuǎn)，道路不通，因而集中解決大量礦工的住宿和生活問(wèn)題十分困難。礦工們只得住在臨時(shí)搭起的帳篷里，每人分得3塊用作睡覺(jué)的窄木板。進(jìn)入金銀寨礦區(qū)后，礦工們先是經(jīng)歷梅雨季節(jié)，天氣異常潮悶，鋪蓋卷整天都濕漉漉的。到了盛夏，天氣酷熱不說(shuō)，蚊蟲(chóng)還特別多。面對(duì)這樣的氣候，那些來(lái)自北方的礦工有的不太適應(yīng)，加以疾病蔓延，不少人打起了退堂鼓，但大多數(shù)還是堅(jiān)持了下來(lái)。

礦工們的工作環(huán)境也十分惡劣。礦井里地下熱水的流量很大，導(dǎo)致井下氣溫較高，達(dá)48攝氏度，可謂熱氣騰騰，在這樣的環(huán)境中施工，穿衣服那是活受罪，得光著身子。而即使是光著身子，也還得用上面流下來(lái)的水不停地往身上沖，否則人在井下根本呆不住。更難耐的卻是思鄉(xiāng)之苦。住在金銀寨礦區(qū)的蘇聯(lián)專(zhuān)家不僅單獨(dú)住，單獨(dú)吃，而且都帶有家屬，可以定期到長(zhǎng)沙與家屬團(tuán)聚。但礦工們就享受不到這個(gè)待遇了，非但住宿條件差，工作環(huán)境惡劣，還長(zhǎng)期背井離鄉(xiāng)，有時(shí)候一年只能回家一二次。

土法煉鈾

由于地殼中鈾含量約為0.0004%，少數(shù)富礦中鈾含量約為1%～4%，以化合物成礦，因此，為降低運(yùn)輸費(fèi)用，通常在礦山現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鈾礦石進(jìn)行粗煉，制成八氧化三鈾含量60%～80%的中間產(chǎn)品，俗稱(chēng)“黃餅”?！包S餅”已確定的成分包括重鈾酸鈉、重鈾酸氨、硫酸鈾、鈾的氫氧化物以及其它形式的鈾的氧化物?！包S餅”通常是粉碎后的天然鈾礦石經(jīng)多種溶液萃取、沉淀而來(lái)的。

1958年，由于研究單位急需兩噸二氧化鈾做實(shí)驗(yàn)，但正規(guī)的鈾礦和處理鈾礦石的工廠(chǎng)卻尚未建成，在這種情況下，三機(jī)部部長(zhǎng)宋任窮指示地質(zhì)部三局想辦法先制取一定數(shù)量的“黃餅”。據(jù)此，三局決定在廣東翁源下莊搞土法煉鈾。

下莊是中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)的花崗巖型鈾礦床所在地，被蘇聯(lián)專(zhuān)家列別捷夫命名為希望礦化區(qū)。為將宋任窮部長(zhǎng)的指示精神落到實(shí)處，三局副局長(zhǎng)佟城率先趕到下莊，親自組織土法煉鈾工作。不到一個(gè)月時(shí)間，煉鈾設(shè)施就建成了。廠(chǎng)房是用樹(shù)皮、茅草和竹子搭起來(lái)的，廠(chǎng)房?jī)?nèi)并排豎立著幾個(gè)裝有硝酸、硫酸的大木桶。土法煉鈾的基本程序是：首先將碎礦倒入木桶中浸泡，浸溶一段時(shí)間后，讓浸液從第一個(gè)木桶依次流入第二個(gè)木桶、第三個(gè)木桶……最后流進(jìn)置于地下的容器中；這個(gè)過(guò)程完成之后，再將地下容器中的溶液倒回到第一個(gè)木桶中，進(jìn)入下一輪的循環(huán)。如此反復(fù)浸泡沉淀之后，就像磨豆腐一樣，將幾十個(gè)布袋懸空吊在另一個(gè)工棚內(nèi)，用做豆腐的麻布包對(duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾，并將剩下的溶質(zhì)置于鐵窩中慢慢烤干，就得到八氧化三鈾含量20%～50%的“黃餅”。

金銀寨及其它地方煉鈾的程序也與此類(lèi)似。在金銀寨礦區(qū)，礦工們用鐵錘砸碎放在石臼中的礦石，然后用篩子篩出粉末，接著加酸浸出，濾斗過(guò)濾，電爐烤干。十來(lái)個(gè)人要足足干半個(gè)月，才能從幾十噸礦石中煉出很少的200克鈾來(lái)。在云南云滄鈾礦，一個(gè)副專(zhuān)員親自主持鈾礦的開(kāi)采與冶煉。在那里，年輕小伙子們首先用鎬將鈾礦石刨出，然后用碾糧食的碾子將鈾礦石碾碎，再通過(guò)強(qiáng)酸浸泡、豆腐包過(guò)濾、鐵窩煎熬等環(huán)節(jié)，將鈾礦石制成“黃餅”。

鈾礦冶煉“大躍進(jìn)”

1958年，第三機(jī)械工業(yè)部改名為第二機(jī)械工業(yè)部（以下簡(jiǎn)稱(chēng)二機(jī)部）。受大躍進(jìn)的感染，二機(jī)部提出了鈾礦勘探、開(kāi)采、冶煉要全民來(lái)辦的方針，該方針報(bào)經(jīng)中央批準(zhǔn)后開(kāi)始在全國(guó)推行，從而在全國(guó)掀起了大規(guī)模的鈾礦勘探、開(kāi)采、冶煉熱潮。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在金銀寨鈾礦建設(shè)前后，共有兩萬(wàn)余人的地質(zhì)隊(duì)伍在全國(guó)進(jìn)行大面積的普查，許多縣甚至人民公社都組建了地質(zhì)隊(duì)。在短短數(shù)月時(shí)間內(nèi)，湖南、廣東、遼寧等地的農(nóng)民采礦大軍便將開(kāi)采基地近地表面的鈾礦石幾乎掃蕩一空。

有資料表明，當(dāng)時(shí)全國(guó)共有117個(gè)小廠(chǎng)礦進(jìn)行鈾礦開(kāi)采、冶煉作業(yè)，江西、湖南、云南、貴州等二十余個(gè)省區(qū)的農(nóng)民也被動(dòng)員起來(lái)，用土法采礦并冶煉成“黃餅”。當(dāng)然，不可否認(rèn)的是，在此過(guò)程中，國(guó)家在經(jīng)濟(jì)上采取的傾斜政策也發(fā)揮了極大的作用，盡管有些土法煉就的“黃餅”八氧化三鈾含量?jī)H百分之十幾、二十幾，但國(guó)家當(dāng)時(shí)定出的價(jià)錢(qián)卻超過(guò)了黃金，每噸20來(lái)萬(wàn)元。

據(jù)二機(jī)部常務(wù)副部長(zhǎng)劉杰回憶，二機(jī)部最初提出全民勘探、開(kāi)采、冶煉鈾礦方針時(shí)，曾計(jì)劃推行三年左右，但實(shí)際上全民辦鈾礦的熱潮僅持續(xù)了一年多就慢慢降溫了，最后除留下下莊作為一個(gè)典型外，其它小礦絕大部分都被關(guān)閉了。

建設(shè)鈾濃縮廠(chǎng)

據(jù)二機(jī)部副部長(zhǎng)袁成隆回憶，通過(guò)全民辦鈾礦和土法煉鈾，國(guó)家共獲得“黃餅”163噸。這些“黃餅”在蘇聯(lián)后來(lái)毀約停援但我國(guó)鈾礦山及水冶廠(chǎng)一時(shí)又難以建成的情況下，為中國(guó)初期的核燃料生產(chǎn)提供了基本原料，從而為中國(guó)第一顆原子彈炸響贏得了時(shí)間。

粗制成的“黃餅”尚需經(jīng)過(guò)精致、氟化、鈾同位素分離、還原等處理過(guò)程才能作為核武器裝料或供核電站發(fā)電。而在這一過(guò)程中，最困難的是將鈾從鈾同位素混合物中分離出來(lái)。鈾同位素分離需在專(zhuān)門(mén)的鈾濃縮廠(chǎng)進(jìn)行。因此，幾乎與鈾礦勘探在全國(guó)大面積展開(kāi)的同時(shí)，中國(guó)也開(kāi)始了鈾濃縮廠(chǎng)的建設(shè)。

1960年6月，蘭州鈾濃縮廠(chǎng)開(kāi)始進(jìn)入設(shè)備安裝階段。為加快進(jìn)度，更為節(jié)省經(jīng)費(fèi)，蘭州鈾濃縮廠(chǎng)當(dāng)時(shí)安裝的是從蘇聯(lián)一個(gè)工廠(chǎng)淘汰下來(lái)的擴(kuò)散機(jī)。而據(jù)報(bào)道，蘭州鈾濃縮廠(chǎng)現(xiàn)在已不再采用氣體擴(kuò)散法而是采用離心分離法來(lái)生產(chǎn)濃縮鈾，使用的設(shè)備也不是擴(kuò)散機(jī)，而是自行研制生產(chǎn)的離心機(jī)。中核集團(tuán)公司總工程師雷增光表示：“它（離心分離法）的耗電量大概相當(dāng)于擴(kuò)散法的二十五分之一，綜合成本降下來(lái)50%還要多?！?/p>

氣體擴(kuò)散法與離心分離法的原料均為六氟化鈾（由專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)生產(chǎn)），所不同的是，氣體擴(kuò)散法是利用六氟化鈾在65℃就會(huì)氣化的特點(diǎn)，不斷地將六氟化鈾氣體向有大量微孔（直徑約為0.01微米）的薄膜壓送。由于含鈾的氣體分子比含鈾的氣體分子輕，熱運(yùn)動(dòng)速度大，更容易通過(guò)薄膜，故而使鈾得到一定程度的富集；而離心分離法是將六氟化鈾置于高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中，含鈾的六氟化鈾分子比含鈾的六氟化鈾分子輕，受到的離心力小，通常聚集在軸線(xiàn)附近。這樣，從軸線(xiàn)附近引出氣流，亦可使鈾得到一定程度的富集。由于氣化后的六氟化鈾每擴(kuò)散一次僅使鈾的相對(duì)豐度提高百分之零點(diǎn)幾，故而要達(dá)到豐度90%以上的武器級(jí)鈾，往往需經(jīng)過(guò)幾千級(jí)的分離，如美國(guó)橡樹(shù)嶺的濃縮鈾廠(chǎng)就有4384個(gè)擴(kuò)散級(jí)。而采用離心分離法的一個(gè)大型的同位素離心機(jī)分離廠(chǎng)通常需要安裝一二百萬(wàn)臺(tái)離心機(jī)。

在中蘇原子能工業(yè)援助協(xié)議指定的8個(gè)工業(yè)項(xiàng)目中，鈾濃縮廠(chǎng)光是主設(shè)備擴(kuò)散機(jī)就需要好幾千臺(tái)，而每一臺(tái)擴(kuò)散機(jī)都價(jià)值不菲，自然最費(fèi)錢(qián)，其投資規(guī)模差不多與其它7個(gè)項(xiàng)目投資總和相當(dāng)。正在建設(shè)的幾個(gè)核工廠(chǎng)中，蘭州鈾濃縮廠(chǎng)最為關(guān)鍵，蘇聯(lián)專(zhuān)家也最多，有近50人。因此，中蘇關(guān)系破裂對(duì)蘭州鈾濃縮廠(chǎng)建設(shè)帶來(lái)的困難和損失可想而知。其實(shí)，早在中蘇矛盾公開(kāi)化之前，中方就已未雨綢繆，采取了一系列應(yīng)變措施，譬如組織力量進(jìn)行理論研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)等。技術(shù)人員利用蘇聯(lián)專(zhuān)家將撤未撤這段時(shí)間，一對(duì)一、多對(duì)一地開(kāi)展友好活動(dòng)和對(duì)口學(xué)習(xí)，想方設(shè)法地弄清搞透以前不明白的問(wèn)題或以后可能遇到的難題。

1964年1月14日11時(shí)05分，蘭州鈾濃縮廠(chǎng)首次生產(chǎn)出了豐度達(dá)到90%的可用于核武器裝料的鈾！

[編輯/旭日]