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中国掌握核工业核心 或主导世界发展  

2015-03-02 21:07:59|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  国家科学技术奖励大会隆重举行,一批为经济社会发展和现代化建设做出杰出贡献的科技工作者受到表彰,中核集团核工业北京化工冶金研究院等单位的“CO2和O2原地浸出采铀工艺技术研究与工程应用”项目获得国家科技进步二等奖。

  二氧化碳和氧气,人们生活中接触最多的两种气体,变成了中性地浸采铀的利器,这一在国内尚属首创的技术,颠覆了传统的铀矿开采模式,拓展了砂岩型铀资源开采利用范围,盘活了数万吨复杂砂岩型铀资源。

  铀资源是国家战略资源和重要的能源资源,是核军工和核电的重要原料。我国铀资源的基本特点是小、散、贫:矿床规模小,矿体分散,矿石品位低。在 我国已探明的铀资源中,砂岩型铀资源占总量的41.57%,其中低品位、低渗透、高碳酸盐、高矿化度等复杂砂岩型铀资源占其总量70%以上,采用酸法或碱 法地浸均难以开采,成为了“呆矿”。常规矿山,要把矿石从地下挖出来,运到地表,然后采取多种物理和化学手段,从中取出我们想要的有用组分。所以,挖矿破 坏地表生态以外,还要产生大量的废气、废水和废渣。地浸技术是在地表打孔,将化学试剂输送到矿床,化学试剂与矿石发生作用,将铀从矿石中提取出来。这样, 地表植被没有破坏,矿石还呆在原来的地方,废渣、废水量也将大大减少。

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通辽铀业地浸采铀生产现场

  该技术已在新疆伊犁盆地、吐哈盆地,内蒙古松辽盆地得到了大规模工业应用,开创了砂岩型铀矿资源采冶的新模式,预计到2016年,应用这一技术生产的天然铀产品将占我国年生产量的50%。

  30年磨一剑:中性地浸采铀背后的故事

  向常规铀矿采冶方法宣战

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中国铀资源满足核电需求

  铀资源是国家战略资源和重要的能源资源,是核军工和核电的重要原料。常规采冶方法是把铀矿石从地下挖出来,运到地表,然后采取多种物理和化学手段从中提取出有用组分。

  我国铀矿床矿石平均品位大约在0.1%左右,也就是说,从地下挖出1000吨矿石,能够提取的铀最多只有1吨,其余999吨是废石,这种常规的采冶方式不仅要占用大量土地资源,还要产生大约3000吨废水。

  地浸采铀技术是通过注液钻孔将溶浸液注入地下矿层,使其在矿层与矿石发生反应,形成含铀溶液,再通过抽液钻孔用潜水泵将含铀溶液提升至地表,然 后进行水冶处理,加工成铀的初级产品;提取铀之后的尾液又配置成溶浸液再注入地下矿层。这种方法采铀,不会破坏地表植被,不会产生废渣,还大大减少外排废 水量。

  但当时国内并没有地浸技术,国外也只有前苏联和美国等几个国家开展了研究工作,在那个年代,铀与核武器紧密相连,与此相关的技术属于绝密。因此,中国发展地浸采铀技术,必须完全依靠自己,一切都是从零开始的。

1998年,国家计委批准的新疆伊犁地浸采铀工业性试验项目通过验收,标志着我国用硫酸做溶浸液的地浸采铀技术基本成熟,开始走向大规模的工业应用。该技术获得了国家科技进步二等奖,核化冶院的地浸人名声大震。

  但在新疆吐哈盆地的十红滩矿(738矿)床地浸现场试验时,地浸人的信心被一点点浇灭。那是一座地处茫茫戈壁深处、探明铀资源近万吨的砂岩型铀 矿床,当年目标是将其建成新疆第二大铀矿基地。因为当时同属砂岩型铀矿床的737矿已在2000年建成工业规模的地浸采铀矿山;739矿也顺利进入到工业 性试验阶段。

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铀结晶

  “含矿层化学结垢和钻孔堵塞非常严重,超出了我们的想象。”时任项目总设计师姚益轩回忆,小碗口粗的溶液管道只剩下小指头那么细。无论是炎炎夏 日还是瑟瑟寒冬,每隔几天便要靠人力从一百多米深的钻孔内提出重达数十公斤的潜水泵,然后采取各措施对钻孔进行清洗,再将潜水泵放入孔内;频繁洗孔成了日 常工作,但即使如此辛苦,试验结果仍不如人意。

QQ截图20150115153720.jpg

  如何避免在矿层中产生严重化学沉淀,减轻钻孔堵塞,保证浸出液铀浓度和矿石中铀的浸出率满足工艺要求,成了摆在项目组面前的一个巨大难题。国外技术专家团队被邀请来攻关,一晃三年,仍不尽如人意。一时间,如何用较低的成本开采738铀矿床成为了一项世界性难题。

  在738矿,搞酸法肯定不行了,研究人员开始改用碱法浸出。酸法浸出与碱法浸出,主要区别在于溶浸液的不同,酸法主要采用硫酸等酸性溶液,碱法 采用碳酸氢铵等碱性溶液。改用碱法,堵塞问题得到有效缓解,但浸出速度相比酸法缓慢,液铀浓度相对较低,且生产成本过高,铵盐还会造成地下水污染。碱法也 被放弃了。

由于酸碱法的种种局限,研究人员开始尝试使用人们生活中接触最多的两种气体CO2和O2,作为地浸采铀的利器。CO2和O2地浸采铀,原理是在地下水中加入二氧化碳后,形成的碳酸氢根离子与矿层中的铀发生反应,使铀溶解在溶液中,并可有效抑制钙离子沉淀的形成。

  气体在液体中容易逸出,要将气体加入液体,需要解决几个关键问题,首先要让气体溶于液体注入矿层,然后让溶液选择性溶出矿层中的铀,回收时将铀从浸出液中分离。

  当时能借鉴的国外资料非常少,美国是该技术唯一工业化应用的国家,但对关键技术是严加封锁和保密的。

  在国防科工局支持下,核化冶院联合多个单位先后开展了两个核能开发项目和一个国防预研项目研究,取得了CO2和O2原地浸出采铀和浸出液处理工艺等重大技术体系创新和理论突破。

  正是专业上的一丝不苟,精益求精,地浸采铀技术才得以不断完善、进步。从酸法到碱法再到CO2+O2浸出技术一步步完善、优化、提高,无不渗透 着地浸人的求实与创新,正是这样的科研氛围和传承,历练出一代代地浸人,如今他们是我国地浸的骨干和核心,引领我国铀矿冶发展的技术方向,使我国地浸技术 处于国际领先地位。

  

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