一望無際的玉米地，已經抽穗的玉米稈像一個個挺立著身軀的戰士，守護著內蒙古通遼寶龍山地浸采鈾科研創新基地。《中國能源報》記者了解到，不同于以前從地下開采礦物再運至地面冶煉的工藝，在這里，僅有成人手腕粗細的抽液管從地面插入地下，只在地面小露半截弧度。放眼整座鈾礦山，看不到任何采挖痕跡，不影響玉米地每年的正常種植。
天然鈾被稱為“核電糧倉”。記者日前走訪中核礦業科技集團有限公司（以下簡稱“中核礦業科技”）時了解到，我國的鈾礦資源具有品位偏低、規模偏小、條件復雜的特點。多年來，中核礦業科技集團有限公司不斷創新，通過技術攻關引領我國鈾礦冶技術跨越發展，推動天然鈾產業轉型升級。
摸石過河
地下數百米深處，礦燈閃爍著幽藍色微光，耳邊不時傳來轟隆的機車聲，厚厚的口罩也擋不住土腥味……把礦石從地下挖出來，運到地表，再利用多種物理和化學手段從中提取鈾。在過去，這樣的常規方法保障了我國核工業發展。但同時，這樣的采鈾方法開采成本高、安全本質度低，還會產生一定的廢氣、廢水和廢渣。我國原地浸出采鈾創新團隊開始思考：能否不挖礦，就在地表打孔，從小孔中加入含有化學試劑的水溶液，溶解礦石中的鈾后再從另一個孔提上來？“這么一來，通過注水和抽水，寶貴的戰略鈾資源就拿到了，而且地表植被沒有遭到破壞，礦石還待在原來的地方，既安全又環保，可謂一舉多得。”中國鈾業股份有限公司總工程師蘇學斌說。
說干就干，一支地浸采鈾技術攻關團隊組建起來，開啟了我國原地浸出采鈾（即“地浸采鈾”）歷程。
地層深處的鈾礦物看不見，摸不著，如何準確判斷鉆孔位置，使溶浸液與礦石有效接觸？要從數千噸礦石里把一噸鈾提取出來，如何選擇和配置溶浸液以高效溶解鈾？含鈾溶液要沿著指定的路線走，應收盡收。流失一克鈾，不光影響資源回收率，還可能對地下水造成污染，溶浸范圍如何有效控制？一道道難題擺在了當時以蘇學斌為代表的地浸采鈾創新團隊面前。“當時的我們摸著石頭過河，地浸鉆孔結構和施工工藝，全都要從零開始。”蘇學斌說。
由于我國砂巖鈾礦品位低、疏松富水，相關技術被國外長期封鎖，我國的采鈾產業研發起步較低，不具備相關的硬件裝備，由于相關領域的標準、經驗空白，一開始只能通過非標研制。“由于沒有研制標準，相關設備無法從市場買到，需要科研人員從研制開始，自主研制，自主建造，自主實驗和使用。通過一步步摸索經驗，才生產出這些重大裝備。因此，與國外相比，我國的技術非常獨特，是目前國際上種類最齊全、能夠面對最復雜情況的砂巖資源開發的工藝。”中核礦業科技集團有限公司總工程師闕為民向《中國能源報》記者講述。
最終，經過整個團隊夜以繼日潛心鉆研，一遍一遍篩選溶浸液，一次次通過模擬地下水的運動和流向進行精確計算，成功研發出了地浸采鈾技術。
創新三十載
據闕為民介紹，我國的鈾礦雖然資源豐富，但稟賦較差。“國外較為常見的一座礦可能就有20萬噸以上的體量，而我國的鈾礦資源不僅總體品位較低，且體量較小。”與此同時，礦床開發條件也不盡相同，我國探明鈾資源量中約52%為砂巖鈾礦，70%以上的砂巖鈾資源礦體多層疊置、低滲透弱承壓，資源利用率一直較低。“國外如哈薩克斯坦的砂巖鈾礦不僅規模大，滲透性又好。”闕為民進一步介紹。
在此條件下，如何把不可采的鈾礦轉變為可采鈾礦，如何盡可能提高已有礦的利用率并充分回收鈾資源，成為長期以來我國采鈾面臨的緊迫難題。《中國能源報》記者了解到，30多年來，以蘇學斌為代表的地浸創新團隊不斷創新，從滇越古道到天山大漠，從松遼草原到二連戈壁，引領著我國鈾礦冶技術的跨越發展。
云南381地浸試驗隊在我國地浸采鈾技術創始人王西文教授指導下，闕為民、蘇學斌等人研究發現，砂巖鈾礦氧化后易被酸或堿性溶液浸出，提出通過鉆井注入浸出劑實現原位開采的技術路線，建立了含鈾溶液化學-運移和吸附-沉淀理論模型。后來蘇學斌又以新疆512鈾礦為對象，開展試驗，建立了超前酸化、高效抽注和富集方法；針對十紅灘高碳酸鹽、高礦化度鈾礦堵塞難題，提出低酸氧和弱酸微試劑浸出方法，使鈾資源采收率達80%以上，達到國際先進水平。
但酸法地浸溶蝕礦物多，試劑消耗大。“鈾的溶解浸出條件pH值要么小于2，要么大于9，也就是說非酸即堿。”蘇學斌說。有一次，他偶然發現一塊暴露在空氣中數月的礦芯，在沒加酸沒加堿，只和空氣接觸的條件下，經水浸泡后竟然有20%-30%的浸出率。
于是，蘇學斌帶領團隊在內蒙古錢家店鈾礦主持開展了CO2+O2地浸系統研究，基于仿真科學裝置構建了成礦逆過程浸出環境，提出水力切割微納米溶氧、CO2浸出和帶壓離子交換、常溫酸化加堿結晶沉淀等技術路線，建立了CO2和O2浸出劑科學配制和碳酸體系提鈾方法。“CO2溫室氣體得到資源化利用，試劑消耗降低75%，地下水得到良好保護。與常規硬巖采礦比，地浸采鈾省去礦石采選工序，本質安全度大幅提升，邊界品位由0.03%降為0.01%，生產成本降低約50%，將以前認為不能開采的砂巖鈾礦變成經濟鈾資源，鈾資源量較過去提高1倍以上，推動了我國鈾礦開發由硬巖向砂巖的重大轉變。”蘇學斌說，至此，我國成為全面掌握酸法和中性地浸采鈾技術的少數國家。
技術突破是核心
蘇學斌分析，一臺運行60年全生命周期的一百萬千瓦級核電機組所需鈾資源為一萬噸，最新的全國鈾礦資源潛力評價預測，我國鈾資源潛力超過280萬噸。按照我國2040年核電裝機預計將達到2億千瓦來測算，需要約200萬噸天然鈾。“從資源總量來看，我國的鈾資源需求基本是有保障的。但如何將資源量變為產量，仍需取得技術、裝備和材料突破，提高鈾資源利用率。”
有中核礦業科技研發課題技術人員指出，我國礦石性質復雜，資源伴生情況嚴重。“伊犁盆地、鄂爾多斯盆地鈾礦都是與煤礦伴生，這導致礦產資源協同開發難度大，勘探權問題待明晰。比如在開采煤、石油等資源過程中發現了鈾，如何協同開發？有時候礦產的采礦權在他方，聯合開采受阻，是否有可參考的法規、制度以確定礦產資源開采的優先權？”
闕為民指出，隨著天然鈾資源需求和開發難度逐年加大，在開發陸地鈾資源的同時，探尋和開拓非常規鈾資源將是一項重要的戰略性選擇。“比如海水提鈾。海水中鈾的濃度雖然較低但體量巨大，預估有45億噸的鈾資源量。目前海水提鈾的關鍵核心技術亟待突破，中核礦業科技也一直在做前沿研發，并聯合多家單位形成創新聯盟，期望2050年能夠突破制約海水提鈾工業化的關鍵技術瓶頸，實現海水提鈾的連續生產。”(記者 楊曉冉)
轉自：中國能源報
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