趙賀永

（文山學院化學與工程學院，云南文山 663000）

某鈾礦原地浸出的GMS模擬研究

趙賀永

（文山學院化學與工程學院，云南文山 663000）

GMS（Groundwater Modeling System）對某鈾礦的原地浸出采鈾中流動反應進行模擬，是一個動態(tài)的反應輸運過程的模擬.在模擬中，把整個溶浸采鈾過程分為酸化期、生產(chǎn)期和溶浸末期三個階段.模擬采用某礦山的地質(zhì)參數(shù)及生產(chǎn)中的抽注情況，模擬結(jié)果在一定程度上反應了溶浸采礦過程中的地下水活動，對原地浸出采鈾的生產(chǎn)甚至整個地下溶浸采礦有著重要的指導意義.

原地浸出采鈾；流動-反應耦合；動力學模型

隨著核電的步伐加快，我國對鈾礦資源的需求也在不斷的增加，必須加快鈾礦的勘探、開采才能滿足日益增長的鈾礦的需求.原地浸出采鈾是鈾礦開采的重要方式之一，溶浸采鈾過程中的流動-反應模擬研究對其開采有著重要的作用.

1 數(shù)值模型建立

在原地浸出采鈾時，流體在含礦層含水層中的運移屬承壓三維非穩(wěn)定流，但由于地浸采鈾時含礦含水層頂隔板的傾角不大，可以把它近似作為二維流動問題考慮.建立如下模型和邊界條件［1-9］：

溶質(zhì)運移方程：

邊界條件：C（x，y，0）x，y?B=C0；C（x，y，0）x，y∈B=C1；C（∞，∞，t）=C0

2 某鈾礦原地浸出采鈾過程的模擬

2.1 礦床地質(zhì)和水文特性

含礦圍巖化學成份及水文地質(zhì)溶數(shù)見表1和表2.

表1 含礦圍巖化學成份

表2 水文地質(zhì)參數(shù)一覽表

2.2 初始濃度

初始濃度的選擇擬采用該礦山開采前地下水水質(zhì)的本地值（見表3）和礦石的化學成份來確定，見表4.

表3 地下水水質(zhì)本底值及標準偏差、Ⅲ類地下水質(zhì)標準

表4 礦石化學成份

2.3 其他參數(shù)的選擇

等水頭水位可以由平均水力梯度與附近鉆孔的水位來推算，上游等水頭水位為1 022 m，下游等水頭水位為1 020 m.

模擬區(qū)的滲透系數(shù)，有效孔隙度，含水層厚度等水文地質(zhì)參數(shù)參見表5所示.

表5 水文地質(zhì)參數(shù)一覽表

圖1 井場分布

注入井的單孔抽注量為60 m3/d，抽出井單孔抽注量為-80 m3/d，抽注井分布圖如圖1所示［10］.

浸出過程劃分為三個階段：酸化階段：礦石表面與溶浸液直接相互作用；生產(chǎn)階段：金屬鈾浸出階段；溶浸末期階段：以擴散浸出為主.

2.4 酸化階段的模擬

在酸化期模擬中注入液為45 g/L的H2SO4，酸化期為40天，根據(jù)該階段的遷移過程中物質(zhì)的反應，建立一個反應模塊程序，結(jié)果如圖2所示.

從圖2可以看出，注入45 g/L的H2SO4溶浸液浸出40天后，硫酸逐漸擴散到抽出井，水中的U濃度也在逐漸增加到15 mg/L，礦石中的U已經(jīng)有部分與硫酸發(fā)生反應，生成可溶性U，隨抽出井一起抽出.

2.5 生產(chǎn)階段的模擬

在生產(chǎn)階段注入濃度為30 g/L的H2SO4的溶浸液，同時加入0.4 g/L的Fe3+和0.4 g/L的H2O2，浸出期為5年，圖3浸出時間5年.

圖2 浸出40天水中的U濃度（g/L）的分布

圖3 浸出5年水中的U濃度（g/L）的分布

圖4 末期浸出1年水中U濃度的分布

從圖3可以看出，隨著生產(chǎn)階段時間的增加，巖石中鈾的含量慢慢浸出，經(jīng)過5年的浸出，巖石中鈾的含量大大降低，大部分被浸出，溶浸液中鈾的濃度也在呈下降趨勢，再進行浸出開采已經(jīng)沒有太大的價值.

2.6 浸出末期階段的模擬

在末期階段，以擴散浸出為主，不加入溶浸劑和氧化劑，利用抽注系統(tǒng)來繼續(xù)完成生產(chǎn)，末期階段的時間定為1年.圖4表示浸出末期生產(chǎn)一年后地下水中的U濃度.

從圖4看出，未加試劑，生產(chǎn)一年后，鈾礦依然在慢慢的被浸出，浸出液中的U濃度下降很明顯，采場區(qū)域U濃度降低到10 mg/L.

3 結(jié)論

以某鈾礦為例，運用GMS軟件對原地浸出采鈾過程的流動反應耦合動力學進行模擬研究.結(jié)果表明GMS對于描述溶浸采鈾過程中的多組分溶質(zhì)的流動-反應過程是有效的，模擬結(jié)果可以對采鈾生產(chǎn)提供技術(shù)支撐.模擬分為酸化、生產(chǎn)和溶浸末期三個階段.

（1）酸化階段的模擬，注入45 g/L的H2SO4溶液浸出40天后，硫酸逐漸擴散到抽出井，水中的U濃度也在逐漸增加到15 mg/L，礦石中的U已經(jīng)有部分與硫酸發(fā)生反應，生成可溶性U，隨抽出井一起抽出.

（2）生產(chǎn)階段的模擬，注入濃度為30 g/L的H2SO4的溶浸液，同時加入0.4 g/L的Fe3+和0.4 g/L的H2O2，浸出期為5年，隨著生產(chǎn)階段時間的增加，巖石中鈾的含量慢慢浸出，經(jīng)過5年的浸出，巖石中鈾的含量大大降低，大部分被浸出，溶浸液中鈾的濃度也在呈下降趨勢，再進行浸出開采已經(jīng)沒有太大的價值.

（3）溶浸末期階段的模擬中，未加試劑.生產(chǎn)一年后，鈾礦依然在慢慢的被浸出，浸出液中的U濃度下降很明顯，U濃度降低到10 mg/L.

［1］ 祝曉彬.地下水模擬系統(tǒng)（GMS）軟件［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2003，26（5）：53-55.

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［9］ 馬騰，王焰新.U（Ⅳ）在淺層地下水系統(tǒng)中遷移的反應-輸運耦合模擬——以我國南方核工業(yè)某尾礦庫為例［J］.地球科學，2000，25（5）：456-461.

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［責任編輯仲 圓］

A GMS Simulation of Uranium Situ Leaching

ZHAO He-yong

（School of Chemistry and Engineering，Wenshan Institute，Wenshan 663000，China）

GMS（Groundwater Modeling System）provides a dynamic simulation of the transport process.It has been used for simulating flowing in a uranium situ leaching.In the simulation，the whole process of uranium leaching is divided into three stages：acidification，production and the final.The geological parameters and production pumping note of a uranium are applied for simulation，the result of which shows the groundwater mining activities in the leaching process.The research is of significant referential value for situ leaching of uranium production and underground leaching.

situ uranium leaching；flow-reaction coupling；dynamic model

TL212

A

1008-5564（2015）02-0088-04

2015-01-10

云南省教育廳科學研究基金項目（2013Y587）；文山學院校級基金項目（13WSY05；14WSY11）

趙賀永（1978—），男，河南開封人，文山學院化學與工程學院講師，工學碩士，主要從事溶浸采礦研究.