馬 亮

(中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100029)

砂巖型鈾礦能否用地浸法技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)采，需要對(duì)影響地浸效果的礦床地質(zhì)-水文地質(zhì)-地浸工藝條件進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后才能得出結(jié)論。由于礦產(chǎn)勘查是按照普查-詳查-勘探三個(gè)階段逐步推進(jìn)的，與其相配套要開(kāi)展地浸概略研究、預(yù)可行性研究和可行性研究，其中，普查階段的概略研究屬于定性評(píng)價(jià)，主要目的是判斷礦石是否具有一定的滲透性和可浸性、判斷礦床是否具備地浸的可能性、評(píng)價(jià)礦床是否屬于地浸砂巖型鈾礦和是否值得進(jìn)一步按照地浸礦床詳查規(guī)范進(jìn)行詳查，并為詳查階段進(jìn)一步的礦層浸出試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。由于普查階段礦床整體勘查程度低，尚沒(méi)有礦層浸出試驗(yàn)(條件試驗(yàn))和地浸采鈾試驗(yàn)(工業(yè)試驗(yàn))的數(shù)據(jù)支撐，對(duì)于一些條件較復(fù)雜的礦床，作出準(zhǔn)確可靠的評(píng)價(jià)難度較大，評(píng)價(jià)有誤往往造成投資失敗、經(jīng)濟(jì)受損等后果。

1 與地浸有關(guān)的礦床條件

對(duì)于地浸砂巖型鈾礦的定義，國(guó)內(nèi)外鈾礦地質(zhì)教材及規(guī)范均無(wú)明確界定。筆者認(rèn)為礦床條件適于地浸法技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)采的砂巖型鈾礦可被統(tǒng)稱為地浸砂巖型鈾礦，這里所謂的礦床條件，包括礦床地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和地浸工藝條件。其中，地質(zhì)-水文地質(zhì)條件是自然條件，地浸工藝條件是地質(zhì)-水文地質(zhì)條件與地浸工藝技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果，可以通過(guò)地浸工藝參數(shù)反映礦床地浸工藝特性。

結(jié)合地浸采鈾技術(shù)的特點(diǎn)，本文以為影響礦床可地浸的因素很多(表1)，均需要在普查階段大致查明。其中，礦層的滲透性和礦石的可浸性分別是地浸開(kāi)采的先決條件和基本條件，只有具備一定滲透性和可浸性的砂巖型鈾礦床，才具有地浸的可能性和先決條件，才可稱之為地浸砂巖型鈾礦。進(jìn)而，只有可行性研究證明采用地浸法能夠技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)采的地浸砂巖型鈾礦，才可稱之為地浸鈾礦。

表1 地浸砂巖型鈾礦的礦床條件Table 1 Deposit conditions of in-situ leachable sandstone type uranium deposit

2 評(píng)價(jià)步驟、程序和方法

2.1 資料數(shù)據(jù)的收集整理

普查階段礦床條件評(píng)價(jià)所需要的資料包括：①礦床普查報(bào)告及備案證明文件；②專門水文地質(zhì)鉆孔的設(shè)計(jì)、施工、編錄、取樣和抽水試驗(yàn)報(bào)告；③采自礦床各部位的礦石和圍巖樣品滲透系數(shù)和有效孔隙度的測(cè)試報(bào)告；④有代表性礦石的浸出試驗(yàn)報(bào)告；⑤浸出劑配制和使用方法研究報(bào)告(礦石室內(nèi)浸出試驗(yàn)報(bào)告)。

2.2 資料審查

根據(jù)所收集的資料，對(duì)影響礦床滲透性和可浸性的主要地質(zhì)-水文地質(zhì)條件和參數(shù)進(jìn)行逐一識(shí)別，并對(duì)資料數(shù)據(jù)的全面性、可靠性和代表性進(jìn)行審查。審查與地浸有關(guān)的地質(zhì)-水文地質(zhì)條件是否都進(jìn)行了勘查(包括測(cè)試)、有無(wú)遺漏；審查各有關(guān)條件是否勘查清楚，能否達(dá)到滿足評(píng)價(jià)的要求；審查所獲取的資料數(shù)據(jù)是否真實(shí)可靠、是否具有代表性。

2.3 評(píng)價(jià)方法和結(jié)論

在確定資料數(shù)據(jù)的全面性、可靠性和代表性的基礎(chǔ)上，將表征滲透性和可浸性的主要指標(biāo)與現(xiàn)行典型地浸礦山的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，逐一判斷是否有利于地浸開(kāi)采，定性評(píng)價(jià)礦床是否具有地浸的先決條件(滲透性)和基本條件(可浸性)，即是否具備地浸開(kāi)采的可能性，并作出是否繼續(xù)按地浸開(kāi)采類型開(kāi)展詳查和礦層浸出試驗(yàn)的結(jié)論或建議(表2)。

表2 普查階段地浸概略評(píng)價(jià)Table 2 General evaluation of in-situ leaching in general survey stage

3 滲透性評(píng)價(jià)

3.1 滲透性概念和表征

滲透性是影響砂巖型鈾礦是否可以地浸開(kāi)采的最重要影響因素，其大小由礦床賦存的地質(zhì)-水文地質(zhì)條件決定，取決于礦石的膠結(jié)性質(zhì)、泥質(zhì)含量和有效孔隙度，主要表征指標(biāo)是滲透系數(shù)或滲透率，兩者可以相互換算。普查階段砂巖型鈾礦的滲透性評(píng)價(jià)工作可分為礦石的滲透性評(píng)價(jià)和礦層滲透性初步評(píng)價(jià)，前者主要通過(guò)巖芯樣在室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試確定，后者一般通過(guò)專門水文孔抽水試驗(yàn)確定。

針對(duì)可地浸開(kāi)采評(píng)價(jià)而言，滲透性評(píng)價(jià)不僅包括確定礦石或礦層滲透系數(shù)或滲透率的大小，而且要確定滲透性的空間分布和各項(xiàng)異性，對(duì)礦石和圍巖均要進(jìn)行系統(tǒng)取樣和滲透性測(cè)試，做出定量評(píng)價(jià)。滲透性不僅決定著礦床是否可地浸開(kāi)采，也決定著礦床可地浸開(kāi)采資源量大小。參照哈薩克斯坦的地浸砂巖型鈾礦資源量?jī)?chǔ)量計(jì)算方法，滲透系數(shù)是資源量計(jì)算邊界指標(biāo)之一，礦床的資源量可劃分為滲透礦體和低滲透礦體,并分別進(jìn)行計(jì)算(圖1)。

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圖1 哈薩克斯坦門庫(kù)杜克礦床地質(zhì)-水文地質(zhì)剖面Fig.1 Geological hydrogeological profile of Menkuduk deposit in Kazakhstan(資料來(lái)源：文獻(xiàn)[3])

3.2 滲透性評(píng)價(jià)方法

目前國(guó)內(nèi)外鈾礦行業(yè)在普查階段普遍依靠巖芯水文地質(zhì)編錄、專門水文孔抽水試驗(yàn)以及樣品室內(nèi)滲透率測(cè)試等手段評(píng)價(jià)礦床的滲透性，其中，以巖芯水文地質(zhì)編錄定性評(píng)價(jià)為主，抽水試驗(yàn)和樣品滲透率測(cè)試的工作量有限，數(shù)據(jù)代表性不足。 但是在哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等全球主要砂巖型鈾礦生產(chǎn)國(guó)，還普遍發(fā)展了物探測(cè)井手段解譯滲透性，對(duì)所有地質(zhì)勘查鉆孔的滲透性都進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，很大程度上彌補(bǔ)了專門水文孔抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)的局限性。

1) 巖芯水文地質(zhì)綜合編錄。大比例尺地質(zhì)-物探-水文綜合編錄是鈾礦普查階段最重要的基礎(chǔ)性工作，對(duì)評(píng)價(jià)礦床的可浸性至關(guān)重要[4]。編制含礦含水層地質(zhì)-水文地質(zhì)-物探綜合柱狀圖(含礦含水層比例尺為1∶50、礦層為1∶25或1∶30)，需著重觀察和描述巖芯的疏松性、膠結(jié)物和膠結(jié)程度，應(yīng)著重注意礦床剖面上富礦與貧礦、可滲透礦與低滲透礦的比例和分布特征，即明確礦床是否具有“千層餅”式的特點(diǎn)。例如，我國(guó)某礦床露天采場(chǎng)3CK10北西側(cè)第Ⅸ礦層的礦化厚度為5.15 m，平均品位在0.05%以上，單從礦化厚度和平均品位的數(shù)據(jù)判斷，屬于厚度大、品位高的礦段。但是，通過(guò)1∶30大比例尺地質(zhì)-水文地質(zhì)綜合編錄(圖2)，發(fā)現(xiàn)了一些小比例尺編錄無(wú)法發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，得到了與宏觀判斷不一致的結(jié)論：該礦段在滲透性和品位分布上，屬于“千層餅”式礦體，礦層總厚度為5.15 m，根據(jù)滲透性可劃分為17層“透”與“不透”互層，可滲透礦體有5層，厚度分別為0.20 m、0.26 m、0.18 m、0.56 m、0.79 m，合計(jì)僅1.99 m；弱滲透或不滲透的泥質(zhì)礦體有8層，厚度分別為0.26 m、0.21 m、0.22 m、0.16 m、0.16 m、0.25 m、0.44 m、0.10 m，合計(jì)1.80 m；此外，還有表外夾層四層，合計(jì)1.36 m，可滲透的有效礦化厚度僅為1.99 m，占礦化總厚度的39%。據(jù)此推斷，該礦體的鈾浸出率和資源回收率不超過(guò)40%，屬于滲透性和可浸性均比較差的砂巖型鈾資源。

圖2 國(guó)內(nèi)某礦床第X礦層地質(zhì)-水文地質(zhì)綜合編錄圖Fig.2 Comprehensive geological hydrogeological catalog map of ore bed X of a certain deposit in China

2) 原狀樣室內(nèi)滲透率測(cè)試。地浸砂巖型鈾礦的取樣工作依據(jù)原國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)發(fā)布的《地浸砂巖型鈾礦取樣規(guī)范》(EJ/T 1158—2002)進(jìn)行。樣品室內(nèi)滲透性測(cè)試原理依據(jù)達(dá)西試驗(yàn)，操作中最重要的是應(yīng)注意審查試驗(yàn)樣品是否為結(jié)構(gòu)未受破壞的原狀樣、樣品是否按規(guī)定采集和保存、樣品質(zhì)量是否符合試驗(yàn)要求，特別要檢查測(cè)試設(shè)備是否可靠、原狀樣與玻璃柱之間的密封是否達(dá)到要求(圖3)。

圖3 原狀樣滲透性和室內(nèi)浸出試驗(yàn)裝置圖Fig.3 Device diagram of undisturbed sample permeability and indoor leaching test(資料來(lái)源：文獻(xiàn)[2])

該裝置在騰沖381礦、臨滄205礦、新疆509礦和巴基斯坦伊薩海爾礦等樣品滲透性和可浸性試驗(yàn)中使用效果良好，目前已依據(jù)該模型改進(jìn)出更為先進(jìn)的裝置。但操作中仍有兩點(diǎn)需要特別注意：一是樣品的代表性和數(shù)量達(dá)標(biāo)，應(yīng)系統(tǒng)采取礦石和圍巖樣品各3～5組進(jìn)行測(cè)試；二是要關(guān)注樣品的產(chǎn)狀和尺寸，樣品要平行于礦層產(chǎn)出，尺寸不能太小，建議直徑應(yīng)大于10 cm。

3) 專門水文地質(zhì)孔抽注水試驗(yàn)。礦層抽注水試驗(yàn)的理論和方法均很成熟，本文不再贅述[5]。但操作過(guò)程中應(yīng)注意審查試驗(yàn)地段是否具有代表性、水文地質(zhì)孔鉆孔結(jié)構(gòu)是否科學(xué)、封孔質(zhì)量是否可靠、洗孔質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)、試驗(yàn)過(guò)程是否完整、數(shù)據(jù)處理方法是否合理等；是否編制了專門的礦層滲透性評(píng)價(jià)工作報(bào)告、是否提交了完整的專門水文地質(zhì)孔抽注水試驗(yàn)綜合成果圖等資料。

4) 礦層滲透性物探解譯。采用物探測(cè)井技術(shù)解譯劃分巖性在石油勘探領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，在砂巖型鈾礦勘查領(lǐng)域，哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦開(kāi)發(fā)出了利用電阻率測(cè)井和自然電位測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)一步解譯礦層粒度成分和滲透系數(shù)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)物探手段定量評(píng)價(jià)礦層滲透性，在普查階段通過(guò)對(duì)所有勘查鉆孔進(jìn)行滲透性解譯并編制礦床滲透性分布平面圖和剖面圖，為砂巖型鈾礦勘查和地浸井場(chǎng)工藝塊段和工藝鉆孔設(shè)計(jì)提供了滲透性依據(jù)(圖4)。

圖4 哈薩克斯坦某鈾礦床巖性-滲透性剖面圖Fig.4 Lithology and permeability profile of a uranium deposit in Kazakhstan(資料來(lái)源：文獻(xiàn)[2])

3.3 滲透性邊界指標(biāo)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)可地浸滲透性邊界條件尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[6-7]，根據(jù)國(guó)內(nèi)《地浸砂巖型鈾礦水文地質(zhì)勘查規(guī)范》(EJ/T 1194—2005)，含礦含水層滲透系數(shù)小于0.1 m/d的礦床可稱為滲透性弱的礦床，但是在資源量計(jì)算時(shí)，并沒(méi)有考慮滲透性邊界指標(biāo)。 目前國(guó)內(nèi)地浸礦山中滲透性最低的是錢家店鈾礦，平均滲透系數(shù)為0.17 m/d。但在國(guó)外，很多國(guó)家都將滲透性作為邊界指標(biāo)納入地浸砂巖型鈾礦的資源量計(jì)算和儲(chǔ)量計(jì)算。如捷克將礦石的滲透性作為圈定地質(zhì)儲(chǔ)量的工業(yè)指標(biāo)，一般礦石滲透系數(shù)大于1 m/d的礦塊，其儲(chǔ)量以100%計(jì)算；礦石滲透系數(shù)在0.1～1.0 m/d之間時(shí)，礦塊儲(chǔ)量以50%計(jì)算；礦石滲透系數(shù)小于0.1 m/d時(shí)，劃為不可地浸資源。哈薩克斯坦鈾資源稟賦較好，但對(duì)納入資源量計(jì)算和儲(chǔ)量計(jì)算的滲透性邊界指標(biāo)更為苛刻。針對(duì)地質(zhì)條件較差的古河道砂巖型鈾礦，如謝米茲拜伊鈾礦要求含礦含水層最小滲透系數(shù)為0.5 m/d，礦石中粉砂質(zhì)、泥質(zhì)顆粒粒徑小于0.05 mm的最大含量為20%；對(duì)于地質(zhì)條件相對(duì)較好的層間氧化帶型鈾礦，例如門庫(kù)杜克礦床，要求含礦含水層最小滲透系數(shù)為1.0 m/d，礦石中粉砂質(zhì)-泥質(zhì)顆粒粒徑小于0.05 mm的最大含量為20%，若這兩項(xiàng)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，則劃分為低滲透礦體，資源量單獨(dú)圈定(圖1)。將滲透系數(shù)作為資源量圈定指標(biāo)，可以大大提高地浸鈾礦儲(chǔ)量的可靠性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)可行性研究和礦山設(shè)計(jì)提供更為可靠的資源基礎(chǔ)，比如哈薩克斯坦普遍規(guī)定礦床的資源回收率不低于90%，而我國(guó)的砂巖型鈾礦設(shè)計(jì)回收率則為75%。

4 可浸性評(píng)價(jià)

4.1 礦石浸出工藝參數(shù)

普查階段通過(guò)礦石室內(nèi)浸出工藝試驗(yàn)確定的浸出工藝參數(shù)是評(píng)價(jià)礦石可浸性的關(guān)鍵指標(biāo)。礦石浸出工藝參數(shù)是通過(guò)礦石結(jié)構(gòu)未受破壞的、具有一定尺寸的圓柱狀或塊狀樣品浸出試驗(yàn)獲得，或通過(guò)散狀樣柱浸試驗(yàn)獲得，是礦樣滲透性和礦石物質(zhì)成分、化學(xué)成分、粒度成分等條件與浸出工藝技術(shù)相結(jié)合且反映原始埋藏條件下的礦石是否適于地浸的一套重要工藝參數(shù)。

首先，應(yīng)評(píng)價(jià)礦樣浸出工藝參數(shù)是否具有可靠性和代表性，注意審查幾個(gè)問(wèn)題：①礦樣是否是礦石結(jié)構(gòu)未受破壞的原狀樣品；②礦樣成分、結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度和固化程度等指標(biāo)是否有代表性；③試樣尺寸、完好性和試驗(yàn)裝置是否適合試驗(yàn)要求；④浸出劑配方和使用方法是否合理；⑤試驗(yàn)工藝流程是否穩(wěn)定、連續(xù)和完整；⑥浸出工藝曲線是否連續(xù)、完整并能反映礦石性能的正確規(guī)律性。

其次，礦石浸出試驗(yàn)必須提供以下指標(biāo)的完整數(shù)據(jù)：①礦石和圍巖樣品有效孔隙度和滲透系數(shù)；②平均鈾含量、浸出率、液固比、鈾單位酸耗、礦巖單位酸耗、浸出時(shí)間、清洗礦石需要的水量等浸出工藝參數(shù)和隨時(shí)間的變化曲線；③完整的室內(nèi)礦樣浸出試驗(yàn)報(bào)告在描述試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)結(jié)果外，還應(yīng)詳細(xì)描述試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，這一點(diǎn)常常被忽略，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)結(jié)合浸出工藝參數(shù)給出結(jié)論，并推薦浸出劑配方和使用方法。

4.2 可浸性邊界指標(biāo)

礦石浸出工藝參數(shù)中的核心指標(biāo)是浸出率、浸出液鈾含量和浸出劑消耗，很大程度上決定著地浸開(kāi)采的技術(shù)可行性、浸出時(shí)間和清洗礦石需要的水量，這也對(duì)經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響。其中，浸出率影響著礦床的資源回收率，一般情況下，從保護(hù)資源的角度出發(fā)，如浸出率低于60%，則可判定為不可地浸資源。

5 可地浸評(píng)價(jià)指標(biāo)

綜上所述，結(jié)合國(guó)內(nèi)外礦床條件滲透性和可浸性評(píng)價(jià)實(shí)踐，推薦表3指標(biāo)為普查階段地浸概略評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)。

表3 普查階段可地浸評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 3 In-situ leachability evaluation index in general survey stage

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，地浸采鈾方法的適用條件十分苛刻，砂巖型鈾礦并不都是可以用地浸法開(kāi)采，更不是都可以用地浸法技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)采。砂巖型鈾礦能否用地浸法技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理開(kāi)采，需要對(duì)影響地浸效果的礦床地質(zhì)-水文地質(zhì)-地浸工藝條件進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)之后才能作出結(jié)論；評(píng)價(jià)結(jié)論是否正確完全依賴于與地浸效果有關(guān)的礦床地質(zhì)-水文地質(zhì)-地浸工藝條件是否全部勘查清楚、礦石浸出試驗(yàn)是否保質(zhì)保量到位、表征礦床條件的資料數(shù)據(jù)是否全面、可靠、有代表性。

致謝本文撰寫過(guò)程中得到了王西文研究員的悉心指導(dǎo)，特此致謝。