​从“开山挖矿”到“钻孔取铀”

一望无际的玉米地，已经抽穗的玉米秆像一个个挺立着身躯的战士，守护着内蒙古通辽宝龙山地浸采铀科研创新基地。《中国能源报》记者了解到，不同于以前从地下开采矿物再运至地面冶炼的工艺，在这里，仅有成人手腕粗细的抽液管从地面插入地下，只在地面小露半截弧度。放眼整座铀矿山，看不到任何采挖痕迹，不影响玉米地每年的正常种植。

天然铀被称为“核电粮仓”。《中国能源报》记者日前走访中核矿业科技集团有限公司（以下简称“中核矿业科技”）时了解到，我国的铀矿资源具有品位偏低、规模偏小、条件复杂的特点。多年来，中核矿业科技集团有限公司不断创新，通过技术攻关引领我国铀矿冶技术跨越发展，推动天然铀产业转型升级。

摸石过河

地下数百米深处，矿灯闪烁着幽蓝色微光，耳边不时传来轰隆的机车声，厚厚的口罩也挡不住土腥味……把矿石从地下挖出来，运到地表，再利用多种物理和化学手段从中提取铀。在过去，这样的常规方法保障了我国核工业发展。但同时，这样的采铀方法开采成本高、安全本质度低，还会产生一定的废气、废水和废渣。我国原地浸出采铀创新团队开始思考：能否不挖矿，就在地表打孔，从小孔中加入含有化学试剂的水溶液，溶解矿石中的铀后再从另一个孔提上来？“这么一来，通过注水和抽水，宝贵的战略铀资源就拿到了，而且地表植被没有遭到破坏，矿石还待在原来的地方，既安全又环保，可谓一举多得。”中国铀业股份有限公司总工程师苏学斌说。

说干就干，一支地浸采铀技术攻关团队组建起来，开启了我国原地浸出采铀（即“地浸采铀”）历程。

地层深处的铀矿物看不见，摸不着，如何准确判断钻孔位置，使溶浸液与矿石有效接触？要从数千吨矿石里把一吨铀提取出来，如何选择和配置溶浸液以高效溶解铀？含铀溶液要沿着指定的路线走，应收尽收。流失一克铀，不光影响资源回收率，还可能对地下水造成污染，溶浸范围如何有效控制？一道道难题摆在了当时以苏学斌为代表的地浸采铀创新团队面前。“当时的我们摸着石头过河，地浸钻孔结构和施工工艺，全都要从零开始。”苏学斌说。

由于我国砂岩铀矿品位低、疏松富水，相关技术被国外长期封锁，我国的采铀产业研发起步较低，不具备相关的硬件装备，由于相关领域的标准、经验空白，一开始只能通过非标研制。“由于没有研制标准，相关设备无法从市场买到，需要科研人员从研制开始，自主研制，自主建造，自主实验和使用。通过一步步摸索经验，才生产出这些重大装备。因此，与国外相比，我国的技术非常独特，是目前国际上种类最齐全、能够面对最复杂情况的砂岩资源开发的工艺。”中核矿业科技集团有限公司总工程师阙为民向《中国能源报》记者讲述。

最终，经过整个团队夜以继日潜心钻研，一遍一遍筛选溶浸液，一次次通过模拟地下水的运动和流向进行精确计算，成功研发出了地浸采铀技术。

创新三十载

据阙为民介绍，我国的铀矿虽然资源丰富，但禀赋较差。“国外较为常见的一座矿可能就有20万吨以上的体量，而我国的铀矿资源不仅总体品位较低，且体量较小。”与此同时，矿床开发条件也不尽相同，我国探明铀资源量中约52%为砂岩铀矿，70%以上的砂岩铀资源矿体多层叠置、低渗透弱承压，资源利用率一直较低。“国外如哈萨克斯坦的砂岩铀矿不仅规模大，渗透性又好。”阙为民进一步介绍。

在此条件下，如何把不可采的铀矿转变为可采铀矿，如何尽可能提高已有矿的利用率并充分回收铀资源，成为长期以来我国采铀面临的紧迫难题。《中国能源报》记者了解到，30多年来，以苏学斌为代表的地浸创新团队不断创新，从滇越古道到天山大漠，从松辽草原到二连戈壁，引领着我国铀矿冶技术的跨越发展。

云南381地浸试验队在我国地浸采铀技术创始人王西文教授指导下，阙为民、苏学斌等人研究发现，砂岩铀矿氧化后易被酸或碱性溶液浸出，提出通过钻井注入浸出剂实现原位开采的技术路线，建立了含铀溶液化学-运移和吸附-沉淀理论模型。后来苏学斌又以新疆512铀矿为对象，开展试验，建立了超前酸化、高效抽注和富集方法；针对十红滩高碳酸盐、高矿化度铀矿堵塞难题，提出低酸氧和弱酸微试剂浸出方法，使铀资源采收率达80%以上，达到国际先进水平。

但酸法地浸溶蚀矿物多，试剂消耗大。“铀的溶解浸出条件pH值要么小于2，要么大于9，也就是说非酸即碱。”苏学斌说。有一次，他偶然发现一块暴露在空气中数月的矿芯，在没加酸没加碱，只和空气接触的条件下，经水浸泡后竟然有20%-30%的浸出率。

于是，苏学斌带领团队在内蒙古钱家店铀矿主持开展了CO2+O2地浸系统研究，基于仿真科学装置构建了成矿逆过程浸出环境，提出水力切割微纳米溶氧、CO2浸出和带压离子交换、常温酸化加碱结晶沉淀等技术路线，建立了CO2和O2浸出剂科学配制和碳酸体系提铀方法。“CO2温室气体得到资源化利用，试剂消耗降低75%，地下水得到良好保护。与常规硬岩采矿比，地浸采铀省去矿石采选工序，本质安全度大幅提升，边界品位由0.03%降为0.01%，生产成本降低约50%，将以前认为不能开采的砂岩铀矿变成经济铀资源，铀资源量较过去提高1倍以上，推动了我国铀矿开发由硬岩向砂岩的重大转变。”苏学斌说，至此，我国成为全面掌握酸法和中性地浸采铀技术的少数国家。

技术突破是核心

苏学斌分析，一台运行60年全生命周期的一百万千瓦级核电机组所需铀资源为一万吨，最新的全国铀矿资源潜力评价预测，我国铀资源潜力超过280万吨。按照我国2040年核电装机预计将达到2亿千瓦来测算，需要约200万吨天然铀。“从资源总量来看，我国的铀资源需求基本是有保障的。但如何将资源量变为产量，仍需取得技术、装备和材料突破，提高铀资源利用率。”

有中核矿业科技研发课题技术人员指出，我国矿石性质复杂，资源伴生情况严重。“伊犁盆地、鄂尔多斯盆地铀矿都是与煤矿伴生，这导致矿产资源协同开发难度大，勘探权问题待明晰。比如在开采煤、石油等资源过程中发现了铀，如何协同开发？有时候矿产的采矿权在他方，联合开采受阻，是否有可参考的法规、制度以确定矿产资源开采的优先权？”

阙为民指出，随着天然铀资源需求和开发难度逐年加大，在开发陆地铀资源的同时，探寻和开拓非常规铀资源将是一项重要的战略性选择。“比如海水提铀。海水中铀的浓度虽然较低但体量巨大，预估有45亿吨的铀资源量。目前海水提铀的关键核心技术亟待突破，中核矿业科技也一直在做前沿研发，并联合多家单位形成创新联盟，期望2050年能够突破制约海水提铀工业化的关键技术瓶颈，实现海水提铀的连续生产。”