某鈾礦井下采空區(qū)筑堆浸出試驗研究

孫剛友，王合祥，閆鵬里，程光華，付海鵬，劉繼忠

(1.中核第四研究設計工程有限公司，河北 石家莊 050021；2.中核韶關錦原鈾業(yè)有限公司，廣東 韶關 512026；3.中核贛州金瑞鈾業(yè)有限公司，江西 贛州 341000)

0 引 言

某鈾礦因地表村民搬遷困難，致使原設計的原地爆破浸出采礦法無法使用，在試生產(chǎn)中主要采用淺孔留礦淋浸采礦法。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)淺孔留礦淋浸采礦法存在礦石大塊率較高、浸出周期長、浸出率低、生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟效益差等問題，難以滿足生產(chǎn)要求。因此，迫切需要研究新型采礦工藝，突破采礦工藝瓶頸，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)能和經(jīng)濟效益[1-2]。為此，本文提出在該鈾礦采用井下采空區(qū)筑堆浸出工藝。為驗證采空區(qū)筑堆浸出工藝的可行性，擬開展采空區(qū)筑堆浸出試驗研究。井下采空區(qū)筑堆浸出工藝依據(jù)地表堆浸的原理，將破碎后的礦石運到井下采空區(qū)內進行筑堆，然后在礦堆上部噴淋浸出劑，并利用采場底部的浸出液回收設施回收浸出液。最后，利用管道輸送的方式將浸出液送至地表水冶廠進行金屬回收。利用井下采空區(qū)堆浸處理低品位鈾礦石這項工藝技術，屬于鈾礦采冶一體化新技術的探索性研究。

1 地質條件及礦體特征

礦體產(chǎn)于中粒小斑狀二云母花崗巖中，受構造蝕變帶控制，成魚群狀展布，礦體規(guī)模一般比較小，沿走向方向延伸10～30 m，常尖滅再現(xiàn)。走向近東西，傾角在70°左右，東段礦體受晚期近南北向構造裂隙錯動，但規(guī)模不大，錯距0.5 m左右。

礦床地下水為第四系孔隙水、花崗巖風化裂隙水和斷裂帶脈狀裂隙水，主要靠大氣降水補給。礦床距大的地表水體較遠，無水力聯(lián)系，屬水文地質條件簡單型礦床。礦床位于堅硬巖組中，工程地質條件較簡單[3-4]。

2 井下高柱浸出條件試驗

2.1 條件試驗主要工藝參數(shù)

1) 試驗天井參數(shù)：垂高44 m(120～166 m中段之間)，數(shù)量3條(編號分別為G1、G2和G3)，傾角70°～80°。

2) 待浸礦樣參數(shù)：G1，礦石粒級-18 mm，礦石量331.86 t，品位0.042 7%；G2，礦石粒級-18 mm，礦石量369.06 t，品位0.035 8%；G3，礦石粒級-30 mm，礦石量396.26 t，品位0.044 2%。

3) 浸出試驗參數(shù)：噴淋強度15～25 L/(m2·h)；浸出劑酸度5～50 g/L，根據(jù)試驗過程的變化情況調整，控制浸出液的pH=2.5±0.5。

4) 浸出時間：G1浸出時間為253 d；G2浸出時間為234 d；G3浸出時間為236 d。

2.2 條件試驗結果及分析

G1柱液計浸出率為88.14%，渣計浸出率87.95%；G2柱液計浸出率為78.12%，渣計浸出率79.60%；G3柱液計浸出率為67.39%，渣計浸出率73.42 %。 通過試驗結果可以看出，-18 mm粒度的液計及渣計浸出率明顯高于-30 mm粒度的結果。 同時，礦井的礦石破碎性好，從破碎成本上統(tǒng)計，-18 mm與-30 mm的破碎成本無明顯差別。 因此，推薦在現(xiàn)場工業(yè)性試驗中采用-18 mm筑堆粒度。

3 采空區(qū)筑堆浸出試驗

3.1 試驗采場選擇

根據(jù)礦井生產(chǎn)采場現(xiàn)狀并結合礦井生產(chǎn)的客觀條件，確定選用646采場作為井下采空區(qū)筑堆浸出試驗采場。646采場采空區(qū)是回采kt-646-1礦體和kt-645-1礦體之后形成的空區(qū)，采空區(qū)走向東西長約50 m，傾向S，傾角70°～85°，有效采空區(qū)體積約6 140 m3[5]。

3.2 試驗礦樣準備

根據(jù)井下高堆浸出條件試驗研究成果，646采場筑堆礦石粒級選擇為-18 mm。粒級分布要求參考條件試驗G1柱筑堆礦石的粒級情況進行制備。試驗礦石采用井下正?；夭傻牡V石。利用鈾礦現(xiàn)有破碎生產(chǎn)線，控制礦石破碎粒度為-18 mm，制備試驗礦樣約6 000 t。制備好的礦石樣通過汽車運送至7號堆場內存放。

筑堆過程運輸?shù)V樣的取樣工作采取間隔取樣，每5車取樣一次，共46個樣品。每次取樣在卡車上劃分9個取樣點所取礦樣總數(shù)約50 kg。筑堆工作完成后，對每次取樣的礦石樣進行礦樣篩分，篩分完成后對不同粒級礦石進行稱重，并取樣品分析鈾品位。篩分后的礦樣進行重新混合，采用四分法進行縮分，獲得混合綜合樣分析鈾品位。試驗采場礦樣的篩析及化學分析結果見表1。

表1 試驗采場礦樣篩析及化學分析結果表Table 1 Test sample analysis and chemical analysis results of stope

3.3 進料筑堆

試驗礦樣的破碎利用礦山地表現(xiàn)有破碎生產(chǎn)線，制備試驗礦樣的粒度為-18 mm，試驗礦石通過充填井下放至200 m中段運輸巷，再通過充填井下口振動放礦機裝入0.7 m3雙側卸式礦車后，由電機車牽引倒運至200 m中段646采場進料井上口，卸料進入采場進行筑堆。

試驗采場上部施工有兩條頂柱內進料井，同時利用原采場通風天井，共有3個進料井與采場空區(qū)相通。為使進料筑堆粒度基本均勻，礦堆面基本平整，采用3點分次進料自然筑堆方式。試驗礦樣通過進料井下放至采空區(qū)內，借助礦石的自然安息角自然充滿采空區(qū)。為保證堆面之上留出2 m左右的布液空間，人員進入采場上部利用電耙對筑堆礦石進行耙平作業(yè)。根據(jù)試驗采場現(xiàn)狀和現(xiàn)場施工作業(yè)條件，筑堆工作完成后646試驗采場實際筑堆礦量為4 356 t，品位0.027 6%，金屬量1.202 t。

3.4 布液、集液系統(tǒng)

3.4.1 布液淋浸工藝流程

布液淋浸工藝流程見圖1。

圖1 布液浸出工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of spraying and leaching process

3.4.2 布液系統(tǒng)

在地表專門設置浸出劑配置池(高位池)，浸出劑通過主供液管道經(jīng)管纜井下放至200 m中段進入中段供液管道，在自然壓力下流向采場布液主管后再分流到采場布液支管，進入采場噴淋系統(tǒng)進行淋浸，在采場主布液管路上設置閥門或流量計控制布液量。

采場上部布液方式參考地表堆浸采用礦堆上部微灌噴淋方式[6]，18 m為減少溶浸死角，在704號勘探線以東增加上盤布液孔進行滴淋布液。試驗采場布液最終確定采用礦堆上部微灌噴淋[7]+上盤布液孔局部滴淋的綜合方式。布液工程主要是布液巷和布液孔，如圖2所示。

圖2 646采場布液工程布置示意圖Fig.2 646 stope spray engineering layout

3.4.3 集液系統(tǒng)

采場浸出液通過放礦漏斗和順路井滲流至匯流溝內，通過匯流溝自流到集液池內，集液池集滿浸出液后打開集液池圍堰外排液管上閥門，浸出液通過排液管最終自流至120 m中段總集液池。646試驗采場的集液工程主要包括順路井底部及漏斗封堵、集液溝、集液巷、集液池、排液孔、排液管道等工程，如圖3所示。

圖3 646采場集液工程布置示意圖Fig.3 646 stope liquid collection engineering layout

3.5 試驗結果

1) 浸出工藝參數(shù)。浸出劑酸濃度：浸出初期30～40 g/L，浸出中期15～25 g/L；浸出后期0～5 g/L；布液強度：0.007～0.018 m3/(t·d)；液固比：2～2.5∶1；酸耗：0～30 kg/t礦；浸出液pH值：2.5±0.5；浸出周期：180 d[8-9]。

2) 試驗結果與分析。浸出試驗采取連續(xù)布液，期間因不可抗因素停噴34 d。從開始布液到礦堆底部浸出液流出歷時20 h左右，試驗采場的礦堆滲透速度較快，對井下浸出試驗有利。

試驗采場的浸出液瞬時鈾濃度在第9 d上升到300～350 mg/L，其中第12 d達到最高350 mg/L，維持時間12 d左右；隨后逐漸下降，試驗過程中及時調整了浸出劑的酸度和布液量，從噴淋的第66 d開始，浸出液鈾濃度維持在60 mg/L左右，不再有太大變化；至噴淋結束，浸出液鈾濃度為56 mg/L左右，見圖4。整個試驗期間浸出液平均鈾濃度為115 mg/L。浸出液鈾濃度的變化情況符合正常規(guī)律，技術指標優(yōu)于地表堆浸。

圖4 浸出液鈾濃度隨時間變化圖Fig.4 Time-varying curve of uranium concentration leachate

在整個試驗期間，礦堆表面沒有發(fā)生下沉的現(xiàn)象，礦堆保持了良好的滲濾性，且在堆面取渣樣時，堆面并無“板結”或“溝流”現(xiàn)象，完全可以保證試驗采場礦石堆的良好滲濾性和均勻性。整個浸出試驗的液計浸出率為95.00%。分別對布液、集液水平多點進行取渣樣分析，混合樣的渣品位為0.003 1%，渣計浸出率88.77%。

由渣樣的篩析及分析結果，各粒級的浸出率基本遵循其浸出率“隨粒級的變小而增高”的規(guī)律，符合客觀實際。646試驗采場的礦樣、渣樣U品位分析結果及渣計浸出率統(tǒng)計情況見表2。

表2 646試驗采場的礦樣、渣樣U品位分析結果及渣計浸出率統(tǒng)計表Table 2 Analysis of the results of the ore sample and tail slag sample uranium in the test stope

試驗結果中，液計浸出率95.00%大于渣計浸出率88.77%，主要是由于試驗采場上盤表、下盤表外礦體和留礦法采場大放礦后留存在采空區(qū)底部未放出的礦石被浸出劑溶浸，這部分金屬在試驗期間同時被浸出回收。采用井下采空區(qū)筑堆浸工藝可提高礦井的資源利用率，多回收金屬。

4 結 論

1) 試驗選用646采場作為井下采空區(qū)筑堆浸出試驗采場，采用多點分次進料自然筑堆方式，礦堆上部微灌噴淋+上盤布液孔局部滴淋的綜合布液方式，試驗采場浸出時間184 d，液計浸出率已達到95.00%，渣計浸出率達到88.77%，試驗取得了較好的浸出效果。

2) 通過試驗研究證實，礦床礦石浸出性能好、高堆無板結滲透性好、酸耗低、浸出選擇性好、浸出率高、浸出液中有害雜質含量低，屬于易浸型礦石，適益采空區(qū)筑堆浸出采鈾新工藝。

3) 利用空場法回采后留下的采空區(qū)作為浸出空間，將破碎后的礦石回填進采空區(qū)內進行布液淋浸，浸后礦渣就地處置，有利于采空區(qū)的整體穩(wěn)定性，同時大大減少了放射性固體廢物排放量，減少尾渣庫存量，有利于環(huán)境保護和環(huán)境治理，綜合社會效益明顯。