【摘要】通遼鈾礦開采的地浸井場，僅手腕粗細的抽液管通過鉆孔插入地中，只在地上小露半截弧度，又很快隱埋入地下進入集控室。整個井場完全看不出任何采挖痕跡，這大大超出了大家對礦山開采的慣性認識。

    通遼鈾礦開采的地浸井場，僅手腕粗細的抽液管通過鉆孔插入地中，只在地上小露半截弧度，又很快隱埋入地下進入集控室。整個井場完全看不出任何采挖痕跡，這大大超出了大家對礦山開采的慣性認識。

    二氧化碳（CO2）和氧氣（O2） ，人們生活中接觸最多的兩種氣體，在核工業北京化工冶金研究院（以下簡稱核化冶院）研究員蘇學斌的字典里，變成了中性地浸采鈾的利器，這一在國內尚屬首創的技術，顛覆了傳統的鈾礦開采模式，拓展了砂巖型鈾資源開采利用范圍，盤活了數萬噸復雜砂巖型鈾資源。

    殺手锏失效倒逼新探索

    “沒想到做出來了。”面對記者，蘇學斌笑得有點靦腆，“當然如果那么容易，項目也不會一做就是十幾年。”

    地浸采鈾是一種不使礦石發生位移的集采、冶于一體的新型鈾礦采冶方法。

    簡單來說，通過注液孔將溶浸液注入地下礦層，溶浸液在礦層與礦石發生反應，形成含鈾溶液，再通過抽液孔用潛水泵將含鈾溶液提升至地表，然后用地表水冶設施進行處理，加工成鈾的初級產品。

    “2012年，世界天然鈾總產量56486噸，其中地浸開采以45%的份額居第一位，其次是地下開采28%，露天開采20%。”核化冶院院長郭忠德用一組數字描述了世界地浸行業的現狀。

    但采用地浸技術如何“吃干榨凈”地下礦層中的鈾，讓溶浸液只“榨”出鈾，并最大限度地保護環境，是一個世界級難題。

    作為我國唯一從事地浸采鈾技術研究和工程轉化應用的科研機構，核化冶院對從礦層中“榨”出鈾溶液有著豐富的經驗，用硫酸做溶浸液讓他們在新疆伊犁地浸采鈾中名聲大震，但新疆十紅灘和內蒙古通遼錢家店鈾礦礦床中碳酸鹽含量高，酸法地浸造成了礦層堵塞。

    “我們改用堿法，堵塞問題得到有效緩解，但浸出速度相比酸法緩慢，液鈾濃度相對較低，而且生產成本過高，銨鹽會造成地下水污染。”蘇學斌說，“我們被逼著做一些探索。”

    掌握新工藝打破國外封鎖

    其實，在十紅灘礦床地浸試驗時，核化冶院已經在琢磨新的溶浸液。

    一次偶然的發現，點燃了蘇學斌的靈感。

    他回憶，當時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，經水浸泡后竟然有20—30%的浸出率。

    顯然，這顛覆了他的慣常思維。

    “我記得鈾化學教科書上寫的是，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。

    核化冶院黨委副書記簡曉飛補充說，其實用CO2和O2地浸采鈾，獨聯體國家有相關資料，原理是在地下水中加入二氧化碳后，形成的碳酸氫根離子與礦層中的鈾發生反應，使鈾溶解在溶液中，并可有效抑制鈣離子沉淀的形成。

    “人潛入水中吐口氣，水面能看到一個泡。”核化冶院副總工程師譚亞輝說，這個常見的生活現象，說明了一個最淺顯的道理：氣體在液體中容易逸出，要將氣體加入液體，需要解決幾個關鍵問題，首先要讓氣體溶于液體注入礦層，然后讓液體選擇性溶出礦層中的鈾，回收的時候將鈾分離。

    但氣體加入液體的方式及氣體有效溶解的效果并不理想。

    “我國從事CO2和O2原地浸出工藝研究尚屬首次，研究過程中缺乏CO2和O2地浸采鈾的氣體加入技術、溶浸液配制及浸出機理等理論基礎，缺少試驗研究配套的儀器設備和可借鑒的工程應用經驗，研究難度大，復雜程度高。”譚亞輝這樣分析。

    此外很重要的一點，能借鑒的國外資料非常少，目前除我國外，美國是該技術唯一工業化應用的國家，但對該關鍵技術嚴加封鎖和保密。

    2002年以來，在國防科工局的支持下，核化冶院聯合多個單位先后開展了兩個核能開發項目和一個國防預研項目研究，取得了CO2和O2原地浸出采鈾和浸出液處理工藝等重大技術體系創新和理論突破：首次建立了低濃鈾溶液化學行為數學模型；首次研發了CO2和O2地浸采鈾溶液配制和使用技術；首次提出并實現了從浸出試劑根源上和工藝流程中控制污染源產生，更新了鈾資源開發中的“先污染后治理”的傳統環保理念等十項專利和技術創新……

    譚亞輝用一組數據來說明技術給環境帶來的巨大利好。通遼鈾礦的平均品位只有萬分之二左右，換句話說，從10000噸礦石中才能生產兩噸天然鈾產品，如果采用常規開采方法，需掘進足夠的井巷工程，每噸天然鈾產品將產生數萬噸廢石和礦渣，占用大量土地資源，造成地表污染。

    蘇學斌算了一筆賬，采用酸法地浸技術，每噸天然鈾金屬產品耗酸100—400噸，僅浸出試劑成本高達十幾萬元。采用CO2和O2地浸采鈾技術，浸出試劑成本僅2—3萬元，“生產成本大大降低了。”

    2013年11月和12月，該技術先后獲得了中核集團科學技術獎特等獎、國家工業和信息化部國防科學技術進步獎一等獎。

    讓70%的砂巖型鈾礦成為可經濟開采的資源

    鈾資源是國家戰略資源和重要的能源資源，是核軍工和核電的重要原料。我國鈾資源的基本特點是小、散、貧：礦床規模小，礦體分散，礦石品位低。

    在我國已探明的鈾資源中，砂巖型鈾資源占總量的41.57%，其中低品位、低滲透、高碳酸鹽、高礦化度等復雜砂巖型鈾資源占其總量70%以上，采用酸法或堿法地浸均難以開采，成為了“呆礦”。

    如今，該研究成果已在十紅灘鈾礦床和錢家店鈾礦床得到了成功應用，并在我國北方地區大規模工業應用，開創了砂巖型鈾礦資源采冶的新模式，預計到2016年，應用這一技術生產的天然鈾產品將占我國年生產量的50%。

    “該技術有針對性地解決了這類砂巖型鈾礦地浸開采中耗酸量大、易堵塞的技術難題，使‘呆礦’變為經濟可采的寶貴資源，從而大大提高了我國已查明砂巖型鈾礦資源的利用率，有效解決了地下水污染治理難度較大的問題，形成并掌握了具有自主知識產權的地浸采鈾新工藝。”郭忠德說，目前天然鈾產能還不能滿足核能快速發展的需要，盤活砂巖型鈾資源，能為我國天然鈾產品的供給提供重要的國內保障，預計到2016年，應用這一技術生產的天然鈾產品將占我國年生產量的50%。