哪些因素影响地浸采铀的矿层渗透

世界核地质科学
ＷｏｒｌｄＮｕｃｌｅａｒＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅ
Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２００８
第２５卷第３期２００８年９月
［收稿日期］２００７－１０－１１；
［修回日期］２００７－１２－０８
［作者简介］吉宏斌（１９８３—），男，山西大同人，硕士研究生，研究方向：溶浸水文地质。

Ｅ－ｍａｉｌ：２００８４２１９８４０１０９ｘ＠１６３．ｃｏｍ
影响地浸采铀的矿层渗透因素
吉宏斌，刘金辉，殷蓬勃
（东华理工大学，江西
抚州
３４４０００）
［摘要］通常认为砂岩型铀矿含矿层的渗透性是地浸开采技术是否可行的重要条件。

因此，研究地浸采铀的可行性和提高砂岩型铀矿含矿层渗透性成为重点。

系统探讨了影响砂岩型铀矿含矿层渗透性的主要因素，即：碳酸盐、黏土矿物、夹层、隔层、地下水矿化度等。

这为进一步研究砂岩渗透性提供了依据，同时对地浸采铀的浸出率和资源回收率也有着重要的理论意义和实际价值。

［关键词］砂岩型铀矿；地浸采铀；渗透性；影响因素［中图分类号］Ｐ６１９．１４；Ｐ６４１．２
［文献标识码］Ａ
［文章编号］１６７２－０６３６（２００８）０３－０１８０－０３
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｏｒｅ￣ｂｅａｒｉｎｇｌａｙｅｒ
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原地浸出采铀技术始于２０世纪６０年代，７０年代发展到集采、选、冶于一体的针对砂
岩型铀矿的开采方法，其工艺流程大体可概述为：溶浸液的选定→溶浸液注入到铀矿体→溶浸液与矿混合浸泡→抽浸出液→饱和树脂吸附铀→淋洗→沉淀→压滤干燥→产品
装运。

含矿层的渗透性能是影响地浸采铀的关键指标，根据国内、外地浸采铀的生产和试验资料，可按以下５个参数对渗透系数ｋ进行分类［１］：（１）渗透性极弱，ｋ＜０．１ｍ／ｄ，不宜采用地浸法；（２）渗透性弱，ｋ＝０．１～１．０ｍ／ｄ，可采用地浸法；（３）渗透性中强，ｋ＝１．０～５．０ｍ／ｄ，
第３期
最适合采用地浸法；（４）渗透性强，ｋ＝５．０～１０．０ｍ／ｄ，地浸法亦可适用；（５）渗透性极强的，ｋ＞１０．０ｍ／ｄ，溶浸液可能形成渠流，不适合采用地浸法。

但在我国西北地区，尤其是新疆、内蒙古等地砂岩型铀矿含矿层的渗透性很低，鄂尔多斯盆地北缘的砂岩型铀矿渗透系数甚至低于０．１ｍ／ｄ，而且这样的铀矿床广泛存在。

所以对砂岩渗透性的影响因素进行系统研究，在获得成果资料的基础上采取相应措施减轻不利因素的影响，对低渗透性砂岩型铀矿的地浸开采意义重大。

我国已探明的可地浸砂岩型铀矿床中，绝大部分是低渗透砂岩型铀矿床，综合观察分析可发现砂岩型铀矿床矿层结构十分复杂，有的矿床矿层中含有黏土夹层或钙质胶结体将矿层分割，导致浸出时水力学特征更加复杂，不渗透的夹层占整个矿层２０％以上；有的矿床矿体中黏土含量高，黏土质量分数达３０％以上；还有的矿床矿层各向渗透性差异较大，高品位矿石往往赋存于渗透性较差的岩层中，并有钙质胶结层控矿和泥岩层控矿的现象。

综合以上情况，对地浸工艺中常见的影响含矿层渗透性的因素详述如下。

１碳酸盐（ＣａＣＯ３）的影响
在地浸过程中经常会发生ＣａＣＯ３堵塞现象。

酸法地浸采铀，溶浸液在矿体孔隙介质中渗透时，通常会产生气体堵塞和化学堵塞，从而严重影响含矿层的渗透性能，降低含矿层的渗透系数。

气体堵塞通常是由于硫酸与ＣａＣＯ３反应在矿体孔隙空间中生成自由气体（多为ＣＯ２），并充满孔隙的空间，造成气堵。

气堵严重影响岩石的渗透性，当气体充填达到５０％的孔隙空间时，其渗透性下降到初始值的１０％，即降低了９０％［２］；化学堵塞是硫酸溶液与ＣａＣＯ３作用生成的石膏沉淀而引起的。

石膏堵塞孔隙空间的程度，取决于岩石中ＣａＣＯ３的含量。

当ＣａＣＯ３的质量分数从０．２５％增加到５％时，含矿层渗透系数要减少６０％［３］，化学堵塞造成的岩石渗透性降低不可再恢复，也是地浸工艺中值得重视的问题；石膏堵塞的另一种表现形式为：在含矿岩石颗粒表面上生成一层薄膜，造成孔隙自动闭合，这样，溶浸液无法向含矿岩石内部渗透，降低了含矿层的渗透性。

碱法地浸采铀是采用碳酸盐或碳酸氢盐等作为溶浸剂。

在碱法地浸中碳酸盐沉淀现象主要发生在注液过程中。

注液时，向溶浸剂中补加碳酸氢铵或吸附尾液时因泵循环产生空气搅动，溶液ｐＨ值会升高，此时碳酸钙、碳酸镁被沉淀析出，对含矿层造成堵塞。

２含矿层周边的钙质透镜体的影响含矿含水层中的碳酸盐对砂岩型铀矿床的地浸开采影响较大，含矿含水层中碳酸盐的产出特征大致可分为两类：致密钙质砂（砾）岩（为高碳酸盐胶结）、疏松砂（砾）岩（低碳酸盐类型）［４］。

大部分矿区砂体中不同程度地都有钙质层产出，钙质层产出一般呈断续分布的串珠状透镜体或不规则团块，致密坚硬，顺层理发育，岩性包括各种粒度的砂砾岩。

通常这些钙质层在成矿砂体中形成隔层，且在隔层中以钙质透镜体居多［５］，主体表现为可影响含矿层渗透性，从达西定律角度来讲，是减小了渗流断面。

且其成分主要为碳酸盐，从而消耗溶浸试剂，并影响溶浸液在矿床中的流动，容易导致众多溶浸液无法迅速到达的死角。

对工业化规模开采和生产效率和效益产生重大影响。

３黏土矿物的影响
灰色疏松、次疏松砂岩型铀矿床（体）的特点是孔隙式胶结，填隙物非常少，填隙物多为黏土，其次为碳酸盐。

黏土矿物主要为高岭石、伊利石、绿泥石、蒙脱石等，对不同的铀矿床这些成分的含量有所不同。

矿石及围岩中的黏土含量的多少，以及黏土胶结物成分的多少，在很大程度上都影响着砂岩含矿层的渗透性。

以蒙脱石为主的黏土矿物，在黏土表面容易发生离子置换作用，从而引起含矿层的堵塞。

由于一价金属离子置换出黏土颗粒晶格中的两价阳离子，黏土颗粒膨胀，砂岩的渗透性大为降低，降低５０％或５０％以上［６］。

例如，在酸法地浸过程中，当用硫酸做溶浸剂时，大量进入溶液的Ｈ＋离子置换出黏土颗粒扩散层中离子半径较小的Ｃａ２＋离子，促使黏
吉宏斌，等：影响地浸采铀的矿层渗透因素１８１
世界核地质科学第２５卷
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土膨胀并缩小孔隙空间，直接影响到砂岩的渗透性，置换还可以间接地影响砂岩渗透性，由于离子置换作用而进入溶液的钙离子与硫酸根离子结合而引起不可逆的石膏堵塞。

据测算，增加２％的水黑云母、高岭石或者蒙脱石，原始石英矿砂的渗透性相应地降低５８．３％和９０％，而增加２０％的这些微粒，则渗透性相应地降低９９／１００，４９９／５００和９９９／１０００［７］。

４夹层和隔层的物理性质
在层间氧化带型砂岩铀矿地浸开采过程
中，流体发挥着重要作用。

含矿含水层作为一个承压的流动单元，其中的隔层、夹层是影响流体运动的主要因素之一。

隔层即分割流动单元或控制流体运动方向的非渗透层，也称隔水层、遮挡层或阻挡层；夹层是指流动单元内所分布的相对非渗流体，分布不稳定、不连续，不能有效地阻止或控制储矿层中液体的通过。

夹层一般为透镜状钙质岩层和泥岩，大的夹层也可以形成局部隔水层。

特别是钙质砂岩在铀矿地浸过程中，对流体流动单元产生较大的影响：（１）对流动单元流体流动产生影响，改变流体的流动方向和流域以及波及范围；（２）碳酸盐岩在酸法地浸开采中易形成严重的气堵（ＣＯ２）和化学堵塞（ＣａＳＯ４），降低渗透率。

隔、夹层的物性导致局部孔隙度、渗透率降低，影响流体流动的流动方向和流域以及波及范围，从而影响砂岩型铀矿含矿层的渗透性。

５地下水矿化度的影响
按照独联体的标准，含矿含水层地下水
矿化度小于５ｇ／Ｌ的砂岩型铀矿床才可以被认为是可地浸砂岩型铀矿床。

地下水的溶解和沉淀作用，可用地下水水化学研究中应用最多的一个指标——
—饱和指数（ＳＩ）来判断。

为了研究地下水、天然水与矿物的平衡状态，帕希思１９７２年提出不平衡指数，后人称其为饱和指数，其计算公式如下［７］
：
ＳＩ＝ｌｏｇ（Ｑ／Ｋ）
式中：Ｋ———平衡常数；Ｑ———水中离子活度
积。

对各种景观地下水中碳酸盐不平衡指数及其与矿化度的关系进行分析可知：碳酸钙在矿化度较低的天然水中经常处于不平衡状态，当矿化度大于０．６ｇ／Ｌ时，碳酸盐不平衡指数将小于零，即，将发生碳酸盐沉淀，从而降低含矿层的渗透性。

６结论
综上所述，可以推断出对低渗透性砂岩
型铀矿，碳酸盐、黏土矿物、夹层和隔层的物性是影响砂岩渗透性的主要因素，其次地下水矿化度对渗透性也有一定的影响。

碳酸盐在地浸工艺中主要以碳酸钙的形式造成含矿层的堵塞，矿石及围岩中的黏土含量以及黏土胶结物成分，在很大程度上影响着砂岩含矿层的渗透性；隔、夹层是影响流体流动的主要因素之一，导致含矿含水层垂直和水平渗透性的不均匀性；地下水矿化度影响含矿层的渗透性，对于地下水矿化度高的地区，不宜采用常规的方法进行地浸。

查明上述影响因素有助于采取有效的措施，提高地浸工艺中砂岩型铀矿的渗透性，为该类铀矿床的地浸开采提供科学的依据，对进一步丰富和完善地浸采铀理论和技术具有直接的指导作用。

［参考文献］
［１］［２］［３］［４］［５］［６］［７］１８２。