千吨铀矿实现“人工呼吸”式开采

       神州瞭望网（文／张子旭 卢兆鑫 王顺利）矿产开采是在大自然的身体上动手术，“开刀方式”和“术后愈合”是衡量手术水平的重要指标。中国第三代铀矿开采技术已完全扔掉了手术刀，更看不到皮开肉绽，只通过细小钻孔将CO2和O2与大地进行“人工呼吸”，就能使天然铀被吸出，以“随风潜入夜，润物细无声”的方式实现了矿产开采对生态的零打扰。

       天然铀是高度敏感、军民两用、具有放射性自然属性的战略性资源和重要的能源矿产，位于内蒙古自治区的中核通辽铀业有限责任公司（简称“通辽铀业”），通过多年实践探索和自主创新，在国防科工局、中核集团及当地各级政府的领导和支持下，成功研发了国际领先的第三代采铀技术“CO2＋O2原地浸出采铀工艺”，并建立了完整第三代采铀工艺体系，打破了美国在CO2＋O2地浸采铀领域的独有局面，开辟了中国无人工干扰采矿的新纪元。近年来，通辽铀业在该技术的推动下建成了国内第一座“生态、绿色、环保、安全、高效”的 CO2＋O2地浸采铀矿山，公司已被中核集团确定为国内三个“千吨级”铀矿大基地之一。  

       “人工呼吸”采铀，打破技术垄断
       科技从来没有像今天这样深刻影响着国家前途和命运，从来没有像今天这样深刻影响着人民生活福祉。科技是国之重器，只有自主创新才能实现从“跟跑”到“齐跑”再向“领跑”突破。地浸采铀作为一种新型天然铀开采技术，在国际铀矿开采上该技术产量已占到半壁江山，我国因硬岩型铀矿资源规模小、砂岩型铀矿资源赋存条件复杂，长期以来开采难有“大矿”，因铀矿床开采也是涉核技术，国际技术交流十分敏感，亦是点到即止。
       “十三五”以来，中核集团根据国防科工局的要求对天然铀的产能布局进行了优化调整，将形成“以北方砂岩大基地为主体，南方硬岩大基地为补充的布局结构”。位于通辽市科尔沁区的钱家店铀矿床是典型的砂岩型铀矿床，突出特点是矿体品位低、渗透系数低、碳酸盐含高，含矿含水层地下水矿化度高。以传统的地下开采、露天开采不认为是矿，以酸法原地浸出开采被认为是“呆矿”。中核集团为了扩大铀资源利用率，大胆地研发第三代采铀技术，通过钻孔对地球进行“人工呼吸”，吸入的是含CO2和O2的溶剂，呼出的是含铀溶液，这个听起来离谱、干起来离奇的想法，于2006年在钱家店铀矿床进入了试验阶段。此项技术将CO2和O2配制浸出剂，经钻孔注入地下矿层，与矿石发生化学反应形成含铀溶液，再通过抽液钻孔用潜水泵将其提升至地表，最后通过吸附、淋洗、沉淀等工序将含铀溶液加工成产品，提取铀元素之后的尾液再循环使用。经过两年艰辛探索， CO2+O2第三代采铀技术于2009年完全实现了工业化应用，这个不使矿石或围岩产生位移的集采、选、冶于一体的新型采铀技术，为钱家店铀矿床的大规模开发奠定了基础。
       2009年至今，按照国家相关规定，中核通辽铀业有限责任公司在钱家店铀矿床先后开展了两期产能项目建设，现已建成我国首座自主研发、自主设计、自主建设的环境友好型中性原地浸出采铀矿山。2015年，公司成为国内第一家通过国家级高新技术企业认定的天然铀生产企业。

       数个科研首创，引领绿色矿山
       传统的矿山开发重点是如何把资源从矿体中剥离出来，而绿色矿山建设则是资源高效、节约、精准的开发利用与环境保护、治理并重，产业模式的升级必须有强大的技术研发和科技创新来“背书”，没有先进技术的推动，就没有绿色矿山的建设。
       2016年，通辽铀业根据国土资源部绿色矿山建设的指导意见和自治区绿色矿山建设的基本要求，制定了以科技创新为保障来实现保护生态环境、降低资源消耗的绿色矿山建设目标。多年来，通辽铀业将自主创新作为企业生存之本，数个“首次”形成了具有自主知识产权的原地浸出采铀新工艺，使钱家店铀资源开采的最低品位达到0.005%，低于工业边界品位0.01%近一半，低渗透矿层钻孔抽注液能力提高近1倍，盘活了数万吨复杂砂岩型铀资源。首次建立了CO2+O2地浸低浓铀溶液化学行为的数学模型；创造性提出了CO2+O2井场浸出采铀技术；首次研发了溶浸液配制和使用技术，研制了加压浸出试验装置、水力切割混氧等专利装置，研究确定了溶浸液中CO2和O2配制浓度，攻克了大流量溶浸液加入CO2和O2的技术和矿层化学堵塞难题；首次在国内研制井场集中控制室，实现了井场各钻孔和各采区流量、压力在集控室自动化控制和计量，以及浸出液与氧气混合，氧浓度控制等；首次研发了浸出液加CO2带压离子交换吸附技术、吸附尾液转型树脂和转型废水反渗透处理回用技术、淋洗合格液酸化加碱老化沉淀和母液酸化配制淋洗剂回用工艺等发明专利技术，吨金属碱耗降低了约75%，水冶成本降低了约30%，废水回用率达到75%；研发了大通量离子交换吸附设备，实现了大流量、低浓度铀浸出液的高效稳定回收处理，处于国际领先水平。
       技术的攻破是完成了采铀“大脑”的重塑，而在大脑中枢的支配下还需将“手脚”的操作效率提升。通辽铀业按照中核集团建设“数字化矿山”的目标要求，相继在井场车间、水冶车间、气体站及辅助设施等关键环节实现了自动化，并将数控操作与采铀工艺进行无缝衔接，数控化率达80%。同时，矿山基本实现了数据网络化、办公无纸化、会议远程化、安全监测监控自动化。原地浸出采铀自动化系统的建立与成功应用，实现了生产数据有效传输和采矿过程无人化的绿色开采，使我国原地浸出采铀行业自动化开采技术突飞猛进。
       科技创新将通辽铀业推向了绿色矿山峰顶的同时，也带动了全国铀业发展的迭代升级。《CO2和O2原地浸出采铀工艺技术研究与工程应用》在2013年12月荣获国防科学技术进步一等奖，2014年荣获国家科学技术进步二等奖；2016年项目建设获得第四届中国工业大奖提名奖；2017年《绿色地浸矿山环境影响控制技术与应用》获得中核集团科技进步二等奖。该企业的多项研究成果已在新疆、内蒙古各铀矿山得到广泛应用，创造了重大的国防、环保、经济和社会效益，实现了铀资源节能减排、绿色生产，显著提升了铀矿开采行业的绿色生态文明建设和可持续发展的整体水平。

       生态环境零打扰，实现和谐共享
       在绿色地下开采工艺的“加持”下，才能保障地上生产生活环境的绿水青山，方可与当地百姓和谐共享发展成果。原地浸出采铀工艺没有井巷或剥离工程，也没有矿石运输、选矿、破碎和尾矿库建设等工序，在地下实现了CO2+O2与天然铀的无声交换，从根本上改变了传统采矿“机械轰鸣、剥离土层、三废乱排”局面，实现了对生态环境零打扰。

       矿区废气主要为小型取暖锅炉的燃煤烟气，通过安装吸尘、除硫等环保设施，保证烟气环保排放；矿区工艺废水主要为保证地下流场范围采取的抽液量大于注液量0.3%的吸附尾液，通过反渗透装置处置和蒸发池蒸发，实现零废水外排；矿区工艺固体废物主要为钻井废泥浆和生产废旧设备，废泥浆成份为粘土和岩粉，通过统一收集、掩埋覆盖绿化处理，废旧设备建库临时贮存、外送专项处置。矿区作为放射性采冶企业，通过委托专业环境监测机构对矿区环境监测，结果表明放射性对周边环境基本无影响，采区可正常放牧，农田可继续种植玉米、西瓜。井场区每个钻孔占地面积不到0.5m2，井场地貌在短暂的施工期后即可恢复，因此井场地貌全部保持原有的状态，被草地、林地和农田覆盖。通辽铀业生产区办公室窗明几净、办公设备及用品定位摆放，生活区花草茂盛、景观怡人、道路整洁，水冶厂区可绿化面积绿化覆盖率100%，实现了“矿区如工厂、采区如牧场”的良好工作环境。在未来千吨级铀矿大基地的开发建设中，该公司将充分利用矿区自然资源，因地制宜建设“园林式”矿山，矿区绿化覆盖率达到可绿化面积的100%，厂内外主要道路硬化率100%，基本实现矿区环境天蓝、地绿、水净。#p#分页标题#e#
       通辽铀业始终坚持企地和谐共建、双方利益共享、共同绿色发展的办矿理念，不断促进地方文化、教育、医疗、经济发展水平的提高，改善矿区群众生活质量。“十三五”期间，公司将重点推进通辽市钱Ⅳ块铀矿床的开发，项目建成后更将提升当地经济的造血能力。借助公司每年开展的“核你在一起”科普开放周、“安全生产月”等活动，组织公司技术人员走进政府与乡村中宣讲。除此之外，通辽铀业还积极邀请通辽市科协、通辽日报、政府人员、农牧民走进矿区实地参观，回应大家的关切，对大家关心的环境、健康、安全和社会风险主动接受社会团体、新闻媒体和公众的监督。

       笔者后记：
       在铀矿开采中研发“人工呼吸”式的开采工艺，突破了国外技术封锁，使我国成为继美国之后第二个掌握该技术的国家。面临极其复杂严峻的国际形势，以“军工基石、核电粮仓”为初心和使命的中核通辽铀业，将以“铀矿报国”的核心价值，践行“四个一切”的核工业精神，秉持“科技为本、创新为魂、合作共赢、和谐发展”的经营理念来服务国家核安全与能源安全。
       “绿水青山就是金山银山”的内涵是强调绿色的生产和生活方式，绿色生产力归根结底还得依靠科技创新的驱动和引领，是否有利于生态文明建设已成为评判科技创新成果的重要标准之一。CO2＋O2原地浸出采铀工艺，作为一体化高效的第三代采铀技术，于无声之处实现了人与资源、人与自然的和谐对话，这不仅仅是世界采矿史的技术革命，更是人类思考方式的自我革命。