酸法地浸采铀过程中产生的酸性废水具有低pH、高硫酸盐、含铀(Ⅵ)及重金属离子等特征,对地下水环境构成威胁。针对微生物修复周期长、存活率低及电动修复稳定性不足的问题,提出了一种微电场耦合硫酸盐还原菌(SRB)的酸性废水修复方法。通过模拟废水修复试验,构建三室电化学装置(阳极室、废水室、阴极室),结合电迁移作用与SRB的还原功能,探究修复机制并优化关键参数。结果表明:耦合修复体系显著提升了废水中铀(Ⅵ)的去除率(达98%),同时有效降低了Ca、Mg、Al、Fe等金属离子浓度(去除率>80%)及硫酸盐含量(去除率>90%);铀酰离子在电场驱动下迁移至阴极区,主要被SRB代谢产生的S^2-还原与共沉淀,少量通过电极反应还原为U(Ⅳ)。试验表明,不同的电势梯度可导致阴极室的pH不同,从而影响修复效果,酸性条件(pH<4)下H⁺导致S^2-逸失,碱性条件(pH>9)易形成可溶性铀配合物;当电势梯度为0.2~0.4 V/cm时,可兼顾修复效率(铀快速去除)、微生物活性及经济性。本研究为地浸采铀酸性废水的绿色高效修复提供了理论依据与技术支撑。

低渗透砂岩型铀矿的渗透性差、浸出剂注入难度高,采用传统地浸开采技术难以对其实现经济有效开发。针对目前低渗透铀矿开采难题,分别在常压和高压条件下进行抽注液量测试和示踪剂试验,通过对比试验验证高压注液技术的应用效果,深入探讨高压注液技术在地浸开采领域的应用及其成效。试验结果表明,与常压条件下相比,高压注液技术将注液量提高了6.4倍,抽液量提高了1.05倍,渗流速度提高了33倍。高压注液技术能有效解决低渗透砂岩型铀矿浸出剂注入难题,且该技术在矿场方便实施。

放射性分选处理的矿石为破碎后的矿石,矿石形状随机性大,这会直接影响矿石品位检测的准确度。为提高放射性分选检测的准确度,通过制作铀矿石标准样品,开展铀矿石形状对探测效率的影响试验,探明矿石形状系数与探测效率变化系数的关系,建立基于矿石形状的探测效率修正算法,提出适用于铀矿石放射性检测的矿石形状量化方法。通过实际矿石的分选试验,验证了建立的探测效率修正算法的有效性;使用该算法后,超过70%试验组的铀矿石品位检测误差小于5%,显著降低了矿石形状对探测效率的影响,提高了铀矿石品位检测的准确度。

在地浸采铀工艺中,抽、注液量下降问题严重影响着铀矿浸采效率。通过物理、化学、联合洗井等技术可解决钻井周围的堵塞问题;但洗井效果维持时间短,影响半径小,不能从根本上解决流量下降问题。液流空化技术在油田上可有效提高抽油井产量、降低注水井压力。基于液流空化技术,通过优化空化器结构,以及在地面试验中改进地浸采铀钻井的井口装置,进而开展了液流空化试验。试验过程中作业排量达2 m³/min,压力在21 MPa左右,试验验证了液流空化技术在地浸采铀工艺中的可行性,为提高铀矿渗透率提供了新思路。

随着开采深度的增加,某硬岩铀矿矿性发生变化,在矿石堆浸过程中出现矿堆板结现象。为了解决矿堆板结问题,研究了淋浸剂酸度、喷淋强度、装柱高度、粒度等对矿堆板结的影响。结果表明,在淋浸剂酸度50.0 g/L、喷淋强度40.0 L/(m²·h)、浸出周期30 d条件下,柱浸试验后无板结,-10 mm矿石的铀浸出率达83.40%。800 t矿石的中试试验结果证实,在浸出剂酸度高、喷淋强度大时,矿堆无板结现象,铀浸出率可达86.57%。

采用层流型恒界面池法研究了(2-乙基己基)胺基甲基膦酸二(2-乙基己基)酯(代号Cextrant 230)与三烷基氧化膦(代号Cyanex 923)二元混合体系从盐酸介质中萃取钍的动力学。作为对比,同时研究了Cextrant 230单一体系萃取钍的动力学。系统地考察了搅拌速度、反应温度、比界面积,以及萃取剂浓度、酸度、氯离子浓度等因素对萃取速率的影响。结果表明,Cextrant 230单一体系和Cextrant 230-Cyanex 923混合体系对Th⁴⁺的萃取分别受化学反应控制和扩散控制,萃取反应速控步骤均发生在水相或有机相本体中;温度对Cextrant 230单一体系的萃取速率无显著影响,而对Cextrant 230-Cyanex 923协萃体系的萃取速率具有促进作用;氯离子浓度和萃取剂浓度与萃取速率呈线性关系,在Cextrant 230单一体系和Cextrant 230-Cyanex 923混合体系中Th⁴⁺的萃取过程均为假一级可逆反应。

以陕西省商洛市丹凤县石煤钒矿为研究对象,采用直接酸浸和硫酸熟化—水浸两种工艺对钒元素的浸出效果进行了研究。结果表明,当磨矿细度45%、浸出剂硫酸质量分数14%、浸出时间6 h、浸出温度80 ℃、Ca(ClO)₂用量3%、CaF₂用量2%、固液比1∶2时,利用直接酸浸工艺可获得的最佳钒浸出率为86.7%;当磨矿细度80%、熟化过程浓硫酸用量20%、浸润水量7.5%、熟化温度110 ℃、保温时间10 h、水浸固液比1∶2、浸出时间120 min、室温浸出时,硫酸熟化—水浸工艺的最佳钒浸出率可达93.5%。硫酸熟化—水浸工艺指标优于直接酸浸工艺指标,研究结果可为陕南地区石煤钒矿清洁提钒工艺设计提供技术支撑。

稳旋法分离⁷⁶Ge同位素工艺的核心设备为稳旋机。稳旋机的正常稳定运行是保证整个生产顺利进行的关键要素。衡量稳旋机正常运行的主要指标是稳旋机每分钟的转速是否在合理的区间,通过稳旋机转速测量系统监测这一重要指标。自转速测量系统正式投用以来,其在监控稳旋机转速及摩擦功耗方面的性能表现卓越;但当系统监测到稳旋机转速数据异常时,不能实现自动触发稳旋机保护程序。针对这一缺陷,深入研究了转速测量系统的各项功能,以及转速测量系统在监测稳旋机异常情况下无法自动执行保护程序的原因,通过运用MODBUS/TCP协议,实现了转速测量系统与DCS系统的数据通信对接,并在DCS系统中完成了相应的组态编程工作。采用改进的稳旋机转速测量系统后,一旦转速测量系统检测到稳旋机出现单台失步/成组失步、单台损坏/成组损坏等故障保护信号,这些信号便会实时传递至DCS控制系统;DCS系统随即发出事故报警,并启动保护联锁程序,解决了转速测量系统在异常情况下无法保护稳旋机的问题,有效防止了稳旋机的损坏,提升了系统的安全性能。

采用碱性材料对酸性废渣进行中和处理,设置敞开、封闭试验环境,以及不同投加比和pH等条件,通过监测中和渣上清液中pH、U、$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$变化,并借助XRD分析中和渣的矿物组成,研究CO₂对酸性废渣中和过程中U稳定性的影响。结果表明,中和处理时周围空气中的CO₂会影响中和渣pH与U的稳定性,中和渣在碱性条件下对CO₂的固定是个酸化过程,随着中和渣pH下降,在空气中固定的CO₂向$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$转变,$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$逐渐累积,使中和渣中已稳定的U重新浸出。U与pH无明显相关性,U大量浸出的pH区间为7.68~8.41,此区间$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$大量积累;U与$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$成正相关关系,相关系数(R²)为0.95,$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$的产生是影响中和渣中U稳定性的关键因素。Ca(OH)₂投加过量时,中和渣中会有次生矿物CaCO₃生成;随着CO₂固定,中和渣pH下降,CaCO₃会部分溶解转变为$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$。敞开试验环境中,仅有2.5%Ca(OH)₂试验组和2.5%Mg(OH)₂试验组维持极低的U浸出水平,中和处理后中和渣pH较低,在空气中固定的CO₂极少,影响U稳定的$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$基本不产生。

地浸采铀工艺套管需兼顾防腐性能和耐压性能。针对致密砂岩型铀矿床复杂的地质条件,对比研究了UPVC、碳钢和玻璃钢三种材质套管的性能。研究表明,UPVC套管防腐性好,但耐压性差;碳钢套管耐压性好,但易腐蚀且成本高;玻璃钢套管防腐性、耐压性和拉伸强度优异。在固井质量方面,玻璃钢套管、碳钢套管、UPVC套管与水泥的胶结强度分别为1.80、2.91、0.32 MPa,玻璃钢套管与水泥的胶结强度表现出明显优势。玻璃钢套管是致密砂岩型铀矿床地浸采铀工艺的最佳选择,能够满足防腐性能和耐压性能的双重要求,可保障钻井质量和使用寿命。

在核燃料元件生产过程中会产生铀质量浓度较高的含铀氢氟酸溶液,根据国家核安全局文件(国核安发〔2023〕158号)要求,铀质量浓度低于0.2 mg/L的氢氟酸溶液可解控。为满足国家监管部门要求,采用一种耐氢氟酸腐蚀的带功能基团树脂,在静态和动态条件下研究了其对氢氟酸溶液中铀的吸附性能,考察了该树脂的耐氢氟酸腐蚀性能、饱和吸附容量、解吸性能和循环使用性能。结果表明,经此树脂吸附后氢氟酸中的铀质量浓度小于0.2 mg/L,达到了解控水平,且经10个吸附-解吸循环后该树脂对铀的吸附能力未见明显下降。研究结果为后续大规模的工程应用奠定了基础。

分析国内外数字矿山建设现状,针对地浸铀矿山“信息孤岛”问题,以内蒙古某地浸铀矿山为研究对象,遵循中核铀业数字地浸铀矿山总体架构,开展了系统集成技术研究,研发了地浸铀矿山数字化集成管控平台。通过分析现场各系统技术架构,自主研发可兼容WebService、OPC和IEC104等标准的数据集成接口,集成管控平台可读取各系统数据库底层数据,实现了地浸铀矿山数字化集成管控平台与OA办公、生产自动化和电力管理等系统的数据汇聚和集中管控。集成管控平台的应用,有效提升了目标矿山数字化管理水平,为中国铀矿采冶数字化从离散控制到统一集控的跨越式发展夯实了技术基础。

针对区域铀矿山矿床开采分散、开拓方式多样、运输系统网络复杂等特征,构建了基于复杂网络规划的区域矿山运输系统优化模型,在区域矿山开采条件下,综合规划开拓运输系统,提升区域矿山运输系统的高效性、经济性与科学有效性。通过分析区域矿山空间地理位置关系以及集约化开发理念,建立了系统网络图,运用网络流理论和灰狼算法,得到区域矿山运输系统全局最优方案。在相山铀矿田区域矿山进行了模型有效性验证,解算出矿山最优的区域运输路径与最低成本方案。结果表明,模型满足区域矿山运输系统的规模化、集约化要求,具有有效的运输系统规划效果。研究结果为相山铀矿田运输系统经济、高效运转提供了技术支撑,也可为其他铀矿大基地运输系统智能化规划提供借鉴。

根据国家将发展绿色矿业、建设绿色矿山作为转变矿业发展方式、提升矿业整体形象、促进矿业安全健康持续发展的重要平台和抓手,以及国家安全总局开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动等要求,公司在完成“机械化”改造之后,接续进行智能矿山建设。针对劳动强度大、作业环境差、安全风险大等安全生产痛点问题,开展了包括电机车无人驾驶、铲运机远程遥控、破碎机远程遥控、通风排水自动化等智能矿山建设内容,通过“数字化”“智能化”等改造提升,逐步实现井下“少人化”或“无人化”,在改善作业环境、降低劳动强度的同时,进一步提高了硬岩铀矿开采的本质安全度。

矿产资源储量数据是矿产资源储量管理的重要抓手,矿产资源国情调查是一项全国性、基础性的矿产资源调查工作。基于目前河南省已全面完成的矿产资源国情调查数据库,提出快速更新矿产资源储量数据库中资源储量数据的方法,以方便矿产资源管理部门高效使用。本方法对于解决储量库中的数据缺失、错误、冗余、时效性低等诸多问题和更好地进行矿产资源管理十分必要。通过设计计算机程序算法,对矿产资源国情调查数据库和矿产资源储量数据库中的资源储量数据记录按照相关字段进行自动对比,查找差异,分情况采取不同的程序代码,对储量库中资源储量数据实施更新。和日常储量管理中常采用的人工更新数据方法相比,本方法能更全面、快速、高效、准确地实现矿产资源储量数据库中资源储量数据的更新。

经过四十余年的试验研究和工业应用,地浸采铀技术已成为中国铀矿采冶的重要技术之一,但长期地浸开采产生的放射性“三废”(废水、废气、固体废物)会对矿山周围生态环境产生不同程度的影响,对公众健康和环境安全产生一定的危害。为了掌握地浸铀矿山辐射环境状况,以新疆某地浸铀矿山为调查对象,通过现场调研与样品取样分析,对矿山生产运行期间的辐射环境状况开展了调查与研究工作。结果表明:该地浸铀矿山周边环境空气、陆地γ、地表水、地下水、土壤、动植物、土壤氡析出率等被监测介质的放射性水平基本处于新疆地区放射性本底水平或相应的标准限值内,辐射环境质量良好,辐射环境风险可控。

洗井是地浸采铀矿山提高钻井水量、增加产能的重要途径。随着安全环保要求的不断提高,传统的洗井方式已不能满足安全环保的发展需要。近年来,某地浸采铀矿山通过开展空压机并联洗井技术研究、洗井加酸方法改进研究,以及洗井废水循环利用研究等进行洗井工艺安全环保优化,进一步提高了洗井效率,实现洗井效果最大化,确保了地浸采铀矿山洗井工艺安全环保风险受控。

随着全球清洁能源需求的持续攀升,铀矿资源开发规模也相应扩大,铀尾矿(渣)的安全处置已成为环境保护与核能可持续发展的关键问题。系统综述了铀尾矿(渣)回填与安全处置技术的研究进展,重点探讨了膏体充填工艺优化与纳米材料固化机制,旨在为铀矿资源绿色开发与放射性废物安全处置提供理论支撑。

为应对柴油价格上涨带来的矿卡运输成本攀升,以纳米比亚湖山铀矿现有电架线为研究对象,设计“现场两次加油法”,并利用该法测定了矿卡纯油工况和电架线辅助工况下的上坡油耗及电耗。通过系统拆解电架线运行相关成本和收益要素,提出了各要素的合理取值方法;并构建了经济性分析框架,对电架线运行经济可行性进行测算。研究表明,湖山额定载重330 t矿卡在电架线辅助工况下上坡行驶550 m,电耗为62.65 kW·h,爬坡速度为24 km/h;比纯油卡车节省油耗11.25 L,爬坡速度是纯油卡车的2倍。湖山测试段电架线全寿期累计动态收益7 047万纳元,技改投资静态投资回收期小于2年;考虑建造成本情形下,静态投资回收期小于5年。投资敏感性分析显示,项目对油价变化最为敏感,其次为电价和运行成本,项目对资本投入变化最不敏感;但即使当油价降低50%,项目全寿期动态收益仍可达到2 209万纳元,项目具有较强抗风险能力。