原位植菌生物地浸采铀过程中溶质迁移研究

The in-situ leaching (ISL) uranium mining technology has become an important uranium mining method around the world. The mined uranium using the ISL technology in the year 2015 are 29197 tons, accounting for 48% of the total uranium output in the world. The bioleaching technology has been successfully applied to the dump leaching, ISL and percolation leaching processes of the depleted uranium ore with.low grade and unwieldiness characteristics. However, the biggest problem of the bioleaching uranium mining technology in application is the insufficient production capacity of the bacteria liquid. The basic solution of this problem is to change the bacteria liquid production method from culturing bacteria in the earth’s surface to directly culturing and large-scale breeding bacteria in the ore bed. However, the in situ bacteria planting bioleaching uranium mining technology is a new technology in the world that needs to be researched and be broken through. It needs to carry out researches on the basic scientific issues related to this technology. This project is a systematic research on this two problems, using the numerical simulation and indoor experiments combined with the wild field test and observation method. This research has important realistic and scientific significances to fundamentally solve the surface bacteria liquid production capacity bottleneck that restricts the in situ bioleaching technology industrialization application, implement the industrial application in the mining area, and effectively improve the efficiency of leaching and the recovery of uranium resources.

地浸采铀已成为国际上一种重要的采铀方法，2015年通过地浸生产的铀为29197吨，占总产量的48%。生物浸出已成功应用于低品位、难处理贫铀矿石的堆浸、地浸、渗滤浸出工艺中。然而，生物地浸采铀应用过程中最大的难题是菌液生产能力不足。要解决这个难题，根本途径是将地表培养细菌以生产菌液的方式改为直接在矿层中植菌并大规模繁殖。但原位植菌微生物地浸采铀技术在国际上还是一项有待研究和突破的全新技术，需要对这项技术相关的基础科学问题开展研究。本项目针对这些问题，采用数值模拟及室内实验与野外现场试验及观测相结合的方法进行系统性研究，从而对于从根本上解决制约生物地浸工艺工业化应用的地表菌液生产能力瓶颈，实现采区以上规模的工业应用，达到有效提高浸采效率和铀资源回收率的目的具有重要的现实和科学意义。

在我国，原位植菌生物地浸技术的研究仍处在起步和探索阶段，工艺尚待成熟和完善，对于地浸采铀过程中溶质迁移基本规律及数值模拟的研究还不够，特别是针对生物地浸采铀过程中溶质迁移的研究和模拟，更是鲜见报道。本项目主要研究内容包括研究区地质与水文地质条件、铀的浸出及酸度变化特征、研究区水动力模型、研究区溶质运移模型。本项目在前期工作的基础上，取得了以下重要结果和研究意义：①研究区矿床含水层泥岩顶底板隔水性良好，区域连续且稳定，含水层为较松散砂岩，渗透系数大于0.1m/d，渗透性显著差于该矿床卷头矿体所在含水层，对地浸水量及地浸效率会有不利影响。②研究区含矿含水层介质密度为1.90 g/cm3，总孔隙度为0.25，有效孔隙度为0.22。水文试验结果显示含水层渗透系数平均为0.162 m/d，导水系数平均为2.38 m2/d，储水系数平均为4.83×10-5。③对地浸流场的模拟结果表明，含水层中的弱透水层和过滤器位置会影响渗流状态，部分单元出现跨单元抽注的情况。示踪迹线结果显示弱透水层上层的注液会绕过弱透水层边缘进入到下层进入抽液井。④模拟计算结果显示钻孔抽注流量越大，溶浸液在流场中流速越快；浸出铀浓度与溶浸面积关系较大，二者成正相关；溶浸面积与流速关系不大，与各单元注液流量的比例有关，流量均衡可以平衡各注孔溶浸液对浸出液的贡献率，提高溶浸液利用率和浸出强度，缩小溶浸死区，增大溶浸面积，提高铀浸出率；溶浸液流速越快，浸出液中铀浓度越低，但浸出率升高。⑤短暂抽注暂停的模拟结果显示对于已经形成强对流的地浸流场而言，短暂的停止对流场外围水位影响较大，各单元局部流场不会产生较大改变，流场内部流速略微降低；在溶浸液流速达到与矿石反应充分的前提下，流速的轻微变化不会明显影响浸出液组分变化。⑥当前，总注液量大于总抽液量，抽注比较小，溶浸液散失较多，溶浸液利用率较低。后续流量调控需适当减小边缘注液孔流量，增加抽液孔流量。