CrowButte原地浸出工程

1、Crow Butte原地浸出工程(溶浸采礦技術(shù)資料之二)核工業(yè)第六研究所1998.111Crow Butte原地浸出工程(溶浸采礦技術(shù)資料之二)闕為民 姚益軒 編譯核工業(yè)第六研究所1998.11Crow Butte原地浸出工程(溶浸采礦技術(shù)資料之二)闕為民 姚益軒 編譯聯(lián) 系 人：溶浸技術(shù)研究室地 址：湖南省衡陽市通訊地址：湖南省衡陽市48號信箱郵 編：421001電 話 真-mail：ccrium目 錄摘要 11 引言 12 地質(zhì) 4 2.1 Chadron-Brule建造-上隔水層 6 2.2 Brule建造上部-上觀測層 93 水文

2、地質(zhì) 114 中間性試驗 115 商業(yè)生產(chǎn) 12 5.1 環(huán)境許可 12 5.2 商業(yè)性建設(shè) 12 5.3 商業(yè)性開采 156 環(huán)境與輻射安全 267 含水層的復(fù)原和退役 278 結(jié)語 28摘要 Crow Butte工程位于內(nèi)布拉斯加州西北角，是美國目前正在運轉(zhuǎn)的六座商業(yè)性原地浸出采鈾礦山之一。卷型砂巖鈾礦床在發(fā)現(xiàn)12年后于1991年4月開始商業(yè)性生產(chǎn)。礦體賦存在距地表約213m的高滲透性含水層中，含水層上下具有良好的頁巖/粘土隔水層?？碧胶烷_發(fā)期間的工作包括礦體圈定、能證實含水層復(fù)原成功的中間試驗、可行性研究、環(huán)境許可證申請、工程設(shè)計和設(shè)施建設(shè)。商業(yè)性生產(chǎn)正計劃從目前年產(chǎn)70 萬磅U3O8分

3、階段增加到1997年的1百萬磅。四年來使用堿性溶浸劑的商業(yè)性生產(chǎn)進展順利，未曾出現(xiàn)大的技術(shù)或管理問題。由于從得克薩斯州和懷俄明州已關(guān)閉的地浸鈾礦山中購買了一部分使用過的處理設(shè)備，因而，建設(shè)這座能力為221 l/s的處理廠的基建費用是最低的?，F(xiàn)場所需的勞動力總數(shù)僅25人，故生產(chǎn)成本也低。1 引言 Crow Butte地浸鈾礦山座落在內(nèi)布拉斯加州西北部，1991年4月開始商業(yè)性黃餅生產(chǎn)。目前井場的抽液能力為208 l/s,處理廠能力為221 l/s。Crow Butte工程的基本參數(shù)見表1。礦山使用堿性溶浸劑(碳酸氫鈉)，氧氣作氧化劑。礦床發(fā)現(xiàn)于1980年，在目前的采區(qū)內(nèi)，礦體埋藏在地表以下183

4、m213m。礦化產(chǎn)在典型的砂巖體中，礦體形態(tài)呈卷狀，礦床的平均品位約為0.25% U3O8。1986年至1987年間進行的中間規(guī)模的試采表明，工程在開采和含水層復(fù)原階段的技術(shù)及經(jīng)濟方面都是可行的。表1 Crow Butte工程基本參數(shù) 1.礦床條件 圍巖類型 砂巖 地質(zhì)名稱/年代 Chadron建造/漸新世 導(dǎo)水系數(shù)(gpd/ft) 2700 水力傳導(dǎo)系數(shù)(m/d) 2.8 孔隙率(%) 29 體 重(t/m3 ) 2.08 礦層之上靜水頭(ft) 550 2.礦石特征 鈾礦物 鈾石，晶質(zhì)鈾礦 平均埋深(ft) 650 平均品位(% U3O8) 0.25 邊界品位(% U3O8) 0.02 平

5、均品位厚度(% ft) 1.25 品位厚度邊界(% ft) 0.5 3.井場特征 抽液鉆孔總數(shù) 130 注液鉆孔與抽液鉆孔比例 1.9 工程抽液鉆孔總流量(gpm) 3300 單個抽液鉆孔平均流量(gpm) 25 單個注液鉆孔平均注液量(gpm) 25 過濾管平均長度(ft) 15 井型 57點型 井距(抽液鉆孔到注液鉆孔,ft) 70 套管內(nèi)徑(ft) 注液鉆孔 4.5 抽液鉆孔 4.5 套管材料 PVC 成井方式 向下擴徑 地面海拔高程(ft) 3900 地下水溫度(°F) 70 天然地下水水質(zhì)(TDS) 1250 4.工藝 氧化劑(濃度，mg/l) O2(200) 溶浸劑(濃度

6、，mg/l) NaHCO3(1000) pH 7.7 浸出液濃度(ppm U3O8) 55 提取工藝 逆流離子交換 淋洗劑 氯化物和碳酸鹽 沉淀 過氧化氫 設(shè)備 處理槽、泵、帶式過濾機、 攪拌槽、濃密機 干燥方式 真空 廢物處理 水 蒸發(fā)池、深井處置、土地利用 固體 處理廠尾渣 州和聯(lián)邦的管理機構(gòu)對該工程的環(huán)境許可證發(fā)放比美國其它地浸礦山都要慢并且更困難，其主要原因是Crow Butte工程是內(nèi)布拉斯加州第一座鈾礦山。在Crow Butte礦床發(fā)現(xiàn)以前，該州尚沒有任何關(guān)于鈾礦開采的法規(guī)。事實上，除了砂礫石外，這里也沒有任何礦產(chǎn)開采活動，因此，他們需要研究、準(zhǔn)備及建立一套地浸開采的規(guī)章?，F(xiàn)在，州

7、官方已有了地浸的規(guī)章，也越來越熟悉地浸開采了，管理過程非常順暢而有效，許可證更換通常不需太長時間即可獲得。 Crow Butte工程位于內(nèi)布拉加州Crawford小鎮(zhèn)東南約6.5km處(見圖1)，海拔圖1 Crow Butte鈾礦床位置及區(qū)域地質(zhì)1190m，丘陵地形，當(dāng)?shù)氐南鄬Ω卟钚∮?00m，是內(nèi)布拉斯加州西部的典型地貌。土地主要用于放牧，種植牧草和小麥。礦區(qū)年平均降雨量395mm，夏季最高氣溫43，冬季最低氣溫-35。 Crow Butte工程在一個合資經(jīng)營協(xié)議條件下由Crow Butte資源公司(CBR)負責(zé)經(jīng)營，基本的礦產(chǎn)權(quán)屬于Crow Butte土地公司CBR的一個子公司。工程受益者

8、以及全部產(chǎn)品的擁有者是Uranerz美國公司，美州Kepco資源公司和Geomex礦物公司。2 地質(zhì) Crow Butte鈾礦床產(chǎn)在White River Group的Chadron砂巖層中(見地層柱狀圖,圖2),Chadron砂巖層之下是白堊紀(jì)Pierre頁巖，它是Crow Butte地區(qū)人們關(guān)注的最圖2 Crow Butte工程地層柱狀圖古老的地層，因為它是鈾礦化的下部封閉層。Pierre頁巖分布廣泛，是一種暗灰色到黑色的基本不滲透的海相頁巖。 在接受漸新世沉積之前，由于暴露在大氣中遭受侵蝕，Pierre頁巖的厚度減小了許多。Pierre頁巖的頂部是一個重要的不整合面，不整合面上呈現(xiàn)出許多

9、地形特征，他的表面局部還出現(xiàn)了古代土壤層。 White River Group在地質(zhì)年代上屬于漸新世，有Chadron建造和Brule建造組成(見圖3)，在內(nèi)布拉斯加州西北部Pinw山脈腳下呈條帶狀出露。Chadron建造是內(nèi)布拉斯加州西北部最古老的第三紀(jì)地層。圖3 Crow Butte鈾礦床礦區(qū)地質(zhì) Chadron砂巖總體上位于Chadron建造的底部，是一種粗粒長石砂巖，經(jīng)常含有薄層粘土夾層和粘土透鏡體。在局部地方，Chadron砂巖相上逐漸演變?yōu)榧毶皫r，并含有不同數(shù)量的粘土填隙物和連續(xù)的粘土夾層。Chadron砂巖是Crow Butte礦床的圍巖層和開采層，在它上面的地層中沒有其它鈾礦化

10、存在。 Crow Butte地區(qū)Chadron砂巖的垂直厚度平均約為19m。從等厚度圖可以看出該區(qū)Chadron砂巖的厚度變化，東北部0m，西部近30m，見圖4。圖5是一條穿過井場區(qū)的東西向橫剖面，區(qū)域勘探鉆孔的電測井曲線反映了Chadron砂巖的封閉特性。再往西，砂巖層厚度發(fā)育甚至更大。連續(xù)的粘土層呈典型的磚紅色，它通常是Chadron砂巖的上封閉層。 由薄片鑒定可知，Chadron砂巖成分中含50%的單晶石英，30%40%的斜長石和微斜長石，其它礦物包括多晶石英、燧石、玉髓、多種重礦物和黃鐵礦。X射線衍射分析表明，Chadron砂巖75%的石英，其余的是鉀長石和斜長石(表2)。從巖芯樣和露

11、頭可以看出，Chadron砂巖含有許多直徑達幾英寸的粘土團塊以及厚度不等但是連續(xù)的薄層粉砂巖與粘土透鏡體，偶爾也能看到向上砂粒逐漸變細的序列。這些可能代表的是一種泛濫平原或在河流沉積作用中通常出現(xiàn)的緩慢沉積物。在許可區(qū)內(nèi),正如電測井所顯示的那樣，不同厚度的粘土層及粘土透鏡體常常把Chadron砂巖分成完全清晰的亞層。表2 X射線衍射分析確定的礦物重量百分比礦 物Chadron建造上部(上隔水層)Chadron砂巖(開采層)Pierre頁巖(下隔水層)石英22.575.526鉀長石2134斜長石19.51高嶺石、綠泥石-<19蒙脫石44<132云母1<115方解石22-1.5螢

12、石0.5-非晶質(zhì)礦物7110.5不明礦物-<11合 計1001001002.1 Chadron-Brule建造，上隔水層 Chadron建造的上部和Brule建造的下部共同構(gòu)成上隔水層，覆蓋在Chadron砂巖圖4 Chadron砂巖等厚度圖之上(見圖5)。在整個Crow Butte地區(qū),上隔水層的厚度為61m152m,Chadron上部體現(xiàn)了從下部砂巖層向上清晰而又快速的相變,它是一種淺綠色到灰色膨潤土,向下逐漸變?yōu)榫G色和通常是紅色的粘土。紅色粘土的X射線衍射分析說明,它主要是由蒙脫石32圖5 Crow Butte鈾礦床電測井剖面-X方向49400E-W和方解石組成的。這一部分還經(jīng)常含

13、有灰色到白色膨潤土夾層。Chadron建造中淺綠-灰色的粘性土可以作為鉆井巖屑中一種良好的標(biāo)志層，在Crow Butte地區(qū)內(nèi)幾乎所有的鉆孔中都能觀察到。測試所得上隔水層的垂向水力傳導(dǎo)系數(shù)小于1×10-10cm/s。與上覆Brule建造接觸處其巖性是逐漸變化的，在鉆屑或電測井中不可能完全準(zhǔn)確地把它們區(qū)分開來，因此，Chadron建造的上部與Brule建造的下部在Crow Butte區(qū)是結(jié)成一體的。 Brule建造整合地覆蓋在Chadron建造頂部，在該區(qū)的大多數(shù)地方，它是出露的地層。Brule建造下部主要由粉砂巖和泥巖組成，偶爾也能看到細粒-中粒砂巖相，但可以看出，這些砂巖的側(cè)向延伸

14、非常有限。2.2 Brule建造上部-上觀測層 Brule建造的上部主要是淺黃色到褐色粉砂巖，其粒級比下部的要大，偶爾也能遇到砂巖層。砂巖層盡管含水，但側(cè)向連續(xù)性差，通常不會產(chǎn)生可供利用的水量。在開采過程中，這些含水砂巖的最底部可以通過淺部的觀測井觀察到。 Crow Butte地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造如圖6所示,白堊紀(jì)Pierre頁巖頂部即第三紀(jì)Chadron建造基底等高線圖反映了這種構(gòu)造。該區(qū)現(xiàn)在的地形特征是Pierre頁巖古地形表面在Chadron建造沉積之前遭受侵蝕,以及Chadron建造沉積之后發(fā)生某些構(gòu)造褶皺和斷裂作用的結(jié)構(gòu)。區(qū)域上和本區(qū)內(nèi)White River Group(即Chadron和

15、Brule建造)向南緩緩傾斜，傾角約0.5°1°。懷特河斷層沿該區(qū)西北邊緣延伸，其形成時代為漸新世后期，為它同時切割了Chadron建造和Brule建造。斷層總的垂向位移61m122m，南面是它的上升盤。懷特河斷層在許可的井場區(qū)西北部向北延伸約1英里到1.5英里。在整個礦區(qū)范圍內(nèi)按一定間距進行的詳細鉆探資料表明，井場范圍內(nèi)不存在大的斷裂構(gòu)造。一條東西走向的向斜構(gòu)造穿過Crow Butte地區(qū)向西側(cè)伏。在該區(qū)南部還存在一條對應(yīng)的東西走向的背斜構(gòu)造，背斜軸近似地平行于DeGraw提出的Cochran穹窿，它可能是一個相關(guān)的構(gòu)造。 中新世Arikaree Group包括三個砂巖建

16、造，它們形成了Pine山脈從西向東橫貫內(nèi)布拉斯加州西北部的陡崖，這些砂巖起源于河流沉積并在目前的開采區(qū)遭受侵蝕。 礦化成因被認(rèn)為是從上覆火山灰中淋濾出來的鈾的次生沉積(沉淀)作用形成的,主要的還原劑是由硫酸鹽還原細菌形成的黃鐵礦。礦體形態(tài)呈卷舌狀,氧化還原前緣長約10km，寬達到914m。所有部位的礦化都有一至五層，礦體厚度1.5m4.5m，深圖6 Pierre頁巖頂部接觸帶(Chadron建造基底)構(gòu)造等高線圖度距地表84m250m。礦物學(xué)研究證實,鈾礦物主要是鈾石,其次是與Chadron砂巖填隙物質(zhì)中的黃鐵礦共生的晶質(zhì)鈾礦。Chadron砂巖的有機質(zhì)含量非常低，0.02%0.20%。Cro

17、w Butte礦床礦石的平均品位為0.25% U3O8，除目前的采區(qū)外，據(jù)估算礦床的原地鈾儲量超過300萬磅U3O8。 區(qū)域地質(zhì)研究，包括石油和天然氣測井解釋，在Pierre頁巖之上的第三系底部確定了一個廣泛的河流相砂巖體系。在一些石油和天然氣井中的脈沖連同甲烷氣的存在為勘探鉆進規(guī)劃提供了基礎(chǔ)。1997年，在Crawford地區(qū)總共施工了95個勘探鉆孔，發(fā)現(xiàn)了一些弱的鈾礦化顯示。1980年第100個補充勘探鉆孔揭露到了礦石品級的鈾礦化，從而宣告Crow Butte礦床的發(fā)現(xiàn)。1980年的加密鉆探確定了礦化的趨勢。3 水文地質(zhì) 下部的Chadron砂巖，即鈾礦化圍巖是充水的，它形成了一個區(qū)域上廣

18、泛分布的承壓含水層，在局部的地形低洼處產(chǎn)生了自流水條件。Chadron砂巖是一種粗粒長石砂巖，工作區(qū)內(nèi)的平均厚度為12m。含礦含水層(當(dāng)?shù)胤Q之為Chadron含水層)的側(cè)壓水面在采區(qū)內(nèi)位于砂巖層頂板之上約151m，砂巖層向北-北西緩傾斜。最接近Chadron含水層的上覆含水層是Brule砂巖含水層，它被約61m152m的粘土、粘土巖和粉砂巖與Chadron含水層隔開。工作區(qū)內(nèi)Chadron與Brule含水層的側(cè)壓水面標(biāo)高差約18m。 在工作區(qū)內(nèi)兩個主要含水層中進行的抽水試驗為開采和環(huán)境評價提供了水文地質(zhì)參數(shù)。抽水試驗分別進行了51h和72h，獲得了定量的數(shù)據(jù)資料用于確定Chadron含水層及其

19、上下隔水層的水文地質(zhì)特征。含水層抽水試驗結(jié)果表明，Chadron含礦砂巖層是一個不滲漏的、封閉的和有輕微各向異性的含水層，平均水力傳導(dǎo)系數(shù)(滲透系數(shù))約為2.8m/d。計算得出其平均貯水系數(shù)是1.04×10-4。抽水試驗證實了上下隔水層能充分阻止Chadron含水層地下水的垂向滲漏，滿足了管理機構(gòu)的要求。4 中間性試驗 在1981年和1982年進行廣泛的勘探鉆進和評價以后，決定申請許可證和建立中間試驗礦山，其目的是確定該礦床對地浸的適用性，以及證明成功地復(fù)原被開采污染的含水層在技術(shù)/經(jīng)濟上的可行性。后者是管理機構(gòu)的要求，也是頒發(fā)商業(yè)性開采許可證的先決條件。1982年選定了中間試驗井場

20、的位置，并且為中間試驗的許可證申請收集了環(huán)境方面的原始數(shù)據(jù)。1983年初向管理機構(gòu)提交了許可證申請，1985年得到全部所需的批準(zhǔn)。1985年中期開始建設(shè)能力為6.3 l/s的中間處理廠，1986年初完成。 中間試驗開采于1986年中期開始直至1987年2月，所用的溶浸劑為碳酸氫鈉，pH值控制在7.17.4，用氧氣作氧化劑，用裝有陰離子樹脂的離子交換塔回收鈾。受到了影響的含水層的復(fù)原在試采結(jié)束后不久即開始，于1987年8月截止，約進行了6個月時間。含水層的復(fù)原方法包括地下水清除、水處理、添加還原劑以及最終含水層再循環(huán)。 中間試驗的結(jié)果成功地證明鈾浸出和含水層復(fù)原在技術(shù)經(jīng)濟上都是可行的。試驗還證明

21、，溶浸液在水平方向和垂直方向都能得到有效控制，滿足了管理機構(gòu)的要求。中間試驗期間溶浸液沒有向外漂移，工程未出現(xiàn)任何重大的管理或環(huán)境問題及工人受輻照的問題。5 商業(yè)生產(chǎn)5.1 環(huán)境許可 業(yè)主Crow Butte資源公司要在內(nèi)布拉斯加州建設(shè)和經(jīng)營原地浸出采鈾礦山，必須獲得州政府和聯(lián)邦政府的批準(zhǔn)。內(nèi)布拉斯加州負責(zé)原地浸出采礦項目的主管機構(gòu)為州環(huán)境質(zhì)量部和水資源部。聯(lián)邦負責(zé)鈾礦開采的主管機構(gòu)為美國核管會(NRC)。許可證申請文件必須分別提交給上述三個主管機構(gòu),商業(yè)性生產(chǎn)許可證申請應(yīng)包括水文、植物、土壤、野生植物和輻射條件等，申請于1986年開始準(zhǔn)備,于1987年完成并提交了包括大量資料的申請文件。 正

22、如本文前言所述，環(huán)境許可是很復(fù)雜的，并且由于Crow Butte項目是內(nèi)布拉斯加州審批的第一座鈾礦山，因此環(huán)境許可證的批準(zhǔn)被推遲了。州的有關(guān)機構(gòu)必須首先編寫并審定適合于地浸鈾礦山的有關(guān)法規(guī)。經(jīng)過多方努力和交涉，終于在1990年4月頒發(fā)了環(huán)境許可證和批準(zhǔn)書。反對者雖然是少數(shù)，但環(huán)境團體的反對呼聲使公眾會議和聽眾會增多，從而延長了許可證的頒發(fā)。由于當(dāng)?shù)鼐用裰械慕^大多數(shù)都支持該項目的實施，因此致使環(huán)境團體的眾多呼吁和抗議均無成效。5.2 商業(yè)性建設(shè) 工業(yè)性原地浸出采鈾礦山的建設(shè)始于1990年5月，并于1991年3月建成，該礦山主要由如下三部分組成：第一部分是井場，它包括抽液鉆孔、注液鉆孔、監(jiān)測孔，以

23、及井下和地表設(shè)施等；第二部分為處理廠，它包括廠房和設(shè)備，處理廠和井場平面布置圖如圖7所示。第三部分為廢水處理系統(tǒng)，在Crow Butte礦，該系統(tǒng)包括雙層襯墊蒸發(fā)池。下面對這三個部分分別進行介紹。圖7 處理廠和井場布置平面圖5.2.1 井場設(shè)計與建設(shè)Crow Butte地浸礦山生產(chǎn)所需的鉆孔是由鉆探公司采用水井鉆進中常用的回轉(zhuǎn)鉆機來完成的，Crow Butte礦山雇傭34臺鉆機來完成注液鉆孔、抽液鉆孔、監(jiān)測孔的施工任務(wù)。采用內(nèi)徑為4英寸(11.4cm)的聚氯乙烯Yelomine管作套管，井壁與套管之間的環(huán)形空間自下而上采用水泥漿封閉。過濾器為縫寬 0.2英寸(0.051cm)的不銹鋼過濾器。鉆

24、孔安裝好套管和水泥封孔后，采用局部擴徑的方法對礦層部位進行擴孔。抽液鉆孔中采用2英寸(5cm)PVC管作為抽液管、潛水泵懸吊于抽液管上，潛水泵的功率為5馬力或7.5馬力(3.75.6kw)。抽液鉆孔和注液鉆孔結(jié)構(gòu)相同，使用同樣尺寸的套管。每個注液鉆孔、抽液鉆孔、監(jiān)測孔成井后，必須進行完整性試驗，以確保套管沒有泄漏。完整性試驗的結(jié)果必須寫入文件，并提交給管理機構(gòu)審查。1520個抽液鉆孔和毗鄰的3040個注液鉆孔一道，利用埋置的塑料管與井場集管室相連結(jié)，井場集管室為連結(jié)每一鉆孔的管路設(shè)置了流量計和流量控制閥，以及取樣口，每個抽液鉆孔的電氣開關(guān)也設(shè)置在這里。從井場集管室用埋置的10英寸高密聚乙烯管將

25、溶液輸送至處理廠,集管室置于滑橇上，以便當(dāng)老的井場不再需要使用時可以搬運至新的開采井場。Crow Butte礦山采用的井型為典型的5點型，抽孔和注孔之間的距離約為70英尺(21m)。 用來溶解鈾的溶浸液是由Chadron地層地下水加入Na2CO3和CO2來配制的，浸出過程為碳酸氫鈉堿法浸出。溶浸液的pH值保持在7.67.8之間。氧氣是在井場的集管室加入到注入溶液中的。氧氣以液態(tài)形式運送到礦山，并且貯存于現(xiàn)場，井場和處理廠化學(xué)過程的描述如表3所示。表3 Crow Butte礦山生產(chǎn)的化學(xué)過程溶浸液的配制吸附尾液+HCO-3 +CO2+O2注液鉆孔礦體鈾： UO2+1/2O2 UO3 UO3+2H

26、CO-3 UO2(CO3) 22- +H2O釩： V2O3+1/2O2+4HCO-3 2VO(CO3) 22- +2H2O黃鐵礦：2FeS2+7O2+8Na2CO3+6H2O 2Fe(OH)2+4Na2SO4+8NaHCO3方解石： CaCO3+CO2+H2O Ca2+2HCO-3粘土： 鈣粘土+2Na+ 鈉粘土+ Ca2+抽液鉆孔浸出液處理強堿性陰離子交換樹脂吸附： 2RHCO3+UO2(CO3)22- R2UO2(CO3)2+2HCO-3注：Cl-或SO42-取代CO32-淋洗：R2UO2(CO3)2+2Cl-+CO32- 2RCl+UO2(CO3)34-沉淀：UO2(CO3)34-+6H

27、+ UO22+3CO2(g)+3H2O UO22+H2O2+2H2O UO4·2H2O+2H+ NaOH+H+ Na+H2O地下水復(fù)原化學(xué)過程： Na2S+H2O 2Na+HS-+OH- 4UO2(CO3)34-+HS-+15H+ 4UO2+SO42-+12CO2+8H2O5.2.2 處理廠設(shè)計和建設(shè) 處理廠是鋼架結(jié)構(gòu),長300英尺(91m)，寬115英尺(35m)，高52英尺(16m),包括實驗室、維修間、倉庫和辦公室等，主要處理設(shè)備如離子交換塔、淋洗與沉淀槽、產(chǎn)品過濾機、化學(xué)試劑槽,以及泵、管道和一些電力傳動裝置等是從得克薩斯和懷俄明已退役的地浸礦山購買的，這些使用過的設(shè)備同時還

28、包括鋼支架。購買使用過的設(shè)備的目的主要是為了節(jié)省基建投資，建筑物和處理廠的建設(shè)沒有超過預(yù)算，且都按時建成，建設(shè)過程中沒有遇到大的問題。 處理廠采用逆流離子交換工藝，共8個塔，塔徑為14英尺(4.3m)，塔高35英尺(10.7m)。為了避免樹脂的轉(zhuǎn)移，淋洗與吸附在同一塔中進行的。飽和樹脂用NaCl/NaHCO3溶液作為淋洗劑進行淋洗。離子交換塔往后是三個帶有攪拌器的沉淀槽。淋洗合格液中首先加入酸以除去CO2，然后采用H2O2沉淀鈾，并用NaOH調(diào)節(jié)沉淀pH值。鈾沉淀后送往濃密機濃縮。濃密機的底流送至帶式過濾機過濾，以脫除黃餅漿液中過量的水。1994年1月，真空干燥機開始投入使用，通過干燥的黃餅含

29、有93% U3O8，水份不超過1%。黃餅裝入55加侖的密封容器中。處理廠的簡化工藝流程如圖8所示。Crow Butte礦山的產(chǎn)品只有鈾，沒有副產(chǎn)品。浸出液處理過程和井場操作條件均通過計算機來監(jiān)測和自動記錄，計算機還用來控制某些處理過程。5.2.3 廢水處理 廢水處理是由雙層襯塑蒸發(fā)池來完成的。廢水來源于處理廠的泄漏和含水層復(fù)原的廢水(如反滲透的鹵水)。廢水通過埋置的PVC管從處理廠輸送至蒸發(fā)池。在商業(yè)性開采投產(chǎn)前建造了兩個蒸發(fā)池，1993年又新建了一個蒸發(fā)池。這些池子采用填土結(jié)構(gòu)，池子底部鋪設(shè)一層20密耳(0.5mm)厚的聚氯乙烯膜，在它的上面敷以地網(wǎng)，然后在地網(wǎng)上面鋪以60密耳(1.5mm)

30、厚的高密聚氯乙烯膜。滲漏檢測系統(tǒng)安裝在兩墊層之間，以檢測上部墊層的滲漏情況。1994年獲得了深井處理廢水和土地利用廢水的許可證。計劃1995年建造這些設(shè)施以減輕蒸發(fā)池的負擔(dān)。5.3 商業(yè)性開采 商業(yè)性生產(chǎn)處理廠和輔助設(shè)施的建設(shè)，以及第一開采單元的建設(shè)和安裝于1991年3月竣工，1991年6月開始開采，利用抽出含礦含水層的地下水，添加溶浸劑(CO2和NaHCO3)和氧化劑(O2)配制成的溶浸液注入礦層。第一個工業(yè)開采井場稱為1號開采單元，包括38個抽液鉆孔和72個注液鉆孔。單孔平均抽液量為31加侖/分(2 l/s)，總抽液量為1200加侖/分(76 l/s)。操作時在加入氧化劑后的34天，浸出液

31、鈾濃度明顯增高。圖8 浸出液處理工藝流程圖 投產(chǎn)期間出現(xiàn)過兩個值得注意的小問題。一個問題是注入溶浸液的過濾系統(tǒng)(袋式過濾器)經(jīng)常堵塞，這是由于抽液鉆孔在開始使用的短時間內(nèi)，抽出了鉆孔內(nèi)的沉積物而造成的。但是這個問題只是暫時的和可以有效控制的，抽液鉆孔在工作一段時間后就不會產(chǎn)生大量沉積物了。另一個問題是襯塑蒸發(fā)池出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，池子有兩層墊層，檢漏系統(tǒng)位于兩墊層之間。滲漏是由于塑料墊層有一個小洞引起的，管理部門及時發(fā)現(xiàn)了滲漏的位置并且進行修補。因為襯墊是雙層的，因此滲濾的廢水沒有對環(huán)境造成污染。 1992年3月，2號開采單元通過啟動少量鉆孔對采區(qū)進行預(yù)浸出，1992年6月，2號開采單元全部投入使用

32、。在2號采區(qū)投入運行時1號采區(qū)大部分鉆孔仍然在繼續(xù)生產(chǎn)，只有少數(shù)鈾濃度很低的鉆孔停止使用。2號采區(qū)共有52個抽液鉆孔,89個注液鉆孔。這時2號采區(qū)所有鉆孔和1號采區(qū)80%的鉆孔均在生產(chǎn),總抽液量為2400加侖/分(151 l/s)。自投產(chǎn)以來，浸出液鈾濃度比預(yù)期的要低，平均濃度約為66mg/L。這可能是由于浸出液被稀釋所造成的。為了降低溶液被稀釋的程度，Crow Butte礦在1993年和1994年建設(shè)3號開采單元和4號開采單元時采用了鉆孔局部擴徑技術(shù)，對礦層部位進行擴孔。通過擴孔，浸出液鈾濃度將會增高，同時縮短了開采周期，這只是提高浸出液濃度的措施之一，實際浸出液濃度的高低主要取決于礦石的品

33、位厚度值(GT)。 局部擴徑鉆孔結(jié)構(gòu)如圖9所示。鉆孔施工時首先一徑至底，終孔后，下入套管(套圖9 局部擴徑鉆孔成井示意圖管應(yīng)通過礦層)，進行水泥封孔。然后，對礦層部位進行局部擴徑。在擴孔部位下入過濾器。 3號開采單元是1992年至1993年建成的。對于一個開采單元，只有當(dāng)所有監(jiān)測孔和地下水恢復(fù)鉆孔施工好以后，政府才會允許開始生產(chǎn)。并且要求一個新的生產(chǎn)井場一旦投入生產(chǎn)，就必須連續(xù)生產(chǎn)，不要中斷，以確保資源的有效利用與回收。 1992年建設(shè)3號開采單元共施工了72個生產(chǎn)探礦鉆孔，其中有41個孔是利用1980年至1991年Crow Butte礦床勘探時鉆進的勘探孔。鉆孔布置網(wǎng)度近似為100英尺

34、15;100英尺(如圖10所示)?？碧娇缀蜕a(chǎn)探礦鉆孔用于描繪位于Chadron砂巖層中的12個鈾礦化卷頭的位置。Crow Butte礦床的3號開采區(qū)礦體有5個鈾礦化卷頭，可用淡黃、淺黃、中黃、深黃和桔紅五種不同顏色的5幅圖來描述五個卷頭的位置，如圖11至15所示。圖11至15圈定礦體的邊界值為0.5GT。這些卷頭是相互平行和重疊的，且自西向東傾斜。礦體形態(tài)和卷頭位置確定是原地浸出采鈾時鉆孔布置和確定過濾管安裝位置所必須的。 在仔細描繪出各卷頭位置后，緊接著就要進行鉆孔布置方案的設(shè)計，鉆孔布置應(yīng)盡可能覆蓋整個礦體(如圖16所示)。3號開采單元最終設(shè)計的抽液鉆孔為55個，注液鉆孔為107個，抽注

35、比1:1.9。生產(chǎn)孔施工完成后對卷頭等值線進行了修正，并且用0.5GT這一邊界品位厚度值指標(biāo)重新對礦體的儲量進行了估算。礦體最終儲量的計算要利用所有的勘探孔、生產(chǎn)探礦孔和生產(chǎn)孔。 3號開采單元是Crow Butte礦利用擴孔技術(shù)進行過濾管安裝的第一個開采單元。在此之前，Crow Butte礦在1號和2號開采單元鉆孔施工和安裝時采用的是一次成井技術(shù)。一次成井方法的結(jié)果是產(chǎn)生了較大的過濾區(qū)域，由于Crow Butte礦床礦體形態(tài)的復(fù)雜性，因此會造成溶液的大量稀釋。一次成井法要求過濾管與套管同時安裝。局部擴徑技術(shù)安裝過濾器則可以在毗鄰鉆孔鉆進后再來確定過濾器的安裝位置。這樣做的結(jié)果是使過濾器的平均長

36、度由1號井場的19.6英尺減少為12.8英尺，減少了35%。較小的過濾區(qū)域的優(yōu)點是可以減少溶液的稀釋，提高浸出濃鈾濃度。另外還有一個優(yōu)越性就是減少污染水體量，從而降低了地下水復(fù)原費用。1號采區(qū)與3號采區(qū)的有關(guān)數(shù)據(jù)對比如表4所示。圖10 3號開采區(qū)勘探和生產(chǎn)探礦孔平面布置圖圖11 3號開采區(qū)淡黃色卷頭揭露示意圖圖12 3號開采區(qū)淺黃色卷頭揭露示意圖圖13 3號開采區(qū)中黃色卷頭揭露示意圖圖14 3號開采區(qū)深黃色卷頭揭露示意圖圖15 3號開采區(qū)桔紅色卷頭揭露示意圖圖16 3號開采單元鉆孔布置示意圖表4 1號采區(qū)與3號采區(qū)的有關(guān)數(shù)據(jù)對比采區(qū)抽孔數(shù)(個)單元面積(平方英尺)過濾器長度(英尺)品位厚度值(

37、GT)平均流量(加侖/分)平均濃度(mg/L U3O8)1381024719.61.1130.9683571028412.81.2628.884 3號采區(qū)第一年的平均濃度為84mg/L U3O8，比1號采區(qū)濃度64mg/L提高了24%。浸出液濃度增高的主要原因是由于在過濾管安裝時采用了局部擴徑技術(shù)。促使浸出液濃度增高的其它因素有礦石的平均品位厚度值的提高(由于1.11GT增高至1.26GT)和單孔抽液量的減少。估計由于采用擴孔技術(shù)引起浸出液濃度提高的幅度為10%左右。 至今為止，1至3號采區(qū)總的回收率已超過70%。1號采區(qū)正在進行地下水復(fù)原，2、3號和4號采區(qū)正在生產(chǎn)，5號采區(qū)正在建設(shè)并計劃于

38、1995年年中投入生產(chǎn)。 Crow Butte礦包括現(xiàn)場管理人員有職工31人，另外還有912人在進行新建采區(qū)的鉆孔施工和井場安裝，這些鉆探人員都是合同工，不是礦山的正式雇員。礦山實行8小時工作制，每周7天，每天24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)，現(xiàn)場生產(chǎn)由2人通過操縱自動監(jiān)控設(shè)備來完成。6 環(huán)境與輻射安全 Crow Butte礦山生產(chǎn)過程中抽液量大于注液量約為0.51%。抽大于注有如下兩個好處：第一，可在井場形成一個降水漏斗，既可防止被污染的溶液向采區(qū)外圍擴散，又可保證采區(qū)內(nèi)溶液的正常擴散運動。第二個好處就是可防止溶浸液中某些化學(xué)成分的積累。多抽出來的這部分溶液經(jīng)過處理廠處理后，用管道輸送至蒸發(fā)池。到目前為止，

39、Crow Butte礦山還沒有發(fā)生過井場的擴散泄漏。 Crow Butte礦山開采期間環(huán)境監(jiān)測的主要內(nèi)容是水平方向和垂直方向彌散的監(jiān)測孔的取樣工作。監(jiān)測水平方向彌散的監(jiān)測孔距離開采單元邊界300英尺(91m)，監(jiān)測層位為含礦含水層(在本例中為下層Chadron砂巖層，如圖7)。垂向彌散的監(jiān)測孔位于開采區(qū)范圍內(nèi)，監(jiān)測層位為含礦含水層之上的第一含水層，每4英畝(1.6公頃)設(shè)置一個監(jiān)測孔。監(jiān)測孔的原始水質(zhì)要在開采前確定。偏離額定值的極限是根據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)確定的。在開采過程中監(jiān)測孔每兩周取一次樣并進行分析。電導(dǎo)率、Na+、SO42-、NH4+和Cl-的允許偏離極限為不超過原始值的20%，如果分析確定其中

40、任何兩個參數(shù)超出極限值，或者任何一個參數(shù)超過極限值的20%以上，就必須立即通知管理機構(gòu)，并且應(yīng)采取補救措施。蒸發(fā)池的檢漏系統(tǒng)應(yīng)每天進行檢查。內(nèi)布拉斯加州環(huán)境質(zhì)量部通過派駐現(xiàn)場的檢查員對礦山生產(chǎn)環(huán)境進行仔細監(jiān)測，每周進行幾次檢測。 礦山的每個工作人員都必須接受由現(xiàn)場專任輻射安全官員組織的輻射安全培訓(xùn)。批準(zhǔn)的輻射安全檢查項目包括工人每次離開處理廠的個人監(jiān)測和每季度進行的現(xiàn)場工作人員的鈾生物鑒定。另外，每位雇員都必須佩帶個人計量儀，并且每季度更換一次。輻射安全員負責(zé)廠區(qū)的放射性檢查，包括氡、氡子體、含鈾粉塵，以及、等。處理廠建筑物外則要進行氡和水平的環(huán)境放射性監(jiān)測。美國核管會(NRC)實施放射性安全規(guī)劃，并且每年至少進行一次預(yù)先不通知突擊的抽查。7 含水層的復(fù)原和退役 一個開采單元結(jié)束采礦操作，管理機構(gòu)便要求業(yè)主開始進行含水層的復(fù)原工作(地下水清除)。含水層復(fù)原就是要使被污染的逐個參數(shù)恢復(fù)到原始水平(開采前)。一些管理機構(gòu)認(rèn)識到，并非所有的參數(shù)都能恢復(fù)到原始水平的，因此允許某些參數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但是，復(fù)原后含水層的總水質(zhì)必須達到