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倾斜铀矿浸出的研究

 论文栏目:矿业工程    更新时间:2012-08-15 09:29   

原地爆破浸出采铀技术以其高效、低成本、安全、环保的特点,目前已在铀矿开采的试验研究上取得了一系列科研成果,并得到推广应用。但先前的技术研究和应用大都是针对急倾斜铀矿床进行的[1 -2]。我国铀矿资源的总体特点是矿床类型较多,矿体赋存条件多样,资源分散,矿床规模较小,除了急倾斜矿体外,还有占相当比例的缓倾斜矿体。对于缓倾斜矿体,由于存在按通常做法难以解决的技术问题而处于试验与应用空白,主要的影响因素为如何高效地进行爆破筑堆,如何使矿堆达到均匀性浸出,这些问题在一定程度上限制了原地爆破浸出技术和应用范围的拓展。随着矿床开采品位的逐年降低、开采深度的增大,常规采矿成本随之增高,寻求低品位缓倾斜矿体矿石的回收利用途径已逐渐呈现其重要性。根据原地爆破浸出技术原理、实践经验和矿床的矿岩条件,进行缓倾斜铀矿床的原地爆破浸出探索性试验,不失为开采该类矿床低品位矿石的有益尝试。

l 矿床地质概述

某矿床为火山岩型中低温热液铀矿床。矿化主要在绿色层下盘。即矿化受岩层控制,含矿层与构造裂隙有关,绿色层起覆盖作用。矿床含矿层有 3 层,目前可行性研究的开采矿层为第三矿层。第三矿层的矿体产状与岩层产状基本一致,走向 NE40°、倾向 NW318°、矿体倾角 25° ~30°,矿体厚度 2 ~17 m,平均 12 m,走向长度 90 ~220 m。矿床矿石为酸性-中酸性铀矿石,主要为沥青铀矿,以显微浸染状、细脉状、网状和球粒状的集合产出,适于酸法浸出。矿石性质为流纹岩,致密、坚硬、性脆,f = 8 ~ 12,密度 2. 47 t/m3,松散系数 1. 5,渗透系数 0. 0053 m/d。围岩为熔凝灰岩,岩性较软,由于水云母化,具有可塑性,不透水、不透气。

2 试验采场选择及规模确定

试验采场的选择应尽量少掘采切工程、节省试采开支和不影响矿山正常生产,同时其规模应具有代表性,按经验确定试验规模为矿石质量 3 000 t 左右。根据矿床目前的生产开拓现状,35 m 阶段的开拓工程及个别采场的采切工程较完善,故将试采水平确定为 35m 阶段,选择 8 - 2#采场西端 -62#~ - 64#线之间长 6m 的块段作为试采采场。8 - 2#采场原设计采用上向水平分层干式充填法,已完成了部分采切工程,60 m 中段运输主巷通过 6#穿脉和 10#穿脉和采场相通,并有无轨斜坡道通达采场,在 -64#线和 -60#线附近掘进了 6#上山和 10#上山至35 m 中段,采场底部已形成高 3. 5 m 的拉底空间。

3 爆破筑堆工艺

3. 1 原地爆破浸出采铀工艺流程

工艺流程为: 采准切割→深孔凿岩→爆破落矿筑堆→布液浸出→浸出液收集→离子交换回收铀→采场尾渣处理。

3. 2 爆破落矿筑堆方法

由矿岩条件、拟定的爆破筑堆效果指标( 矿石块度小于 150 mm 的产率不低于 75%) 和大块矿石浸出条件试验数据,试采矿段的爆破筑堆设计采用垂向切割槽分段小补偿空间一次微差挤压爆破方案。将采场沿阶段高度划分为两个分段,在每个分段施工凿岩平巷和切割天井( 切割槽) 。平行切割天井钻凿上向扇形排面深孔和平行拉槽孔,以切割天井和凿岩平巷为爆破筑堆补偿空间,以切割槽和上部矿堆为爆破指向,实行分段一次微差挤压爆破落矿筑堆。

3. 3 采切工程

3. 3. 1 采场构成要素 试验采场构成要素见表 1。

3. 3. 2 采切工程布置 采准切割布置示意如图 1 所示。由于未构筑混凝土假底,为了下阶段开采而预留5. 5 m 高的底柱( 标高 38. 5 ~ 44. 0 m) 。试验矿段倾角26°,平均厚度7. 1 m( 水平厚度14. 2 m) ,高度16 m( 标高44. 0 ~60. 0 m) ,通过试验采场附近的6#脉外上山,在44 m 和52 m 标高处掘进分段联络巷、脉内凿岩平巷、切割平巷及天井,分段高度 8 m,结合60 m 和35m 阶段已有工程,形成试验采场必需的井巷工程。

3. 3. 3 附产矿石的处理 在采切工程布置的设计阶段既应考虑到筑堆的需要,又要结合生产探矿的要求,尤其是爆破补偿空间的分配要基本合理,以利于爆破的实施; 生产探矿要较精确地圈定矿体边界及轮廓线,为爆破设计提供依据。采场切顶、脉内凿岩平巷及切割井巷的顺采矿石质量 697 t,拟采用地表堆浸工艺对其进行处理。

3. 3. 4 爆破补偿空间系数 爆破补偿空间系数K 为:

3. 4 凿岩施工

严格按照爆破设计炮孔布置所给定的座标、方位、倾角进行凿岩施工。共施工切割孔 65 个,总延米深度487. 9 m,崩矿孔 103 个,总延米深度 874. 4 m,合计延米深度 1 362. 3 m,每米炮孔崩矿量 2. 53 t。

3. 5 爆破施工

主要凿岩爆破参数:炸药单耗: q =1. 50 kg/m3。最小抵抗线: w =1. 1 m。孔底距: a =1. 75 m。排距: b = W =1. 1 m。炮孔直径: d =65 mm。孔口堵塞长度: L >0. 75W,计算得 L >0. 9 m。切割槽凿岩爆破参数:炸药单耗: q =2. 7 kg/m3。排距: b =0. 8 m。孔距: a =1. 6 m。炮孔直径: d =65 mm。采用非电复式起爆系统、孔内延时。孔内全长敷设导爆索、单发雷管。网络连接形式为: 同段孔内导爆索三角联结,导爆管→主传爆导爆索→火管雷管。主要爆破器材选择见表 2。沿切割槽往采场边界顺序起爆,设计非电雷管为7 段,延时 25 ~ 150 ms,段间精度误差 ± 10 ms。

3. 6 采场通风

装药施工期间,采用局扇对作业面加强通风,以保证施工的通风安全。爆破后,立即开启主扇进行通风,连续通风时间不小于3 h,经检查确认安全后才允许爆破作业人员进入爆破作业地点。

3. 7 贫化损失

由于表外矿石混入较多,品位较低,经计算贫化率为 12%,矿石损失率为 2. 6%。

3. 8 爆破落矿筑堆效果评价

采场实际筑堆矿石质量 3 111 t,品位 0. 086%,铀质量 2. 644 t。为检测筑堆效果,分别在44,52 和60 m3 个水平取样进行筛分,筛分结果见表 3。由表 3 可知矿堆 - 150 mm 粒级矿石产率为76. 63% ,各粒级矿石产率分布较合理,达到了预期的爆破筑堆指标,这表明爆破落矿筑堆工艺试验是成功的。

4 采场矿堆浸出工艺

对于一个预先爆破形成的地下待浸矿堆,其空间形态、结构便确定了,只能采取经济合理、技术可行的布液方式来保证均匀浸出,根据该缓倾斜待浸矿堆条件( 倾角26°、高度16 m) 和需探索的技术问题,在浸出方式上考虑按先后顺序,分别采用堆内分段水平钻孔布液和泡浸浸出方案,以探索各自的技术特点和适用性。

4. 1 分段水平钻孔布液[3 -4]

为了减少布液工程量,决定不另开布液巷,而从6#上山向矿堆进行分段水平钻孔布液。将矿堆沿垂高划分为 4 个布液水平,分段高度为 4 m,即矿堆上部爆破筑堆切顶空间的 60 m 水平和中部的 56,52,48 m 水平。60 m 水平采用喷淋布液,其余水平采用钻孔布液,布液强度均为 15 ~25 L/( m2•h) ,布液孔呈扇形水平排面布置,孔底距 2 m,排面倾角为下向 5°,采用特制的专用钻具施工,由 6#上山穿过围岩进入松散矿堆钻进至设计位置,并安装布液管( 25 mm × 2. 5 mm的聚乙烯管) ,布液点的网度为 2 m × 1 m。浸出工艺流程见图 2。初期采用连续布液,后期采用间歇布液。历经 77d,其中由于某些原因以及间歇调整停止布液 35 d,实际布液 42 d,浸出铀 0. 484 t,浸出率仅 18. 26%,而浸出液铀浓度已降至 150 mg/L 左右,可见效果很不理想。究其原因,是因为在松散矿堆中的布液孔施工工艺技术难度较大,多数布液孔的施工未能达到设计要求的深度,致使矿堆上盘存在大量浸出死角。因此决定停止钻孔布液,采取泡浸浸出方式。

4. 2 泡浸浸出

首先对与采场相连的上下分段凿岩平巷进行封堵,并在下分段封堵墙预埋出液管,达到养护期后由上部60 m 水平注液直至矿堆饱和,浸泡一定时间由出液管放出浸出液,然后再补充溶浸剂。上分段凿岩平巷由于封堵质量问题,漏液较严重,因此决定只对下分段矿堆进行泡浸浸出试验。该分段矿堆矿量 1 800 t,泡浸92 d,泡浸循环时间为2 ~4 d,布液量3450 m3,回收3 371 m3,浸出液回收率达到97.71%。泡浸期间浸出液铀浓度变化幅度不大,近一半的时间维持在 0. 28 g/L左右,泡浸浸出铀0.581 t,加上钻孔布液浸出的 0.279 t( 按续浸矿量计) ,续浸矿堆段合计浸出铀 0. 86 t,液计浸出率为56.21%。后由于影响其它采场采矿生产,暂停试验。根据上述浸出结果,可以确定泡浸是解决该矿床缓倾斜矿体布液浸出问题的方法之一,其水文地质条件满足泡浸所需的采场围岩隔水性好的要求。

4. 3 集 液

浸出液经 44 m 水平凿岩平巷汇集至 6#上山,再由 6#上山导流至集液池。集液池设置在 35 m 中段 6#穿脉巷内,容积为 50 m3。采用分段方式提升浸出液,将 35 m 中段集液池内的浸出液输送到 60 m 中段; 再从 60 m 中段输送到地表中转计量池; 经计量、取样分析后转送到铀回收车间贮液池。最后通过离子交换系统回收铀。

5 结 语

1) 在缓倾斜铀矿体中采取上向扇形深孔分段微差挤压爆破落矿筑堆技术是可行的,深孔落矿的优点是落矿强度大、效率高、安全性好,且药量集中,采用微差挤压爆破可促使矿石内部微裂隙的扩张发育,有利于矿石尤其是较大块矿石的浸出。

2) 由于受松散矿堆中布液孔施工工艺技术的限制,分段水平钻孔布液会使矿堆上盘留下大量浸出死角,必要时可在矿堆上盘适当位置沿矿体走向施工布液巷,对矿堆上盘进行钻孔布液。在矿床水文地质条件满足泡浸所需的条件时,泡浸浸出是解决缓倾斜矿体布液浸出问题的有效途径。

3) 采取采场矿堆底部巷道集液方法,充分利用了原有巷道工程,节省了建造集液池的工程量和费用。浸出液经天井导流全部汇流到集液池,该集液方法简易可行。试验期间的监测结果表明,没有发现浸出液跑漏现象,集液方法是成功的。

4) 该矿床原地爆破浸出采铀技术试验研究取得成功,为低品位缓倾斜铀矿床的开发利用和生产建设提供了依据和技术支持。

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