第四节地浸的矿床条件及其评价.doc

第四节 地浸的矿床条件及其评价6,8,12,24矿床（矿段）条件的评价内容有：矿床成因、各类矿岩中的金属储量、矿石的胶结程度；铀的存在形式、赋存状况；矿石品位、矿体厚度及埋藏深度；矿体形态、赋存位置、水平方向的连续性；矿体顶底板岩性；地质构造的分布及性质；边界条件；水文地质及矿石特性等八个方面。一、 含矿岩性及铀的存在形式原地浸出采铀，适用于淋滤-沉积成因的砂岩型铀矿床，也可部分用于内生矿床，但要求矿石结构疏松，节理裂隙发育。通常以砂岩、砂砾岩、含砾砂岩为主的矿床最为适用。铀的存在形式，以吸附状态附于砂质颗粒表面最为有利。因堆浸和就地破碎浸出法可以作为浸出前的矿石破碎工作，而地浸是在不破坏矿石原结构的条件下进行，若以类质同象形式存在的铀，则不利于浸出。以下四种情况对地浸法有利： 1)铀矿化均匀，呈云雾状分布于碎屑岩与胶结物中； 2)铀矿化呈细脉状，并沿岩层层理分布； 3)在粗细粒界面上富集矿化； 4)强矿化呈星点状散布于弱矿化带中。 由此说明，铀的存在形式以吸附或铀矿物形式有利于浸出，而矿石坚硬，胶结程度好，铀存在于矿物结晶格中，如花岗岩、火山岩、石英岩类型矿床难以进行原地浸出。二、矿石品位、矿层厚度和埋藏深度矿石品位、矿层厚度和埋藏深度是评价矿床地质技术参数的重要条件，它们是地浸产品成本中最直接和最明显的影响因素。 矿石品位、矿层厚度和埋藏深度三者是相互影响和相互制约的。如随着矿床埋藏深度的增加，对矿床的最低工业品位和可开采的最低厚度也相应提高。这是因随矿床埋深的加大，钻孔的长度和施工技术以及抽液的难度和动力消耗也增加。在地浸矿山，往往用平米铀含量这个指标来圈定矿体和评价矿床的经济性，即在矿床范围内，每平方米内所埋藏的铀金属量，以( kg/m2 ）计算，如矿体埋藏深度增加，而平米铀含量大时，仍可进行开采。此外，在评价时，还应根据矿床规模、储量大小、当时的技术和管理水平等有关因素，其中特别重要的是铀产品的收购价格因素，逐步进行分析，才能得出正确的结论，而且在生产过程中，也要作动态性调整。三、矿体形状、赋存位置和水平方向连续性原地浸矿法要求矿体形态为水平层状或倾角小于15°的缓倾斜矿体，且矿体水平方向连续性好，横向宽度大。在此条件下才能便于布置抽、注液钻孔和有利于增加产量。急倾伏（斜）、褶皱弧度大的矿体不利于溶浸液的渗流，其流动速度慢，影响抽、注液量和产量。最有利于原地浸矿的矿体赋存位置，是产于隔水围岩内而且整个含矿含水层含矿，渗透性好，这种条件下，溶浸液充满整个矿层渗流（图8.3）。图8.4为矿床中的部分砂质矿体产生于具有一定渗透性的围岩中，溶浸液既沿含矿层，又沿围岩渗透，并在伸入围岩的矿体周围形成晕圈。在这种情况下，产品液将被稀释，但仍适于地浸法采铀。 图8.5所示的情况为弱渗透性矿体，赋存于渗透矿层中。在进行浸矿时，溶浸液主要是借助于分子的扩散作用进行浸取的，而且浸矿速度极慢，经济效益差，不宜于地浸法开采。图8.6示出了埋藏不同深度的单个分散透镜状的矿体间隔不一地分布于厚度大的含水层中。在这种情况下，抽出液被极严重地稀释，溶浸液往往不能与矿石中的有用组分充分接触，只在其表面流过，可能使原地浸铀归于失败，极不利于原地浸出。四、含矿层顶底板岩性矿层顶底板应具有隔水性或相对隔水性，而且横向延伸长。这种情况使矿层完全处于“封闭型”的含水层中，于分有利于浸出。 围岩应具有抗溶浸液溶解的性质，否则溶浸液消耗在对围岩的溶解而导致杂质混入浸出液中，使产品质量降低；而且杂质可能与浸出液发生中和反应，产生沉淀物和大量气体，使矿石孔隙堵塞，从而矿层渗透性变差。如围岩中碳酸钙含量超过25，所产生的石膏和CO2气体，将使矿层既发生化学性堵塞；也发生物理性“气堵”。 当矿体位于含矿含水层的有效孔隙度与矿体的有效孔隙度相等时，则矿层断面与含水层断面有如下关系： (8-1)式中：Kp 贫化系数；F0含水层断面（m2);Fp矿体断面（m2）。如果Kp =110 ，则有利于地浸；Kp > 10 ，产品液金属浓度会较大地降低，不利于地浸。 五、地质构造、特性及矿体边界条件在矿层或含矿层顶底板围岩中，如果存在地质构造，如断层、节理和褶皱，或存在溶洞，这些对地浸都是不利因素。 断裂构造往往是地下水或地表、地下水体的良好通道，也可能和地下溶洞沟通，其结果将导致大量溶浸液流失和浸出液稀释。因此，查清矿区断裂构造、地表和地下水体和溶洞分布状况等作业区的边界条件，对抽注液孔布置，浸出范围的控制，生产矿量的圈定，都有重要意义。如果有大的断层存在，应在作业区与断层之间布设一定数量的观测孔。六、水文地质条件 原地浸矿法要求对水文地质条件作如下评价：矿石与围岩的渗透性、水文地质构造、含水层层数和特性、静水位、地下水的流向和流速、含水层（段）的涌水量及它们之间的水力联系、隔水层（段）的分布特征、地下水的化学成分等。1 矿岩渗透性 根据国内外地浸生产和试验资料，按以下五种情况对渗透系数K 。进行分组：1 ）渗透性极弱的，K < 0.1m/d ，不宜采用地浸法；2 ）渗透性弱的，K =0.11.0m/d ，可采用地浸法，但为了使溶浸液获得合理的流动速度，必须施加很高的水头压力； 3 ）渗透性中强的，K =1.05.0m/d ，最适合采用地浸法； 4 ）渗透性强的，K =5.010.Om/d ，地浸法亦可适用； 5 ）渗透性极强的，K 10.0m/d ，不适合采用地浸法，因为溶浸液可能形成渠流，且流速过大，溶浸液与矿石有用组成接触时间短，不易使其氧化、溶解而进入总液流。除此之外，最理想的地浸条件是矿体的渗透性大于含矿岩层的渗透性大于含矿岩层顶底板围岩的渗透性；矿石的渗透性大于矿体中夹石的渗透性。 矿岩渗透性既是评价矿床水文地质条件的关键性参数，也是确定钻孔结构、孔距和地浸工艺技术的重要依据。2 含水层与隔水层 如前所述，矿层顶底板的隔水条件有两种情况，一种是稳定的隔水层；一种是相对隔水层，即具有一定渗透性的隔水层。它与矿层的关系以小于矿层渗透性20倍以上为好。这样，注入矿层的溶浸液在顶底板封闭下，只能沿矿层渗流，不发生漏失现象。如果顶底板渗透性强，或是一个不稳定的隔水层，必然会出现溶浸液流失和被大量稀释的现象。 作为含水层它必须具备三个条件：一是有储存地下水的空洞 孔隙、裂隙；二是有储存的边界条件，即其下部有隔水层；三是有一定的水量。对地浸法来说，含水层与矿体关系最好有三个条件： l)矿体赋存于中强或强含水层中； 2)含矿含水层与无矿含水层或地表水无水力联系； 3)含矿含水层具有承压性，涌水量在110L/s ，最适于地浸。3 矿层的孔隙率 前面已对孔隙的概念、计算及与浸透系数的关系作了介绍，这里只讨论它与地浸密切相关的问题。矿层的孔隙是矿岩在形成时期和形成以后，在内外营力作用下产生的，是地下水运动的通道，也是浸矿过程中溶浸液的通道，是评价矿床是否适合采用地浸的一个重要水文地质参数。按孔隙率n 的大小，可以分为以下五组： 1)n<5 ，不适合采用地浸法采铀。但当其它条件具备时，也可以考虑应用，因为在浸矿过程中，孔隙中的泥质、钙质、铁质等胶结物容易被溶浸液溶解，进入总液流抽至地表，从而使孔隙增大； 2)n=510，适合采用地浸； 3)n=2025 ，最适合采用地浸； 4)n=2550 ，较适合采用地浸； 5)n>50% ，不适合采用地浸，因为液体占的空间比颗粒间的空间大，液流呈紊流状态，速度也大，使溶解铀的时间变短，浸出液金属浓度变低。 在评价矿床条件时，若无可靠的渗透系数，则孔隙率n可以部分代替作为技术判断参数。4.地下水的流向和流速 地下水的流向和流速取决于地形地貌、补给一径流一排泄条件、地下水水力坡度等多种因素。 地下水的水力坡度过大，水头压力过高，渗入浸矿作业区使产品液稀释，缩小溶浸范围，造成“溶浸死角”，对浸矿不利。水力坡度较小，流速较低，有利于浸矿作业。 了解区域地下水运动的总趋势，掌握矿区地下水的流向和流速、分布和循环规律，对于布置抽注钻孔、采取必要的止水或排水措施、防止浸矿作业时的“恶化”现象和地下水的污染都有着重要作用。5.地下水的物理性质和化学成分 地下水的物理性质主要有：温度、颜色、嗅、味、透明度、放射性及导电性等。地下水的物理性质与其运动环境的地热条件、补给特征和深度等因素有关，这些因素对地下水的化学成分、各种物质的化学反应速度和溶解度均有影响。地浸要求水温以1020为宜。地下水中的化学成分有：Ca 2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、SO42-、HCO3-、CO32-等离子。要求地下水矿化度不超过5g/L，以12g/L, Ph=7 为最好。地下水中气体成分如CO2 ，虽然可逆，但产生气堵，影响生产。 通常，地下水的物理化学性质对地浸不起主要作用，但作为次要因素，评价地浸时也应考虑。七、矿石特性 矿石特性包括矿石的物质化学成分，有用组分的存在形式和富集特征、矿石的结构及孔隙性、矿石品位、有用组分的溶解性、矿石的水理性质等。这些内容大多数已在前面进行了评价，下面仅就矿石有用组分的溶解性，矿石的物质化学成分，粘土、有机质、褐煤等混杂成分，矿石的水理性四个问题的评价进行讨论。1.铀（或其他有用组分）的溶解性 矿石溶解性的参数通常是借助于有用组分的浸出率的大小来衡量的，浸出率的大小可直接决定地浸的经济效益，是矿床评价的主要依据。2.矿石的物质化学成分 矿石的物质化学成分，对浸矿剂的选择和使用方法及地下水复原工作起重要作用。矿石的物质组成和化学成分往往十分复杂，评价时，应对其每种物质和元素的含量变化以及它们在溶浸液中可能发生的化学反应，进行细致的分析（可以从钻孔岩蕊取样做试验）。矿石杂质含量多，浸矿剂耗用量大，使铀氧化物溶浸液的有效浓度降低，造成一部分已氧化、溶解的铀在注液孔附近被还原，并在注液井和抽液井之间矿层还原区发生沉淀，特别是在抽、注液孔间距变大，抽注压力下降，氧化剂浓度降低时，这种现象更为明显。3.粘土矿物、有机物质、褐煤成分 粘土矿物、有机物质和褐煤成分，在淋积砂岩型矿床中普遍存在，其含量高低，不仅直接影响溶浸液的耗用量，往往造成矿层孔隙堵塞。这些物质的存在对地浸是有害的。4.矿物的水理性质矿石的水理性质是指矿石与水作用表现出来的性质。它包括容水性、持水性、给水性、透水性和毛细性等。(1)容水性 指矿石能容纳一定水量的性能。它与矿石孔隙大小成正比关系，孔隙大，容水度也大。有许多矿物具有活动的结晶架，遇水或氧化剂之后，水或氧化剂的分子能进入晶架层束之间，使层束的间距扩大，矿石发生膨胀，增加了水容量。容水性对评价矿床有一定的意义。(2)持水性和给水性在重力作用下，矿石能保持和能排出一定水量的性能。它们和容水性的量可用加入一定量的水于矿石后，能容纳、保持和流出多少量的百分比，一般用“度”来表示。容水度、持水度和给水度的关系是： 给水度=容水度持水度 （82）从此式可以看出，矿石持水度越大，则给水度越小，对地浸不利。图8.7示出了不同粒径矿岩块与持水度和给水度关系。 从该图可以看出，随组成固体矿岩块的粒径的增加，给水度增加，而持水度减小，但给水度增加到一定值后逐渐达到稳定，持水度减少到一定程度后也趋于稳定。实践证明，适于地浸的给水度以20左右为宜。（3）透水性和毛细性 透水性从广义上与渗透性相似，从狭义上是水通过矿石的毛细孔隙，受毛细管力的作用向各方面运动和穿透的性能，称为毛细性或透水性，不过前者的内涵为力学现象，后者侧重于物理现象。 实际情况是，矿层一般属非均质体，在以沉积方式形成过程中，往往以粗、中、细、粉层交替出现，因此，造成各含矿分层的透水性不一。进行地浸时，溶浸液在液压驱动下，大部分沿透水性好的矿层渗流，对于透水性差的矿层就会出现“溶浸死角”。所以，对矿层各分层的透水性进行分析、评价十分重要，以便采用相应的技术措施。八、地浸矿床评价的三项原则 如上所述，对某一个矿床来说，影响地浸的因素有数十项，例如地质、水文地质和矿石特征 等，其中不可能每项都对地浸有利。评价时应掌握三个原则：1.分清技术上的决定条件是否可行和经济上是否合理；2.在逐一评价各项条件的数据时要总体考虑和综合分析，不要单纯着眼于某个数据大小，要以最终能否获利和回收一定资源为准则；3.还要考虑产品需求和市场价格，如果价格高，只要渗透系数适于地浸，即使矿石品位不高，矿体埋藏深而薄，也有可能用地浸。 表8.3 列出了世界各国数十多个地浸铀矿床或矿段所归纳的地质和水文地质条件，供初步评价某个矿床的条件是否适合采用地浸作参考。