吉宏斌，陽奕漢，孫占學(xué)，周義朋

(1.東華理工大學(xué) 水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊寧 835000)

地浸采鈾過程中的礦層解堵增滲技術(shù)及現(xiàn)場應(yīng)用

吉宏斌1，2，陽奕漢2，孫占學(xué)1，周義朋1

(1.東華理工大學(xué) 水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2.新疆中核天山鈾業(yè)有限公司，新疆 伊寧 835000)

地浸；鈾；解堵增滲;化學(xué)洗孔

地浸采鈾在地下進(jìn)行，地下水與圍巖之間的相互作用極為復(fù)雜，無論是采用酸法、堿法或CO2+O2中性浸出，開采過程中都存在不容忽視的礦層堵塞問題。礦層堵塞導(dǎo)致鉆孔抽、注液量下降，地浸無法正常進(jìn)行[1]。

國內(nèi)某大型可地浸砂巖型鈾礦床的礦體呈多層分布，滲透性低，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，礦石中碳酸鹽含量高且分布不均勻。該礦床工業(yè)化開采采用的是CO2+O2中性地浸工藝[2-4]。自試生產(chǎn)以來，已投入采區(qū)8個。隨著浸出過程的進(jìn)行，部分鉆孔出現(xiàn)抽、注液量下降，浸出液中鈣、鎂離子含量升高，潛水泵上出現(xiàn)紅色沉淀物等現(xiàn)象。這些紅色化學(xué)沉淀物主要為CaCO3、Fe(OH)3、MgCO3及Al(OH)3，采取常規(guī)的空壓機(jī)方式洗孔效果不理想，無法滿足穩(wěn)定生產(chǎn)要求。因此，研究新的洗井方法，解決近井地帶及礦層堵塞問題，對提高礦層滲透性有重要意義。

1 浸出過程中存在的主要問題

1.1 抽、注液量下降

C1及C8采區(qū)浸出期間，抽、注液量變化曲線如圖1、2所示?？梢钥闯觯航?50～200 d后，抽、注液量呈明顯下降趨勢，其中C1采區(qū)抽液量由140 m3/h下降至80 m3/h，注液量由130 m3/h下降至60 m3/h；注液量先于抽液量開始下降，說明礦層堵塞最先出現(xiàn)在注液井周圍，因注液量下降導(dǎo)致抽液量隨之降低。

圖1 C1及C8采區(qū)抽、注液量變化曲線

1.2 注液壓力增大

隨著化學(xué)堵塞的出現(xiàn)，各集控室注液壓力不斷增大，已由試生產(chǎn)時的0.4 MPa上升至0.8 MPa，個別采區(qū)已上升至1.0 MPa。

1.3 化學(xué)堵塞物產(chǎn)生

1.4 洗孔效果不佳

CO2+O2地浸采鈾過程中所用液相浸出劑中夾雜著氣相，氣相較多會影響洗孔效果，包括水鎖效應(yīng)、黏土膨脹、鈾離子沉淀、酸化不徹底等。

1.4.1 水鎖效應(yīng)

外來液相進(jìn)入含礦含水層后，會在過濾器周圍孔道中形成液相阻塞，其液-氣或液-油彎曲界面上存在毛細(xì)管壓力，毛細(xì)管力的大小與多孔介質(zhì)的尺寸密切相關(guān)；氣-水界面張力往往大于油-水界面張力,因此致密氣藏中，毛細(xì)管力是氣驅(qū)水的主要阻力，液相進(jìn)入礦層后極易形成水鎖效應(yīng)，降低礦層滲透性[6]。

1.4.2 黏土膨脹

浸出過程中，礦層中的礦物緩慢溶解，同時新礦物不斷產(chǎn)生。新礦物主要有高嶺土、蒙脫石、蛭石、伊來石、水鋁英石等黏土礦物。各種黏土礦物都會吸水膨脹[7]，膨脹后使原本不大的孔道被封死，降低了礦層滲透性。

1.4.3 鐵離子沉淀

礦石中黃鐵礦含量高達(dá)5.4%，其他少數(shù)礦物中也含有鐵元素，含鐵礦物在O2作用下轉(zhuǎn)化成Fe2+/Fe3+向溶液中遷移。Fe3+在pH>3條件下開始沉淀，用鹽酸進(jìn)行化學(xué)洗孔，雖可溶解過濾器及近井地帶含鐵沉淀物，但也會使鉆孔周圍溶液pH發(fā)生變化。當(dāng)pH>3時，原本溶解的游離態(tài)的鐵元素會再次沉淀，致使孔道堵塞，洗孔效果降低[8]。

1.4.4 堵塞物溶解不徹底

化學(xué)洗孔時，單獨加入鹽酸或硝酸200～300 kg，按理論計算，完全反應(yīng)條件下能溶解約300 kg碳酸鹽。礦石中碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)按10%計，則礦石質(zhì)量3.0 t。鉆孔過濾器一般長度為4.0 m，礦石密度1.87 kg/m3，3.0 t礦石徑向厚度約0.36 m，則酸化能力較弱，擴(kuò)散范圍較小，達(dá)不到溶解過濾器附近礦層堵塞物的要求。

2 酸化解堵原理

從機(jī)械堵塞及化學(xué)堵塞2方面分析礦層的化學(xué)堵塞問題，根據(jù)大量空壓機(jī)洗井?dāng)?shù)據(jù)，初步判斷堵塞主要為化學(xué)堵塞，非機(jī)械堵塞。根據(jù)前期化學(xué)洗孔試驗結(jié)果，擬利用表面活性劑為前置液，鹽酸為主酸，輔以各種添加劑來配制綜合解堵劑，溶解化學(xué)堵塞物并防止二次沉淀及黏土膨脹。主要解堵機(jī)制如下：

2AlF3+9H2O+18R+。

酸液進(jìn)入地層后，主酸首先與過濾器周圍沉積的CaCO3及MgCO3發(fā)生反應(yīng)，混合有氫氟酸的綜合解堵劑可有效溶解近井地帶普通酸無法溶解的黏土礦物，將化學(xué)沉淀物及堵塞通道的黏土礦物溶解。

3 試驗結(jié)果與討論

選擇生產(chǎn)過程中水量下降嚴(yán)重、出現(xiàn)斷流、反復(fù)洗孔效果不佳的9個鉆孔(1抽8注)，于2015年10月—2016年2月開展現(xiàn)場酸化解堵增滲試驗。

現(xiàn)場配置4個防腐槽罐，分別用來配制表面活性劑、綜合解堵劑及防膨脹頂替液，各槽罐頂部及底部相互連通。采用管道泵加壓下注，下注壓力維持在1.5～1.8 MPa，通過洗孔風(fēng)管直接將試劑注入至過濾器段，注入時間6.0 h左右。注完之后靜止24 h，然后用空壓機(jī)洗孔，直至洗孔液pH達(dá)到6以上時結(jié)束試驗。

根據(jù)試劑的不同性能，初步確定了4種酸化解堵劑：

解堵劑-1，HCl+防膨脹頂劑；

解堵劑-2，HCl+HF+防膨脹頂劑；

解堵劑-3，活化劑+綜合解堵劑+防膨脹頂劑；

解堵劑-4，活化劑+綜合解堵劑+多氫酸+防膨脹頂劑。

3.1 解堵劑-1及解堵劑-2的解堵效果

解堵劑-1及解堵劑-2配方見表1。二者不同之處在于解堵劑-2中加入了HF。利用解堵劑-1對現(xiàn)場3個注液孔進(jìn)行試驗，利用解堵劑-2對2個注液孔進(jìn)行試驗，結(jié)果分別如圖2、3所示。

表1 解堵劑-1及解堵劑-2的配比

圖2 解堵劑-1洗孔前后水量對比

圖3 解堵劑-2洗孔前后水量對比

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：

1)解堵劑-1及解堵劑-2能有效溶解孔內(nèi)及近井地帶化學(xué)堵塞物，前者洗孔后注液量基本能恢復(fù)至正常水平，后者洗孔后注液量大于正常水平；

2)解堵劑-1第1次化學(xué)解堵后，注液量維持在2.0 m3/h以上時間較短，在3～6 d之間，第2次化學(xué)解堵后，注液量高于最初水平，維持在2.0 m3/h以上時間較長，在50 d以上；解堵劑-2化學(xué)解堵后，洗孔效果維持時間明顯長于解堵劑-1，在42～120 d之間。

3.2 解堵劑-3及解堵劑-4的解堵效果

解堵劑-3及解堵劑-4配方見表2。與解堵劑-1及解堵劑-2的不同之處在于不僅添加了表面活性劑，還添加了高溫酸化緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑。利用解堵劑-3對現(xiàn)場3個鉆孔進(jìn)行試驗，利用解堵劑-4對現(xiàn)場1個鉆孔進(jìn)行試驗，結(jié)果分別如圖4、5所示。

現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：

1)解堵劑-3及-4能有效溶解孔內(nèi)及近井地帶化學(xué)堵塞物，洗孔后注液量大于正常時水平；

2)化學(xué)解堵后，洗孔效果維持時間明顯長于解堵劑-1和解堵劑-2的洗孔效果，一般在130 d以上。解堵劑-3與解堵劑-4的效果較為接近。

表2 解堵劑-3及解堵劑-4的配比

圖4 解堵劑-3洗孔前后水量對比

圖5 解堵劑-4洗孔前后水量對比

4 結(jié)論

地浸采鈾過程中，因碳酸鹽及黃鐵礦含量較高，注入的CO2+O2引起含礦含水層化學(xué)組成發(fā)生變化，易形成化學(xué)堵塞，主要堵塞物為可溶解的鈣質(zhì)及鐵質(zhì)沉淀物。

采用單一的強(qiáng)酸浸泡洗孔，無法取得理想的洗孔效果，因為水-酸-礦相互作用過程會產(chǎn)生水鎖效應(yīng)、黏土膨脹、鐵離子沉淀等對地層的二次傷害。

解堵劑中加入表面活性劑，可以解除礦層水鎖效應(yīng)，增加解堵劑與堵塞物的接觸面積，提高解堵劑使用效率；添加鐵離子穩(wěn)定劑，可避免鐵離子發(fā)生二次沉淀堵塞礦層。

解堵劑中加入HF，洗孔后水量大于正常水平，且維持時間達(dá)130 d以上。

現(xiàn)場對比試驗結(jié)果表明，采用解堵劑-3處理含礦含水層的化學(xué)沉淀物，能有效解決礦層堵塞問題，可防止地層二次傷害，在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上合理，是礦層解堵增滲的首選解堵劑。

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chemical washing hole

Technology on Removing Blockage and Increasing Permeability of Ore Layer and Its Production Application

JI Hongbin1,YANG Yihan1，SUN Zhanxue2，ZHOU Yipeng2

(1.CollegeofWaterResourceandEnvironmentalEngineering,EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang330013,China;2.XinjiangTianshanUraniumCo.,Ltd.,CNNC,Yining835000,China)

in-situ leaching;uranium;removing blockage and increasing permeability;

2016-07-28

國家自然科學(xué)基金資助項目(4157020615)。

吉宏斌(1981-)，男，山西大同人，博士研究生，工程師，主要研究方向為地浸采鈾相關(guān)地質(zhì)、水文地球化學(xué)技術(shù)。

TL212

A

1009-2617(2017)02-0143-05

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.02.013