CN107058767B - 一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于低渗透砂岩型铀矿床原地浸出采铀技术领域，具体涉及一种利用表面活性剂提高低渗透砂岩铀矿层渗透性能的化学方法。针对不同铀矿床的地浸采铀工艺技术路线，对表面活性剂进行合理选型。表面活性剂的种类繁多，包括阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型表面活性剂等，其亲水性、耐酸碱、耐盐度等能力差异较大。不同的矿石类型对表面活性剂有不同的要求，本发明解决了表面活性剂与含铀地层、地下水可能发生的物理‑化学反应，以及与常规浸出剂配伍时的适应性等问题。

Description

一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法
技术领域
本发明属于低渗透砂岩型铀矿床原地浸出采铀技术领域，具体涉及一种利用表面活性剂提高低渗透砂岩铀矿层渗透性能的化学方法。
背景技术
原地浸出(简称地浸)采铀技术是一种只需在地表按一定配方配制适量的浸出剂，通过钻孔注入到地下的矿体中，溶浸液在地下渗流的过程中选择性溶解矿石中的铀，形成的浸出液被提升出地表，从而提取和回收铀金属的采冶工艺。该技术主要用于开采含水的、具有一定渗透性的砂岩型铀矿床。
矿层(矿石)的渗透性能是评价地浸采铀是否可行的决定因素之一。通常情况下，矿层的渗透系数小于1.0m/d将不利于地浸开采。较差的渗透性会导致钻孔抽注液能力小，浸出剂难以与矿石中的铀充分接触，从而资源回收率低。随着勘探工作的不断深入，低渗透砂岩铀矿资源占据我国已探明砂岩铀矿资源的比例越来越大，这已成为当前制约我国地浸采铀产能的重要因素。低渗透砂岩铀矿层一般具有黏土矿物含量高、非均质严重、孔喉细小、毛细管现象突出、溶浸液流动阻力大等特点，这导致溶浸液难以有效通过含矿层与含铀矿物发生反应，从而造成低渗透砂岩铀矿床的地浸采铀成本高、开采速度和资源回收率低，严重阻碍了我国砂岩型铀矿资源的综合开发和利用。
对于提高和改善低渗透砂岩型铀矿床的渗透性能，目前国内较多借鉴石油领域的物理增渗方法，包括水力压裂技术、高能气体压裂技术、复合射孔技术、爆炸松动技术、“层内”爆炸改造技术及低频脉冲波强化技术等，通这些物理增渗技术可在一定程度上改善矿层渗透性，但是一般工程量比较大，耗资较高，同时会破坏含矿层的地层结构，其较适合于主要涉及物理驱替过程的油田开采。而地浸采铀工程是一个物理-化学反应的综合过程，不仅包括地下流体迁移，更为重要的是浸出剂与矿石中目标元素发生的化学反应。因此单一地依赖于以上物理增渗方法，并非地浸采铀工艺的理想方式。
表面活性剂作为一种成熟的化学驱替方法而广泛应用于低渗透油藏的开发，提高原油采收率。表面活性剂是一种具有很强表面活性、能使溶液表面张力显著下降的化学物质。它具有独特的双亲结构，即一端为极性亲水的亲水基团，另一端为非极性亲油的疏水基团。表面活性剂能够显著降低液体的表面张力，改变固体表面的可润湿性质，使储层的润湿性发生反转，从而增强溶液的渗透能力，提高低渗透储层相对渗透率，达到缩短反应时间、提高生产效率的目的。
目前，仅发现堆浸工艺生产中利用表面活性剂改善堆场渗透性能方面具有较好的效果。而在地浸采铀工程方面尚未见利用表面活性提高低渗透砂岩型铀矿床渗透性的实质性研究报道。
随着我国核事业的不断发展进步，铀矿资源的战略地位迅速上升，必须重视低渗透砂岩型铀矿资源的开采和利用。含矿层的渗透性是地浸采铀可行性的主要影响因素之一,目前对于低渗透砂岩型铀矿床的地浸开采来说还是一个技术难题。由于低渗透砂岩的孔隙结构复杂、孔喉狭小，而根据常规浸出剂所配置的溶浸液具有较大的表面张力，在微小孔隙和毛细孔道中溶液的渗透速率会显著降低甚至难以有效地通过，从而降低溶液流动速率甚至形成“溶浸死区”,严重影响铀浸出率和生产效率。
因此，亟需研制一种利用表面活性剂提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，通过将表面活性剂作为浸出剂的成分之一，得到一种新型增渗浸出剂。利用表面活性剂的润湿与增渗作用，改变含矿层体系的润湿性质，促使浸出剂快速渗透到以前所不能进入的微小孔隙和毛细孔道内部与含铀矿物发生反应，并使含铀溶液从毛细孔道内通过，从而起到增强矿体渗透性的作用效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，从而利用表面活性剂提高低渗透砂岩型铀矿层的整体渗透性能，提高铀浸出率和生产效率，缩短试验周期，使低渗透砂岩型铀矿资源得以开采和利用。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，包括以下步骤：
(1)根据低渗透砂岩型铀矿床的地质特征，确定地浸采铀工艺技术路线，选取酸法、碱法、中性浸出三种地浸采铀工艺之一，配置常规浸出剂；
(2)选取表面活性剂类型
根据铀矿石的具体特征选取表面活性剂进行复配，并与步骤(1)中的常规浸出剂配伍，以适应不同矿石类型的需求；
(3)根据铀矿石的岩性和渗透性能，在常规浸出剂中加入步骤(2)确定的表面活性剂，配制成新型增渗浸出剂；表面活性剂在新型增渗浸出剂中的质量浓度为0.001％～0.1％；
(4)将步骤(3)得到的新型增渗浸出剂应用到地浸采铀工程中，提高低渗透砂岩型铀矿层的相对渗透率。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(1)中，当碳酸盐矿物含量以CO2计＜2％时，采用酸法地浸采铀；当碳酸盐矿物含量以CO2计≥2％时，采用碱法、CO2+O2中性两种地浸采铀工艺之一浸出采铀。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(1)中，采用酸法地浸采铀时，酸法浸出剂为H2SO4、HCl、HNO3中的一种。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(1)中，采用碱法浸出采铀时，碱法浸出剂为以下两种之一：Na2CO3和NaHCO3的混合物、(NH4)2CO3和NH4HCO3的混合物。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(1)中，采用中性浸出采铀时，中性浸出剂为CO2+O2。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(2)中，根据铀矿床具体地质特征，包括矿物成分、电荷性质、地下水矿化度，确定表面活性剂类型。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(2)中，采用酸法浸出时选用耐强酸类型表面活性剂，采用碱法浸出时选用耐强碱类型表面活性剂。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(2)中，表面活性剂类型为非离子型表面活性剂。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(2)中，表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
进一步的，如上所述的一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，步骤(1)中，当碳酸盐矿物含量以CO2计＜2％时，采用酸法地浸采铀；当碳酸盐矿物含量以CO2计≥2％时，采用碱法、CO2+O2中性两种地浸采铀工艺之一浸出采铀；
采用酸法地浸采铀时，酸法浸出剂为H2SO4、HCl、HNO3中的一种；
采用碱法浸出采铀时，碱法浸出剂为以下两种之一：Na2CO3和NaHCO3的混合物、(NH4)2CO3和NH4HCO3的混合物；
采用中性浸出采铀时，中性浸出剂为CO2+O2；
步骤(2)中，根据铀矿床具体地质特征，包括矿物成分、电荷性质、地下水矿化度，确定表面活性剂类型；采用酸法浸出时选用耐强酸类型表面活性剂，采用碱法浸出时选用耐强碱类型表面活性剂；表面活性剂类型为非离子型表面活性剂，具体为脂肪醇聚氧乙烯醚。
本发明技术方案的有益效果在于：
第一，针对不同铀矿床的地浸采铀工艺技术路线，对表面活性剂进行合理选型。表面活性剂的种类繁多，包括阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型表面活性剂等，其亲水性、耐酸碱、耐盐度等能力差异较大。不同的矿石类型对表面活性剂有不同的要求，本发明解决了表面活性剂与含铀地层、地下水可能发生的物理-化学反应，以及与常规浸出剂配伍时的适应性等问题。
第二，针对不同的铀矿石类型和渗透性能，在常规浸出剂中加入适当浓度的表面活性剂，得到新型增渗浸出剂。一般情况下，表面活性剂浓度在0.001％～0.1％之间能够显著降低和维持溶液的低表面张力，增强溶液的渗透能力，达到提高低渗透性砂岩铀矿床渗透性和铀浸出率的效果。
附图说明
图1为新型增渗浸出剂对铀矿石渗透性影响的试验结果。
图2为新型增渗浸出剂对铀浸出率影响的试验结果；
图3为提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法工艺流程图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明技术方案进行进一步详细说明。
本发明一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，包括以下步骤：
(1)根据低渗透砂岩型铀矿床的地质特征，确定地浸采铀工艺技术路线，选取酸法、碱法、中性浸出三种地浸采铀工艺之一，配置常规浸出剂；
当碳酸盐矿物含量以CO2计＜2％时，采用酸法地浸采铀；当碳酸盐矿物含量以CO2计≥2％时，采用碱法、CO2+O2中性两种地浸采铀工艺之一浸出采铀；
采用酸法地浸采铀时，酸法浸出剂为H2SO4、HCl、HNO3中的一种；
采用碱法浸出采铀时，碱法浸出剂为以下两种之一：Na2CO3和NaHCO3的混合物、(NH4)2CO3和NH4HCO3的混合物；
采用中性浸出采铀时，中性浸出剂为CO2+O2；
(2)选取表面活性剂类型
根据铀矿石的具体特征选取表面活性剂进行复配，并与步骤(1)中的常规浸出剂配伍，以适应不同矿石类型的需求；
根据铀矿床具体地质特征，包括矿物成分、电荷性质、地下水矿化度，确定表面活性剂类型；采用酸法浸出时选用耐强酸类型表面活性剂，采用碱法浸出时选用耐强碱类型表面活性剂；表面活性剂类型为非离子型表面活性剂，具体为脂肪醇聚氧乙烯醚。
(3)根据铀矿石的岩性和渗透性能，在常规浸出剂中加入步骤(2)确定的表面活性剂，配制成新型增渗浸出剂；表面活性剂在新型增渗浸出剂中的质量浓度为0.001％～0.1％；
(4)将步骤(3)得到的新型增渗浸出剂应用到地浸采铀工程中，提高低渗透砂岩型铀矿层的相对渗透率。
本发明用于内蒙古某低渗透砂岩型铀矿床地浸采铀试验。某铀矿样品组分见表1、表2。
表1 某铀矿石化学全分析结果
Figure BDA0001192052650000071
表2 某铀矿石矿物组成定量分析结果
Figure BDA0001192052650000072
该矿床铀矿石的主体骨架为石英和长石，填隙物为隐晶质黏土矿物，含量较高。这种矿石结构会对矿层的渗透性产生不利影响，如果采用常规浸出剂配方进行地浸开采时，溶浸液流动阻力大，将很难通过结构复杂而狭小的孔喉通道，进而影响到铀的浸出和迁移，而采用新型增渗浸出剂可以有效解决这一难题。
以酸法地浸采铀工程为例，本发明的提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法用于内蒙古某低渗透砂岩型铀矿床地浸采铀试验。试验结果分别见图1和图2。
实施案例1：
内蒙古某低渗透砂岩型铀矿床的铀品位为0.0262％，铀矿石渗透系数为0.763～0.951m/d。
本发明的提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法包括如下步骤：
(1)根据本矿床地质特征，确定酸法地浸采铀技术路线，酸化期采用质量浓度为0.5％H2SO4，浸出期采用质量浓度为1％H2SO4；
(2)确定表面活性剂类型和浓度，并与酸法浸出剂溶液进行配伍，得到适合本矿床的新型增渗浸出剂；
(3)酸化期采用的新型增渗浸出剂质量浓度为0.5％H2SO4+0.002％表面活性剂溶液，抽注液流量为5～7m3/h，历时30天。
(4)浸出期采用的新型增渗浸出剂质量浓度为1％H2SO4+0.005％表面活性剂溶液，抽注液流量为8～10m3/h，浸出液铀浓度达到峰值浓度73mg/L，历时26天；浸出液铀浓度降至10mg/L，历时90天。
最终渣中铀品位为0.0071％，浸出率为72.9％，试验期间矿层渗透性能明显改善，平均渗透系数提高了38.5％，抽注液压力得到缓解，浸出试验周期较预期明显缩短。
实施案例2：
内蒙古某低渗透砂岩型铀矿床的铀品位为0.0527％，铀矿石渗透系数为0.165～0.312m/d。
本发明的提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法包括如下步骤：
(1)根据本矿床地质特征，确定酸法地浸采铀技术路线，酸化期采用质量浓度为0.4％H2SO4，浸出期采用质量浓度为0.6％H2SO4；
(2)确定表面活性剂类型和浓度，并与酸法浸出剂溶液进行配伍，得到适合本矿床的新型增渗浸出剂；
(3)酸化期采用的新型增渗浸出剂质量浓度为0.4％H2SO4+0.03％表面活性剂溶液，抽注液流量为2～3m3/h，历时30天。
(4)浸出期采用的新型增渗浸出剂质量浓度为0.6％H2SO4+0.05％表面活性剂溶液，抽注液流量为4～6m3/h，浸出液铀浓度达到峰值浓度49mg/L，历时42天；浸出液铀浓度降至10mg/L，历时126天。
最终渣中铀品位为0.0161％，浸出率为69.45％，试验期间矿层渗透性能明显改善，平均渗透系数提高了108％，抽注液压力得到明显缓解，浸出试验周期较预期明显缩短。
上述两个实施例中，表面活性剂类型为非离子型表面活性剂，具体为脂肪醇聚氧乙烯醚。
与常规浸出剂相比，新型增渗浸出剂地浸采铀工艺具备以下优势：
(1)在表面活性剂用量极低的情况下，在浸出剂中浓度为0.01％左右时即可显著降低浸出剂的表面张力，使其具有高表面活性和快速渗透能力；
(2)显著提高含矿层的渗透性。采用常规浸出剂浸出时，低渗透铀矿石的平均渗透系数为0.669m/d；而采用新型增渗浸出剂浸出时，平均渗透系数增大至1.186m/d，渗透系数提高至原来的1.77倍；
(3)铀浸出率明显提高，从35.2％提高至81.5％；
因此，本发明利用表面活性剂的润湿与增渗作用，降低溶液流动阻力，能够有效提高含矿层的渗透性和铀浸出率，缩短试验周期，提高生产效率。

Claims (1)

1.一种提高低渗透砂岩型铀矿层渗透性的化学方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据矿床地质特征，确定酸法地浸采铀技术路线，酸化期采用质量浓度为0.4％H2SO4，浸出期采用质量浓度为0.6％H2SO4；所述矿床为内蒙古低渗透砂岩型铀矿床，所述矿床的铀品位为0.0527％，铀矿石渗透系数为0.165～0.312m/d；
(2)确定表面活性剂类型和浓度，并与酸法浸出剂溶液进行配伍，得到适合矿床的新型增渗浸出剂；
(3)酸化期采用的新型增渗浸出剂质量浓度为0.4％H2SO4+0.03％表面活性剂溶液，抽注液流量为2～3m3/h，历时30天；
(4)浸出期采用的新型增渗浸出剂质量浓度为0.6％H2SO4+0.05％表面活性剂溶液，抽注液流量为4～6m3/h，浸出液铀浓度达到峰值浓度49mg/L，历时42天；浸出液铀浓度降至10mg/L，历时126天；所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
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