CN112049618B - 一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统及方法，包括电源、微波发射器、波导、微波发生器、二氧化碳扩散装置、二氧化碳导管以及二氧化碳储罐。其中电源、二氧化碳储罐设置在矿井地面以上。微波发射器、波导、微波发生器以及二氧化碳扩散装置设置在矿井地面以下。电源通过电缆依次与微波发射器、波导以及微波发生器连接。二氧化碳储罐通过二氧化碳导管与二氧化碳扩散装置连接。本发明利用深部矿层本身的地层压力和微波定向加热矿层升温，使注入矿层的高浓度CO2达到超临界状态，对矿层内部的加热效率更高，对低渗透物质渗透性高。
Description
技术领域
本发明属于铀矿地浸技术领域，具体涉及一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统及方法。
背景技术
地浸采铀是对可地浸砂岩型铀矿按照一定网度布置工艺钻孔，从注液孔注入地浸液，使地浸液与铀充分反应后，经由抽液孔提出地表，在地表水冶厂进行铀富集的过程。
超临界二氧化碳萃取是一种新型的环境友好型浸取方法。二氧化碳临界条件为Tc＝31.26℃，Pc＝7.2MPa。超临界状态下，二氧化碳对铀矿石中铀具有特殊的浸取作用，同时超临界流体对低渗透性物体具有更强渗透性。
如果要达到临界压力，按照10米水柱提供0.1MPa压力估算，理论上需要720米水头压力。目前深部矿层地浸开采时，工业钻孔埋藏深度已接近730米，静水位深度一般30-50米，注液压力不超过0.7MPa，则理论地层压力已超过临界压力。
微波对矿层具有内加热特性，利用电磁波传导而非热传导的方式实现矿石的升温，并且其对含水矿层加热效果优于不含水矿层。通过微波加热，能够较易使矿层温度超过二氧化碳临界温度。
因此，通过微波加热深部含矿层矿石，可实现超临界二氧化碳地浸采铀。鉴于上述优点，有必要设计一种优化的超临界二氧化碳地浸采铀的方法。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统及方法，利用深部矿层本身的地层压力和微波定向加热矿层升温，使注入矿层的高浓度CO2达到超临界状态，利用超临界CO2的高渗透性及对铀的特殊浸取性能，实现深部铀矿的地浸浸出。
本发明所采取的技术方案为：
一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统，包括电源、微波发射器、波导、微波发生器、二氧化碳扩散装置、二氧化碳导管以及二氧化碳储罐。其中电源、二氧化碳储罐设置在矿井地面以上。微波发射器、波导、微波发生器以及二氧化碳扩散装置设置在矿井地面以下。
电源通过电缆依次与微波发射器、波导以及微波发生器连接。
二氧化碳储罐通过二氧化碳导管与二氧化碳扩散装置连接。
所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井地面以下还设置有温度探头，温度探头位于微波发射器的上方。
所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井地面以上还设置有显示器。显示器设置在电源和温度探头之间，用于显示温度。
所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井底面以上还设置有一对滑轮架，显示器通过电缆经滑轮架依次与温度探头，微波发射器，波导，微波发生器连接。
二氧化碳储罐经滑轮架，通过二氧化碳导管与二氧化碳扩散装置连接。
本发明还提供了一种使用上述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统进行深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀的方法，包括以下步骤：
S1：向矿井注入带氧化剂的含CO2溶浸剂，矿层埋藏深度H1米，静水位H2米，二氧化碳临界压力Pc＝7.2MPa，则注液压力P1估算公式为：
P1≥Pc-(H1-H2)/100。
S2：开启二氧化碳储罐，通过二氧化碳导管向深部地层注入CO2，注入口位置为矿层上部，通过二氧化碳扩散装置使CO2充分溶解在矿层水中，并通过水力梯度进入矿层。溶解进入矿层水中的碳酸铀酰离子随矿层水延水力梯度流入抽出井，并随抽出液被带出地面进行回收。
S3：待抽出井检测HCO3 -显著高出本底值时，通过显示器开启微波发生器，微波经波导从微波发射器向矿层定向发射。
S4：通过温度探头实时监测微波发射器周边水体和套管温度，温度显示在显示器上。
S5：当显示器的温度超过60℃时，关闭微波发生器；当温度低于40℃时开启微波发生器；从而控制矿层温度在40-80℃间，此时矿层中CO2处于超临界状态。
S6：维持矿层中CO2超临界状态4～12h后，关闭微波发生器，使CO2失去超临界状态，12h后再次开启微波发生器。
S7：重复步骤S4～S6，直至浸出液铀浓度低于10mg/L。
本发明有以下技术效果：
1)超临界CO2对低渗透物质渗透性高。
2)微波为电磁波传导，与热传导相比，对矿层内部的加热效率更高。
3)深部矿层环境较易达到二氧化碳超临界条件。
附图说明
图1为深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统示意图。
图中：1为电源，2为温度探头，3为微波发射器，4为波导，5为微波发生器，6为矿层，7为二氧化碳扩散装置，8为二氧化碳导管，9为二氧化碳储罐，10为滑轮架，11为显示器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统，包括电源1、微波发射器3、波导4、微波发生器5、二氧化碳扩散装置7、二氧化碳导管8以及二氧化碳储罐9。其中电源1、二氧化碳储罐9设置在矿井地面以上。微波发射器3、波导4、微波发生器5以及二氧化碳扩散装置7设置在矿井地面以下。
电源1通过电缆依次与微波发射器3、波导4以及微波发生器5连接。
二氧化碳储罐9通过二氧化碳导管8与二氧化碳扩散装置7连接。
所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井地面以下还设置有温度探头2，温度探头2位于微波发射器3的上方。
所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井地面以上还设置有显示器11。显示器11设置在电源1和温度探头2之间，用于显示温度。
所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井底面以上还设置有一对滑轮架10。显示器11通过电缆经滑轮架10依次与温度探头2，微波发射器3，波导4，微波发生器5连接。
二氧化碳储罐9经滑轮架10，通过二氧化碳导管8与二氧化碳扩散装置7连接。
本发明还提供了一种使用上述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统进行深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀的方法，包括以下步骤：
S1：向矿井注入带氧化剂的含CO2溶浸剂，矿层埋藏深度H1米，静水位H2米，二氧化碳临界压力Pc＝7.2MPa，则注液压力P1估算公式为：
P1≥Pc-(H1-H2)/100。
S2：开启二氧化碳储罐9，通过二氧化碳导管8向深部地层注入CO2，注入口位置为矿层上部，通过二氧化碳扩散装置7使CO2充分溶解在矿层水中，并通过水力梯度进入矿层。溶解进入矿层水中的碳酸铀酰离子随矿层水延水力梯度流入抽出井，并随抽出液被带出地面进行回收。
S3：待抽出井检测HCO3 -显著高出本底值时，通过显示器11开启微波发生器5，微波经波导4从微波发射器3向矿层定向发射。
S4：通过温度探头2实时监测微波发射器3周边水体和套管温度，温度显示在显示器11上。
S5：当显示器11的温度超过60℃时，关闭微波发生器5；当温度低于40℃时开启微波发生器5；从而控制矿层温度在40-80℃间，此时矿层中CO2处于超临界状态。
S6：维持矿层中CO2超临界状态4～12h后，关闭微波发生器5，使CO2失去超临界状态，12h后再次开启微波发生器5。
S7：重复步骤S4～S6，直至浸出液铀浓度低于10mg/L。
本发明有以下技术效果：
1)超临界CO2对低渗透物质渗透性高。
2)微波为电磁波传导，与热传导相比，对矿层内部的加热效率更高。
3)深部矿层环境较易达到二氧化碳超临界条件。
Claims (4)
1.一种深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀方法，所述方法使用深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统进行，其特征在于：所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统包括电源（1）、微波发射器（3）、波导（4）、微波发生器（5）、二氧化碳扩散装置（7）、二氧化碳导管（8）以及二氧化碳储罐（9）；其中电源（1）、二氧化碳储罐（9）、显示器（11）设置在矿井地面以上；温度探头（2）、微波发射器（3）、波导（4）、微波发生器（5）以及二氧化碳扩散装置（7）设置在矿井地面以下；二氧化碳储罐（9）通过二氧化碳导管（8）与二氧化碳扩散装置（7）连接；温度探头（2）位于微波发射器（3）的上方；显示器（11）设置在电源（1）和温度探头（2）之间，用于显示温度；
使用所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统进行深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀的方法，包括以下步骤：
S1：向矿井注入带氧化剂的含CO2溶浸剂，矿层埋藏深度H1米，静水位H2米，二氧化碳临界压力Pc=7.2MPa，则注液压力P1估算公式为：
P1≥Pc-（H1-H2）/100；
S2：开启二氧化碳储罐（9），通过二氧化碳导管（8）向深部地层注入CO2，注入口位置为矿层上部，通过二氧化碳扩散装置（7）使CO2充分溶解在矿层水中，并通过水力梯度进入矿层；溶解进入矿层水中的碳酸铀酰离子随矿层水延水力梯度流入抽出井，并随抽出液被带出地面进行回收；
S3：待抽出井检测HCO3 -显著高出本底值时，通过显示器（11）开启微波发生器（5），微波经波导（4）从微波发射器（3）向矿层定向发射；
S4：通过温度探头（2）实时监测微波发射器（3）周边水体和套管温度，温度显示在显示器（11）上；
S5：当显示器（11）的温度超过60℃时，关闭微波发生器（5）；当温度低于40℃时开启微波发生器（5）；从而控制矿层温度在40-80℃间，此时矿层中CO2处于超临界状态；
S6：维持矿层中CO2超临界状态4~12h后，关闭微波发生器（5），使CO2失去超临界状态，12h后再次开启微波发生器（5）；
S7：重复步骤S4~S6，直至浸出液铀浓度低于10mg/L。
2.如权利要求1所述的深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀方法，其特征在于：所述电源（1）通过电缆依次与微波发射器（3）、波导（4）以及微波发生器（5）连接。
3.如权利要求2所述的深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀方法，其特征在于：所述深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀系统在矿井底面以上还设置有一对滑轮架（10），显示器（11）通过电缆经其中一个滑轮架（10）依次与温度探头（2）、微波发射器（3）、波导（4）、微波发生器（5）连接。
4.如权利要求3所述的深部矿层超临界二氧化碳地浸采铀方法，其特征在于：所述二氧化碳储罐（9）经另一个滑轮架（10），通过二氧化碳导管（8）与二氧化碳扩散装置（7）连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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