CN114152732A - 砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，包括试样密封单元、液压控制单元、溶浸单元和检测单元，试样密封单元用于容置并密封砂岩铀矿的试样；液压控制单元与所述试样密封单元连通，用于调控所述试样密封单元对试样施加的压力；溶浸单元与所述试样密封单元连通，所述溶浸单元用于向所述试样密封单元内通入中性溶浸剂、酸性溶浸剂和碱性溶浸剂中的一种；检测单元与所述试样密封单元连通，所述检测单元用于对试样的浸出液和浸出气体进行检测。本发明提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，旨在实现精确有效的对铀矿试样进行地浸模拟试验，得到最为有效的地浸开采方式。

Description

砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置

技术领域

本发明属于地质开采技术领域，更具体地说，是涉及一种砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置。

背景技术

铀是重要的天然放射性元素，也是最重要的核燃料，铀矿作为重要的国家战略资源和能源矿产，在国防建设和经济发展中发挥重要的作用。我国的铀矿储量规模有限，难以满足核电的长远发展需求，特别是在浅层铀矿开采殆尽后，对深层铀矿的开采已成为未来发展趋势。

地浸采铀是一种在天然埋藏条件下，通过溶浸液与矿物的化学反应选择性地溶解矿石中的铀，而不使矿石产生位移的集采、冶于一体的新型铀矿开采方法。目前常用的地浸开采方法有酸法地浸、碱法地浸和CO₂+O₂中性地浸，酸法地浸具有浸出速度快、浸出液含铀浓度高、浸出周期短的特点，但试剂消耗量大、浸出液杂质含量较高、易发生矿层堵塞、成本较高。碱法地浸具有选择性强、浸出液杂质含量低、地下水污染小的特点。但对于碳酸盐含量高的铀矿床，酸法地浸和碱法地浸均不宜采用，CO₂+O₂中性地浸过程对矿层渗透率影响小，对该类矿床具有很强的适应性。对砂岩铀矿的地浸采铀进行模拟试验，找出针对该铀矿最有效合理的地浸方式，有利于深入研究地浸开采机理、优化地浸开采工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，旨在实现精确有效的对铀矿试样进行地浸模拟试验，得到最为有效的地浸开采方式。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，包括：

试样密封单元，用于容置并密封砂岩铀矿的试样；

液压控制单元，与所述试样密封单元连通，用于调控所述试样密封单元对试样施加的压力；

溶浸单元，与所述试样密封单元连通，所述溶浸单元用于向所述试样密封单元内通入中性溶浸剂、酸性溶浸剂和碱性溶浸剂中的一种；以及

检测单元，与所述试样密封单元连通，所述检测单元用于对试样的浸出液和浸出气体进行检测。

在一种可能的实现方式中，所述溶浸单元包括：

中性溶浸组件，与所述试样密封单元连通，用于调配并向所述试样密封单元内通入中性溶浸剂；

酸性溶浸组件，与所述试样密封单元连通，用于调配并向所述试样密封单元内通入酸性溶浸剂；

碱性溶浸组件，与所述试样密封单元连通，用于调配并向所述试样密封单元内通入碱性溶浸剂；以及

输送组件，分别与所述中性溶浸组件、所述酸性溶浸组件和所述碱性溶浸组件连通，用于将所述中性溶浸组件、所述酸性溶浸组件和所述碱性溶浸组件内的液体输送至所述试样密封单元。

在一种可能的实现方式中，所述中性溶浸组件包括混合罐和并联于所述混合罐输入端的CO₂储罐和O₂储罐，所述混合罐的输出端与所述试样密封单元连通，所述混合罐还与所述输送组件连通。

在一种可能的实现方式中，所述碱性溶浸组件包括碱液储罐和第一氧化剂储罐，所述碱液储罐和所述第一氧化剂储罐分别与所述输送组件连通，且所述碱液储罐和所述第一氧化剂储罐的输出端分别与所述试样密封单元连通。

在一种可能的实现方式中，所述酸性溶浸组件包括酸液储罐和第二氧化剂储罐，所述酸液储罐和所述第二氧化剂储罐分别与所述输送组件连通，且所述酸液储罐和所述第二氧化剂储罐的输出端分别与所述试样密封单元连通。

在一种可能的实现方式中，所述输送组件包括第三输送泵，所述第三输送泵分别与所述中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件连接。

在一种可能的实现方式中，所述检测单元包括与所述试样密封单元连通的气液分离组件，以及分别与所述气液分离组件连通的浸出液检测器和气体检测器。

在一种可能的实现方式中，所述气液分离组件包括多个气液分离器，多个所述气液分离器分别与所述试样密封单元连通，多个所述气液分离器与所述试样密封单元的连接点沿试样的液体流动方向依次分布。

在一种可能的实现方式中，所述试样密封单元包括安装筒和分别密封插设于所述安装筒两端的第一密封盖和第二密封盖，所述安装筒具有用于容置试样的容纳腔，所述容纳腔为贯通所述安装筒的腔室，还包括与所述容纳腔连通的排气管，所述排气管上设有调节阀。

在一种可能的实现方式中，所述液压控制单元包括第一输送泵、第二输送泵和液压驱动器，所述第一输送泵和所述第二输送泵的输入端并联于所述液压驱动器，输出端分别与所述试样密封单元连通，所述第一输送泵用于控制所述试样密封单元的围压，所述第二输送泵用于控制所述试样密封单元的轴压。

本发明提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置将砂岩铀矿的试样密封于试样密封单元内，然后通过液压控制单元调节试样密封单元的压力达到第一预设值，溶浸单元向试样密封单元内通入中性溶浸剂、酸性溶浸剂或碱性溶浸剂，中性溶浸剂、酸性溶浸剂或碱性溶浸剂与试样反应使试样内流出浸出液，反应产生气体，检测单元对反应后产生的浸出液的压力、pH值和离子浓度，以及对气体的组分进行检测。本发明提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置可以分别对试样进行中性地浸试验、酸性地浸试验或碱性试验，通过检测单元对试验后的浸出液和气体进行检测，可以测试出适合该试样的地浸方式，有利于对砂岩铀矿的地浸开采研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置的结构示意图。

图中：

1、储气罐；

2、增压泵；

3、空压机；

4、真空泵；

5、第一调节罐；

6、第二调节罐；

7、第三调节罐；

8、排气管；

9、试样密封单元；901、第一密封盖；902、安装筒；903、第二密封盖；

10、液压控制单元；1001、第一输送泵；1002、液压驱动器；1003、第二输送泵；

11、压力传感器；

12、温度传感器；

13、气体质量流量计；

14、试样；

15、溶浸单元；1501、混合罐；1502、酸液储罐；1503、碱液储罐；1504、第三氧化剂储罐；1505、CO₂储罐；1506、O₂储罐；1507、第一氧化剂储罐；1508、第二氧化剂储罐；

16、输送组件；1601、储液罐；1602、第三输送泵；

17、检测单元；1701、气液分离器；1702、浸出液检测器；1703、气体检测器；

18、pH传感器；

19、调节阀。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置进行说明。砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，包括试样密封单元9、液压控制单元10、溶浸单元15和检测单元17，试样密封单元9用于容置并密封砂岩铀矿的试样14；液压控制单元10与试样密封单元9连通，用于调控试样密封单元9对试样14施加的压力；溶浸单元15与试样密封单元9连通，溶浸单元15用于向试样密封单元9内通入中性溶浸剂、酸性溶浸剂和碱性溶浸剂中的一种；检测单元17与试样密封单元9连通，检测单元17用于对试样14的浸出液和浸出气体进行检测。

本发明提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，与现有技术相比，本发明砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置将砂岩铀矿的试样14密封于试样密封单元9内，然后通过液压控制单元10调节试样密封单元9的压力达到第一预设值，溶浸单元15向试样密封单元9内通入中性溶浸剂、酸性溶浸剂或碱性溶浸剂，中性溶浸剂、酸性溶浸剂或碱性溶浸剂与试样14反应使试样14内流出浸出液，反应产生气体，检测单元17对反应后产生的浸出液的压力、pH值和离子浓度，以及对产生气体的组分进行检测。本发明提供的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置可以分别对试样14进行中性地浸试验、酸性地浸试验或碱性试验，通过检测单元17对试验后的浸出液和气体进行检测，可以测试出适合该试样14的地浸方式，有利于对砂岩铀矿的地浸开采研究。

需要说明的是，在试验开始前，可以对装置的气密性进行检测，确保试验过程中装置内的压力接近于实际情况，保证装置的压力稳定。

具体地，在完成试验后，通过液压控制单元10将装置内的压力卸载，然后排出装置内的液体和气体，再进行部件的拆卸。

在一些实施例中，请参阅图1及图2，溶浸单元15包括中性溶浸组件、酸性溶浸组件、碱性溶浸组件和输送组件16，中性溶浸组件与试样密封单元9连通，用于调配并向试样密封单元9内通入中性溶浸剂；酸性溶浸组件与试样密封单元9连通，用于调配并向试样密封单元9内通入酸性溶浸剂；碱性溶浸组件与试样密封单元9连通，用于调配并向试样密封单元9内通入碱性溶浸剂；输送组件16分别与中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件连通，用于将中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件内的液体输送至试样密封单元9。

本实施例中先在中性溶浸组件、酸性溶浸组件、碱性溶浸组件内配置相应的溶浸剂，输送组件16可以分别将中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件内配置好的溶浸剂输送至试样密封单元9内。本结构连接简单，操作方便，可以合理控制通入试样密封单元9的溶浸剂体积。

作为输送组件16的一种具体实施方式，输送组件16包括多个输液泵，多个输液泵分别设置于中性溶浸组件与试样密封单元9之间、酸性溶浸组件与试样密封单元9之间，以及碱性溶浸组件与试样密封单元9之间。

在一些实施例中，请参阅图1及图2，中性溶浸组件包括混合罐1501和并联于混合罐1501输入端的CO₂储罐1505和O₂储罐1506，混合罐1501的输出端与试样密封单元9连通，混合罐1501还与输送组件16连通。

将CO₂储罐1505和O₂储罐1506内的CO₂和O₂分别通入混合罐1501内，然后向混合罐1501内注入水，使CO₂和O₂充分溶解于水，再在输送组件16的作用下将溶解形成的中性溶浸剂通入试样密封单元9内，使中性溶浸剂与试样14反应，从而将试样14内的铀浸出。本实施例中的中性溶浸组件可以控制CO₂和O₂的通入量，根据使用需要调配CO₂和O₂水溶液。

可选的，混合罐1501内设有第一搅拌器，提高CO₂和O₂溶于水的速率。

可选的，第一搅拌器为磁力搅拌器。

可选的，混合罐1501内设有压力传感器11、温度传感器12和pH传感器18。

在一些实施例中，请参阅图1和图2，碱性溶浸组件包括碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507，碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507与输送组件16连通，且碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507的输出端分别与试样密封单元9连通。

分别在碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507内调配碱性溶液和氧化剂，然后通过输送组件16分别将碱溶液和氧化剂通入试样密封单元9内，使碱性溶液在氧化剂的作用下迅速与试样14反应，将试样14内的铀浸出。分别配置碱性溶液和氧化剂有利于调控碱性溶液和氧化剂的剂量，方便操作。

可选的，碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507外分别设有加热套。

可选的，碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507内均设有温度传感器12和pH传感器18。

可选的，碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507内分别设有第二搅拌器。

可选的，第二搅拌器为磁力搅拌器。

可选的，碱性溶液为碳酸盐和碳酸氢盐中的一种或多种。

可选的，氧化剂为双氧水、氯酸钠溶液、高锰酸钾溶液中的一种或多种。

可选的，碱液储罐1503与第一氧化剂储罐1507连通，先将配置好的碱性溶液与氧化剂混合(可以将碱性溶液通入第一氧化剂储罐1507内，也可以将氧化剂通入碱液储罐1503内)，然后再将混合液通入试样密封单元9内。

作为碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507的一种具体实施方式，碱液储罐1503与第一氧化剂储罐1507的结构相同，均包括具有开口的第一罐体和密封盖设于第一罐体开口的第一遮挡盖，第一罐体内滑动设有第一密封塞，第一密封塞将第一罐体沿上下方向分为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室相对密封。

打开第一密封塞在第二腔室内配置碱性溶液或氧化剂，输送组件16向第一腔室内通入气体或液体，从而调控第一密封塞沿上下方向滑动，以将碱性溶液或氧化剂通入试样密封单元9内。

需要说明的是，在此种实施方式中输送组件16与碱液储罐1503和第一氧化剂储罐1507的输入端连接。

在一些实施例中，请参阅图2，酸性溶浸组件包括酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508，酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508分别与输送组件16连通，且酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508的输出端分别与试样密封单元9连通。

分别在酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508内调配酸性溶液和氧化剂，然后通过输送组件16分别将酸溶液和氧化剂通入试样密封单元9内，使酸性溶液在氧化剂的作用下迅速与试样14反应，将试样14内的铀浸出。分别配置酸性溶液和氧化剂有利于调控酸性溶液和氧化剂的剂量，方便操作。

可选的，酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508外分别设有加热套。

可选的，酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508内均设有温度传感器12和pH传感器18。

可选的，酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508内分别设有第三搅拌器。

可选的，第三搅拌器为磁力搅拌器。

可选的，酸性溶液为氢氟酸、盐酸、硫酸溶液中的一种或多种。

可选的，氧化剂为硝酸盐、双氧水、高锰酸钾溶液中的一种或多种。

可选的，酸液储罐1502与第二氧化剂储罐1508连通，先将配置好的酸性溶液与氧化剂混合(可以将酸性溶液通入第二氧化剂储罐1508内，也可以将氧化剂通入酸液储罐1502内)，然后再将混合液通入试样密封单元9内。

作为酸液储罐1502和第二氧化剂储罐1508的一种具体实施方式，酸液储罐1502与第二氧化剂储罐1508的结构相同，均包括具有开口的第二罐体和密封盖设于第二罐体开口的第二遮挡盖，第二罐体内滑动设有第二密封塞，第二密封塞将第二罐体沿上下方向分为第三腔室和第四腔室，第三腔室和第四腔室。

具体地，酸性溶液或氧化剂通入第四腔室内，输送组件16向第三腔室内通入气体或液体，从而调控第二密封塞沿上下方向滑动，以将酸性溶液或氧化剂通入试样密封单元9内。

作为溶浸单元15的另一种具体实施方式，请参阅图1，酸性溶浸组件包括酸液储罐1502，碱性溶浸组件包括碱液储罐1503，溶浸单元15还包括第三氧化剂储罐1504，输送组件16分别与碱液储罐1503、酸液储罐1502和第三氧化剂储罐1504连通，从而分别将酸性溶液、碱性溶液和氧化剂分别输送至试样密封单元9。

在一些实施例中，请参阅图1及图2，输送组件16包括第三输送泵1602，第三输送泵1602分别与中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件连接。

第三输送泵1602可以分别将中性溶浸剂、酸性溶浸剂和碱性溶浸剂输送至试样密封单元9内，通过设置一个第三输送泵1602可以完成输送，简化了结构，降低了生产和安装成本。

可选的，中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件的输出端均连接有相应的输出管，多个输出管并联于一个连接管，第三输送泵1602设于该连接管。其中，中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件连接的输出管上分别设有阀门。

可选的，中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件并联于第三输送泵1602的输出端，第三输送泵1602通过向中性溶浸组件、酸性溶浸组件或碱性溶浸组件通入气体或液体调节其压力，从而将中性溶浸剂、酸性溶浸剂或碱性溶浸剂通入试样密封单元9内。

作用输送组件16的另一种具体实施方式，输送组件16还包括用于储存清水的储液罐1601，第三输送泵1602的输入端与储液罐1601连通，输出端分别与中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件连通。

第三输送泵1602可以将储液罐1601内的清水输送至混合罐1501内，从而在混合罐1501内与CO₂和O₂混合，调配中性溶浸剂。也可以将储液罐1601内的清水通入酸性溶浸组件和碱性溶浸组件内调节其压力，从而将酸性溶浸剂或碱性溶浸剂通入试样密封单元9内。

在一些实施例中，请参阅图1和图2，检测单元17包括与试样密封单元9连通的气液分离组件，以及分别与气液分离组件连通的浸出液检测器1702和气体检测器1703。

气液分离组件可以将试样密封单元9内产生的浸出液和反应产生的气体进行分离，然后通过浸出液检测器1702对浸出液内的pH值、压力、离子浓度等进行检测，气体检测器1703对产生气体的气体组分进行检测。

可选的，浸出液检测器1702为电感耦合等离子体质谱仪。

可选的，气体检测器1703为气相色谱仪。

在一些实施例中，请参阅图1至图3，气液分离组件包括多个气液分离器1701，多个气液分离器1701分别与试样密封单元9连通，多个气液分离器1701与试样密封单元9的连接点沿试样14的液体流动方向依次分布。

多个气液分离器1701沿试样14的液体流动方向依次分布，从而可以对不同区域内的浸出液和气体进行检测，方便对试样14进行全面的检测，提高测试结果的精度。

可选的，气液分离器1701内设有压力传感器11和pH传感器18。

在一些实施例中，请参阅图1至图3，试样密封单元9包括安装筒902和分别密封插设于安装筒902两端的第一密封盖901和第二密封盖903，安装筒902具有用于容置试样14的容纳腔，容纳腔为贯通安装筒902的腔室，还包括与容纳腔连通的排气管8，排气管8上设有调节阀19。

将试样14从容纳腔的开口插入容纳腔内，然后将第一密封盖901和第二密封盖903密封插入在容纳腔的两端，使试样14处于密封环境。因试样14的尺寸完全适配于容纳腔，以保证试样14在测试时的密封性，在容纳腔设置为贯通的腔室，方便在测试完成后从容纳腔的一端推动试样14将其取出。通过调节阀19可以控制容纳腔内试样14所受到的压力，能够更加真实的模拟深层铀矿的环境。

在一些实施例中，请参阅图1，液压控制单元10包括第一输送泵1001、第二输送泵1003和液压驱动器1002，第一输送泵1001和第二输送泵1003的输入端并联于液压驱动器1002，输出端分别与试样密封单元9连通，第一输送泵1001用于控制试样密封单元9的围压，第二输送泵1003用于控制试样密封单元9的轴压。

液压驱动器1002分别通过第一输送泵1001和第二输送泵1003向试样密封单元9内通入液体，从而控制试样密封单元9内的围压和轴压分别达到预设值，方便进行测试。当其中某一个部件损坏后，可以进行单独更换，方便快捷。

具体地，液压驱动器1002为液压缸或油缸。

作为本发明的一种具体实施方式，本发明还包括渗透率检测模块，在进行地浸开采测试之前先进行渗透率测试。请参阅附图3，渗透率检测模块包括气压控制单元、温控单元和压力检测单元17，气压控制单元包括储气组件和与储气组件连通的调节组件，调节组件的出气端与试样密封单元9连通；温控单元包括多个温控组件，多个温控组件分别设于试样密封单元9和调节组件；压力检测单元17包括多个压力传感器11，多个压力传感器11分别设于试样密封单元9和调节组件。

本发明提供的砂岩铀矿渗透率测试装置，与现有技术相比，本发明砂岩铀矿渗透率测试装置可以先通过气压控制组件检测装置的气密性，若装置的气密性合格，再通过温控单元和液压控制单元10模拟深层砂岩铀矿的环境，使测试结果更加接近于实际情况。通过调整液压控制单元10和气压控制单元的参数进行多次模拟试验，并通过压力传感器11对试样密封单元9和调节组件内的压力进行实时监测，检测出试样14的渗透率。进行多次试验后对比多组试验数据可以得到试样14的渗透率。本装置能够模拟铀矿层的环境条件，精确的测试出试样14的渗透率。

测试方式：

1)将试样14切割至指定尺寸，并放入试样密封单元9内；

2)预先开启温控组件，使试样密封单元9和调节组件达到预设温度；

3)通过气压控制单元向试样密封单元9内通入气体，以检测整个装置气密性，确保测试结果的准确性，通过观察压力传感器11的读数确定气密性检测是否合格，若检测结果合格则将装置内的气体排空，使装置处于真空状态；若检测结果不合格则对装置进行维修，直至气密性检测合格；

4)液压控制单元10向试样密封单元9内注入液体，并通过液压控制单元10调控试样密封单元9内的压力到达第二预设值；

5)气压控制单元向试样密封单元9内通入气体，使试样密封单元9内的压力达到第三预设值；

6)通过气压控制单元控制试样密封单元9内具有一定的压力差，使液体向试样14内渗透，检测试样14的渗透率。

具体地，第三预设值大于第二预设值。

在一些实施例中，请参阅图3，储气组件包括储气罐1、增压泵2、真空泵4和空压机3，储气罐1与真空泵4连通，增压泵2和真空泵4分别与调节组件连通，空压机3分别与增压泵2和真空泵4连通。

本实施例中空压机3为增压泵2和真空泵4提供动力，需要增加试样密封单元9内的压力时，储气罐1内的气体通过增压泵2和空压机3进入试样密封单元9内；当需要排出装置内的气体时，真空泵4和空压机3工作将装置内的气体向外排出，保证装置内处于真空状态。本实施例结构简单，能够有效控制装置内的气压，空压机3能够对增压泵2和真空泵4提供动力，提高调控效率。

可选的，储气罐1内的气体可以为氦气等稀有气体，也可以为氮气，具有稳定性高的特点。

具体地，真空泵4还与送气管连通，用于将装置内的气体排空。

在一些实施例中，请参阅图3，调节组件包括排气管8、第一调节罐5、第二调节罐6和第三调节罐7，第二调节罐6和第三调节罐7形成调节模组；

储气组件、第一调节罐5、试样密封单元9和排气管8依次连通形成第一测试通路，其中，第一调节罐5和排气管8分别与试样密封单元9的相对两端连接，排气管8上设有调节阀19；

储气组件、第一调节罐5、调节模组和试样密封单元9依次连通形成第二测试通路，其中，第二调节罐6和第三调节罐7的进气端并联于第一调节罐5的输出管道，且第二调节罐6和第三调节罐7的出气端分别与试样密封单元9的相对两端连接。

若试样14的渗透率低于0.1mD，开启第二测试通路进行测试；若试样14的渗透率高于0.1mD，开启第一测试通路进行测试。在地浸开采的化学反应中会导致试样14的渗透率变化，对于不同渗透率范围内的试样14采用不同的方式进行测试，能够提高测试精度和测试效率。采用本实施例中的结构能够更加贴合于真实工况，真实有效的测出试样14的渗透率。

在检测装置的气密性时，储气组件内的气体沿第二测试通路依次流动，先将第二调节罐6和第三调节罐7的出气端密封，将储气组件内的气体通入第一调节罐5内，然后气体分别流入第二调节罐6和第三调节罐7内，再将第二调节罐6和第三调节罐7的进气端密封，出气端打开，第二调节罐6和第三调节罐7内的气体分别进入试样密封单元9内。观测第二调节罐6、第三调节罐7和试样密封单元9内的压力传感器11读数，若读数稳定则证明装置气密性良好，若读数下降则证明装置漏气。

需要说明的是，本实施例提供的气密性检测方式同样适用于地浸开采测试。

第一测试模组的测试步骤：

1)将试样14切割至指定尺寸，并放入试样密封单元9内；

2)将装置内的气体排空，确保装置处于真空状态；

3)启动液压控制组件向试样密封单元9内增加压力，使试样密封单元9内的压力达到第二预设值；

4)储气组件内的高压气体通入第一调节罐5内，在第一调节罐5内进行调压；

5)第一调节罐5内的气体通入试样密封单元9内，经过试样14后由排气管8排出；

6)采用检测装置对试样14的渗透性进行检测。

可选的，使用第一测试模组测试渗透性时，还可以通过下列公式计算：

其中，α为第二调节罐6内和第一调节罐5的压力差值与时间在半对数坐标下的斜率值，ka为试样14的渗透率，μ为气体的粘度，cg为气体的压缩系数，L和A分别为试样14的长度和横截面积，Vu和Vd分别为第三调节罐7和第二调节罐6的体积。

第二测试模组的测试步骤：

1)将试样14切割至指定尺寸，并放入试样密封单元9内；

2)将装置内的气体排空，确保装置处于真空状态；

3)启动液压控制组件向试样密封单元9内增加压力，使试样密封单元9内的压力达到第二预设值；

4)封闭第二调节罐6和第三调节罐7的出气端；

5)储气组件内的高压气体通入第一调节罐5内，再分别进入第二调节罐6和第三调节罐7内；

6)封闭第二调节罐6和第三调节罐7的进气端，开启第二调节罐6和第三调节罐7的出气端，第二调节罐6和第三调节罐7内的气体分别从试样密封单元9的相对两端进入试样密封单元9内；

7)观察分别观察多个压力传感器11，直至多个压力传感器11的读数稳定于同一数值；

8)关闭第三调节罐7的出气端，开启第三调节罐7的进气端，使第一调节罐5内的气体进入第三调节罐7内；

9)当第三调节罐7内的压力达到第三预设值时，关闭第三调节罐7的进气端，开启第三调节罐7的出气端，气体进入试样密封单元9内；

10)采用检测装置对试样14的渗透性进行检测。

需要说明的是，无论采用第一测试通路还是第二测试通路，在进行测试前均需要对装置的气密性进行检测，在气密性检测合格后进行测试。同一试样14可以通过更换不同的第二预设值和第三预设值进行多组试验，确保测试结果的准确性。

需要说明的是，各个部件之间均通过连接管连接，连接管上设置有开关阀、调压阀和压力传感器11进行检测。

具体地，在开始测试前，先将试样14切割打磨至预定尺寸，然后在使用外包裹密封胶套，然后放入试样密封单元9内。

具体地，第一调节罐5、第二调节罐6、第三调节罐7和试样密封单元9均设有压力传感器11。

在一些实施例中，请参阅图3，排气管8上设有气体质量流量计13。

气体质量流量计13可以对排气管8上流出的气体流量进行监测，通过下列公式自行计算试验的渗透率，无需使用检测设备，节约了成本。

其中Q为气体质量流量计13的读数，μ为气体的粘度，p_a为大气压力，L和A分别为试样14的长度和横截面积，p_in和p_out分别为第一调节罐5进气端和出气端的气压，在本试验中p_out等于大气压力。

在一些实施例中，请参阅图3，温控组件包括第一加热器和温度传感器12。

第一加热器可以对试样密封单元9和调节组件进行加热，温度传感器12可以监测加热后的温度，方便调控密封单元和调节组件内的温度。

在一些实施例中，图中未示出3，温控单元还包括水浴组件，试样密封单元9和液压控制单元10之间的管道，以及气压控制单元与试样密封单元9之间的管道均设于水浴组件内。

水浴组件对管道进行加热，保证气体或液体在传输的过程中具有稳定的温度，以真实有效的模拟深层铀矿的环境，提高测试精度。水浴组件能够确保管道内的物质温度恒定，温度拨动较小。

具体地，试样密封单元9、液压控制单元10和气压控制单元内部也通过管道连接，该管道同样置于水浴组件内。

在一些实施例中，图中未示出，水浴组件包括水箱和设于水箱内的第二加热器。

将管道置于水箱内，水箱内注入水，第二加热器对水进行加热，通过热水确保管道的气体或液体温度恒定。此种方式避免直接对管道加热容易造成温度拨动，提高了稳定性。

在一些实施例中，图中未示出，水箱外设有保温层。

保温层能够避免水箱内的水与外部产生热交换，提高保温性能，减少能耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，包括：

试样密封单元，用于容置并密封砂岩铀矿的试样；

液压控制单元，与所述试样密封单元连通，用于调控所述试样密封单元对试样施加的压力；

溶浸单元，与所述试样密封单元连通，所述溶浸单元用于向所述试样密封单元内通入中性溶浸剂、酸性溶浸剂和碱性溶浸剂中的一种；以及

检测单元，与所述试样密封单元连通，所述检测单元用于对试样的浸出液和浸出气体进行检测。

2.如权利要求1所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述溶浸单元包括：

中性溶浸组件，与所述试样密封单元连通，用于调配并向所述试样密封单元内通入中性溶浸剂；

酸性溶浸组件，与所述试样密封单元连通，用于调配并向所述试样密封单元内通入酸性溶浸剂；

碱性溶浸组件，与所述试样密封单元连通，用于调配并向所述试样密封单元内通入碱性溶浸剂；以及

输送组件，分别与所述中性溶浸组件、所述酸性溶浸组件和所述碱性溶浸组件连通，用于将所述中性溶浸组件、所述酸性溶浸组件和所述碱性溶浸组件内的液体输送至所述试样密封单元。

3.如权利要求2所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述中性溶浸组件包括混合罐和并联于所述混合罐输入端的CO₂储罐和O₂储罐，所述混合罐的输出端与所述试样密封单元连通，所述混合罐还与所述输送组件连通。

4.如权利要求2所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述碱性溶浸组件包括碱液储罐和第一氧化剂储罐，所述碱液储罐和所述第一氧化剂储罐分别与所述输送组件连通，且所述碱液储罐和所述第一氧化剂储罐的输出端分别与所述试样密封单元连通。

5.如权利要求2所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述酸性溶浸组件包括酸液储罐和第二氧化剂储罐，所述酸液储罐和所述第二氧化剂储罐分别与所述输送组件连通，且所述酸液储罐和所述第二氧化剂储罐的输出端分别与所述试样密封单元连通。

6.如权利要求2所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述输送组件包括第三输送泵，所述第三输送泵分别与所述中性溶浸组件、酸性溶浸组件和碱性溶浸组件连接。

7.如权利要求1所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述检测单元包括与所述试样密封单元连通的气液分离组件，以及分别与所述气液分离组件连通的浸出液检测器和气体检测器。

8.如权利要求7所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述气液分离组件包括多个气液分离器，多个所述气液分离器分别与所述试样密封单元连通，多个所述气液分离器与所述试样密封单元的连接点沿试样的液体流动方向依次分布。

9.如权利要求1所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述试样密封单元包括安装筒和分别密封插设于所述安装筒两端的第一密封盖和第二密封盖，所述安装筒具有用于容置试样的容纳腔，所述容纳腔为贯通所述安装筒的腔室，还包括与所述容纳腔连通的排气管，所述排气管上设有调节阀。

10.如权利要求1所述的砂岩铀矿地浸开采模拟试验装置，其特征在于，所述液压控制单元包括第一输送泵、第二输送泵和液压驱动器，所述第一输送泵和所述第二输送泵的输入端并联于所述液压驱动器，输出端分别与所述试样密封单元连通，所述第一输送泵用于控制所述试样密封单元的围压，所述第二输送泵用于控制所述试样密封单元的轴压。

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