阅读说明：本技术 一种地浸采铀空气预氧化方法 (Air pre-oxidation method for in-situ leaching uranium mining ) 是由 廖文胜 谭亚辉 王立民 杜志明 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及地浸采铀技术领域,具体公开了一种地浸采铀空气预氧化方法,包括以下步骤：步骤1：估算预氧化空气总需求量；步骤2：选择注入井；步骤3：空气预氧化；步骤4：预氧化结束。本发明通过气液混合,采用空气作氧化剂,可以快速氧化铀矿物,强化浸出效果。(The invention relates to the technical field of in-situ leaching uranium mining, and particularly discloses an air pre-oxidation method for in-situ leaching uranium mining, which comprises the following steps: step 1: estimating the total demand of pre-oxidation air; step 2: selecting an injection well; and step 3: pre-oxidizing in air; and 4, step 4: and finishing the pre-oxidation. The method can rapidly oxidize uranium minerals by gas-liquid mixing and adopting air as an oxidant, thereby enhancing the leaching effect.)

一种地浸采铀空气预氧化方法

技术领域

本发明属于地浸采铀技术领域，具体涉及一种地浸采铀空气预氧化方法。

背景技术

地浸采铀过程中，经常采用O₂作氧化剂，将四价铀矿物氧化成可溶性六价铀。但是，O₂在水中溶解度小，溶解速度慢，在矿层中易成为小气泡。由于气体密度小，不易溶解的氧气泡在矿层中会上浮，在矿层上部逐渐消耗，增大了浸出剂的稀释和氧气用量。对于矿层薄、含水层厚、渗透性好的铀矿床，其氧气的消耗量很大。

利用空气预氧化，即将空气大排量注入矿层，通过排空地下水，与矿石接触氧化而减少氧气消耗，已证明有很好的氧化效果[苏学斌等，新疆某铀矿空气预氧化矿层地浸采铀现场试验，金属矿山·2006年12期：33-36]。但是，一般认为，空气预氧化只适合于埋藏浅的矿床，深埋藏矿床由于空气用量大、时间长而不合适[托尔斯多夫，克孜勒库姆区域铀金矿床开发的物理-化学地质工艺，原子能出版社，2003]。

我国有众多埋藏较深、含水层厚、渗透性相对较好的砂岩铀矿床。这类矿床的开发往往浸出剂稀释较严重、氧气消耗量较高，并导致浸出相对困难。

因此，需要采用一种合适的预氧化方法来降低浸出剂的稀释和氧气的消耗，并提高浸出效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地浸采铀空气预氧化方法，该方法应用空气作氧化剂，将空气与浸出溶液混合后进行空气预氧化，同时利用空气中难溶性氮气封堵矿层上部含水层，以降低试剂消耗、提高浸出强度。

本发明的技术方案如下：

一种地浸采铀空气预氧化方法，包括以下步骤：

步骤1：估算预氧化空气总需求量

根据矿层上部含水层孔隙体积V，乘以矿层压力P和孔隙度校正系数γ，估算空气总需求量；

步骤2：选择注入井

选择可以进行空气预氧化的单个注液井最低注液量大于0.5m³/h，注气量大于等于0.5m³/h；

步骤3：空气预氧化

抽注循环开始后，空气经过空压机、气包、过滤、除油、干燥，通过气体流量计计量后与经电磁流量计计量的浸出剂进行气液混合；

初始控制空气注入压力在0.4MPa以上、调节注液井阀门控制总注液压力在0.3MPa以上，按照注液与注气1:1的比例混合后注入；

待0.5h注液量基本不变后，增加0.1m³/h的注气量，再待0.5h注液量基本不变后，再增加0.1m³/h的注气量；如此逐步增加注气量，直至最后一次增加注气量后，注液量在0.5h内出现明显下降，表明开始有气堵，则降低该最后一次增加的注气量，同时维持注液，待气堵逐渐消除；

之后提高注液泵的功率，将注液压力提高0.1～0.2MPa，再按上述方法增加注气量，直至注液压力提高至1.0～1.5MPa，并使此时注气量最大，将气液混合后的浸出剂通过注液井注入矿层预氧化浸出；

根据空气总需求量估算值及每小时空气注入量，估算预氧化的天数，做好监测准备；

步骤4：预氧化结束

当浸出液中溶解氧浓度达10mg/L或取样时可见浸出液中有明显气泡时，停止加入空气，结束预氧化，之后改注浸出剂，按正常浸出工艺进行生产。

步骤3中，若降低最后一次增加的注气量仍不能消除气堵，则关闭注气阀，并在井口排气，使气堵消除后，再重新按出现气堵前的最后一次未产生气堵的注气量进行注入。

步骤3的整个过程控制空气注入压力大于注液压力0.05MPa以上。

步骤3中，初始注入按1m³液体加入标准状态下的1m³空气的比例加入。

步骤1中，估算预氧化空气总需求量的计算公式为：

P×V×γ×10＝P×(H×S×Φ)×γ×10，

式中：

P——矿层压力，MPa；

V——矿层上部含水层孔隙体积，m³：

γ——孔隙度校正系数，根据孔径分布取0.05～0.2；

H——矿层上部含水层厚度，m；

S——预氧化矿体平面面积，m²；

Φ——岩心孔隙度，％。

步骤4中，所述的浸出剂为CO₂+O₂。

本发明的显著效果在于：

(1)本发明通过气液混合，采用空气作氧化剂，可以快速氧化铀矿物，强化浸出效果。

(2)本发明利用氮气溶解性差的特点，在矿层中上浮并封堵矿层上部含水层，从而降低浸出剂的稀释，减少试剂消耗。

(3)本发明方法按照目前各矿山正常浸出注液压力在1.0～1.5MPa之间，使注空气量最大，以最快速度完成预氧化及上部矿层的封堵。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种地浸采铀空气预氧化方法，包括以下步骤：

步骤1：估算预氧化空气总需求量

根据矿层上部含水层孔隙体积V，乘以矿层压力P和孔隙度校正系数γ，可估算空气总需求量：

P×V×γ×10＝P×(H×S×Φ)×γ×10

式中：

P——矿层压力，MPa；

V——矿层上部含水层孔隙体积，m³：

γ——孔隙度校正系数，根据孔径分布取0.05～0.2；

H——矿层上部含水层厚度，m；

S——预氧化矿体平面面积，m²；

Φ——岩心孔隙度，％。

步骤2：选择注入井

进行空气预氧化的地浸采铀抽注井网，应具有一定的注气量且不易形成气堵，选择的单个注液井最低注液量大于0.5m³/h，注气量大于等于0.5m³/h。

步骤3：空气预氧化

抽注循环开始后，空气经过空压机、气包、过滤、除油、干燥，通过气体流量计计量后与经电磁流量计计量的浸出剂进行气液混合，整个过程控制空气注入压力大于注液压力0.05MPa以上；

初始控制空气注入压力在0.4MPa以上、调节注液井阀门控制总注液压力在0.3MPa以上，按照注液与注气1:1的比例混合后注入，即注入1m³液体加入标准状态下的1m³空气；

待0.5h注液量基本不变后，增加0.1m³/h的注气量，再待0.5h注液量基本不变后，再增加0.1m³/h的注气量；如此逐步增加注气量，直至最后一次增加注气量后，注液量在0.5h内出现明显下降，表明开始有气堵，则降低该最后一次增加的注气量，同时维持注液，待气堵逐渐消除；若仍不能消除气堵，则关闭注气阀，并在井口排气，使气堵消除后，再重新按出现气堵前的最后一次未产生气堵的注气量进行注入；

之后提高注液泵的功率，将注液压力提高0.1～0.2MPa，再按上述方法增加注气量，直至注液压力提高至1.0～1.5MPa，并使此时注气量最大，将气液混合后的浸出剂通过注液井注入矿层预氧化浸出。

根据空气总需求量估算值及每小时空气注入量，估算预氧化的天数，做好监测准备。

步骤4：预氧化结束

当浸出液中溶解氧浓度达10mg/L或取样时可见浸出液中有明显气泡时，停止加入空气，结束预氧化，之后改注浸出剂，按正常浸出工艺进行生产。

实施例1

某地浸铀矿床，埋深约330米，井型为5点型、井距为25米，矿层上部含水层厚10米，平均孔隙度40％，采用CO₂+O₂工艺开采。其空气预氧化按以下步骤实施：

步骤1：估算预氧化空气总需求量

根据矿层上部含水层孔隙体积V，乘以矿层压力P和孔隙度校正系数γ，估算注气量：

P×V×γ×10＝P×(H×S×Φ)×γ×10

式中，压力以3.2MPa计，孔隙度校正系数以0.1计。经计算，矿层上部含水层孔隙体积约5000m³，需16000m³空气。

步骤2：选择注入井

试验区内各注液井最低注液量都大于1.0m³/h，可以保证注气量大于0.5m³/h。因此，所有注液井均进行注气操作。

步骤3：空气预氧化

抽注循环开始后，空气经过空压机、气包、过滤、除油、干燥，通过气体流量计计量后与经电磁流量计计量的浸出剂进行气液混合，控制空气注入压力大于注液压力0.05MPa以上；

初始控制空气压力在0.4MPa以上、调节注液井的阀门控制总注液压力在0.3MPa以上，按照注液与注气1:1的比例混合后注入，即每注1m³液体加入标准状态下的1m³空气。

待0.5h注液量基本不变时，增加0.1m³/h的注空气量，再待0.5h注液量基本不变后，再增加0.1m³/h的注气量。如此逐步增加注气量，直至最后一次增加注气量后注液量0.5h内明显下降，表明开始有气堵，降低本次增加的注气量，维持注液，待气堵逐渐消除；若仍不能消除气堵，则需关闭注气阀，并在井口排气，使气堵消除后，再重新按出现气堵前的最后一次未产生气堵的注气量进行注入；

然后提高注液泵的功率，将注液压力提高0.1～0.2MPa，再按上述方法提高注气量，直至压力提高至0.6MPa，使注气量最大。

稳定注气注液条件下，单井注气最低气量大于0.5m³/h，气量平均2.0m³/h，平均注液量1.8m³/h。

步骤4：预氧化结束

注液30天后，溶解氧量上升至2mg/L；注液60天后升至6mg/L，浸出液中有少量不溶性气体；注液80天升至8mg/L，并且铀浓度上升至2mg/L，不溶性气体明显上升。停止注空气，改注氧气和二氧化碳，按正常浸出工艺进行生产。

预氧化过程中，共注入空气约15500方。

实施例2

某地浸铀矿床，埋深约320米，井型为5点型、井距为25米，矿层上部含水层厚100米，平均孔隙度30％，采用CO₂+O₂工艺开采。其空气预氧化按以下步骤实施：

步骤1：估算预氧化空气总需求量

根据矿层上部含水层孔隙体积V，乘以矿层压力P和孔隙度校正系数γ，估算注气量：

P×V×γ×10＝P×(H×S×Φ)×γ×10

式中，压力以2.7MPa计，孔隙度校正系数以0.05计。经计算，矿层上部含水层孔隙体积约37500m³，需50625m³空气。

步骤2：选择注入井

试验区内各注液井最低注液量都大于1.0m³/h，可以保证注气量大于0.5m³/h。因此，所有注液井均进行注气操作。

步骤3：空气预氧化

抽注循环开始后，空气经过空压机、气包、过滤、除油、干燥，通过气体流量计计量后与经电磁流量计计量的浸出剂进行气液混合，控制空气注入压力大于注液压力0.05MPa以上；

初始控制空气压力0.8MPa以上、调节注液井阀门控制总注液压力在0.7MPa以上，按照注液与注气1:1的比例混合后注入，即每注1m³液体加入标准状态下的1m³空气。

待0.5h注液量基本不变时，增加0.1m³/h的注空气量，再待0.5h注液量基本不变后，再增加0.1m³/h的注气量。如此逐步增加注气量，直至最后一次增加注气量后注液量0.5h内明显下降，表明开始有气堵，降低该最后一次增加的注气量，维持注液，待使气堵逐渐消除。

然后提高注液泵的功率，将注液压力提高0.1～0.2MPa，再按上述方法提高注气量，直至压力提高至1.0MPa，使注气量最大。

稳定注气注液条件下，单井注气最低气量大于1.0m³/h，气量平均4.5m³/h，平均注液量2.0m³/h。

步骤4：预氧化结束

注液60天后溶解氧升至6mg/L，浸出液中有少量不溶性气体；注液100天升至10mg/L，并且铀浓度上升至2mg/L，不溶性气体明显上升。停止注空气，改注氧气和二氧化碳，按正常浸出工艺进行生产。

预氧化过程中，共注入空气约40000方。

实施例3

某地浸铀矿床，埋深约350米，井型为5点型、井距为30米，矿层上部含水层厚15米，平均孔隙度35％，采用CO₂+O₂工艺开采。其空气预氧化按以下步骤实施：

步骤1：估算预氧化空气总需求量

根据矿层上部含水层孔隙体积V，乘以矿层压力P和孔隙度校正系数γ，估算注气量：

P×V×γ×10＝P×(H×S×Φ)×γ×10

式中，压力以3.4MPa计，孔隙度校正系数以0.2计。经计算，矿层上部含水层孔隙体积约9450m³，需64260m³空气。

步骤2：选择注入井

试验区内各注液井最低注液量都大于1.0m³/h，可以保证注气量大于0.5m³/h。因此，所有注液井均进行注气操作。

步骤3：空气预氧化

抽注循环开始后，空气经过空压机、气包、过滤、除油、干燥，通过气体流量计计量后与经电磁流量计计量的浸出剂进行气液混合，控制空气注入压力大于注液压力0.05MPa以上；

初始控制空气压力在0.6MPa以上、调节注液井阀门控制总注液压力在0.5MPa以上，按照注液与注气1:1的比例混合后注入，即每注1m³液体加入标准状态下的1m³空气。

待0.5h注液量基本不变时，增加0.1m³/h的注空气量，再待0.5h注液量基本不变后，再增加0.1m³/h的注气量。如此逐步增加注气量，直至最后一次增加注气量后注液量0.5h内明显下降，表明开始有气堵，降低该最后一次增加的注气量，维持注液，待气堵逐渐消除。

然后提高注液泵的功率，将注液压力提高0.1～0.2MPa，再按上述方法提高注气量，直至压力提高至0.8MPa，使注气量最大。

稳定注气注液条件下，单井注气最低气量大于1.5m³/h，气量平均5.0m³/h，平均注液量2.4m³/h。

步骤4：预氧化结束

注液40天后，溶解氧量上升至2mg/L；注液80天后溶解氧升至6mg/L，浸出液中有少量不溶性气体；注液110天升至10mg/L，并且铀浓度上升至5mg/L，不溶性气体明显上升。停止注空气，改注氧气和二氧化碳，按正常浸出工艺进行生产。

预氧化过程中，共注入空气约55000方。