一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法與流程

本發明屬于低滲透砂巖型鈾礦床原地浸出采鈾技術領域，具體涉及一種利用表面活性劑提高低滲透砂巖鈾礦層滲透性能的化學方法。

背景技術：

原地浸出(簡稱地浸)采鈾技術是一種只需在地表按一定配方配制適量的浸出劑，通過鉆孔注入到地下的礦體中，溶浸液在地下滲流的過程中選擇性溶解礦石中的鈾，形成的浸出液被提升出地表，從而提取和回收鈾金屬的采冶工藝。該技術主要用于開采含水的、具有一定滲透性的砂巖型鈾礦床。

礦層(礦石)的滲透性能是評價地浸采鈾是否可行的決定因素之一。通常情況下，礦層的滲透系數小于1.0m/d將不利于地浸開采。較差的滲透性會導致鉆孔抽注液能力小，浸出劑難以與礦石中的鈾充分接觸，從而資源回收率低。隨著勘探工作的不斷深入，低滲透砂巖鈾礦資源占據我國已探明砂巖鈾礦資源的比例越來越大，這已成為當前制約我國地浸采鈾產能的重要因素。低滲透砂巖鈾礦層一般具有黏土礦物含量高、非均質嚴重、孔喉細小、毛細管現象突出、溶浸液流動阻力大等特點，這導致溶浸液難以有效通過含礦層與含鈾礦物發生反應，從而造成低滲透砂巖鈾礦床的地浸采鈾成本高、開采速度和資源回收率低，嚴重阻礙了我國砂巖型鈾礦資源的綜合開發和利用。

對于提高和改善低滲透砂巖型鈾礦床的滲透性能，目前國內較多借鑒石油領域的物理增滲方法，包括水力壓裂技術、高能氣體壓裂技術、復合射孔技術、爆炸松動技術、“層內”爆炸改造技術及低頻脈沖波強化技術等，通這些物理增滲技術可在一定程度上改善礦層滲透性，但是一般工程量比較大，耗資較高，同時會破壞含礦層的地層結構，其較適合于主要涉及物理驅替過程的油田開采。而地浸采鈾工程是一個物理-化學反應的綜合過程，不僅包括地下流體遷移，更為重要的是浸出劑與礦石中目標元素發生的化學反應。因此單一地依賴于以上物理增滲方法，并非地浸采鈾工藝的理想方式。

表面活性劑作為一種成熟的化學驅替方法而廣泛應用于低滲透油藏的開發，提高原油采收率。表面活性劑是一種具有很強表面活性、能使溶液表面張力顯著下降的化學物質。它具有獨特的雙親結構，即一端為極性親水的親水基團，另一端為非極性親油的疏水基團。表面活性劑能夠顯著降低液體的表面張力，改變固體表面的可潤濕性質，使儲層的潤濕性發生反轉，從而增強溶液的滲透能力，提高低滲透儲層相對滲透率，達到縮短反應時間、提高生產效率的目的。

目前，僅發現堆浸工藝生產中利用表面活性劑改善堆場滲透性能方面具有較好的效果。而在地浸采鈾工程方面尚未見利用表面活性提高低滲透砂巖型鈾礦床滲透性的實質性研究報道。

隨著我國核事業的不斷發展進步，鈾礦資源的戰略地位迅速上升，必須重視低滲透砂巖型鈾礦資源的開采和利用。含礦層的滲透性是地浸采鈾可行性的主要影響因素之一,目前對于低滲透砂巖型鈾礦床的地浸開采來說還是一個技術難題。由于低滲透砂巖的孔隙結構復雜、孔喉狹小，而根據常規浸出劑所配置的溶浸液具有較大的表面張力，在微小孔隙和毛細孔道中溶液的滲透速率會顯著降低甚至難以有效地通過，從而降低溶液流動速率甚至形成“溶浸死區”,嚴重影響鈾浸出率和生產效率。

因此，亟需研制一種利用表面活性劑提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，通過將表面活性劑作為浸出劑的成分之一，得到一種新型增滲浸出劑。利用表面活性劑的潤濕與增滲作用，改變含礦層體系的潤濕性質，促使浸出劑快速滲透到以前所不能進入的微小孔隙和毛細孔道內部與含鈾礦物發生反應，并使含鈾溶液從毛細孔道內通過，從而起到增強礦體滲透性的作用效果。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，從而利用表面活性劑提高低滲透砂巖型鈾礦層的整體滲透性能，提高鈾浸出率和生產效率，縮短試驗周期，使低滲透砂巖型鈾礦資源得以開采和利用。

為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：

一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，包括以下步驟：

(1)根據低滲透砂巖型鈾礦床的地質特征，確定地浸采鈾工藝技術路線，選取酸法、堿法、中性浸出三種地浸采鈾工藝之一，配置常規浸出劑；

(2)選取表面活性劑類型

根據鈾礦石的具體特征選取表面活性劑進行復配，并與步驟(1)中的常規浸出劑配伍，以適應不同礦石類型的需求；

(3)根據鈾礦石的巖性和滲透性能，在常規浸出劑中加入步驟(2)確定的表面活性劑，配制成新型增滲浸出劑；表面活性劑在新型增滲浸出劑中的質量濃度為0.001％～0.1％；

(4)將步驟(3)得到的新型增滲浸出劑應用到地浸采鈾工程中，提高低滲透砂巖型鈾礦層的相對滲透率。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(1)中，當碳酸鹽礦物含量以co2計＜2％時，采用酸法地浸采鈾；當碳酸鹽礦物含量以co2計≥2％時，采用堿法、co2+o2中性兩種地浸采鈾工藝之一浸出采鈾。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(1)中，采用酸法地浸采鈾時，酸法浸出劑為h2so4、hcl、hno3中的一種。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(1)中，采用堿法浸出采鈾時，堿法浸出劑為以下兩種之一：na2co3和nahco3的混合物、(nh4)2co3和nh4hco3的混合物。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(1)中，采用中性浸出采鈾時，中性浸出劑為co2+o2。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(2)中，根據鈾礦床具體地質特征，包括礦物成分、電荷性質、地下水礦化度，確定表面活性劑類型。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(2)中，采用酸法浸出時選用耐強酸類型表面活性劑，采用堿法浸出時選用耐強堿類型表面活性劑。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(2)中，表面活性劑類型為非離子型表面活性劑。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(2)中，表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚。

進一步的，如上所述的一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，步驟(1)中，當碳酸鹽礦物含量以co2計＜2％時，采用酸法地浸采鈾；當碳酸鹽礦物含量以co2計≥2％時，采用堿法、co2+o2中性兩種地浸采鈾工藝之一浸出采鈾；

采用酸法地浸采鈾時，酸法浸出劑為h2so4、hcl、hno3中的一種；

采用堿法浸出采鈾時，堿法浸出劑為以下兩種之一：na2co3和nahco3的混合物、(nh4)2co3和nh4hco3的混合物；

采用中性浸出采鈾時，中性浸出劑為co2+o2；

步驟(2)中，根據鈾礦床具體地質特征，包括礦物成分、電荷性質、地下水礦化度，確定表面活性劑類型；采用酸法浸出時選用耐強酸類型表面活性劑，采用堿法浸出時選用耐強堿類型表面活性劑；表面活性劑類型為非離子型表面活性劑，具體為脂肪醇聚氧乙烯醚。

本發明技術方案的有益效果在于：

第一，針對不同鈾礦床的地浸采鈾工藝技術路線，對表面活性劑進行合理選型。表面活性劑的種類繁多，包括陰離子型、陽離子型、兩性離子型和非離子型表面活性劑等，其親水性、耐酸堿、耐鹽度等能力差異較大。不同的礦石類型對表面活性劑有不同的要求，本發明解決了表面活性劑與含鈾地層、地下水可能發生的物理-化學反應，以及與常規浸出劑配伍時的適應性等問題。

第二，針對不同的鈾礦石類型和滲透性能，在常規浸出劑中加入適當濃度的表面活性劑，得到新型增滲浸出劑。一般情況下，表面活性劑濃度在0.001％～0.1％之間能夠顯著降低和維持溶液的低表面張力，增強溶液的滲透能力，達到提高低滲透性砂巖鈾礦床滲透性和鈾浸出率的效果。

附圖說明

圖1為新型增滲浸出劑對鈾礦石滲透性影響的試驗結果。

圖2為新型增滲浸出劑對鈾浸出率影響的試驗結果；

圖3為提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法工藝流程圖。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施例對本發明技術方案進行進一步詳細說明。

本發明一種提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法，包括以下步驟：

(1)根據低滲透砂巖型鈾礦床的地質特征，確定地浸采鈾工藝技術路線，選取酸法、堿法、中性浸出三種地浸采鈾工藝之一，配置常規浸出劑；

當碳酸鹽礦物含量以co2計＜2％時，采用酸法地浸采鈾；當碳酸鹽礦物含量以co2計≥2％時，采用堿法、co2+o2中性兩種地浸采鈾工藝之一浸出采鈾；

采用酸法地浸采鈾時，酸法浸出劑為h2so4、hcl、hno3中的一種；

采用堿法浸出采鈾時，堿法浸出劑為以下兩種之一：na2co3和nahco3的混合物、(nh4)2co3和nh4hco3的混合物；

采用中性浸出采鈾時，中性浸出劑為co2+o2；

(2)選取表面活性劑類型

根據鈾礦石的具體特征選取表面活性劑進行復配，并與步驟(1)中的常規浸出劑配伍，以適應不同礦石類型的需求；

根據鈾礦床具體地質特征，包括礦物成分、電荷性質、地下水礦化度，確定表面活性劑類型；采用酸法浸出時選用耐強酸類型表面活性劑，采用堿法浸出時選用耐強堿類型表面活性劑；表面活性劑類型為非離子型表面活性劑，具體為脂肪醇聚氧乙烯醚。

(3)根據鈾礦石的巖性和滲透性能，在常規浸出劑中加入步驟(2)確定的表面活性劑，配制成新型增滲浸出劑；表面活性劑在新型增滲浸出劑中的質量濃度為0.001％～0.1％；

(4)將步驟(3)得到的新型增滲浸出劑應用到地浸采鈾工程中，提高低滲透砂巖型鈾礦層的相對滲透率。

本發明用于內蒙古某低滲透砂巖型鈾礦床地浸采鈾試驗。某鈾礦樣品組分見表1、表2。

表1某鈾礦石化學全分析結果

表2某鈾礦石礦物組成定量分析結果

該礦床鈾礦石的主體骨架為石英和長石，填隙物為隱晶質黏土礦物，含量較高。這種礦石結構會對礦層的滲透性產生不利影響，如果采用常規浸出劑配方進行地浸開采時，溶浸液流動阻力大，將很難通過結構復雜而狹小的孔喉通道，進而影響到鈾的浸出和遷移，而采用新型增滲浸出劑可以有效解決這一難題。

以酸法地浸采鈾工程為例，本發明的提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法用于內蒙古某低滲透砂巖型鈾礦床地浸采鈾試驗。試驗結果分別見圖1和圖2。

實施案例1：

內蒙古某低滲透砂巖型鈾礦床的鈾品位為0.0262％，鈾礦石滲透系數為0.763～0.951m/d。

本發明的提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法包括如下步驟：

(1)根據本礦床地質特征，確定酸法地浸采鈾技術路線，酸化期采用質量濃度為0.5％h2so4，浸出期采用質量濃度為1％h2so4；

(2)確定表面活性劑類型和濃度，并與酸法浸出劑溶液進行配伍，得到適合本礦床的新型增滲浸出劑；

(3)酸化期采用的新型增滲浸出劑質量濃度為0.5％h2so4+0.002％表面活性劑溶液，抽注液流量為5～7m³/h，歷時30天。

(4)浸出期采用的新型增滲浸出劑質量濃度為1％h2so4+0.005％表面活性劑溶液，抽注液流量為8～10m³/h，浸出液鈾濃度達到峰值濃度73mg/l，歷時26天；浸出液鈾濃度降至10mg/l，歷時90天。

最終渣中鈾品位為0.0071％，浸出率為72.9％，試驗期間礦層滲透性能明顯改善，平均滲透系數提高了38.5％，抽注液壓力得到緩解，浸出試驗周期較預期明顯縮短。

實施案例2：

內蒙古某低滲透砂巖型鈾礦床的鈾品位為0.0527％，鈾礦石滲透系數為0.165～0.312m/d。

本發明的提高低滲透砂巖型鈾礦層滲透性的化學方法包括如下步驟：

(1)根據本礦床地質特征，確定酸法地浸采鈾技術路線，酸化期采用質量濃度為0.4％h2so4，浸出期采用質量濃度為0.6％h2so4；

(2)確定表面活性劑類型和濃度，并與酸法浸出劑溶液進行配伍，得到適合本礦床的新型增滲浸出劑；

(3)酸化期采用的新型增滲浸出劑質量濃度為0.4％h2so4+0.03％表面活性劑溶液，抽注液流量為2～3m³/h，歷時30天。

(4)浸出期采用的新型增滲浸出劑質量濃度為0.6％h2so4+0.05％表面活性劑溶液，抽注液流量為4～6m³/h，浸出液鈾濃度達到峰值濃度49mg/l，歷時42天；浸出液鈾濃度降至10mg/l，歷時126天。

最終渣中鈾品位為0.0161％，浸出率為69.45％，試驗期間礦層滲透性能明顯改善，平均滲透系數提高了108％，抽注液壓力得到明顯緩解，浸出試驗周期較預期明顯縮短。

上述兩個實施例中，表面活性劑類型為非離子型表面活性劑，具體為脂肪醇聚氧乙烯醚。

與常規浸出劑相比，新型增滲浸出劑地浸采鈾工藝具備以下優勢：

(1)在表面活性劑用量極低的情況下，在浸出劑中濃度為0.01％左右時即可顯著降低浸出劑的表面張力，使其具有高表面活性和快速滲透能力；

(2)顯著提高含礦層的滲透性。采用常規浸出劑浸出時，低滲透鈾礦石的平均滲透系數為0.669m/d；而采用新型增滲浸出劑浸出時，平均滲透系數增大至1.186m/d，滲透系數提高至原來的1.77倍；

(3)鈾浸出率明顯提高，從35.2％提高至81.5％；

因此，本發明利用表面活性劑的潤濕與增滲作用，降低溶液流動阻力，能夠有效提高含礦層的滲透性和鈾浸出率，縮短試驗周期，提高生產效率。