原地浸出

采矿技术术语

原地浸出简称地浸。是在矿石天然产出条件下，通过注液孔向矿层注人浸出液，浸出液选择性地浸出矿石中的有用组分，生成的可溶性化合物进入浸出液流中，通过抽液孔被提升至地表进行加工处理提取金属的一种采矿技术。

基本概念

用溶浸液从天然埋藏条件下的非均质矿石中有选择地浸出有用成分并抽取反应生成化合物的采矿方法称为原地浸出采矿，简称地浸。

这里所指的“原地”和“天然埋藏”是指矿石未经过任何位移。

通过注液工程注入矿层，用于浸出矿石中有用成分的溶液，称为溶浸液。

溶浸液与矿石中的有用成分接触，进行化学反应。而反应所生成的可溶性化合物则在扩散和对液作用下进入沿矿层渗透的溶液液流。含有用成分的溶液，在人工造成的液压驱动下向一定方向运动，并通过集液工程被抽至地表。被抽至地表的含有用成分的溶液，称为抽出液或浸出液。抽出液中的有用成分，达到一定含量的，是原地浸出工艺的产品，称为产品溶液（贵液或富液）。

主要分类

地下就地破碎浸出

地下就地破碎浸出法开采金属矿床，是利用爆破法就地将矿体中的矿石破碎到预定的合理块度，使之就地产生微细裂隙发育、块度均匀、级配合理、渗透性能良好的矿堆，然后从矿堆上部布洒溶浸液，有选择性地浸出矿石中的有价金属，浸出的溶液收集后转输地面加工回收金属，浸后尾矿留采场就地封存处置。

溶浸矿山比常规矿山基建投资少，建设周期短，生产成本低，有利于实现矿山机械化与自动化，有利于矿区环境保护，因此，该法很有应用发展前景，目前在国外已得到广泛应用，我国也在铀、铜等金属矿床试验研究或推广应用，取得了良好效果。

原地钻孔溶浸采矿方法

其特征是矿石处于天然赋存状态下，未经任何位移，通过钻孔工程往矿层注入溶浸液，使之与非均质矿石中的有用成份接触，进行化学反应。反应生成的可溶性化合物通过扩散和对流作用离开化学反应区，进入沿矿层渗透的液流，汇集成含有一定浓度的有用成份的浸出液（母液），并向一定方向运动，再经抽液钻孔将其抽至地面水冶车间加工处理，提取浸出金属。

由于适用条件苛刻，目前国内外仅在疏松砂岩铀矿床应用地下原地钻孔法开采。这种疏松砂岩铀矿床通常赋存于中新生代各种地质背景的自流盆地的层间含水层中。含矿岩性为砂岩，矿石结构疏松。且次生六价铀较易被酸、碱浸出，适合地下原地钻孔浸出法开采。

适用范围

原地浸出目前已应用于开采铀矿和铜矿，并正大力研究，试图应用于开采金、锰、镍、硒、钼、稀土、鲕状褐铁矿和磷灰石等矿产。

原地浸出并不是任何矿床都适用，只适用于矿石疏松、破碎、裂隙或孔隙发育，并具有一定渗透性能的矿床。

与原地浸出过程及其结果有关的矿床地质和水文地质条件主要有以下几方面：

1、矿层中矿石和围岩的渗透系数、有效孔隙度和裂隙率、矿石渗透系数与围岩渗透系数之比值。

2、矿层及其顶底板岩层的渗透系数和它们的比值。

3、矿层地下水的水位埋深和水头值，矿层地下水的化学成分、矿化度和水温等。

4、矿层和矿体的厚度，矿体厚度与矿层厚度的比值。

5、矿石品位。

6、矿体埋藏深度、大小、产状和形态，矿床储量。

7、矿层中矿石和围岩，以及矿层顶底板岩石的物质成分、化学成分和粒度成分。

8、与钻孔施工有关的岩石物理机械性质。

上述条件中，通常认为矿石渗透性是地浸在技术上是否可行的决定性条件，矿石品位和物质成分、矿体厚度和埋藏深度是地浸在经济上是否合理的重要条件。

主要优点

与常规采冶方法相比，地浸的主要优点：

1、由于没有昂贵而繁重的井巷或剥离工程，也没有凿岩爆破、矿石运输和破碎等工序，所以基建投资少，建设周期短，生产成本低。

2、环境保护好，基本不破坏农田和山林，不污染环境。

3、从根本上改善了生产人员的劳动和卫生保健条件。

4、能使繁重的和条件恶劣的采矿工作“化学化”、“工厂化”和全自动化。

5、能充分利用资源，例如对某些贫矿、埋藏的孤立矿体、分散小矿体和水文地质工程条件复杂的矿床，用常规方法开采往往不经验，甚至在技术上不可行，而用地浸法常常是多快好省的。

主要缺点

原地浸出采矿方法的主要缺点：

1、只适用于具有一定条件的矿床，适用范围有限。

2、如果矿化不均匀，矿层各部位的矿石胶结程度和渗透性不均匀；或者是矿石中部分有用成分难于浸出，则资源的总收回率比较低。

3、如果使用碳酸铵和碳酸氢铵，或者是使用氰化物，则矿层地下水的净化较为困难。

典型原地浸出实例

克莱韦斯特铀矿（clay west）

该矿是美国第一个大规模商业性生产的原地浸出采铀矿山，1975年4月投产。抽由美国钢铁公司（U.S.Steel）和尼亚加拉公司（Niagara）共同经营。其年产U3O8的能力，初期为112.5t，后增加到450t。

（一）地理位置

克莱韦斯铀矿，位于得克萨斯州的乔治韦斯特镇（George West）西南16km处。

（二）地质和水文地质条件

铀矿体呈舌状赋存于中新世的阿克维利（oakville）砂岩中。含矿层平均埋深116～150m，平均厚度为10m。含矿砂岩，结构疏松，渗透率为2000毫达西。矿石平均品位为0.1%，主要铀矿物是沥青铀矿和水硅铀矿，共生矿物有硒和钼。

（三）钻孔布置

钻孔总数达二千多个，共有四个采区。每个采区都平均有550个钻孔，其中250个为注液孔，150个为抽液孔，150个为监测孔。每组钻孔一般布置成5点式。方形边长为16.67m，抽液孔在中心，四角为注液孔，抽液孔和注液孔的距离为11.78m。钻孔也有按边长为22.33～33.33m的方形布置。

（四）钻孔结构

抽液、注液和监测孔的结构基本相同。钻孔深略超过矿体底板。在注液和监测孔内安装有内径为100mm的聚氯乙烯塑料套管。在抽液孔内的则是内径为150mm聚氯乙烯塑料套管；矿层部位安过滤管。在孔壁和套管壁间固井，为防止固井时水泥浆进入过滤管和矿层，在过滤管之上装有一个带石膏塞的接头；水泥浆通过石膏塞上方的排浆孔进入套管外的空隙，排浆孔下面的垫圈可防止水泥浆下漏。为了保护过滤管，套管上带有3～4个扶正器以扶正套管和过滤管在孔内的位置。

（五）溶浸液配制

配制溶浸液，初期使用碳酸铵、碳酸氢铵和过氧化氢，之后换成碳酸钠、碳酸氢钠和氧气。溶浸液中氧的含量为300～400mg/L。溶浸液的pH值为9左右。

（六）抽注液设备和抽出液

用耐腐蚀的卧泵注入溶浸液，注入压力为1.5MPa左右；从抽液孔中抽出溶液，用2.24～5.6kW的不锈钢潜水泵，与泵连接的不锈钢管或玻璃纤维管的直径为50～60mm。由于矿层渗透率高和钻孔抽液量大，抽出液中U3O8的含量仅为20～30mg/L。

（七）产品溶液的水冶加工处理

用离子交换树脂吸附产品溶液中的铀，用NaCl（加Na2CO2）作淋洗液，把铀从树脂上淋洗下来，用NH3，从被淋洗出的高浓度含铀溶液中沉淀铀（重铀酸铵），最终产品是粉状黄饼。废液通过钻孔注入深部地层。

陈家山铀矿床

陈家山矿是我国第一个原地浸出采矿场地。

（一）地质和水文地质条件

主要工业铀矿层为含砾砂岩和砂砾岩层，基底为花岗岩。矿石物质成分以石英和长石为主，其次是黑云母、水云母和绿泥石，还有黄铁矿、泥质、炭质和有机质等。铀元素以沥青铀矿和铀黑形式以及吸附状态存在于炭质、有机质和泥质等胶结物中。

矿石渗透系数大于0.72m/d，矿体埋深从几十米到一、二百米。

（二）钻孔布置