核能矿产资源发展战略研究

核能矿产资源是指铀资源和具潜在应用前景的钍资源,目前主要是指铀资源。全球铀资源分布的不均衡性,势必需要通过市场调节供求。建设核工业强国必须要有强有力的核能矿产资源供应能力做保障。我国核能矿产资源发展的战略目标应是禀赋与掌控复合型的强国。核能矿产资源强国的主要标志应包括国内资源保障能力、科技实力、企业实力、国际经略能力、可持续发展潜力五个方面。要实现核能矿产资源强国,需要实施一批重大科技创新工程和重大应用示范工程,需要建设一批千吨级铀资源开发基地,需要积极"走出去"开展国际合作,特别是加强与"一带一路"国家的合作,需要国家在科技创新、产业发展、海外开发等方面给予必要的政策支持。

基于深度学习的露天铀矿可爆性智能分级模型研究

湖山铀矿属于特大型露天铀矿山,目前矿山爆破生产为“一次设计,长期使用”,故存在爆破参数缺乏动态调整、炸药单耗高、爆破效果不理想的问题,对此,可通过对爆破区块进行动态可爆性分级管理并反馈调控爆破设计来解决。本研究利用该矿爆破区块的生产历史大数据,提出了采用钻孔率(α)、炸药单耗(β)和块度指标(γ)计算区块爆破性指数K的方法,并根据爆破性指数K的值对历史爆破区块的可爆性进行分级;再以爆破区块的单轴抗压强度(UCS)、矿石的质量指标(RQD)和矿体的地质强度指标(GSI)作为可爆性指标,建立了可爆性指标与可爆性等级相对应的数据集;然后构建了深度学习神经网络模型,并以可爆性指标作为输入,以可爆性等级作为输出对构建的深度学习神经网络模型进行了训练;最后通过现场试验验证了训练后的模型对可爆性等级预测的可靠性和准确性,同时优化了爆破设计和爆破效果。研究结果表明:建立的深度学习神经网络模型可用于爆破区块的可爆性分级与爆破效果优化。

三维矿业软件在某铀矿山采矿总图设计中的应用

随着三维矿业软件的迅速发展,其在采矿总图设计中的优势愈发明显。以某铀矿山为例,探究三维矿业软件在采矿总图设计中的应用。通过建立三维综合信息模型、总图三维模型、工程量模型,开展总图运输设计验证工作,为设计优化等提供支撑,同时将资料数据三维化后,真实反映各类要素之间的空间位置关系,使设计效果一目了然,从而提升了设计工作效率及准确度,对矿山建设意义重大。

核燃料棒电阻焊设备研制关键技术研究

为充分掌握影响核燃料棒电阻焊成形质量的关键因素,利用自研电阻焊专用设备研究了焊接电流、顶锻压力以及焊接时间等因素对电阻焊成形质量的影响规律,并与进口设备比较。结果表明,自研设备在顶锻结构和电极夹头等核心部件上采用新设计,使得焊缝成形与进口设备有显著差异,典型顶锻结合长度超过2 mm,该长顶锻变形可以采用超声检测直观表征焊缝缺陷,焊缝外观和组织结构检测均表明自研设备具有良好的焊接成形能力。

KemEcal 4968凝聚剂对铀溶液中硅的脱除

铀矿酸法水冶采用浓硫酸浸铀,矿石中的硅酸盐随同浸出后在浸出液中形成硅的累积,对离子交换和溶剂萃取工艺造成不利影响。采用一种新型聚羧酸凝聚剂KemEcal 4968,分别以30、70、140 mg/L的用量,对中广核纳米比亚湖山铀矿浸出澄清液(PLS)和浸出矿浆(LDS)的硅进行脱除试验。结果表明,30~140 mg/L用量KemEcal 4968凝聚剂对PLS溶液除硅率可达42%~62%,而对LDS除硅率只有11%;KemEcal 4968絮凝除硅过程中不会造成体系铀、铁组分的损失;PLS除硅残留KemEcal 4968对逆流倾析浓密机组(CCD)固体沉降速率和上清液浊度影响较小。KemEcal 4968凝聚剂是该矿山较好的除硅备选试剂。综合考虑除硅效果,兼顾避免KemEcal 4968凝聚剂过量残留,以及过多硅被沉淀会造成CCD底流密度增加而影响泵送性能,建议KemEcal 4968凝聚剂用量采用30 mg/L为宜。

湖山露天铀矿多排孔大区块压渣爆破效果评价

为改善湖山铀矿爆破位移大、矿岩大块率高和前部铲装效率低等问题,湖山铀矿设计并开展了5个大区块压渣爆破试验,每个区块量为36~53万t,炮孔排数15~21排,自由面预留5~40 m宽的渣体,测定和统计了试验区块爆堆形态、装载效率、爆破块度以及底板标高偏差等指标,并与同期清渣爆破区块进行对比分析。结果表明:在爆炸冲击作用下,爆堆存在前扑及隆起现象,爆堆表面呈高低不等连续分布状态,爆堆不同部位最大增高变化范围为4.06~5.85 m;铲装效率方面,液压铲在压渣爆破区块的平均装载效率为2722 t/h,比同期清渣爆破区块平均值高4.69%;爆破块度方面,压渣爆破区块爆后块度分布优于清渣爆破区块,在控制大块率方面更有优势。此外,压渣爆破在底板标高控制方面有一定优势。该研究首次将压渣爆破技术推广至多排孔大区块(15~21排)爆破中,这既符合大型露天矿山生产的客观需求,也是设备大型化后的必然趋势。可以使得湖山铀矿爆破更为精细化的同时,也可以为国内外类似的矿山爆破提供重要的现场数据。

卡车扫描站在湖山铀矿应用效果研究

湖山铀矿主要赋存在罗辛组和可汗组之间的接触带以及上部的罗辛组,少量赋存在楚斯组。矿体复杂,空间上品位变化较大,在开采过程中缺乏对矿石品位的有效监控,导致采矿的贫化率和损失率居高不下,严重影响资源利用率和企业的经济效益。为了解决矿石贫化和损失问题,湖山铀矿开发了门架式矿石品位在线检测系统——卡车扫描站,实现了运矿卡车的不停车测量,提高了测量效率并降低了运行成本。2022年湖山铀矿贫化损失分析结果显示,应用扫描站后,湖山铀矿总贫化率下降约9.6个百分点,总损失率下降约4.6个百分点,带来经济效益约8874万美元。同时,卡车扫描站作为独立测量系统,有力地保障了湖山铀矿供矿系统的稳定性。

核燃料组件格架弹簧压缩阈值分析

17×17方形核燃料组件是目前世界上应用最广泛的核燃料组件类型之一,而燃料组件中的格架是由刚凸、因科镍718弹簧组成的,因科镍弹簧对燃料棒的夹持具有十分重要的作用。本文通过测量不同外径模拟燃料棒对格架弹簧夹持力的变化影响,分析得出格架弹簧弹性形变的阈值,以保证新型组件拉棒工艺不会对格架弹簧造成失效影响。试验结果表明:当模拟燃料棒外径为9.63 mm时,格架弹簧夹持力较燃料棒外径9.50 mm时未发生明显变化。因此在组件制造过程中,当燃料棒位置的外径增大到9.63 mm时,格架弹簧的形变量是可接受的。格架弹簧压缩阈值的测定,为开展以消除组件拉棒过程产生的锆屑而开展的预压弹簧、保护燃料棒等新型组件拉棒工艺奠定了基础。

基于DataMine的自动化品位控制建模软件功效及应用——以纳米比亚湖山铀矿为例

纳米比亚湖山铀矿的矿体结构复杂,分支复合较为常见,矿岩界线随上下岩性组合多变,采矿生产对品位控制模型的依赖较大。传统品位控制模型的构建步骤较为复杂且耗时较长,对操作人员的技术能力要求较高,明显制约采矿生产的降本增效。针对湖山铀矿的矿体和工程特征,在DataMine矿业软件平台上利用JavaScript语言开发了自动构建品位控制模型的插件。该插件通过调用DataMine内部函数,按照既定的建模技术流程和估值参数方案一键完成基础数据导入、钻孔组合、特高品位处理和样品等长组合等全部工作流程,运用最近距离法划分矿化域的功能,替代传统手工圈定矿体,可实现自动调取估值参数构建品位控制模型的功能。该插件不但简化建模步骤,显著缩短建模耗时,而且匹配矿山日常生产的实际情况和操作习惯,经过生产检验满足生产需求。

核燃料组件运输容器用螺栓防松性能试验研究

核燃料组件运输容器在运输过程中由于振动及初始预紧力大小不适当等,会导致容器各部分组件产生螺栓连接松动或发生一定程度的螺纹咬死现象,对于核燃料组件等的安全可靠运输十分不利。基于紧固件横向振动试验机,考核了在使用过程中,不同形式垫片以及不同预紧力数值条件下螺栓连接的防松性能。实验结果表明,在不同预紧力下单螺母和平垫片基本不具备防松性能,弹簧垫片在一定程度下具有防松性能,但在较短振动周期下即失效。锥形垫片与双叠垫片在振动条件下具有良好的防松性能。针对现有防松结构的研究与试验测试可挑选出最有利于核燃料组件运输容器的防松结构,获得最佳的螺栓预紧力,切实指导核燃料组件的运输、装箱等工作,提高我国核燃料组件运输容器的安全性能。

铀矿石酸化-细菌柱浸的动力学分析

研究了沥青铀矿石酸化阶段和细菌浸出阶段体系中pH值、Eh值和浸出率随时间的变化规律,采用JMA动力学模型分析了酸化过程和细菌浸出过程的动力学行为特征。结果表明:在酸化阶段,同一级数中各酸化体系的pH值和浸出率随酸化时间的增加而升高,Eh值随酸化时间的增加而降低;在细菌浸出阶段,同一级数中各浸出体系的pH值、Eh值和浸出率随浸出时间的增加而升高;随着酸化级数和细菌浸出级数的增加,各酸化体系和浸出体系的pH值、Eh值和浸出率随时间的变化量减小。动力学分析结果表明:酸化阶段的动力学方程为-ln(1-α)=(0.534 9~0.310 3)t^(0.175 7^0.701 6),初、中期反应过程属于扩散控制,后期反应过程属于混合控制;细菌浸出阶段的动力学方程为-ln(1-α)=(0.132 5~0.002 3)·t^(0.212 7^2.033 0),初期反应过程属于扩散控制,中期反应过程属于混合控制,后期反应速率接近于零。

巴什布拉克含铀地沥青铀矿床矿化特征和成矿机理

通过实地和显微镜观察、取样、分析测试等方法,取得大量实际资料,着重研究巴什布拉克矿床铀与石油产区含地沥青铀矿床之间等内在联系,利用所取得的大量数据对地沥青及其铀矿化特征和成矿机理予以讨论,认为巴什布拉克与石油密切相关的大型含地沥青铀矿床为一种既有承压水的层间氧化为主、又有潜水氧化,特别与石油热演化、油气破坏产物地沥青和油气还原(H2、CH4)、热液(水)蚀变、碳酸盐水洗、渗漏与扩散等因素有关的复成因类型。石油含铀和多金属,与其氧化为沥青增加对铀吸附性,以及存在还原性气体具有极强的还原铀能力有关,地沥青既具有在酸性介质中发生吸附铀,又能在弱碱性介质中还原铀的能力。

新疆谢米斯台成矿带火山岩型铀矿预测

谢米斯台成矿带是中国新疆北部重要的铀多金属成矿带,铀矿勘查突破令人期待。文章通过对典型铀矿床观察研究,建立了火山岩型铀成矿预测模型,在GIS平台系统提取了赋矿地层、含矿围岩、控矿构造、航磁推断隐伏岩体及断裂构造、U-Be元素组合异常、铀矿床和矿化点等各类成矿、找矿信息,采用MRAS系统中的特征分析模块进行铀矿产定位预测。按照后验概率大小划分了三级有利成矿远景区,其中A级包括赛力克、白杨河和七一工区3个远景区,显示出较大的铀成矿找矿潜力,在今后的找矿勘查中应给予充分重视。

华南火山岩型、花岗岩型热液铀矿共性特征与形成机制

文章通过相山矿田火山岩型、诸广地区花岗岩型热液铀矿成矿特征、成矿流体成分、成矿条件、成矿时代、铀矿成因、控矿因素等综合对比研究,总结了华南火山岩型、花岗岩型热液铀矿成矿的异同,认为火山岩型与花岗岩型热液铀矿具有相似的成矿特征、相似的成矿流体成分、相似的成矿条件、相近的成矿时代、相同的成因、相似的控矿因素等共性特征,热液型铀矿成矿具有深源性,深源成矿流体为还原性成矿流体;火山岩型、花岗岩型热液铀矿差异性特征主要表现在围岩成分的不同,蚀变元素组合和成矿元素组合的差异性;火山岩型、花岗岩型热液铀矿同属于华南中-新生代岩浆作用、构造活动、热液铀成矿系统,铀成矿作用形成于华南中-新生代统一的深部地球动力学大地构造背景,具有统一的形成机制。

铀矿堆浸对流−弥散−反应耦合动力学模型

铀矿堆浸过程中铀的浸出是溶浸液在多孔介质中对流、弥散以及反应耦合作用的结果。首先采用理论分析和数学建模的方法建立了铀矿堆浸对流−弥散−反应耦合动力学模型,然后采用有限元法对该动力学模型进行解算,最后采用铀矿柱浸试验对解算结果进行了验证。结果表明:所建立的铀矿堆浸对流−弥散−反应耦合动力学模型能反映浸出柱中主要特征变量的变化,同时可以表征浸出柱不同深度处溶浸液和铀的浓度、各粒级铀矿石的浸出率、各粒级铀矿石缩核随时间的分布,因而能准确预测浸出柱铀矿石的浸出率。因此,该对流−弥散−反应耦合动力学模型可用于铀矿堆浸铀浸出率的预测及工艺参数的调控。

强风化强氧化型砂岩铀矿组合浸出工艺及浸出动力学模型

首先,从我国某急倾斜疏干型铀矿床采取铀矿石样,分析其岩石组成、矿物组成和化学组成;其次,将每一类含铀的岩石分别破碎成小于10 mm的颗粒,将其筛分成[0,1),[1,3),[3,5)和[5,10) mm这4个粒级,并将各类岩石按其所占比例进行混合组成综合铀矿样,再将其分别破碎成粒径小于20,15,10和5 mm的颗粒,将它们筛分成[0,1),[1,3),[3,5),[5,10),[10,15)和[15,20) mm这6个粒级,分析各粒级铀矿石的质量分数和品位;第三,将综合铀矿样破碎成粒径小于10 mm的颗粒,将其筛分成[0,0.5)和[0.5,10)这2个粒级,对前者进行搅拌浸出试验,对后者进行柱浸试验;最后,采用ORIGIN软件拟合柱浸试验结果,建立柱浸动力学模型并进行验证。研究结果表明:铀矿石主要由砂岩、砾岩和泥岩组成,其质量分数分别为57%,25%和18%,铀矿物主要为含铀黏土矿物、沥青铀矿物、硅铝铀矿物和水硅铀矿物,且U(VI)质量分数达96.8%,属于强风化强氧化型铀矿石;铀矿石经破碎后,[3,5) mm粒级铀矿石的质量分数最小,而品位最高;铀矿石柱浸动力学模型为y=1-e^(-kx),模型参数k与铀矿石粒径呈线性负相关,与硫酸和氯酸钠质量浓度呈线性正相关;对强风化强氧化型铀矿石宜采用搅拌浸出-堆浸组合工艺进行处理,堆浸后期适当增加溶浸液和氧化剂质量浓度可以改善浸出效果,所建立的柱浸动力学模型可以用于预测和控制堆浸过程。

热液型铀矿铀成矿与岩浆演化关系研究——以相山矿田、诸广地区铀成矿为例

文章通过相山矿田、诸广地区岩浆-热液演化特征与铀成矿演化特征研究,建立了相山矿田、诸广地区岩浆演化序列,厘定了相山矿田铀多金属、诸广地区铀成矿演化时序,建立了相山矿田铀多金属、诸广地区铀成矿热液演化序列;阐明了铀成矿相对主体岩浆活动具有相对“独立性”和“滞后性”。相山矿田、诸广地区经历长时间、多期次岩浆活动,岩浆活动以酸性岩浆活动为主体,后期发育小规模酸性、中基性岩浆活动,铀成矿在时间上晚于大规模主体岩浆活动(酸性岩浆活动),而与晚期小规模酸性、中基性岩浆活动时空关系密切,铀成矿相对主体岩浆活动具有时间“滞后性”。铀成矿流体作用不是岩浆分异热液演化的直接产物,铀成矿是相对独立的流体成矿事件,铀成矿具有相对“独立性”,由早期到晚期,铀成矿热液具有中高温向中低温、碱性向酸性、高氧逸度向低氧逸度演化的趋势。

华南中-新生代红盆与热液铀矿时空双重叠及其动力学探讨

华南中-新生代红盆与热液铀矿具有密切的关系。文章通过对中-新生代红盆的空间分布、沉积特征、形成条件、形成时代和演化特征的总结,研究了红盆与热液铀矿的空间、时间和成因联系,探讨了两者的动力学机制。研究认为,华南中-新生代红盆演化可划分为6个阶段:早白垩世晚期断陷沉积阶段、早白垩世晚期-晚白垩世早期抬升剥蚀阶段、晚白垩世早期断陷沉积阶段、晚白垩世中期抬升剥蚀阶段和晚白垩世晚期-古近纪坳陷沉积阶段、古近纪末萎缩封闭阶段;红盆与热液铀矿具有时空双重叠特征,两者在空间上共(伴)生、时间上重叠,其中3个拉张下陷沉积阶段与热液铀成矿3个主成矿期高度重合;两者都受区域控盆断裂带控制,都是在岩石圈减薄事件的构造背景下形成的,红盆参与了热液铀成矿作用,控盆深断裂带成为深部高温还原性含铀热液向上运移、浅部红层含铀淋滤流体向下运移的通道,两种流体在断裂带中混合,在物理化学条件急剧变化过程中,铀析出、富集成矿;两者是岩石圈伸展减薄事件作用于浅部地壳的两种地质作用形式,其共同的动力学机制为:受古太平洋俯冲作用变化的影响,地幔对流重建-软流圈物质的上涌填充,致使华南陆块发生岩石圈减薄事件。

硫粉量对铀矿石嗜酸氧化硫硫杆菌通气柱浸的影响

研究了铀矿石酸化-硫粉细菌通气柱浸体系的pH值、Eh值和铀离子浓度等参数随时间的变化规律,探索了铀矿石的浸出率与硫粉含量的关系。结果表明:在酸化阶段,同一酸化级数下各酸化体系的pH值和铀离子浓度随酸化时间的延长而升高,Eh值随酸化时间的延长而降低;随酸化级数的增加,各酸化体系的pH值、Eh值和铀离子浓度随酸化时间的延长变化量减小。在细菌浸出阶段,同一酸化浸出级数下各浸出体系的pH值、Eh值和铀离子浓度随浸出时间的延长而升高;随浸出级数的增加,各浸出体系的pH值和铀离子浓度的增长率减小,Eh值的增长率增大;硫粉加入量越大,浸出体系pH值降低的幅度越大,Eh值和铀离子浓度升高的幅度也越大。铀矿石的浸出率与硫粉含量呈正相关,硫粉含量为5g/L的浸出体系中,铀的浸出率高达95.45%。

全浆循环增粒沉淀生产重铀酸盐试验研究

为了进一步提高重铀酸盐产品质量,以某铀矿山浸出液经离子交换后得到的合格液为研究对象,开展了全浆循环增粒沉淀试验,探讨了全浆循环增粒沉淀生产重铀酸盐的工艺过程和控制点。结果表明,全浆循环增粒沉淀既改善了浆体沉降和过滤性能,又提高了重铀酸盐产品质量。经过30次循环沉淀后,浆体密度由1.18 g/mL增加到1.45 g/mL,增加了22.9%;重铀酸盐产品(湿基)含水率由38.27%降低到21.65%,降低了43.4%;SO_(4)^(2-)质量分数由17.87%降低到12.03%,降低了32.7%;铀质量分数由52.50%增加到67.42%,增加了28.4%。重铀酸盐产品(干基)质量达到铀矿石浓缩物(GB/T 10268-2008)的要求。