压力波动法地浸采铀的数值模拟初步研究.pdf

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1、第30卷第3期铀矿冶Vo1．30NO．32011年8月URANIUMMININGANDMETALLURGYAug．2011压力波动法地浸采铀的数值模拟初步研究魏宁，李小春，朱前林，刘乃忠。，苏学斌。，王晓东(1．岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉430071；2．核工业北京化工冶金研究院，北京101149)摘要：目前国内外的地浸研究侧重地浸化学机制及工艺，不能很好地解决铀矿层非均质性引起溶浸流体非均质流动带来的“非优势流动区域”和“溶浸死区”等问题。基于流动传质理论、室内试验和注气现场试验，笔者提出了压力波动溶浸开采的方法，即采用高

2、压缩性的气液混合溶浸流体进行压力波动条件下的地浸开采。基于分散相气液混合流体特性和流动一反应一传质理论，采用c0MSOL—Multiphysics软件模拟了传统中性地浸和压力波动法地浸的采铀过程。数值模拟结果显示：压力波动过程中，溶浸流体在矿层中胀缩变形，可促进高渗透区域与低渗透区域的流体流动传质过程，特别是低渗区域的对流一弥散传质作用；铀回收率随压力波动次数变化而变化，回收率曲线明显区别于传统地浸回收率曲线，铀回收速率和回收率提高。初步结果表明，压力波动法地浸对提高非均质铀矿层的回收速率和回收率在技术上具有可行性。关键词：地浸采铀；非均质；优势流动传质；高压

3、缩性流体；压力波动中圈分类号：P64l_3，TD853文献标志码：A文章编号：1000—8063(2011)03—0124—06具有较好的相关性，更降低了铀矿层的“非优势流1研究背景动区域”内的传质效果。铀矿层性质在空间尺度砂岩型铀矿层的非均质性主要包含矿层水力上的强非均质性导致优势流动传质现象严重影响特性、矿物分布、氧化还原性质分布等性质的空间了地浸的传质效果，从而缩小了地浸的波及范围、变异性，直接导致矿层内复杂的流动一溶质迁移的降低铀回收率。过程；非均质矿层中的流体具有沟槽流现象或优在溶浸流体复杂的流动一反应一传质作用下，势流动现象n]4'L。强非均质介质

4、中的溶质迁矿层性质随地浸过程而高度变异，同时矿层的非移主要以小尺度的优势流动区域中的对流和机械均质性质被强化。即使在均质介质中，它们之间弥散为主，非优势流动区域中对流、水力弥散传质的正负反馈作用亦可形成不稳定形态而导致复杂作用相对较弱。强非均质铀矿层中的地浸过程的反应前锋运动形态，如分形、指状化、沟道化、优中，部分区域被优势流动区域分割形成的相对独势锋面、分带化等变化“l6I5。。铀矿层和溶浸流立的低渗区域，溶浸流体以极慢速度流动而形成体的性质会随溶浸过程不断发生变异，岩石的化“非优势流动区域”，甚至“溶浸死区”。在“非优势学成分、孔隙度、孔隙结构等性质的轻微

5、变化可导流动区域”内，分子扩散为溶质迁移的控制因素，致水力特征剧烈变化_】]4_6]6。；地浸过程中出现同时溶浸流体(溶浸剂／溶浸液)主要通过分子扩的溶解一沉淀一再溶解，粉黏颗粒、胶粒在矿层内的散进／出“非优势流动区域”的双扩散过程进行低冲蚀、迁移、淤堵、分散、胶结现象使得砂岩渗透系效率传质；同时溶质与岩石的吸附／解吸、化学数的变化可达几个数量级[7]，加剧矿层中的优势反应等物理化学作用对溶浸流体的缓冲／消耗过流动传质过程，形成各种“非优势传质区域”，甚至程进一步降低了溶浸流体的传质效果。矿层内铀形成“溶浸死区”。地浸的正负反馈作用进一步加的空间分布与低渗、反

6、应性矿物、还原环境的分布剧溶浸液体在矿层中的优势流动一传质过程，铀浓收稿日期：201l—O1—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(40902073)作者简介：魏宁(1978一)，男，湖北当阳人，博士，副研究员，主要从事岩土介质反应流动和COz地质封存方面的研究工作。第3期魏宁，等：压力波动法地浸采铀的数值模拟初步研究125度曲线峰后部分“拖尾”现象严重，铀回收速率和矿层内形成均匀混溶或混合的高胀缩性气液混合回收率远低于柱浸和搅拌浸出的结果。流体(主要为分散相气液泡沫流体和含溶解气体搅拌浸出、柱浸试验和地浸采铀实践表明，溶的液体)，通过注入井、抽出井或其他措

7、施不断降浸流体的流动传质过程的时间尺度远大于铀浸出低和升高矿层中的流体压力，致使高胀缩性混合化学时间尺度。现有地浸工艺条件下，溶浸流体流体在矿层中不同水力特征区域内胀缩变形，与在矿层中的流动一传质过程为地浸过程的控制因矿体反应获取含矿溶浸液，并在回收井获取溶浸素。基于流动传质理论、室内试验、泡沫驱替试验液(浸出液)的方法。该方法可将非优势流动区域和注气现场试验，笔者提出基于高胀缩性气液混内以分子扩散为主的溶质迁移过程变为以对流、机合流体的压力波动法地浸来应对强非均质铀矿层械弥散为主的溶质迁移过程(压力升降过程如图I地浸过程的优势流动一传质现象，即通过一定工程所

8、示)，强化非优势流动区域内的传质效果，