本發(fā)明屬于地浸采鈾技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用超聲波提高地浸采鈾浸出率的方法。
背景技術(shù)：
原地浸出采鈾，是指從自然賦存條件下、具有一定滲透性砂巖型鈾礦石中，利用浸出劑(特定的化學(xué)溶液)選擇性的提取和回收鈾元素的一種采礦工藝。目前廣泛應(yīng)用于滲透性能優(yōu)良的砂巖型礦床的開發(fā)中，但我國已初步探明的砂巖鈾礦資源中，滲透系數(shù)小于0.5m/d的低滲透資源占一半以上。針對低滲透型砂巖型鈾礦，特別是泥質(zhì)砂巖或泥巖型鈾礦床的地浸方法研究還未有突破。
運用地浸采鈾技術(shù)開采砂巖型鈾礦資源的先決條件是目標(biāo)礦層具有一定的滲透性，以便浸出劑與礦物充分接觸及反應(yīng)。但由于泥質(zhì)砂巖或泥巖型鈾礦床礦層滲透性差，注入地下的浸出劑與該類礦層接觸程度低，造成了地浸開采成本升高、開采速度慢和采收率低等問題，從而制約了地浸技術(shù)的發(fā)展和鈾資源的集約利用。
在石油、煤層氣等化石燃料開采過程中，會采用復(fù)合射孔、松動爆破等技術(shù)提高地層滲透性。這些方法只是通過在目的礦層制造裂縫來提高滲透性，從而提高采量。但地浸采鈾過程不同于化石燃料開采，它包括浸出劑與礦石的反應(yīng)過程，所以采用上述方法，礦石依然無法與浸出劑有效均勻接觸，浸出率得不到有效提高。
超聲波作為一種機(jī)械波，其震動頻率在20khz以上，在傳播時具有方向性好、穿透力強(qiáng)、能量集中以及可引起空化作用等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于測距測速、采油、碎石、廢水處理、防除結(jié)垢等方面。但在地浸采鈾領(lǐng)域中，超聲波僅僅應(yīng)用于鉆孔的洗井，而超聲波作用礦層從而提高浸出率的方法在國內(nèi)尚屬空白。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種利用超聲波提高地浸采鈾浸出率的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：
一種利用超聲波提高地浸采鈾浸出率的方法，包括以下步驟：(1)在地浸采鈾井場內(nèi)選擇1個浸出單元，包含1個抽液孔和4個注液孔，將4套超聲波聚能器分別下放至4個注液孔中，下放深度為礦層中間位置；(2)在目的浸出單元正常抽注運行的情況下，同時開啟4套超聲波發(fā)生器，此時超聲波通過注液孔中的超聲波聚能器同時作用于目的礦層中；(3)超聲波聚能器和超聲波發(fā)生器運行周期為2-6個月，每天開機(jī)時間不少于2-8小時，期間測量并記錄浸出液流量及目標(biāo)元素濃度，計算出礦層滲透系數(shù)和浸出速率的變化。
所述的礦層中間位置為礦層上端1/3-礦層下端1/3。
所述的超聲波發(fā)生器功率調(diào)節(jié)范圍為10kw-30kw。
所述的超聲波聚能器主體材料為316l不銹鋼材質(zhì)或鈦合金材料。
所述的超聲波聚能器形狀為圓柱形，中間有節(jié)。
所述的超聲波聚能器長度為500mm-2000mm。
本發(fā)明所取得的有益效果為：
本發(fā)明針對部分地浸鈾礦床礦層滲透性差、地下浸出劑與目標(biāo)礦層難以有效接觸的難題，利用超聲波機(jī)械效應(yīng)及空化效應(yīng)，改善目標(biāo)礦層的各種形態(tài)物質(zhì)界面間結(jié)構(gòu)及其孔隙度等，使礦層疏松、提高滲透性，實現(xiàn)浸出劑與礦石均勻有效接觸、加速化學(xué)反應(yīng)速率，達(dá)到提升浸出液濃度和浸出率的目的，可有效降低地浸采鈾生產(chǎn)成本、加快開采速度和提高采收率。在地浸采鈾現(xiàn)場進(jìn)行了實地試驗，發(fā)現(xiàn)在超聲條件下礦層浸出效果明顯提高，表現(xiàn)為當(dāng)超聲波發(fā)生器功率為10-30kw時，礦層的滲透系數(shù)從0.1-0.2m/d增加到0.4-0.6m/d，抽液孔流量由3-5m3/h提升到6-8m3/h，浸出液濃度由10-18mg/l提升到20-28mg/l，相同浸出時間內(nèi)比相鄰浸出單元浸出率提升10％-20％。說明超聲波對提高礦層滲透性效果明顯、可有效提升浸出劑與礦物之間的接觸效果。
附圖說明
圖1為利用超聲波提高地浸采鈾浸出率的方法示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，黑色礦塊為自然條件下賦存的鈾礦礦層，地浸工藝通過抽注液井孔實現(xiàn)溶液循環(huán)來回收鈾資源，本發(fā)明將超聲波換能器下放至注液井中，正對礦層部分釋放超聲波，從而使地下溶浸液與礦層產(chǎn)生更有效的接觸。
本發(fā)明所述利用超聲波提高地浸采鈾浸出率的方法包括以下步驟：
(1)在地浸采鈾井場內(nèi)選擇1個浸出單元，包含1個抽液孔和4個注液孔，將4套超聲波聚能器分別下放至4個注液孔中，下放深度為礦層中間位置，即礦層上端1/3-礦層下端1/3。
(2)在目的浸出單元正常抽注運行的情況下，同時開啟4套超聲波發(fā)生器，此時超聲波通過注液孔中的超聲波聚能器同時作用于目的礦層中。
(3)超聲波聚能器和超聲波發(fā)生器運行周期為2-6個月，每天開機(jī)時間不少于2-8小時。期間測量并記錄浸出液流量及目標(biāo)元素濃度，計算出礦層滲透系數(shù)和浸出速率的變化。
通過與應(yīng)用本發(fā)明之前的浸出數(shù)據(jù)對比，可得出本發(fā)明對含礦層滲透率提升效果；通過與同一井場內(nèi)，采用相同化學(xué)浸出工藝但無超聲波作用的浸出單元對比，可得出本方法對等面積礦體浸出率的提升效果。
超聲波發(fā)生器功率可調(diào)，功率調(diào)節(jié)范圍為10kw-30kw。超聲波聚能器主體材料為316l不銹鋼材質(zhì)或鈦合金等耐腐蝕材料，形狀為圓柱形，中間有節(jié)，這種結(jié)構(gòu)可削弱縱向超聲波的強(qiáng)度，使橫向超聲波具有較好的方向性，超聲波聚能器長度為500mm-2000mm。
實施例1：
我國北方二連盆地某砂巖型鈾礦，地浸擴(kuò)大試驗井場。
試驗周期為2個月，每天開機(jī)2小時，期間選擇2組“1抽4注”浸出單元，兩單元相距約220m，單元資源總量、礦石品位、含礦巖性、滲透率等地質(zhì)條件基本一致。單元a加裝超聲波浸出裝置，單元b采用普通方式進(jìn)行正常抽注浸出，將a、b兩個單元同時并入抽注系統(tǒng)，進(jìn)行對比試驗。
最終得到以下結(jié)論，試驗開始前單元a和b滲透系數(shù)均為0.2m/d左右，抽液孔流量為3.5m3/h左右，浸出液濃度為18mg/l左右。當(dāng)超聲波發(fā)生器功率為10kw時，進(jìn)行了2個月的超聲波浸出試驗后，單元a礦層的滲透系數(shù)從0.2m/d增加到0.4m/d，抽液孔流量由3.5m3/h提升到6m3/h，浸出液濃度由18mg/l提升到26mg/l等，相同浸出時間內(nèi)單元a比單元b浸出率提升10％以上。
實施例2：
我國西北方新疆天山某砂巖型鈾礦，地浸生產(chǎn)廠礦井場。
試驗周期為6個月，每天開機(jī)8小時，期間選擇2組“1抽4注”浸出單元，兩單元相距約500m，單元資源總量、礦石品位、含礦巖性、滲透率等地質(zhì)條件基本一致。單元a加裝超聲波浸出裝置，單元b采用普通方式進(jìn)行正常抽注浸出，將a、b兩個單元同時并入抽注系統(tǒng)，進(jìn)行對比試驗。
最終得到以下結(jié)論，試驗開始前單元a和b滲透系數(shù)均為0.2m/d左右，抽液孔流量為3.0m3/h左右，浸出液濃度為10mg/l左右。當(dāng)超聲波發(fā)生器功率為15kw時，進(jìn)行了6個月的超聲波浸出試驗后，單元a礦層的滲透系數(shù)從0.2m/d增加到0.6m/d，抽液孔流量由3.0m3/h提升到8m3/h，浸出液濃度由10mg/l提升到28mg/l等，相同浸出時間內(nèi)單元a比單元b浸出率提升20％以上。
實施例3：
我國北方二連浩特附近某砂質(zhì)泥巖型鈾礦，地浸擴(kuò)大試驗井場。
試驗周期為4個月，每天開機(jī)5小時，期間選擇2組“1抽4注”浸出單元，兩單元相距約300m，單元資源總量、礦石品位、含礦巖性、滲透率等地質(zhì)條件基本一致。單元a加裝超聲波浸出裝置，單元b采用普通方式進(jìn)行正常抽注浸出，將a、b兩個單元同時并入抽注系統(tǒng)，進(jìn)行對比試驗。
最終得到以下結(jié)論，試驗開始前單元a和b滲透系數(shù)均為0.1m/d左右，抽液孔流量為5m3/h左右，浸出液濃度為14mg/l左右。當(dāng)超聲波發(fā)生器功率為30kw時，進(jìn)行了4個月的超聲波浸出試驗后，單元a礦層的滲透系數(shù)從0.1m/d增加到0.5m/d，抽液孔流量由5m3/h提升到7.5m3/h，浸出液濃度由14mg/l提升到20mg/l等，相同浸出時間內(nèi)單元a比單元b浸出率提升15％以上。