【概况】

随着国家碳达峰碳中和战略的实施，核电作为清洁能源，将在低碳能源中发挥重要作用，天然铀是保障国家安全的重要战略资源和能源矿产，事关核工业发展生存。面对复杂国际形势下可能出现天然铀封锁等极端情况，立足国内铀资源开发，建设千吨级铀矿大基地，是新形势下党和国家赋予中核集团的重大责任。

近十年，在国家部委重大科技与工程示范项目的支持下，中核集团牵头负责，下属中国铀业组织实施，核化冶院、核四院、天山铀业、通辽铀业等主要科研、设计及生产单位经过产学研用联合攻关，围绕铀矿存在“三高”（高碳酸盐、高铁铝、高矿化度）、多层位叠加、矿体疏干、矿床零散小和采冶难度极大等特点，建立了复杂砂岩铀矿开发技术体系，在新疆伊犁盆地成功建设国内首座千吨级大型绿色铀矿山示范工程，这是国际上首次实现难采、难浸、难冶铀资源的高效开发利用，是我国铀矿冶发展60多年来最重要的里程碑。

 

图1 新疆千吨级铀矿大基地全景

【主要做法】

（一）立足自主创新，建立完整自主可控的复杂砂岩铀资源原地浸出技术体系

攻坚团队以系统内核化冶院、核四院等铀矿采冶领域的科研、设计创新团队为主体，铀矿山企业和大学协同攻关，结合其数十年在地浸采铀、铀水冶回收技术研究和装备材料研发、矿山设计等方面积累的经验，系统梳理复杂砂岩铀资源开发面临的重大科技问题，明确重点攻关任务，自主建立了覆盖铀浸出、铀提取、环境影响控制、数字化管控等关键环节的四大核心技术体系：

一是创造性提出了低酸氧浸和微试剂浸出等高效浸出方法，解决了“三高”铀资源开发矿层堵塞的重大技术难题。首次提出了低浓度硫酸体系氧气氧化浸出理论方法，研发的非能动水力切割微纳米溶氧技术，有效实现常温低压下氧气溶解度倍增，研发了乙酸微试剂溶蚀碳酸盐矿物、地下水矿化度淡化调控的工程技术，基于溶度积理论基本避免过饱和地下水离子沉淀，矿层渗透性保持率达96.0%以上，“三高”铀矿浸出率由8.4%提高到84.2%。

二是研发了复杂赋存条件铀矿高效开发关键技术，实现疏干、多层铀矿经济开采。针对疏干铀矿难以地浸开发，首次创建了半包围式水幕法地下水位抬升技术，实现无水铀矿地浸渗流场再造和再开发，铀浸出率达86%；研发了多层过滤器建造技术，研制了低压智能层间封隔装置，创建了分层分液控制系统，首次实现多层铀矿“一套钻井，分层注液，同时同采”，浸出周期缩短50%，浸出率高达83%。

三是首创了低浓度大流量浸出液高效铀回收技术，实现“贫散小”铀矿规模开发水冶集中处理。研发了“U型”饱和再吸附水冶一体化技术，研制了特种离子交换材料，解决了低浓度浸出液高倍富集铀的技术难题，铀浓度由20毫克/升浓缩到50克/升，水冶回收率达96%，超过国际先进水平（90%）；针对零散小矿体规模开发技术难题，提出了“分散吸附，集中淋洗”卫星厂开发模式，研制高通量逆流式密实移动床模块化离子交换装备，水冶处理能力提高3倍，水冶成本降低20%以上。

 

图2 新疆千吨级铀矿大基地水冶车间

四是研发了超大型地浸铀矿环境影响控制技术，建成了绿色数字化管控的千吨级铀矿大基地。针对核素迁移规律复杂，难以控制的问题，提出了采区溶浸范围控制方法，研发了源头控制、过程阻滞、地表处理等地下水保护技术，建立了全过程封闭式自动量化控氡方法，实现固液废物近零排放，个人剂量仅为国际标准1/8；开发了“透明矿山”铀资源多专业协同系统，构建了远程数字化管控平台，实现铀矿山全流程可视化和井场无人值守，劳动生产率较过去提高8倍。

 

图3 新疆千吨级铀矿大基地数字化管控中心

（二）创新科研、设计、生产一体化协同攻关模式，实现科研成果高效快速转化

传统铀矿开发科技攻关模式下，室内实验、现场试验、工程设计和试生产各环节相对独立，导致新技术转化生产周期长、科研与生产脱节、出现低水平重复研究现象。为解决这些问题，中国铀业组织科研单位、工程设计单位和矿山生产单位开展“大会战”，构建了科研-设计-试生产协同机制，实现低酸氧-弱酸微试剂、多层铀矿高效开采、疏干铀矿渗流场再造等复杂赋存条件砂岩铀资源开发关键技术从研发到试生产由过去4-5年缩短到1-2年，大幅提高科技攻关效率。一是针对新疆伊犁盆地复杂砂岩铀资源开发面临的技术“卡点”，在室内实验阶段让工程设计单位提前介入，避免研究工作脱离工程设计；二是在现场试验阶段，工程设计单位和生产单位共同参与，及时掌握试验结果与关键数据，从技术应用角度提出优化方案；三是在工程设计阶段，科研人员对矿山井场、水冶厂设计思路和具体工艺提出意见和建议，修正设计过程中存在的问题；四是在试生产阶段，科研单位和工程设计单位全程介入，对试生产进行指导，对试运行中出现的技术问题及时提出解决措施，对工程设计缺陷及时提出修正方案。

（三）强化科技攻关保障措施，最大程度发挥科技创新效能

强化组织领导，狠抓项目执行。中国铀业成立了以公司主要负责人为项目总指挥、集团公司铀矿采冶首席专家为总设计师的“两总”系统，设立了项目跟踪专家委员会，不定期现场督战，零距离做好技术把关、经费保障、地方政策协调、研产对接等各项工作；下属科研、工程设计与矿山生产单位由“一把手”牵头成立专项办公室，明确工作节点与责任人，以“纵贯到底”的方式确保各项工作落实落细。

强化协同攻关，汇聚优质资源破难题。“三高”铀矿浸出机理、地浸地下水流场控制、大型水冶装备研制、矿山数字化控制等研究涉及化学、数学、流体力学、计算机模拟等多学科交叉，系统内单位研究力量相对薄弱。对此，中国铀业组织梳理了“卡点”科学问题，明确了“揭榜挂帅”任务清单，面向全社会发榜，同时设立专项联合基金，联合高校或专业研究机构等优势单位打“歼灭战”。

强化考核激励，激发创新创造活力。中核集团按季度对项目执行设置关键节点，并纳入对组织实施和具体承研单位的考核，考核结果直接与单位工资总额、主要负责人薪酬挂钩；设置了专项奖励，对取得重大技术突破和完成转化应用的研发团队给予激励，确保关键技术突破、千吨级铀矿山示范工程建设高质量超前完成。

【取得成效】

（一）生态效益显著

新疆千吨级铀矿大基地平均综合能耗为0.5吨标煤/万元工业增加值，年节电3.2万度，全生产流程实现固废、废液近零排放和净零碳排放，节能减排显著；铀矿浸出过程仅使用微量弱酸等，是本质环保的先进采铀工艺，从根源上控制了污染的产生；矿山职业照射个人剂量2.38～3.43mSv/a，远低于国际标准（20mSv/a），达到美国、俄罗斯、澳大利亚等世界先进国家水平。新疆千吨级铀矿大基地先后被评为国家首批矿产资源综合利用示范基地和国家级绿色矿山。

（二）经济效益突出

新疆千吨级铀矿大基地建成以来，已生产数千吨铀金属，产值近百亿元、利润约50亿元。此外，技术成果已推广到松辽、二连、鄂尔多斯盆地砂岩铀资源开发，使天然铀生产成本较过去降低40%，劳动生产率由以往0.5吨/人提高至4吨/人，盘活数十万吨“呆矿”资源，经济价值达数千亿元。

（三）社会效益巨大

复杂砂岩铀资源开发重大技术突破，实现我国铀矿采冶技术水平跨越式发展，促进了我国铀矿开发由零散低效矿山向高效现代化千吨级大基地的重大转变，2021年先进原地浸出采铀产量已占国内天然铀总产量的90%以上，推动了我国天然铀产业全面转型升级；技术成果作为“中国方案”已推广到巴基斯坦Shnawah铀矿开发，未来将推广到哈萨克斯坦、纳米比亚等国家，对全球砂岩铀资源开发起到重要的借鉴和示范作用，推动我国迈向世界铀资源开发强国。

【经验启示】

建设铀矿大基地是实现国内铀资源高效开发的重要途径。与澳大利亚、加拿大、俄罗斯、哈萨克斯坦等铀资源大国相比，我国铀资源禀赋较差，单个矿床规模小、品位低是普遍存在的特点，需要遵循“集约化、规模化”的开发模式，降低开发成本，提高开发效率与资源利用率，同时确保安全开发和近零生态损害。

科研、设计、生产紧密结合是加快建设铀矿大基地的重要手段。未来我国铀资源开发还面临攻克超低渗透、大埋深、与其它资源共伴生、硬岩智能采冶等多项技术难题，需要不断深化科研、设计、生产一体化协同机制，建立研发与工程建设同步实施的技术攻关模式，加快在松辽盆地、二连盆地、鄂尔多斯盆地新千吨级铀矿大基地建设，在复杂国际形势下确保天然铀安全、稳定、可靠供应。

协同创新是加快破解铀矿大基地建设技术难题的重要举措。铀矿采冶涉及基础科学、工程技术、安全环保、数字化等多个领域，是复杂的系统工程，在立足自主创新的同时，需要最大范围吸收系统外高校、科研院所、先进企业等优质资源，集中力量在铀矿采冶基础理论研究、智能装备研发、相关行业优势技术引进等方面取得新的突破，不断提升铀矿大基地建设技术水平。

【责任编辑：俞昭君】