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在玉米地和牧场里采铀!中国的铀矿到底是怎么开采的

在玉米地和牧场里采铀!中国的铀矿到底是怎么开采的

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  它的俗称,叫黄饼。这可不是能吃的那种饼,而是核工业中的一种重要原料 —— 重铀酸钠。

  46 亿年前,它随着太阳系的原始物质一起被吸积到地球,与氧、氟等元素形成铀的化合物,这些矿物在后来的地质演化中形成铀矿。

  铀其实比我们想象的要多一点, 它在地壳中的平均丰度约为 2.7ppm,也就是每吨地壳物质中有 2.7 克铀,跟钴镍铅这些金属差不多,而金在地壳中的平均丰度只有 0.004ppm。

  但在传统开采方式下的铀,普通工业品位是 0.05%,每吨矿石 500 克铀,也就是比平均丰度要高出 185 倍才有开采的价值。所以它看着多,实际太分散,不容易开采。

  铀也是化学性质比较活泼的元素,地下几乎不存在 “ 纯铀 ” 这种东西,都是以化合物的形式存在。

  我国从南到北都有铀的分布,湖南、广东、 江西主要是花岗岩型和火山岩型铀矿,新疆和内蒙古主要是砂岩型铀矿,而东北甚至云贵川地区也都发现过铀矿资源。

  我们这次来看的铀矿,在我国草原最多的地方,也是铀资源最多的地方 —— 内蒙古。

  我现在在内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗恩格贝镇纳岭沟铀矿床,这是我国顶级规模的天然铀产能项目 —— 中核集团 “ 国铀一号 ” 示范工程,大家前面看到的黄饼就来自于这片草原。

  但如果我不告诉你这里正在采矿,你肯定看不出来,因为这里的矿和我们想象中完全不一样,既看不到矿井,也看不到矿工,唯一能看到的,只有许多黄绿蓝三色的箱子被放置在草原上。

  它们以六注一抽蜂窝状排布,也就是六个注孔 + 一个抽孔,井间距大概 30 米。

  每个采区都有一个集控室,负责开关和监测抽注液的流量。外围还有两个蒸发池,处理后的少数多余水分会在这里被蒸发到大气层。

  这就是采用了 “ 二氧化碳 + 氧气 ” 地浸工艺的 “ 国铀一号 ”,它和传统矿山的开采模式完全不一样,是采矿不见矿。

  刚才咱们说的,就是在地表能看到的开采工作。接下来我们一起看看,在地下我们看不到的地方,铀都经历了什么 ——

  首先矿井会深入地下四百米左右到达铀矿层,这里不仅有砂岩,还有大量的地下水。

  注液井会把融入水中的二氧化碳( CO? )和氧气( O? )作为浸出剂注入地下。

  二氧化碳在地下水中溶解后会形成一种弱酸,能够更好的降低地下水的 pH值,增强铀矿物的溶解性。

  而氧气会促进铀的氧化作用,将砂岩型铀矿中低氧化态四价铀( U?? )转化为高氧化态的六价铀( U?? )。

  这时候铀离子会逐渐溶解到浸出液中,之后再通过抽液井抽出,通过集控室汇总到集液罐,顺着管道来到水冶厂。

  在这里,铀溶液会经过吸附塔,含铀离子被吸附塔中的树脂吸附;含铀树脂再转移到淋洗塔经淋洗剂洗脱,得到合格液。

  这些合格液会加入盐酸、去除不利离子,再到搅拌罐加入氢氧化钠,氢氧化钠提供了氢氧根(OH-),与铀酰离子反应,就形成了重铀酸钠沉淀。

  由于这些沉淀一般是黄色的固体,再经过压制后,就像一块块饼,所以大家才叫它黄饼。

  现在天然铀( U3O8 )的国际价格大概是每磅 70 美元,折合成人民币是每吨一百万元。

  重铀酸钠的铀含量大约在 70% 左右,既然是铀那它肯定也有辐射,不过天然铀的辐射量微乎其微。一斤重的天然铀矿石每天释放出 0.02 毫希( mSv ),跟戴一块夜光手表差不多。

  我刚开始也担心会有辐射,矿区的工程师告诉我,只要不真当它是麦乐鸡给吃下去,摸完之后认真洗手,基本上不会有什么影响。

  接下来,这些黄饼会被送到纯化转化厂。从重铀酸钠转化成( UF? )。

  这些燃料棒被装入核反应堆中,通过引发裂变反应,释放出大量的热能。加热后的水转变为蒸汽,蒸汽再推动汽轮机,从而驱动发电机产生电能。

  在 7 月 12 日,我国这个顶级规模的天然铀产能项目,“ 国铀一号 ” 示范工程就成功产出第一桶铀。

  你可以看到,它不会像传统采矿一样开山劈石,掘地三尺,而是在地下就完成了铀矿的提取。

  刚才大家看到矿井周围一排排的农作物,就是春天种植的玉米,这会儿才刚刚冒头,等到它们长大,连这些矿井都会被遮蔽。

  在我们快要离开矿区的时候,正巧碰到牧民们放羊,羊群就在矿井周围的牧场上悠闲地吃草。

  刚才我们正真看到的所有采铀过程,其实都能在千里之外的呼和浩特远程控制中心,一键操控。

  在这个房间里,操作员只需要点几下鼠标,就能看到数百公里外的铀矿生产现场。也包括启动铀矿的开采设备,控制注液井的操作,查看矿井的实时数据等等。

  自动化和智能化控制技术已可以做到非常精准的调控。这种方式不仅提高了效率,还减少了传统矿山作业中的人工操作。

  因为矿区一般地处偏远,工作环境也相对恶劣,所以招人难,留人更难。愿意到一线矿区工作的年轻人已经慢慢的变少了。

  一位在中核集团待了二十多年的工程师告诉我,他亲身经历过技术落后的年代,看到传统开采给矿工带来了沉重的负担,有许多家庭都面临着分居两地的情况。

  而在自动化和远程控制技术实现后,现场作业人员就不需要那么多了,很多曾经需要现场干的活儿,也都可以远程操控了。

  这种革命性变化,打破了以往几十年人跟矿走,风餐露宿的生产模式,大家的生活品质和工作效率都火箭般的上升,也让采铀一线真正留得住人。

  截止到 2024 年底,我国大陆并网运行的核电机组共 58 台,在运、在建和核准待建核电机组共有 102 台,总装机容量 1.13 亿千瓦,规模已经是世界第一。

  根据国家核电发展计划,到 2035 年,我国核电装机将达到 1.5 亿千瓦,我国将成为铀资源需求大国。

  铀就像石油一样,也属于战略资源。不仅关乎能源供应,也与国家安全密切相关。

  相比于哈萨克斯坦、澳大利亚、加拿大等铀资源大国,我国的铀资源禀赋条件复杂,规模小,品位低,分布不均,开采难度很大。

  位于内蒙古自治区通辽的钱家店铀矿,曾经在发现的时候请了乌兹别克斯坦的专家来看,外国专家做了 3 年的调研,最终判定钱家店铀矿的地质条件太差,不可能开采,相当于给这个铀矿判了死刑。

  乌兹别克斯坦是产铀大国,有着丰富的技术理论和实践经验。这位专家的意见,当时来说是很有权威性的。

  在被技术封锁的条件下,他们自主研制出了以 “ 二氧化碳 + 氧气 ” 地浸工艺为标志的第三代采铀技术,盘活了大量的低品位砂岩型铀资源,让一个个 “ 呆矿 ” 起死回生。

  地浸采铀可能对许多人来说是一个相对陌生的术语,其实,这项技术对国家、对生态环境和对核工业的从业者来说,都意义重大。

  对国家来说,“ 国铀一号 ” 的建设标志着我国先进的铀矿采冶工业体系取得新的突破,关键的核心技术实现了自主可控。

  当我们谈论核电时,常常只关注零碳排放的优点,很少知道背后支撑这一切的铀矿。

  作为一种低调的技术,地浸采铀的意义远不止于技术本身的革新,背后蕴含的是对人类未来可持续发展的一种追求。

  未来,“ 国铀一号 ” 的核心技术也将会全面应用到北方的铀资源开发中,到 2030 年将支撑建成新一批铀矿大基地。