天然鈾是國家戰略性資源,被稱為核工業發展的“糧食”。近日,由中核集團主辦的“大國底氣從核來 重走核工業路”媒體行活動,聚焦核工業的前端產業——鈾礦采冶,從提煉出第一塊鈾錠的中核礦業科技到“中國核工業第一功勛鈾礦”711礦,再到目前我國天然鈾資源開發的主力軍中核內蒙古礦業,沿著我國鈾礦采冶的發展足跡實地探訪,切身感受我國鈾礦采冶的跨越式發展。
關鍵技術實現歷史性突破 我國鈾礦采冶進入國際先進行列
目前,我國鈾礦采冶技術已歷經四代更迭。20世紀六七十年代,我國采用第一代、二代井下開采的傳統采鈾方法,從地面向下深挖幾百米打開礦層,將礦石從地下挖出運到地表,再采取物理化學手段從中提取鈾。被稱為“中國核工業第一功勛鈾礦”的711礦正是用這樣的方法為我國“兩彈一艇”提供鈾原料。
我國鈾資源呈現小、散、貧的特點,即礦床規模小,礦體分散,礦石品位低,且成礦地質條件復雜、礦體開采難度大。鈾資源供應事關國家安全,如何筑牢核工業基石?
20世紀80年代,我國開始探索“地浸技術”。地浸采鈾是在礦床天然產狀條件下,通過從地表鉆進至礦層的注入井將配制好的浸出劑注入礦層,與礦物發生化學反應,選擇性溶解礦石中的鈾,經抽出井將含鈾溶液抽至地表,而不使礦石產生位移的集“采、選、治”于一體的新型鈾礦開采方法。
地浸采鈾原理
“當時國內并沒有地浸技術,國外只有蘇聯和美國等少數幾個國家開展了研究工作,由于國外技術封鎖,中國發展地浸采鈾技術,必須完全依靠自己,一切都是從零開始的。”中核內蒙古礦業負責人陽奕漢講到,從沒有資金、技術、人員到如今國際領先,歷經40年的艱苦奮斗、技術攻關,我國在地浸采鈾技術方面實現了從無到有、從弱到強、從落后到領先的跨越式發展。
以CO2+O2原地浸出采鈾工藝為標志的第三代采鈾技術顛覆了傳統的鈾礦開采模式,一舉盤活了我國數十萬噸砂巖鈾資源,打開了建設綠色和現代鈾礦山的通道。新疆、內蒙古等地多個大型、超大型低品位砂巖鈾礦床,曾被認為是無法開采的“呆礦”,如今卻成為國內天然鈾供應的主力軍。
目前,我國已構建起全球領先的天然鈾技術開發體系,成為全球第二個掌握CO2+O2地浸技術的國家,地浸采鈾產量占全國天然鈾總產量90%以上,實現了從低品質資源到高價值儲量、從儲量到產量、鈾礦山產能由百噸級到千噸級的重大跨越。
“千里之外 一鍵采鈾 一屏掌控” 智慧礦山構建新質生產力
走進通遼鈾業錢家店礦,無人化值守的信息中心,記者看到,大屏幕上各種數據實時變化。此時,遠在一千多公里之外的呼和浩特,中核內蒙古礦業數字化地浸遠程控制中心,工作人員正輕點鼠標,遠程控制和監測錢家店等各礦的生產運行情況。
國內首個數字化地浸遠程控制中心
近些年來,作為國家天然鈾戰略資源保障的主力軍,中國鈾資源規模化、集約化、智能化開發的先行者,中核內蒙古礦業積極進行數字化轉型,探索智慧礦山建設新范式,突破了地浸采鈾實時數據展示與分析數據可視化關鍵技術,建立了國內首個地浸鈾礦山大數據智能分析中心、數字化地浸遠程控制中心,為地浸鈾礦山構筑了神經中樞和智慧大腦,成功實現“千里之外 一鍵采鈾 一屏掌控”。
國內首個地浸采鈾大數據智能分析中心
礦山建設階段是礦山整個生命周期中投入最大、最核心的關鍵環節,“數字建井”是為礦山全生命周期賦予“DNA”。中核礦業科技青年技術骨干李召坤以更加通俗的方式介紹了“數字建井”的技術原理,“就是將礦床從地下幾百米的深度‘搬進’電腦里,通過電腦等比例復原模擬,設計不同的開采方案,最終選擇最為精準、成本更低、效果更好的方案實施開采”。2022年,中核內蒙古礦業首次將數字建模工作融入到地浸礦山的工程建設中,實現了“數據從現場來,再回到現場去指導實踐”的流程閉環,大幅提高了地浸礦山建設質量和精準度,奠定了新一代地浸數字采鈾的技術體系基礎。
地浸采鈾“數字建井”技術對浸出效率提升有著決定性作用。與傳統工藝相比,鈾浸出效率可提升1倍以上。目前,國內在建最大地浸礦山投產后,可實現年降本4000萬元以上,降本增效效益顯著。
錢家店礦區的無人機智能巡檢,僅用短短幾分鐘就能完成對100多口工藝井的巡檢。正在運行的水冶車間,聽不到任何噪音,也看不到巡檢作業人員。通遼鈾業副總經理湯慶四解釋,“沒有聲音并不意味著設備停運,是先進的工藝、設備和智能化生產營造出了‘假象’”。
科技創新和數字化變革催生新的發展動能,構建新質生產力,推動鈾礦采冶由勞動密集型向技術密集型轉變,使我國鈾礦人均產能提升10倍以上,實現了從“百人一噸礦”向“一人多噸礦”的跨越式發展,為我國天然鈾產能和核工業安全提供強有力支撐。
“有礦不見礦 采礦不見形” 綠色礦山助力低碳高質量發展
錢家店鈾礦中心廠房以北不遠處,是占地1000多畝的井場。然而,一眼望去,耕地齊整、草地油綠、牛羊成群,絲毫不見傳統礦山開采的影子,沒有機器轟鳴,沒有尾礦廢渣,僅玉米地和草地里錯落排布著一些藍色、綠色、黃色的小方格,這一派綠色和諧的景象顛覆了人們以往對于礦山開采的認知。
“這些小方格就是采礦所用的抽注井”,錢家店礦區經理李喜龍介紹,與開山挖礦的傳統采礦方式相比,CO2+O2地浸采礦技術無需將礦石提升到地表處理,更不會產生尾礦和廢石,避免破壞地貌和污染環境,實現綠化全覆蓋的花園式礦山建設。
“我們采用的是熄燈工廠的綠色管理形式,應用光導照明技術,沒有能耗,節能又環保。”錢家店礦不僅在工藝和設備設施上低碳環保,且生產效益非常高,湯慶四介紹,其吸附、淋洗、沉淀效率均達99%,遠高于一般百分之七八十的加工效率。
在我國砂巖型鈾礦中,鈾資源含量在萬分之一以上才能稱為礦,錢家店礦的鈾資源含量僅為萬分之二。相比國際上鈾資源含量一般達千分之幾甚至百分之幾的鈾礦床,錢家店鈾礦的先天條件可謂相差甚遠,曾被國外專家認為是不可能開采的一座礦。“錢家店鈾礦是全國品位最差的鈾礦,但創造出了最好效益。”已從事鈾礦采冶多年的湯慶四對我國鈾礦冶技術的創新發展有著切身體會,談及錢家店礦的綠色發展模式,他由衷地自豪。
錢家店礦是我國首座自主研發建設的環境友好型地浸鈾礦山,是國內第一個實現采用CO2+O2原地浸出采鈾工藝工業化生產的地浸采鈾礦山,為我國綠色鈾礦山建設積累了豐富的管理和運行經驗。
從風餐露宿到回歸城市 鈾礦冶人充盈幸福感獲得感
鈾礦山一般地處偏遠,工作環境惡劣、條件艱苦。陽奕漢從事鈾礦采冶30余年,見證了鈾礦冶人從風餐露宿到回歸城市的歷程。
2021年,李召坤帶隊前往內蒙古巴潤礦區進行“數字建井”項目攻關。“礦區方圓幾十公里,基本上沒有人,剛去的時候沒有手機信號,這對我們年輕人來說是非常折磨的一件事。”談及野外的工作環境,李召坤仍印象深刻。
采鈾技術的創新突破和數字化轉型發展,不僅提升了鈾礦冶的生產質效,降低了生產成本,更讓鈾礦冶職工從戈壁、草原、大漠回歸到城市。中核內蒙古礦業副總經理張勇坦言,“這種革命性變化,打破了人跟礦走、風餐露宿的傳統生產模式,在改善鈾礦冶人生產生活環境的同時,大大增加了他們的幸福感和獲得感,也讓采鈾一線真正留得住人。”
近年來,中核礦業科技、中核內蒙古礦業等鈾礦冶科研機構、生產企業,建立“小核心、大協作”的科研生產利益聯結平臺,通過科研生產一體化激勵機制,更好地激發科研人員積極性主動性,培養了一批地浸工程技術領域的領軍人才,為我國鈾礦采冶筑牢人才基礎。
從“功勛鈾礦”到“核電糧倉”,在60余年的發展歷程中,中國鈾礦采冶已建立完整的科技研發、生產運營、人才隊伍體系,擁有露天開采、地下開采、攪拌浸出、地表堆浸、原地爆破浸出、原地浸出等全套的鈾礦采冶生產技術,并逐步完善了以“國內開發、海外開發、國際貿易、戰略儲備”相互依托、靈活調節、穩定可靠的“四位一體”的天然鈾供應保障體系。目前,我國鈾礦采冶正以科技創新為引領,錨定中長期發展規劃的戰略目標,推動第四代鈾礦采冶技術跨越式發展和中國北方新鈾礦大基地高質量建設,進一步筑牢我國核工業基石。