铀矿资源既是一种重要的战略物资,又是一种清洁的能源物质-核能的粮仓。开展铀矿床或砂岩型铀矿的物质组成研究是铀矿地质勘探与铀矿开采的重要内容,是确定铀矿储量、分布特征与开采工艺技术的重要依据。对其进行勘探与开发对于国防建设和核电发展具有重大意义。巴彦乌拉铀矿位于内蒙古二连盆地,是我国较早发现的古河道型可地浸砂岩型铀矿,对巴彦乌拉铀矿物质组成特征研究对于进一步明确该矿床地浸工艺技术及工艺参数具有重要的现实意义。本论文依托国家自然科学基金核技术创新联合基金项目(U1967209):酸法地浸采铀中铀矿储层孔隙与渗透性时空演化规律,以巴彦乌拉铀矿西南部新开拓的C11、C12采区为主要研究对象,首先根据前人的文献勘察与资料对巴彦乌拉铀矿床地质、水文地质特征进行了系统研究,包括区域地质、矿床地质及水文地质特征以及C11、C12采区地质特征等。然后,对现场采集的含矿层围岩和矿石样品进行物质组成特征研究。具体研究内容是:(1)岩矿石工艺矿物学特征研究,包括岩矿石手标本特征、显微镜矿物特征、矿物化学成分特征及矿物特征(XRD特征);(2)岩矿石地球化学特征研究,包括围岩地球化学特征、矿石地球化学特征;(3)岩矿石中铀、硫、铁、碳、钙元素分布特征研究,包括空间分布特征、铀与硫、铁、碳、钙元素关系等。最后,对围岩与矿石混合岩心样品在实验室进行溶浸液-岩石作用的浸泡试验,观察浸泡后矿石矿物与化学成分特征,包括矿石渣样地球化学特征、矿物XRD特征及扫描电镜特征。(1)研究结果表明:(1)巴彦乌拉床主要受赛汉组上段古河道砂体控制,含矿层结构成熟和成分成熟度较差,岩石样品孔隙发育,隔水顶底板发育完全,具备地浸开采的有利条件。(2)含矿岩石主要为含砾砂岩,以泥质胶结为主。XRD测试结果表明含矿层中的主要矿物为石英和长石。长石主要由钙长石和钠长石组成。黄铁矿以碎屑颗粒、铁质胶结物、石英凹穴副矿物、草莓状黄铁矿等的形式存在。(3)电子探针数据表明,钾长石的中Al₂O₃与SiO₂呈正相关关系,K同Ca、Na之间存在一定相互替代关系;钠长石中,Al₂O₃和CaO与SiO₂呈负相关关系。长石中有大量钾、钠元素溶出,表明钠长石已明显高岭土化。(4)围岩和矿石均含有较高的Fe³⁺;矿石中六价铀占比相对较高。Fe³⁺与U⁶⁺、U⁴⁺均呈正相关关系;铀矿石中总U、U⁶⁺、U⁴⁺和S之间具有较好的正相关性,表明还原作用对铀成矿有重要贡献。围岩和矿石K₂O和Na₂O含量高于CaO含量,含矿层中主要矿物以钾长石和钠长石为主相一致,矿石与围岩具有同源性。(5)巴彦乌拉铀矿含矿层岩石在由硫酸与矿层地下水配制的酸度为10 g/L的溶浸液浸泡半年后,岩石中石英含量变化小。长石类矿物表面形貌铀光滑变得粗糙,长石发生了溶蚀,其结果导致长石黏土化。Al₂O₃、TFe₂O₃、MnO、MgO、CaO及NaO等氧化物含量明显降低,其中的微量元素与稀土元素含量也有降低的趋势,表明与这些氧化物或元素有关的矿物均不同程度发生了溶解。(6)矿石经过10 g/L硫酸溶浸液浸泡半年,试验渣样中长石类矿物含量明显下降,黏土矿物含量明显增高,表明试验过程中,长石产生了粘土化蚀变。这意味着在酸法地浸采铀过程中由于发生粘土化蚀变,含矿层渗透性会下降,孔隙通道会发生堵塞。综上所述,巴彦乌拉铀矿含矿层岩矿石主要为含砾砂岩,其成分以长石和石英为主,含矿层物质组成具备地浸采铀的有利条件。岩矿石在酸性溶浸液作用下,长石蚀变导致黏土化明显,硫化物等矿物溶解,使岩矿石中的主要氧化物明显降低,溶浸液矿化度会大幅增高,显示出地浸中含矿层渗透性具有降低的可能性。