酸法地浸采铀(ISL)常作为地表扰动最小化的原位开采铀技术,已成为我国铀矿床主要开采方法。由于地浸过程发生在地下矿层,铀浸出迁移难以分析。为优化地浸采铀方案,需要预测铀浸出迁移特征和溶浸面积。而数值模拟是预测地浸采铀的有效手段,能为优化ISL提供建议。本文围绕耦合水岩反应的ISL反应溶质运移模拟(RTM)进行理论和应用研究。理论研究有主要杂质矿物(方解石、黄铁矿、赤铁矿)和反应动力学对铀浸出的影响;应用研究基于理论研究成果,根据巴彦乌拉现场ISL试验构建水动力场-化学场耦合的RTM,分析试验期间铀的反应迁移特征。1)以室内分批浸泡试验为基础,利用反应路径模拟探讨杂质矿物影响铀浸出的机制,利用反应溶质运移模型探讨杂质矿物影响铀浸出化学场的时空特征,结果表明:方解石、赤铁矿、黄铁矿与铀矿物由强至弱竞争酸,其中黄铁矿溶解较弱,生成的低价硫和Fe²⁺降低溶浸液Eh值以减少铀浸出,赤铁矿以耗酸和促进黄铁矿溶解影响铀浸出;时间上,杂质矿物使得铀的溶解迁移不同程度滞后,铀的溶解-沉淀旋回周期延长,铀浸出速率降低;空间上,杂质矿物使得铀矿物溶解范围减小,铀的溶解-沉淀旋回的沉淀量增加,U(Ⅵ)迁移浸出时间延长。2)以巴彦乌拉矿区四注一抽ISL现场试验单元为例,探讨水岩反应设置为热力学平衡和反应动力学的结果,结果表明:浸出铀的试验结果与反应动力学模拟结果的拟合效果更好,与热力学平衡模拟结果相差较大,因此反应动力学模型比热力学平衡模型更能反映铀的浸出;同一时间,热力学平衡模型比反应动力学模型的溶浸面积更大,溶浸铀矿物量更多,铀矿物完全浸出所需时间更短,预测含矿层内铀矿物开采程度及浸出铀浓度偏高,开采所需时间偏短,高估铀矿物浸出率,低估开采时间。因此,反应动力学比热力学平衡优化了水岩反应速率表达,使模拟更贴近实际。3)依托现场试验建立的RTM能较好地再现抽注单元内流体动态演化和铀的动态释放;模拟结果表明,铀矿物的溶浸面积远大于地浸酸化面积,铀和酸性水的污染羽较溶浸面积更大;参数敏感性分析显示铀矿物的体积分数和反应速率是铀浸出的主要因素,回浸离子中Fe²⁺对铀浸出具有较显著的负影响。