7月12日,内蒙古鄂尔多斯市的荒漠见证了中国核工业史上最硬核的时刻,中核集团“国铀一号”示范工程顺利产出第一桶金黄色铀浓缩物(俗称“黄饼”),打破了中国铀矿勘探开采“卡脖子”的困局,更将国产铀自给率猛推至70%以上,使中国核电燃料自主保障能力实现质的飞跃。
这桶黄饼出现的背后,没有鞭炮庆典,也没有红绸剪彩,只有工程师轻点触摸屏上的“启动”键的声音,千里之外的铀矿随即启动浸出,用最安静的方式改写了全球铀矿开采史。
铀矿的危机
铀资源是核能发电的核心燃料,也被称为"核电粮仓",在地缘政治动荡的当下,直接关系到国家能源安全和战略防御能力。比如核电站发电靠的是铀原子核裂变释放的能量,而一公斤铀裂变产生的能量相当于2700吨标准煤燃烧的能量。
铀这种资源很宝贵,因为它在地壳里含量很少,用完就没了。而且,铀的分布也很零散,不均匀,全球就铀资源的分布量可以分为四个梯队。
澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大和俄罗斯被叫做“富铀国”,这四个国家手里的铀占了全世界的六成多,储量特别大。
紧随富铀国之后的是“铀资源丰富的国家”,这些国家的铀加一块儿,差不多是富铀国总量的一半,占了全球的三分之一,像美国、乌克兰、巴西、印度都在这一梯队。而中国被探测到的铀矿资源占到全球3%,是世界最大的铀矿资源储备国之一,却被单独归在第三梯队。
剩余其他国家因为铀矿资源占比加在一起不足全球3%,被搁到第四梯队。
从数据里我们能发现一个挺有意思的事,那就是想要用核能的国家没铀,有铀的国家却不用核能,也是这种奇怪的情况,影响着全球铀资源的分配。说白了,大部分想用核能的工业国都缺铀,只是缺的程度不一样。
简单来说,2018年,美国需要1.9万吨铀,但他们自己只生产了277吨,剩下的缺口都得靠进口铀的来补足,而像法国、日本、德国这些国家也一样,因为它们地方小,资源不多,所以更得靠进口。
中国也不例外,甚至从数据中不难发现,随着核能行业的不断进步,中国对铀的需求量越来越多,每年进口的总量也在不断上涨。
2013年的时候,中国需要6147吨铀资源,其中七成多都得靠进口。到了2018年,铀需求量猛涨到了9000多吨,进口的占比也超过了83%,这说明我们在铀资源上很依赖外国,存在不小的安全隐患。
在2021年世界核协会公布数据,全世界用了6万吨铀,预计到2040年,这个用量会猛涨到11万吨。需求一直在涨,但全世界的铀产量却没动静。
在这个基础上可以肯定的是,其他工业国家,诸如美国、欧洲肯定跟中国一样,碰到了同样的难题,而且全世界的铀资源肯定会一年比一年少,越来越少。
从这个角度看,全球那些想发展核能的国家,其实都是最大的竞争对手,它们主要在比拼,看谁能在未来掌握更多的铀资源。
解锁280万吨“呆矿”
话回前提,2023年,中国被探测到的铀矿资源达到288万吨,是丰富其实的世界最大的铀矿资源储备国之一,为什么还会缺铀呢?
过去,我国铀矿开发主要集中在南方火山岩型、花岗岩型铀矿。10年前,当时中国的勘探队员就在鄂尔多斯盆地发现280万吨砂岩型铀矿,然而勘探现场却是一片叹息。
传统铀矿开采需要炸山凿井、粉碎矿石,产生大量放射性废渣,而这些砂岩型铀矿品位低(0.01%-0.05%)、埋藏深,按照国际开采标准,这巨量铀矿实为无开采价值的“呆矿”。
转机在2023年降临。中核科学家苏学斌带队攻破“两高两低”魔咒:针对高碳酸盐、高矿化度、低渗透、低品位矿床,创新采用二氧化碳+氧气的混合溶剂配方,当第一份实验室报告显示浸出率达92%,白发苍苍的老教授们相拥而泣。
如果将这个技术落地,意味着鄂尔多斯盆地将变成“铀矿银行”,足够支撑中国核电40年需求,中国不仅能将铀资源命脉牢牢握在自己手中,也能震慑美澳“铀矿联盟”。
2024年7月12日,当第一铲沙土在鄂尔多斯扬起时,外国专家曾断言:“铀矿建设周期至少五年”。
然而中国向来最喜欢“打外国学者的脸"。
中核集团“国铀一号”示范工程,采用的第三代地浸采铀技术,只需在地面钻出碗口粗的注液井,将二氧化碳和氧气溶于水制成“特制溶剂”,注入地下矿层。溶剂像智能导航般精准包裹铀矿物,溶解成含铀溶液后,再从相邻的抽液井泵回地表。
而整个过程不破坏草场,牧民甚至能在作业区继续放牧。
在北京的中国铀业总部,工程师通过大屏幕实时观测着地下矿层的“CT影像”:注液压力、铀浓度曲线、地下水温等3000多项数据每秒刷新。
发现异常时,智能系统自动生成优化方案,工程师轻点“一键采铀”指令,千里之外的矿场立刻调整算法参数:矿层局部浸出不足,立即增开注液井;若铀浓度异常波动,10秒内锁定堵塞点并启动反冲洗程序。
在“数字建井”和“可视化浸出”两大核心技术下,曾经被判死刑的“呆矿”,正在变身支撑核电机组的“能量心脏”,甚至相比传统工艺,铀浸出效率提升100%,资源回收率从65%跃升至85%。
技术红利正快速外溢
中国铀业2024年研发投入激增28%,新增50项专利覆盖数字建模、浸出剂配方、远程控制等环节。沈阳鼓风机集团为项目定制的耐腐蚀泵,寿命比进口设备延长2倍;上海核工院开发的铀浓度在线检测仪,精度达到0.1ppm,比国际标准提升10倍。
这些装备已开始出口哈萨克斯坦,反向打入西方垄断市场。
随着“国铀一号”项目开工仅一年就产出首桶铀,项目技术将加速推广到松辽、二连、伊犁等北方铀资源丰富地区,支撑建成千吨级铀矿大基地,全面保障核电发展需求。
更大的战略意义在于,一方面,该技术是我国完全自主知识产权的地浸采铀体系,核工业全产业链安全;另一方面,也有助于我国国防领域的建设。
一艘10万吨级核航母全寿命周期需消耗约4吨高浓缩铀,“国铀一号”的量产,足以支撑多艘核航母同时运行,甚至军迷热议的057型核动力驱逐舰也会随之迎来曙光。
站在鄂尔多斯基地的观景台远眺,这些设备每年将3万吨二氧化碳注入地下的同时,也把曾经“卡脖子”的铀资源源源不断输送至国家能源网络。
铀矿自给率从30%跃升至70%,改变的不仅是能源安全系数,更是中国在全球核工业版图中的地位。当中核集团将“国铀一号”技术输出至“一带一路”沿线国家时,中国标准将成为全球铀矿开发的新标杆。