基于电解水驱动的铀矿地浸-储氢-CO2封存系统与方法

本发明涉及金属矿溶浸开采，尤其涉及一种基于电解水驱动的铀矿地浸-储氢-co2封存系统与方法。

背景技术：

1、铀作为重要的战略性资源和核工业发展的浸出，被广泛用于核潜艇、核电站、核武器制造等领域，我国目前常用原位浸出法开采铀资源，该方法是将溶浸剂直接注入深埋原位铀矿层中，使其在渗透过程中氧化、溶解铀矿物，生成含铀化合物溶液，再经抽液井泵送至地表的技术。其中常用的浸出方法根据溶浸剂的不同分为酸性浸出、碱性浸出和中性浸出。由于酸性浸出面临严重的地下水污染问题，碱性浸出浸出率低等原因，中性浸出具有低成本、短周期、沉淀堵塞少、对环境和仪器设备友好等优点在目前铀矿的开采中被广泛应用。中性浸出主要是以co2、o2为溶浸剂，o2属于氧化剂负责将稳定的u4+氧化为不稳定的u6+，而co2的作用是浸出，其溶于水后会生成hco3-，再与u6+反应形成可溶性碳酸铀酰离子。在进行中性浸出时也会消耗大量的o2作为溶浸剂，同时为了构建清洁低碳安全高效的能源体系，氢气储能目前受到了广泛的关注。氢能具有可再生、高能量密度、清洁、低碳等优点，而且在其燃烧使用过程中无污染物产生，被称为最清洁的能源，在未来可能成为替代化石燃料的有效能源，因此，实现高储氢密度、低成本以及安全高效的大规模储氢，这将对推动我国氢能产业的发展十分重要。随着工业高速发展，还引发了化石燃料产生的大量co2使问题突出问题，co2是目前一项重要和热点的研究，有效的实现co2封存对于实现碳达峰和碳中和目标具有重要的意义。

2、本发明将电解水和砂岩铀矿中性浸出联系起来，利用电解水产生的o2作为砂岩铀矿溶浸剂的一部分，产生的氢气进行储能，同时在浸出时仅仅注入co2，既实现了矿石的浸出，又实现了氢气的储能和co2的封存，对矿产资源的加工提取、减缓气候变化、提高能源利用效率、促进可再生能源利用有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于电解水驱动的铀矿地浸-储氢-co2封存系统与方法，实现氢气储能、砂岩铀矿中性浸出和co2封存为一体，对可持续能源和应对气候变化发挥有一定的作用，有助于实现更可持续、清洁的能源体系，最终能够为砂岩铀矿浸出提供参考。

2、为解决上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于电解水驱动的铀矿地浸-储氢-co2封存系统，包括电解水体系、砂岩铀矿浸出体系、h2收集体系和智能调控体系；

4、所述电解水体系包括水箱、流量表、水泵车、电解池、液位计、阴极棒、阳极棒、电源、发电装置、变压器、o2输送管、h2输送管和密封盖，所述水箱通过管道连接水泵车，水泵车通过管道连接电解池，所述电解池内插入阳极棒和阴极棒，所述阳极棒和阴极棒分别连接电源的正极和负极，所述电源通过变压器连接发电装置，所述阳极棒上方产生的o2通过o2输送管经泵送电机泵送至砂岩铀矿浸出体系，所述阴极棒上方产生的h2通过h2输送管直接输送至h2储罐，所述电解池上部盖有密封盖，所述电解池侧壁安装液位计；

5、所述砂岩铀矿浸出体系包括co2储罐、活性炭组件、气密阀门、溶液阀门、高温加热装置、液压杆、集液罐、蠕动泵、回流液口、储液罐、出液口、温度传感器、应力传感器、离子浓度传感器和ph传感器，所述co2储罐通过co2输送管经泵送电机泵送至高温加热器内，所述高温加热器置于三轴压力机内，高温加热器表面和三轴压力机内壁之间设置液压杆，所述高温加热器上表面接入o2输送管、co2输送管和液体流入管道，所述高温加热器下表面开口连接液体流出管道，所述高温加热器相对的侧壁上部距离顶部0.1-0.2m处，分别安装温度传感器和离子浓度传感器，所述高温加热器相对的侧壁下部距离顶部0.1-0.2m处，分别安装应力传感器和ph传感器，所述高温加热器内填入砂岩铀矿，所述液体流出管道连接集液罐，所述集液罐下部出口通过蠕动泵连接至储液罐顶部的回流液口，所述储液罐下部的出液口通过液体流入管道连接至高温加热器顶部；

6、所述h2收集体系包括h2输送管和h2储罐，所述h2输送管将电解水体系中阴极棒上方产生的h2输送至h2储罐；

7、所述智能监测体系包括数据集控可视化终端，所述数据集控可视化终端与泵送电机、变压器、流量表、溶液阀门、气体阀门、蠕动泵、三轴压力机、高温加热装置通过信号传输线相连接，实现总系统的智能调控功能。

8、所述连接水箱和水泵车的管道上设置流量表。

9、所述o2输送管上设置活性炭组件，所述o2输送管和co2输送管末端设置气体阀门。

10、所述液体流入管道和液体流出管道上设置溶液阀门。

11、所述高温加热器和三轴压力机组成砂岩铀矿浸出装置，模拟砂岩铀矿原位浸出中的高温高压环境。

12、所述液位计安装在电解池侧壁1/2高度处。

13、所述ph传感器和离子浓度传感器垂直间距0.4-0.6m，所述应力传感器和温度传感器垂直间距0.4-0.6m。

14、该系统的应用方法，包括步骤如下：

15、s1、将水箱和水泵车与电解池相连，在水箱中装满水，通过水泵车向电解池中注入水，电解池中水的高度不低于电解池高度的2/3，同时确保o2输送管、co2输送管、h2输送管以及液体流入管道和液体流出管道干燥洁净，将三轴压力机加载到预定的压力，高温加热器加热到预定的温度；

16、s2、开启发电装置，将电解池通电进行电解水制氧气和氢气，氧气通过o2输送管经过活性炭组件净化后，再通过泵送电机输送至高温加热器的砂岩铀矿中，电解产生的h2通过管道输送至h2储罐中，实现氢气储能；

17、s3、储液罐中的溶浸液、步骤s2中产生的o2和co2储罐中的co2均通过泵送电机输送至砂岩铀矿中，与矿石反应后的浸出液再通过高温加热器底部的溶液阀门流出，实现铀矿石的浸出和co2的封存；

18、s4、步骤s3经高温加热器底部流出的溶液进入集液罐中，再通过蠕动泵输送至回流液口进入到储液罐中，储液罐中溶液经过出液口、泵送电机和溶液阀门重新进入砂岩铀矿中，实现溶浸液的循环使用，直到砂岩铀矿中离子浓度传感器检测不到铀离子浓度时停止循环；

19、s5、在整个浸出过程中，所有的阀门、泵送电机、蠕动泵、液位计、高温加热器、三轴压力机、变压器、温度传感器、应力传感器和ph传感器都通过信号传输线与数据集控可视化终端相连接，进行整个系统的调控，从而实现h2储存、co2封存和铀矿石浸出协调有序进行。

20、所述信号传输线通过吊线架固定。

21、上述电解池中安装有液位计，当水消耗下降到一定液面时，会触发液位计，通过智能监测系统将水箱中的水通过水泵车输送到电解池中，实现水源的稳定供应。

22、发电装置与变压器和电源连接，向电解池中供电，变压器与数据集控可视化终端相连接，可实现电压的控制，进而实现o2、co2气体电解量的控制。电解池上部用密封盖封住，防止反应气体泄漏。

23、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

24、上述方案，通过将电解水工艺与砂岩铀矿浸出工艺相结合，可以同时实现砂岩铀矿浸出、h2储存和co2封存，对矿产资源的加工提取、减缓气候变化、提高能源利用效率、促进可再生能源利用有重要的意义。