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      中國(guó)鈾礦開(kāi)采提煉史話(huà)

      2015-09-10 07:22:44湯志成
      兵器知識(shí) 2015年2期
      關(guān)鍵詞:土法金銀鈾礦

      湯志成

      1955年在全國(guó)范圍內(nèi)大面積展開(kāi)的鈾礦勘察活動(dòng)取得豐碩成果,在湖南郴縣(現(xiàn)郴州市)金銀寨及其它許多地方發(fā)現(xiàn)了鈾礦床。順理成章地,建設(shè)礦山,開(kāi)采、冶煉鈾礦緊接著就被中國(guó)政府提上了議事日程。最初中方提出了一邊找鈾礦、一邊建設(shè)礦山的思路,但蘇聯(lián)人認(rèn)為,這樣做既冒險(xiǎn)又不合乎邏輯。不合邏輯倒還好理解,何謂冒險(xiǎn)呢?原來(lái)蘇聯(lián)在這方面有過(guò)教訓(xùn),交過(guò)學(xué)費(fèi):好不容易將礦山建起來(lái)了,但儲(chǔ)量卻只有少得可憐的幾噸,最后不得不將礦山關(guān)閉。然而,建設(shè)礦山有個(gè)過(guò)程,需要時(shí)間,中國(guó)不愿等,也等不起。有條件要上,沒(méi)有條件創(chuàng)造條件也要上,于是乎,一場(chǎng)土法開(kāi)采、冶煉鈾礦的熱潮在全國(guó)各地迅速興起。

      探明金銀寨鈾礦儲(chǔ)量

      要制造原子彈,要發(fā)展核工業(yè),沒(méi)有裂變材料不行,沒(méi)有鈾礦資源不行。而蘇聯(lián)援助中國(guó)核工業(yè)的前提,恰恰是中國(guó)必須具備一定的鈾礦儲(chǔ)量。蘇聯(lián)的態(tài)度是明確的,只有中國(guó)的鈾礦儲(chǔ)量達(dá)到相應(yīng)的規(guī)模,蘇、中兩國(guó)才能談判蘇聯(lián)援建后續(xù)核工廠(chǎng)、實(shí)驗(yàn)室諸項(xiàng)目以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成時(shí)間、設(shè)備交付期限等具體事宜。鑒此,分管核工業(yè)的第三機(jī)械工業(yè)部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)三機(jī)部)決定,啟動(dòng)核工業(yè)設(shè)計(jì)需要的鈾礦儲(chǔ)量,由勘探程度較好的金銀寨提供。而為在1957年6月底前完成金銀寨鈾礦儲(chǔ)量的勘探任務(wù),地質(zhì)部派出分管鈾礦地質(zhì)勘探的第三局副局長(zhǎng)張華坐鎮(zhèn)金銀寨指揮,并由2名蘇聯(lián)地質(zhì)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

      然而,金銀寨的鈾源體是花崗巖,異常堅(jiān)硬,給鉆探工作帶來(lái)極大困難。

      一是不容易下鉆,下鉆了難以打進(jìn)去,打進(jìn)去后又經(jīng)常卡鉆。為解決這個(gè)問(wèn)題,三局專(zhuān)門(mén)從蘇聯(lián)請(qǐng)了一個(gè)有三十年鉆探經(jīng)驗(yàn)的鉆探專(zhuān)家古德耶夫來(lái)助陣。不曾想古德耶夫雖是個(gè)老鉆工,鉆探經(jīng)驗(yàn)豐富,但他的經(jīng)驗(yàn)是鉆砂巖的經(jīng)驗(yàn),而不是鉆合成巖、變質(zhì)巖的經(jīng)驗(yàn)。面對(duì)金銀寨的花崗巖,古德耶夫也是一籌莫展。但古德耶夫這個(gè)老頭也很倔,下不了鉆打不了眼就生悶氣,就在鉆機(jī)上不下來(lái),甚至不吃飯。無(wú)奈張華只得時(shí)不時(shí)跟他談心,做他的思想工作,勸他吃飯,幫他克服急躁、沮喪情緒。

      二是鋼釬釬頭損耗嚴(yán)重。在鉆探過(guò)程中,盡管使用的是當(dāng)時(shí)鑿巖能力較強(qiáng)的鎢合金釬頭,但也經(jīng)常出現(xiàn)打不進(jìn)去的現(xiàn)象,有時(shí)候終于打進(jìn)去了,卻鉆不了幾厘米,釬頭就壞掉了,導(dǎo)致釬頭的消耗量很大,前進(jìn)的成本很高。然而,一方面,釬頭供應(yīng)量有限,用完了就得停工;另一方面,國(guó)家規(guī)定了造價(jià),前進(jìn)一米只能花多少錢(qián),超支了就沒(méi)辦法??紤]到7月1日前必須完成探明鈾礦儲(chǔ)量的期限,三局心急如焚,只得利用一次去北京開(kāi)會(huì)的機(jī)會(huì),讓金銀寨鈾礦副礦長(zhǎng)劉寬帶上幾塊金銀寨花崗巖巖心,在會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)用帶來(lái)的花崗巖巖心楞角進(jìn)行劃玻璃的演示,用事實(shí)獲得了增加鋼釬釬頭數(shù)量和增加工程造價(jià)預(yù)算的首肯。

      功夫不負(fù)有心人。1957年6月,一份關(guān)于金銀寨鈾礦儲(chǔ)量的報(bào)告送到北京。金銀寨鈾礦床鉆探的結(jié)果表明,中國(guó)的鈾礦儲(chǔ)量滿(mǎn)足了蘇聯(lián)提出的援助條件,鈾礦礦山和水冶廠(chǎng)的設(shè)計(jì)工作終于可以在當(dāng)年下半年正式啟動(dòng)。

      采礦工人的奉獻(xiàn)

      從1958年4月29日開(kāi)始,采礦隊(duì)伍陸續(xù)抵達(dá)金銀寨礦區(qū),人數(shù)一度達(dá)到了2500人左右。由于金銀寨是一個(gè)亙古莽荒之地,位置偏遠(yuǎn),道路不通,因而集中解決大量礦工的住宿和生活問(wèn)題十分困難。礦工們只得住在臨時(shí)搭起的帳篷里,每人分得3塊用作睡覺(jué)的窄木板。進(jìn)入金銀寨礦區(qū)后,礦工們先是經(jīng)歷梅雨季節(jié),天氣異常潮悶,鋪蓋卷整天都濕漉漉的。到了盛夏,天氣酷熱不說(shuō),蚊蟲(chóng)還特別多。面對(duì)這樣的氣候,那些來(lái)自北方的礦工有的不太適應(yīng),加以疾病蔓延,不少人打起了退堂鼓,但大多數(shù)還是堅(jiān)持了下來(lái)。

      礦工們的工作環(huán)境也十分惡劣。礦井里地下熱水的流量很大,導(dǎo)致井下氣溫較高,達(dá)48攝氏度,可謂熱氣騰騰,在這樣的環(huán)境中施工,穿衣服那是活受罪,得光著身子。而即使是光著身子,也還得用上面流下來(lái)的水不停地往身上沖,否則人在井下根本呆不住。更難耐的卻是思鄉(xiāng)之苦。住在金銀寨礦區(qū)的蘇聯(lián)專(zhuān)家不僅單獨(dú)住,單獨(dú)吃,而且都帶有家屬,可以定期到長(zhǎng)沙與家屬團(tuán)聚。但礦工們就享受不到這個(gè)待遇了,非但住宿條件差,工作環(huán)境惡劣,還長(zhǎng)期背井離鄉(xiāng),有時(shí)候一年只能回家一二次。

      土法煉鈾

      由于地殼中鈾含量約為0.0004%,少數(shù)富礦中鈾含量約為1%~4%,以化合物成礦,因此,為降低運(yùn)輸費(fèi)用,通常在礦山現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鈾礦石進(jìn)行粗煉,制成八氧化三鈾含量60%~80%的中間產(chǎn)品,俗稱(chēng)“黃餅”?!包S餅”已確定的成分包括重鈾酸鈉、重鈾酸氨、硫酸鈾、鈾的氫氧化物以及其它形式的鈾的氧化物?!包S餅”通常是粉碎后的天然鈾礦石經(jīng)多種溶液萃取、沉淀而來(lái)的。

      1958年,由于研究單位急需兩噸二氧化鈾做實(shí)驗(yàn),但正規(guī)的鈾礦和處理鈾礦石的工廠(chǎng)卻尚未建成,在這種情況下,三機(jī)部部長(zhǎng)宋任窮指示地質(zhì)部三局想辦法先制取一定數(shù)量的“黃餅”。據(jù)此,三局決定在廣東翁源下莊搞土法煉鈾。

      下莊是中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)的花崗巖型鈾礦床所在地,被蘇聯(lián)專(zhuān)家列別捷夫命名為希望礦化區(qū)。為將宋任窮部長(zhǎng)的指示精神落到實(shí)處,三局副局長(zhǎng)佟城率先趕到下莊,親自組織土法煉鈾工作。不到一個(gè)月時(shí)間,煉鈾設(shè)施就建成了。廠(chǎng)房是用樹(shù)皮、茅草和竹子搭起來(lái)的,廠(chǎng)房?jī)?nèi)并排豎立著幾個(gè)裝有硝酸、硫酸的大木桶。土法煉鈾的基本程序是:首先將碎礦倒入木桶中浸泡,浸溶一段時(shí)間后,讓浸液從第一個(gè)木桶依次流入第二個(gè)木桶、第三個(gè)木桶……最后流進(jìn)置于地下的容器中;這個(gè)過(guò)程完成之后,再將地下容器中的溶液倒回到第一個(gè)木桶中,進(jìn)入下一輪的循環(huán)。如此反復(fù)浸泡沉淀之后,就像磨豆腐一樣,將幾十個(gè)布袋懸空吊在另一個(gè)工棚內(nèi),用做豆腐的麻布包對(duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾,并將剩下的溶質(zhì)置于鐵窩中慢慢烤干,就得到八氧化三鈾含量20%~50%的“黃餅”。

      金銀寨及其它地方煉鈾的程序也與此類(lèi)似。在金銀寨礦區(qū),礦工們用鐵錘砸碎放在石臼中的礦石,然后用篩子篩出粉末,接著加酸浸出,濾斗過(guò)濾,電爐烤干。十來(lái)個(gè)人要足足干半個(gè)月,才能從幾十噸礦石中煉出很少的200克鈾來(lái)。在云南云滄鈾礦,一個(gè)副專(zhuān)員親自主持鈾礦的開(kāi)采與冶煉。在那里,年輕小伙子們首先用鎬將鈾礦石刨出,然后用碾糧食的碾子將鈾礦石碾碎,再通過(guò)強(qiáng)酸浸泡、豆腐包過(guò)濾、鐵窩煎熬等環(huán)節(jié),將鈾礦石制成“黃餅”。

      鈾礦冶煉“大躍進(jìn)”

      1958年,第三機(jī)械工業(yè)部改名為第二機(jī)械工業(yè)部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)二機(jī)部)。受大躍進(jìn)的感染,二機(jī)部提出了鈾礦勘探、開(kāi)采、冶煉要全民來(lái)辦的方針,該方針報(bào)經(jīng)中央批準(zhǔn)后開(kāi)始在全國(guó)推行,從而在全國(guó)掀起了大規(guī)模的鈾礦勘探、開(kāi)采、冶煉熱潮。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在金銀寨鈾礦建設(shè)前后,共有兩萬(wàn)余人的地質(zhì)隊(duì)伍在全國(guó)進(jìn)行大面積的普查,許多縣甚至人民公社都組建了地質(zhì)隊(duì)。在短短數(shù)月時(shí)間內(nèi),湖南、廣東、遼寧等地的農(nóng)民采礦大軍便將開(kāi)采基地近地表面的鈾礦石幾乎掃蕩一空。

      有資料表明,當(dāng)時(shí)全國(guó)共有117個(gè)小廠(chǎng)礦進(jìn)行鈾礦開(kāi)采、冶煉作業(yè),江西、湖南、云南、貴州等二十余個(gè)省區(qū)的農(nóng)民也被動(dòng)員起來(lái),用土法采礦并冶煉成“黃餅”。當(dāng)然,不可否認(rèn)的是,在此過(guò)程中,國(guó)家在經(jīng)濟(jì)上采取的傾斜政策也發(fā)揮了極大的作用,盡管有些土法煉就的“黃餅”八氧化三鈾含量?jī)H百分之十幾、二十幾,但國(guó)家當(dāng)時(shí)定出的價(jià)錢(qián)卻超過(guò)了黃金,每噸20來(lái)萬(wàn)元。

      據(jù)二機(jī)部常務(wù)副部長(zhǎng)劉杰回憶,二機(jī)部最初提出全民勘探、開(kāi)采、冶煉鈾礦方針時(shí),曾計(jì)劃推行三年左右,但實(shí)際上全民辦鈾礦的熱潮僅持續(xù)了一年多就慢慢降溫了,最后除留下下莊作為一個(gè)典型外,其它小礦絕大部分都被關(guān)閉了。

      建設(shè)鈾濃縮廠(chǎng)

      據(jù)二機(jī)部副部長(zhǎng)袁成隆回憶,通過(guò)全民辦鈾礦和土法煉鈾,國(guó)家共獲得“黃餅”163噸。這些“黃餅”在蘇聯(lián)后來(lái)毀約停援但我國(guó)鈾礦山及水冶廠(chǎng)一時(shí)又難以建成的情況下,為中國(guó)初期的核燃料生產(chǎn)提供了基本原料,從而為中國(guó)第一顆原子彈炸響贏得了時(shí)間。

      粗制成的“黃餅”尚需經(jīng)過(guò)精致、氟化、鈾同位素分離、還原等處理過(guò)程才能作為核武器裝料或供核電站發(fā)電。而在這一過(guò)程中,最困難的是將鈾從鈾同位素混合物中分離出來(lái)。鈾同位素分離需在專(zhuān)門(mén)的鈾濃縮廠(chǎng)進(jìn)行。因此,幾乎與鈾礦勘探在全國(guó)大面積展開(kāi)的同時(shí),中國(guó)也開(kāi)始了鈾濃縮廠(chǎng)的建設(shè)。

      1960年6月,蘭州鈾濃縮廠(chǎng)開(kāi)始進(jìn)入設(shè)備安裝階段。為加快進(jìn)度,更為節(jié)省經(jīng)費(fèi),蘭州鈾濃縮廠(chǎng)當(dāng)時(shí)安裝的是從蘇聯(lián)一個(gè)工廠(chǎng)淘汰下來(lái)的擴(kuò)散機(jī)。而據(jù)報(bào)道,蘭州鈾濃縮廠(chǎng)現(xiàn)在已不再采用氣體擴(kuò)散法而是采用離心分離法來(lái)生產(chǎn)濃縮鈾,使用的設(shè)備也不是擴(kuò)散機(jī),而是自行研制生產(chǎn)的離心機(jī)。中核集團(tuán)公司總工程師雷增光表示:“它(離心分離法)的耗電量大概相當(dāng)于擴(kuò)散法的二十五分之一,綜合成本降下來(lái)50%還要多?!?/p>

      氣體擴(kuò)散法與離心分離法的原料均為六氟化鈾(由專(zhuān)門(mén)工廠(chǎng)生產(chǎn)),所不同的是,氣體擴(kuò)散法是利用六氟化鈾在65℃就會(huì)氣化的特點(diǎn),不斷地將六氟化鈾氣體向有大量微孔(直徑約為0.01微米)的薄膜壓送。由于含鈾的氣體分子比含鈾的氣體分子輕,熱運(yùn)動(dòng)速度大,更容易通過(guò)薄膜,故而使鈾得到一定程度的富集;而離心分離法是將六氟化鈾置于高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中,含鈾的六氟化鈾分子比含鈾的六氟化鈾分子輕,受到的離心力小,通常聚集在軸線(xiàn)附近。這樣,從軸線(xiàn)附近引出氣流,亦可使鈾得到一定程度的富集。由于氣化后的六氟化鈾每擴(kuò)散一次僅使鈾的相對(duì)豐度提高百分之零點(diǎn)幾,故而要達(dá)到豐度90%以上的武器級(jí)鈾,往往需經(jīng)過(guò)幾千級(jí)的分離,如美國(guó)橡樹(shù)嶺的濃縮鈾廠(chǎng)就有4384個(gè)擴(kuò)散級(jí)。而采用離心分離法的一個(gè)大型的同位素離心機(jī)分離廠(chǎng)通常需要安裝一二百萬(wàn)臺(tái)離心機(jī)。

      在中蘇原子能工業(yè)援助協(xié)議指定的8個(gè)工業(yè)項(xiàng)目中,鈾濃縮廠(chǎng)光是主設(shè)備擴(kuò)散機(jī)就需要好幾千臺(tái),而每一臺(tái)擴(kuò)散機(jī)都價(jià)值不菲,自然最費(fèi)錢(qián),其投資規(guī)模差不多與其它7個(gè)項(xiàng)目投資總和相當(dāng)。正在建設(shè)的幾個(gè)核工廠(chǎng)中,蘭州鈾濃縮廠(chǎng)最為關(guān)鍵,蘇聯(lián)專(zhuān)家也最多,有近50人。因此,中蘇關(guān)系破裂對(duì)蘭州鈾濃縮廠(chǎng)建設(shè)帶來(lái)的困難和損失可想而知。其實(shí),早在中蘇矛盾公開(kāi)化之前,中方就已未雨綢繆,采取了一系列應(yīng)變措施,譬如組織力量進(jìn)行理論研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)等。技術(shù)人員利用蘇聯(lián)專(zhuān)家將撤未撤這段時(shí)間,一對(duì)一、多對(duì)一地開(kāi)展友好活動(dòng)和對(duì)口學(xué)習(xí),想方設(shè)法地弄清搞透以前不明白的問(wèn)題或以后可能遇到的難題。

      1964年1月14日11時(shí)05分,蘭州鈾濃縮廠(chǎng)首次生產(chǎn)出了豐度達(dá)到90%的可用于核武器裝料的鈾!

      [編輯/旭日]

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