新疆某含鈾多金屬礦浸鈾工藝研究

趙 春，張 霖，李清海，鄭元澤，王清良，胡鄂明，王國全

(1.核工業二一六大隊, 新疆 烏魯木齊 830011;2.南華大學核資源與核燃料工程學院,湖南 衡陽 421001;3.新疆維吾爾自治區輻射環境監督站, 新疆 烏魯木齊 830011)

近年來，國內很多學者對鈾礦開采進行了大量研究，主要圍繞地浸、堆浸等工藝開展了大量的室內攪拌浸出、柱浸、槽浸、滲濾浸出等試驗。我國目前約70%采用堆浸工藝進行生產，堆浸工藝以其工藝簡單，投資少，見效快，管理簡單，浸出成本低，適用于較低品位鈾礦石浸出，相對于傳統鈾水冶工藝環境污染較少等優點，占據我國天然鈾礦生產的主要份額[1-4]。影響堆浸浸出率的因素很多，包括礦石粒度、酸濃度、氧化劑種類及濃度、液固比、噴淋強度等[4-6]。本文是針對新疆某含鈾多金屬礦的礦石特征，為開發利用我國不同類型的鈾礦資源，以滿足核電快速發展對天然鈾的巨大需求，為將來堆浸工藝技術的實施開展室內攪拌浸出和柱浸試驗，以獲取相關參數。

1 礦石成分

試驗礦樣采集于新疆某鈾礦床，礦石為次生礦，已采出并放置地表多年，均為塊狀，最大粒度約200mm。制樣時，先人工把大塊礦樣敲碎至-80 mm，然后進行破碎、混勻、縮分、細磨和取樣，分析結果見表1。

表1 礦樣化學分析結果/%

表1數據表明，礦石中CaO含量較高，達到4.80%，酸法浸出時酸耗可能較高；礦石中有一定量的F，在進行浸出液后處理工藝過程中需要予以考慮；BeO含量較高，具有開發利用價值，在浸鈾工藝中需要考慮BeO的浸出行為，但此工藝暫不考慮其浸出與回收工藝。

2 攪拌浸出試驗

2.1 試驗方法

礦石破碎、細磨后控制粒度為-65目，每次稱取礦樣100g于500mL三角瓶中，配制溶浸液，控制一定液固比，調節搖床轉速210 r·p·m，控制一定溫度，進行震蕩攪拌浸出。浸出結束后，進行真空抽濾，濾渣用pH=2的酸化水再制漿洗滌兩次，每次酸化水用量為100mL，并分別進行真空抽濾，兩次洗液合并。浸出液和洗液分別測量其體積、Eh、pH和分析U。浸出渣烘干，細磨后分析渣的U品位。

2.2 試驗結果

2.2.1 酸度對浸出效果影響

選擇浸出條件：浸出時間6h，溫度37℃，液固比3∶1，進行了不同溶浸液酸度對浸出效果影響試驗，結果見表2。

由表2數據可知：①該礦石浸出性能較好，在一定溶浸液酸度條件下金屬鈾浸出率大于90%；②溶浸液酸度對金屬鈾浸出率有較大影響，隨著溶浸液酸度增加，金屬鈾浸出率升高。

2.2.2 液固比對浸出效果影響

選擇浸出條件：浸出時間4h，溫度37℃，硫酸濃度30 g·L-1，進行了液固比對浸出效果影響試驗，結果見表3。

表3數據表明，液固比對金屬鈾浸出率影響不大，可以選擇較小的液固比以獲得較高U濃度的浸出液。

2.2.3 氧化劑對浸出效果影響

選擇浸出條件：浸出時間6h，溫度35℃，液固比3∶1，硫酸濃度30 g·L-1，進行了氧化劑對浸出效果影響試驗，結果見表4。

表4數據表明，加入不同種類氧化劑及濃度對金屬U的浸出效果影響不大，加氧化劑的金屬U浸出率與不加氧化劑條件相當。分析原因在于一方面礦石粒度較小，在浸出過程中，溫度為35℃作用條件下，礦石中的U4+可能被溶液中的溶解氧氧化；另外，礦石破碎和細磨過程中也可能導致礦石中的U4+被空氣中的氧氣氧化。

2.2.4 時間對浸出效果影響

選擇浸出條件：溫度35℃，液固比3∶1，硫酸濃度30 g·L-1，進行了時間對浸出效果影響試驗，結果見表5。

由表5可知，攪拌浸出4～24h時間范圍內，時間對鈾的浸出率影響不大，這進一步說明該礦石浸出性能好。

2.2.5 大樣驗證試驗結果

為了進一步驗證上述攪拌浸出試驗所得到的各項參數的可靠性和礦石的浸出性能，設計了500g礦樣在常溫下的攪拌試驗。浸出條件為：浸出時間6h，液固比為3∶1，溶浸液為30 g·L-1H2SO4，不加氧化劑，浸出試驗結果見表6、表7。

表2 酸度對浸出效果影響試驗結果

表3 液固比對浸出效果影響試驗結果

表4 氧化劑對浸出效果影響試驗結果

表5 時間對浸出效果影響試驗結果

表6 大樣浸出試驗結果

表7 大樣浸出試驗前后主要成分的變化

從表6可以看出：在選定的試驗條件下,大樣浸出效果與前面浸出效果吻合,金屬鈾浸出率達到88.5%；該礦石浸出性能尚好，在一定酸度、浸出時間和液固比條件下可以獲得較好浸出率，耗酸約9%。

從表7可以看出：礦樣被酸浸出后除了U近90%浸出外，Fe2O3、FeO、CaO、MgO和F均有大部分被浸出，Al2O3和Mo小部分被浸出，BeO 和As則很少被浸出，SiO2幾乎不被浸出，并隨其他元素的大量浸出使得渣總質量減少，其相對百分含量反而由原礦的69.39%升高至71.49%。

3 柱浸試驗

3.1 試驗方法

將礦石破碎至不同粒度，按柱浸試驗裝置圖1進行安裝、連接，將礦石稱重后裝入浸出柱(5)中。浸出前用清水潤濕礦石，然后溶浸液從高位槽(1)噴淋，噴淋時溶液經布液板(3)分散后淋浸礦石(4)，溶液噴淋強度由閥門(2)進行控制，溶液經過礦石層后由過濾層進入集液管(7)收集在集液槽(8)中。從集液槽中取浸出液，計量溶液體積，分析溶液U濃度、pH、Eh。當浸出液U濃度低于30mg/L時，結束柱浸試驗，用清水洗滌、瀝干，渣卸出后烘干、縮分、破磨，分析U品位。

1-高位槽；2-閥門；3-布液板；4-礦樣；5-浸出柱；6-過濾層；7-集液管；8-集液槽

3.2 柱浸試驗結果

柱浸試驗條件和主要結果列于表8，柱浸試驗結果見圖2～圖7。

從表8和圖2～圖7可知：

1)該礦床礦石浸出性能尚好，適宜酸法浸出，酸法浸出金屬浸出率均高于85%；礦石因CaO含量較高，酸耗為9%～13%；堿法浸出效果較差，金屬浸出率僅為65.4%。

2)柱浸試驗礦石粒度對浸出效果有較大影響，小粒級礦石浸出率高，浸出周期短，浸出液平均鈾濃度和最大鈾濃度高，液固比較小，但酸耗較高。

3)裝柱礦層高度對浸出效果有一定影響，礦層高度越大，浸出液平均鈾濃度和最大鈾濃度高，酸耗較低，液固比較小。為了提高堆浸技術經濟指標，生產實際中可考慮增加堆高或串聯浸出。

4)浸出曲線均顯示，浸出規律基本相似，浸出初期浸出U速度快、耗酸大、浸出液U濃度高，以后逐漸降低。曲線中平緩階段時間長，導致浸出周期長。根據平緩段時間長、U濃度低的特點，在該階段可考慮改變浸出條件，比如淋、停交替作業以及翻堆等是可以選擇的方案。

表8 柱浸試驗參數及結果

圖2 柱1浸出試驗結果

圖3 柱2浸出試驗結果

圖4 柱3浸出試驗結果

圖5 柱4浸出試驗結果

圖6 柱5浸出試驗結果

圖7 柱6浸出試驗結果

4 結論

1)該礦石適合酸法浸出，浸出性能好，屬易浸礦石；礦石中CaO含量高導致酸耗較高，達到9%以上；酸法浸鈾過程中BeO浸出很少，可考慮對浸鈾渣進行BeO的提取。

2)礦石粒度對浸出效果有較大影響，小粒級礦石浸出率高，浸出周期短，液固比較小，但酸耗較高。生產實踐中應根據現場實際條件，綜合礦石破碎成本，選擇合適礦石粒度。

3)礦層高度對浸出效果有一定影響，礦層高度越大，浸出液平均鈾濃度和最大鈾濃度高，酸耗較低，液固比較小。為了提高堆浸技術經濟指標，生產實際中可考慮增加堆高或串聯浸出。根據浸出曲線，還可考慮在浸出中后期改變浸出條件，比如淋、停交替作業以及翻堆等是可以選擇的方案。

[1] 姚益軒,葛加明,蘇學斌,等. 新疆某礦床酸法地浸采鈾現場試驗[J].鈾礦冶,2004, 23 (3):119-124.

[2] 樊保團,孟運生,劉建,等. 贛州鈾礦草桃背分礦細菌堆浸工業試驗[J].鈾礦冶,2002, 21 (2):67-73.

[3] Mufioz J A, GonzBlez F, Blizquez M L, et al. A study of the bioleaching of a Spanish uranium ore. Part I:A review of the bacterial leaching in the treatment of uranium ores[J]. Hydrometallurgy, 1995,38: 39-57.

[4] 張曉文,鐘永明,謝國森 等.低品位硬巖鈾礦石的高柱浸出試驗[J].礦冶,2004,13(2)：17-19.

[5] 李尚遠.鈾、金、銅礦石堆浸原理與實踐[M].北京:原子能出版社,1997.

[6] 王昌漢.溶浸采鈾(礦)[M].北京:原子能出版社,1998.