鈾礦浸出的分形動(dòng)力學(xué)研究

趙賀永，李麗紅，曾桂忠，劉予成

（1.文山學(xué)院 生化系， 云南 文山縣 663000；2.文山學(xué)院 初等教育系， 云南 文山縣 663000）

當(dāng)今世界易開(kāi)采的鈾礦資源日益減少，特別對(duì)于硬巖性鈾礦，原礦品位越來(lái)越低，性質(zhì)也越來(lái)越復(fù)雜，給礦石的開(kāi)采和選礦工藝均造成較大困難，如何充分地利用現(xiàn)有的低品位礦產(chǎn)資源，顯得日益迫切。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，建立了硬巖鈾礦浸出的分形動(dòng)力學(xué)模型。

1 分形動(dòng)力學(xué)

有反應(yīng)核模型公式［1］：A（溶浸液）＋bB（反應(yīng)物固態(tài)）→生成物。

有crank－ginstling－braunshtein的簡(jiǎn)化模型：

通過(guò)公式（1）可以得出：

式中，m為反應(yīng)物的相對(duì)分子量，c為溶液的濃度，d為反應(yīng)物直徑，b為化學(xué)計(jì)量系數(shù)，ρ為反應(yīng)物密度，r為反應(yīng)物起始直徑，xt為t時(shí)刻的反應(yīng)率。令k＝2mdct／3bρr2，得到動(dòng)力學(xué)方程為：

其中，k與分維值D為線性關(guān)系。

2 試驗(yàn)研究

2.1 礦石的性質(zhì)

某 鈾 礦 石 中 U 0.134%、SiO275.8%、MnO 0.08%、Fe2O31.01%、FeO 0.78%、Al2O310.76%、CaO 0.26%、MgO 0.35%，結(jié)果表明，礦石中Fe2O3含量大于FeO含量，礦石的氧化性較好。鋁含量較高，CaO、MgO含量較低。

2.2 實(shí)驗(yàn)礦石的組成

2.3 試驗(yàn)參數(shù)的確定

溶浸液硫酸濃度為25g／L，布液強(qiáng)度20.0 L／（m2·h）；浸出時(shí)間30d；液固質(zhì)量比為1.52∶1；浸出pH 值為2±0.5［2－5］。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到圖1所示的曲線。

圖1 浸出液鈾濃度與浸出時(shí)間的關(guān)系

通過(guò)圖1可以看出，隨著分維值的增大，浸出液鈾濃度增加，在第3d時(shí)，不同分維值浸出液的鈾濃度都達(dá)到最大值，隨著實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)，到15d時(shí)，鈾濃度變化的幅度趨于變緩，15d后，鈾濃度曲線變得非常平滑。

通過(guò)分形動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)據(jù)的模擬，模擬結(jié)果見(jiàn)圖2～圖7。

從圖8可以得出直線的斜率為：0.008，可以得出直線的方程為：k＝0.008D＋0.009，把公式k＝0.008D＋0.009代入式（3）中，可以得到不同分維值的動(dòng)力學(xué)方程的通用式：1－3（1－xt）2／3＋2（1－xt）＝（0.008D＋0.009）t。

圖2 分維值1.1的擬合

圖3 分維值1.4的擬合

圖4 分維值1.7的擬合

圖5 分維值2.0的擬合

圖6 分維值2.3的擬合

圖7 分維值2.6的擬合

圖8 分維值D與每個(gè)分維值動(dòng)力學(xué)參數(shù)k的關(guān)系

4 結(jié) 論

鈾礦石分維值在1.7～2.3時(shí)，其浸出率比較高，因此，實(shí)際的應(yīng)用中，礦石破碎時(shí)分維值應(yīng)該在1.7～2.3之間。

通過(guò)數(shù)據(jù)的處理得出了不同分維值的動(dòng)力學(xué)的參數(shù)，運(yùn)用這些參數(shù)，得出不同分維值的動(dòng)力學(xué)公式，通過(guò)這些動(dòng)力學(xué)公式的比較，得出隨著礦石分維值的增加，動(dòng)力學(xué)的斜率增加，在y的截距也增大。并且得出了分維值D與每個(gè)分維值動(dòng)力學(xué)參數(shù)k的關(guān)系，通過(guò)這個(gè)關(guān)系式，建立了分維值的通用動(dòng)力學(xué)方程：1－3（1－xt）2／3＋2（1－xt）＝（0.008D＋0.009）t。

［1］ Ekinci Z.Technical Note Leaching Kinetics of Sphalrite with Pyrite in Chlorine Saturated Water［J］.Minerals Engineer，1998，11（3）：279－283.

［2］ 趙賀永，李麗紅.不同分維值的鈾礦浸出研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2013（5）.

［3］ 張曉文，等.贛州鈾礦某礦石高柱浸出性能研究［J］.中國(guó)礦業(yè)，2003，12（8）：62－64.

［4］ 王小波，等.某鈾礦床礦石高柱浸出性能研究［J］.中國(guó)礦業(yè)，2009，18（12）：72－75.

［5］ 王昌漢.浸鈾方法中礦石塊度及其組成的確定原則［J］.中國(guó)核科技報(bào)告，1998（S6）：1－8.