提高某鈾礦鈾回收率的工藝改進措施

龍 清，劉安琴，于素芹，韓 偉，劉 輝

(1．中國國核海外鈾業有限公司，北京 100045；2．煙臺大學文經學院，山東 煙臺 264005；3．中國中原對外工程有限公司，北京100099；4．核工業北京化工冶金研究院，北京 101149)

提高某鈾礦鈾回收率的工藝改進措施

龍 清1，劉安琴2，于素芹1，韓 偉3，劉 輝4

(1．中國國核海外鈾業有限公司，北京 100045；2．煙臺大學文經學院，山東 煙臺 264005；3．中國中原對外工程有限公司，北京100099；4．核工業北京化工冶金研究院，北京 101149)

某鈾礦為常規水冶，投產運行開始鈾金屬回收率只有54.2%，而回收率是鈾礦冶工藝生產中的一項關乎企業利益的重要指標，因此，提高回收率成為最重要的工作。提高回收率的根本是減少鈾金屬損失，某鈾礦根據鈾金屬外排途徑統計出鈾金屬在各環節的損失情況。每個環節都開展了大量試驗研究并根據試驗結果采取相應措施，使回收率提高至目前的83.2%。在減少鈾金屬損失，提高回收率過程中采取的大部分措施成本低、效果顯著，但也有投入大，效果不夠理想的。本文針對某鈾礦水冶廠生產過程中在提高鈾回收率方面所做的工藝改進進行總結闡述和分析探討。

鈾損失；回收率；浸出率；洗滌效率；改進措施

某鈾礦常規水冶廠采用格子型球磨機磨礦，碳酸鈉+碳酸氫鈉(浸出劑)+高錳酸鉀(氧化劑)常壓加溫浸鈾，浸鈾礦漿經廂式隔膜壓濾機固液分離后得到浸出清液，離子交換法回收浸出液中的鈾，得到高濃度的鈾合格液，然后用片堿進行中和沉淀，沉淀所得的漿體經板框壓濾機過濾后干燥至含水率2%～3%，得到該鈾礦的最終產品重鈾酸鈉。在這個過程中要求鈾金屬浸出率90%以上，鈾回收率達到87%以上。

如果鈾回收率低，不僅使企業的經濟效益降低，而且會導致排放的廢水、廢渣等放射物超標，影響和危害環境。 礦石中任何金屬提取工藝中，回收率都是一項至關重要的指標，因為回收率體現了資源利用率，關系到企業的經濟效益，鈾礦冶工藝也不例外[1]。如果鈾金屬回收率低，不僅使企業的經濟效益降低，而且會導致排放的廢水、廢渣等放射物超標，影響和危害環境。某鈾礦采用常規堿法水冶工藝處理礦石，投產運行初期鈾回收率僅有54.2%，離要求的87%鈾回收率相差甚遠。在分析鈾損失途徑的基礎上，對相關環節的操作和工藝做了改進，使鈾回收率大幅提高，達到了83.2%。為此，筆者結合某鈾礦在實際生產中就提高鈾回收率做的工藝改進進行分析與探討。

1 鈾損失途徑分析

鈾的損失與外排途徑密切相關，根據某鈾礦鈾水冶流程圖[2]，繪制鈾在水冶工藝流程中的行徑，見圖1。從圖1中可以看出鈾主要通過尾渣、轉型尾液、沉淀母液、吸附尾液4條主要途徑外排，實際生產中尾液基本循環利用，而轉型尾液主要用尾液配制，所以外排的轉型尾液包含了吸附尾液，其中通過尾渣外排的鈾包括尾渣礦石中未浸出的鈾和尾渣水分夾帶的鈾。

2 鈾回收率及損失分布

結合圖1，統計鈾在流程中各環節的損失占比，見表1。從表1可以看出不同生產時間段鈾回收率及損失情況，損失的鈾主要分布于尾渣礦石及尾渣液相、轉型尾液、沉淀母液及其他難以統計的損失。將無法統計的損失列為統計誤差及其他損失，例如跑冒滴漏或清塔造成的鈾金屬損失等不正常且不穩定，難以統計確切數字，只能通過總鈾質量減去可統計鈾質量獲得，這個過程又難免有統計誤差，因此，將此類損失列為“統計誤差及其他損失”。

圖1 某鈾礦鈾金屬外排途徑示意圖

表1 某鈾礦不同時間段回收率及金屬損失分布情況

3 原因分析

3.1鈾在尾渣中的損失

尾渣中鈾的含量與浸出率有關，浸出率越高，尾渣鈾含量越少；尾渣液相中鈾的含量與板框洗滌效率有關，洗滌效率越高，尾渣液相中所含鈾越少。因此，將鈾浸出率與洗滌效率作為影響尾渣中的鈾損失的主要因素進行分析。

3.1.1 鈾浸出率

對浸出參數的控制上進行逐一分析。串聯浸出的7個槽中，末槽為冷卻槽，實際僅有6個槽在加熱，首槽溫度也只有84℃，其浸出溫度遠遠低于要求的92℃。其他浸出條件，包括浸出試劑用量、浸出時間、礦石粒度等的控制符合工藝要求。該礦石浸出性能表明，浸出溫度對鈾浸出率的影響明顯。因此，提高并嚴格控制浸出溫度是提高鈾浸出率的有效措施。

3.1.2 洗滌效率

尾渣液相中的鈾是浸出后損失最大的部分，通過計算未渣未水洗品位與水洗后品位之差可知是由于濾餅洗滌效率差造成的。尾渣液相中殘留的鈾與濾餅含水率及殘留鈾濃度有關，未渣液相殘留鈾濃度相當于第三次洗滌液(以下簡稱“三洗液”)終點鈾濃度，三洗液終點鈾濃度又與洗滌時間、濾布、壓榨時間等參數有關，現場對每項參數都進行了大量生產試驗，試驗結果見表2和圖2。

表2 濾餅洗滌效率試驗結果

圖2 某鈾礦三洗液ρ(U)與濾餅洗滌效率

試驗結論，如下所示。

1)濾餅含水率。2011年4月份在新設備情況下考察平均濾餅含水率22.9%，且極少能控制含水率18%以下。從表2看出，2014年濾餅平均含水率僅為17.4%，濾餅含水率很少超過20%，基本可以認為濾餅含水率較低且均勻。

2)三洗液ρ(U)對洗滌效率的影響。從圖2看出，三洗液ρ(U)越高，濾餅洗滌效率越低，相應尾渣液相中鈾損失占比也越大。根據試驗情況對影響洗滌效率的因素作如下分析。①濾布洗滌與否對濾餅洗滌效率的影響分析。從表2看出新洗滌濾布和新濾布濾餅洗滌效率都優于使用7d未洗滌的濾布。同一進料洗滌條件下，3臺新洗滌濾布板框的平均濾餅洗滌效率為65.28%，尾渣液相中鈾損失為7.56%；而5板未洗滌濾布板框的平均濾餅洗滌效率為47.12%，尾渣液相中鈾損失高達11.67%；效果最好的是新洗滌的濾布，平均濾餅洗滌效率為71.82%，尾渣液相中鈾損失僅為6.42%。由于新濾布有限，試驗次數較少(3次)，將新濾布和新洗滌濾布的洗滌效率一起與未洗滌濾布的洗滌效率對比。數據表明，新洗滌的濾布(含新濾布)濾餅洗滌效率比7d以上不洗滌的濾布洗滌效率提高22.50%，尾渣液相中損失降低4.87%。因此加強濾布洗滌可以有效提高洗滌效率，減少鈾損失。②洗滌時間對濾餅洗滌效率影響分析。在新洗滌濾布不壓榨條件下，對比洗滌時間長短對洗滌效率和回收率的影響。洗滌時間共39 min時，平均濾餅洗滌效率是65.28%，尾渣液相中鈾損失為7.56%；洗滌時間共54 min時，平均濾餅洗滌效率是71.04%，尾渣液相中鈾損失為6.71%。所以，延長洗滌時間可以提高洗滌效率，從而降低尾渣液相中的金屬損失。③不壓榨與壓榨對濾餅洗滌效率及回收率影響分析。在新濾布、洗滌時間54 min條件下，對比不壓榨和壓榨對洗滌效率的影響。不壓榨時，平均濾餅洗滌效率是71.04%，尾渣液相中鈾損失為6.71%；壓榨時，平均濾餅洗滌效率是72.61%，尾渣液相中鈾損失為6.12%。因此，壓榨可以提高濾餅洗滌效率，減少尾渣液相中鈾的損失，但幅度不是很大。

3.2鈾在轉型尾液中的損失

轉型尾液產生于離子交換工序，離子交換工序主要為“吸附-淋洗-轉型”，樹脂轉型產生的廢液就是轉型尾液。2011年上半年生產運行中就發現轉型尾液中的ρ(U)最高達到過620 mg/L，最低也有81 mg/L，而90%以上的轉型尾液都是外排的，這就造成由轉型尾液損失的鈾達到5.47%。取樣分析發現初始轉型尾液ρ(U)都在900 mg/L左右，這與生產中淋洗終點參數一致。 監測生產參數的同時開展實驗室試驗，用生產中的轉型劑(91 g/L NaHCO3)進行了3組樹脂柱轉型平行試驗，數據見表3。

表3 某鈾礦轉型試驗結果

造成轉型尾液中ρ(U)高主要有以下2點原因：①淋洗塔內殘存的合格液未排凈，少量殘存合格液隨轉型過程進入轉型尾液，導致其ρ(U)升高；②從表3看出轉型過程中也存在鈾“淋洗”，轉型至1.5倍樹脂床體積時ρ(U)最高，這應該是轉型工序中必然存在的，無法避免。

3.3鈾在沉淀母液中的損失

沉淀母液中ρ(U)控制的一直比較理想，約30 mg/L，遠低于50 mg/L的控制指標。2013年之前沉淀母液基本全部外排，損失占比最高也僅為0.12%，這部分是正常損失，對回收率的影響非常小。

3.4統計誤差及其他損失

生產初期在打通生產流程的過程中跑冒滴漏現象嚴重，造成鈾回收困難，加大了不正常損失。

3.4.1 浸出工序

生產中共有4組加熱器共128個彎頭，經常出現彎管堵塞和頻繁磨損漏漿，而且4條浸出線共28個浸出槽之間的溢流管經常產生礦漿堵塞現象，造成礦漿冒槽。盡管大部分礦漿都回收，但每次清理都增加了鈾金屬浪費和損失。

3.4.2固液分離工序

固液分離線是出現和導致損失的重要環節。

視鏡、閥門問題：基建安裝的管夾閥無法滿足生產工藝要求，短時間內所有的進料閥門都出現磨損、噴漿，視鏡也是因為承受不住壓力(壓力最高0.9 MPa)而出現爆裂，不僅造成金屬嚴重損失浪費，還影響了生產正常進行。

濾板問題：由于廠房基礎變形，導致二樓地基不平，經測量最大膨脹達到87 mm，最終導致板框機架變形，最大達到67 mm，從而引發壓板時濾板拱起或者傾斜，濾板不平，直接造成進料時噴漿。這又容易使隔膜板壓榨水腔內沉砂、隔膜板和配板周邊密封面被高壓礦漿刺穿。濾板損壞后，造成壓力不均，大大增加了濾布的破損率，濾布破損后，礦漿與濾板接觸，又反過來增加了濾板磨損，形成惡性循環，損失加重，無法生產。

由于生產的連續性，一旦固液分離線為此突然停車，極易導致浸出工序冒槽，加大了損失。

3.4.3 離子交換工序

固液分離存在的問題導致跑砂嚴重，2011年處理礦漿31萬 m3，清理了約3 000 m3沉砂。由于跑砂造成吸附困難，不得不頻繁清理吸附塔、長時間及高頻率反沖等都增加了鈾的損失。

4 措 施

4.1提高浸出率

確保管道、閥門等設備安全后，將加熱蒸汽壓力由0.2 MPa逐步提高至0.4 MPa，蒸汽溫度也由不足200 ℃提高至最高330 ℃，2012年后浸出溫度都很好的控制在了92～96 ℃，達到了工藝要求。

4.2提高洗滌效率

4.2.1 降低濾餅含水率

1)有資料表明礦石粒度過細會影響過濾、洗滌性能[4]，生產中將-200 目、-65 目比例分別由之前的≥65%、≥97%調整為≥50%、≥85%，調整后的粒度仍然滿足浸出率大于90%的要求。調整后濾餅的平均厚度增加5.6 mm，生產實踐和資料都證明濾餅越厚，洗滌、壓榨越容易[5]，即洗滌、壓榨時間和壓力都有所降低。

2)礦石泥巖含量高也會對過濾洗滌產生不利影響，2012年底公司開展了礦山泥巖剝離工作，大大減少了礦石泥含量，保證了礦石較好的過濾、洗滌性能，2014年濾餅含水率一直控制較好，減少尾渣液相金屬損失的同時還可以降低卸板難度。

以上2項主要措施將濾餅含水率穩定控制在20%以下。2014年濾餅平均水分較2011年減少5.4%，較2012年減少2.9%。

4.2.2 適當減小礦石處理量

在板框、吸附處理量允許條件下，適當降低處理量以盡可能增加洗滌時間和壓榨時間，提高濾餅洗滌效率，從而減少尾渣液相金屬損失，提高回收率。

4.2.3 加強濾布洗滌

試驗證明洗滌后的濾布濾餅洗滌效果明顯優于未洗滌的濾布，開始做到每天每線洗滌1臺板框和濾布，即濾板和濾布的洗滌周期為1周。后來專門用廢舊集裝箱改造了濾布洗滌車間，最終將濾布洗滌周期縮短至3 d左右。

4.3減少鈾在轉型尾液中的損失

1)原來淋洗終點ρ(U)控制1 g/L，改變為0.5 g/L，實際生產中淋洗終點ρ(U)可控制在0.3 g/L，減少了進入轉型尾液的鈾。

2)分段儲存轉型尾液，根據試驗結果將轉型初始鈾濃度高的部分單獨儲存用于配制淋洗劑。

以上2項措施大大減少了轉型尾液中鈾的損失，2011年下半年轉型尾液中鈾損失就由5.47%降低至0.79%，并逐步降低至0.5%以下。

4.4減少鈾在沉淀母液中的損失

雖然沉淀母液中鈾損失極少，但由于沉淀母液中ρ(Na2CO3)較高，針對沉淀母液中Na2CO3的回收利用開展了大量試驗研究，最終實現沉淀母液全部返回利用，因此沉淀母液中的鈾也隨之返回前工序，避免了損失。2014年1～4月份開始少量返回沉淀母液，通過工藝監測沒有出現異常，逐步加大返回利用率，4月份以后沉淀母液全部返回利用，沉淀母液中的鈾損失也由0.12%減少至0.04%直至0。需要一提的是沉淀母液返回利用過程中如果對工藝產生影響，則隨時會調整返回利用率，所以此項損失并不會完全消失，但極小。

4.5減少統計誤差及其他原因造成的鈾損失

減少這類損失所做的改進主要是對減少跑冒滴漏。

1)浸出工序由于提高蒸汽壓力使得加熱效果顯著提高，后來將加熱器減少至一半，即加熱器的128個彎管減少至64個，很好地解決了由于彎管過多經常造成管道堵塞和彎管磨損漏漿的問題。將浸出槽之間的礦漿溢流管由直管改造為彎管，解決了溢流管堵塞冒槽問題，同時加強巡查，基本消除了冒槽隱患，也就減少了鈾損失。

2)將板框進料閥門更換為蝶閥，采購并更換承受高壓的視鏡，基本杜絕了因閥門、視鏡造成的噴漿現象，減少了鈾損失。

3)2013年開始逐一對機架變形的板框進行了調平，保證板框支撐點處于同一水平面，保留其縱向自由度，限制橫向位移。并對變形的濾板進行膈膜板打孔排砂，采用塑料焊將濾板損壞部位填平，再用砂輪機打磨，盡可能修復。這兩項主要措施保證了板框安全使用，被高壓礦漿刺穿的濾板密封面經過修復后，可有效降低噴漿，提高過濾性能，減少鈾損失，同時也可以減小壓榨水管和濾布的磨損。

4)減少進入吸附工序含固量也是重要的工藝改進，主要有3個方面：①將兩個1 100 m3的濃密機作為吸附原液和濾液的澄清中轉槽，這使渾濁的液體增加了沉降時間，且由于濃密作用，可使濾液、洗液中大部分固體物質沉降下來，有效減少了進入原液池內固體沉淀物質的量；②若是濃密機內濁度超過500NTU就在濃密機之前的中轉槽加入一定量絮凝劑加快沉降；③以上兩項措施除去大顆粒固體物質效果較明顯，但吸附原液濁度還不能穩定控制在100NTU以下。因此，2014年初又對吸附塔進行了技術改造，將第1個吸附塔填充石英砂作為砂濾床，底部填裝約30 cm高直徑20～40 mm鵝卵石，上部填裝2 m高直徑2～3 mm石英砂。利用石英砂良好過濾細顆粒的性能，較好解決了吸附原液中懸浮物的問題。

以上措施明顯減少了的吸附原液含固量，2014年吸附原液濁度已經控制50NTU內，大大減少了清塔次數和反沖頻率。這幾項工藝改進使2012～2013年底清理原液池的沉砂量銳減至共約400 m3，清塔頻次由2012年的45次降至2014年10次，反沖也由原來1個吸附周期最高反沖8次減少至1個“吸附-淋洗-轉型”結束后反沖1次，吸附過程中的反沖帶走的是少量吸附原液及半飽和樹脂，轉型后反沖液相中鈾極少，損失的少量樹脂也是鈾含量低的貧樹脂。

5 效果與探討

5.1鈾在尾渣中的損失變化情況

鈾在尾渣礦石中的損失由2011年的20.6%降至目前的8.23%，主要得益于浸出率的提高。而目前浸出率已達到≥92%的生產指標要求，因此，可以認為鈾在尾渣礦石中的損失控制在正常范圍內。

5.2鈾在尾渣液相的損失變化情況

鈾在尾渣液相中的損失由2011年的9.12%降到目前的7.84%。雖然有降低但效果不甚理想。根據板框洗滌試驗結果，試驗板框的平均濾餅洗滌效率為59.60%，鈾在尾渣液相中的損失為9.01%。在所有條件最優的時候，即：全部更換新濾布，保證洗滌時間不少于54 min，至少2次壓榨各5 min，相當于降低10%～15%的處理量，還要確保礦石含泥量非常低以保證過濾洗滌性能不跑沙的理想條件下可以將濾餅洗滌效率提高至72.61%，鈾在尾渣液相中的損失降低至6.12%。固液分離線投入了最多的力量進行維護和優化改進，尾渣液相中的損失依舊在6.1%以上。頻繁更換新濾布卻也增加了企業的經濟負擔。綜上分析，大幅度提高濾餅洗滌效率，降低鈾在尾渣液相中的損失難度還是較大的。

5.3鈾在轉型尾液中的損失變化情況

轉型尾液中的損失由最初的 5.47%降低到目前不超過0.5%，效果非常明顯，采取的措施成本低、效果好。

5.4鈾在沉淀母液中的損失變化情況

鈾在沉淀母液中的損失一直很低，如果單純采取措施回收其中的鈾可能會得不償失，這部分損失減少或消失的原因是沉淀母液中Na2CO3的成功返回利用。

5.5統計誤差及其他損失變化情況

這部分損失的鈾本就是不正常的，通過加強管理、工藝優化、技術改造等措施比較容易減少或消除。2011～2014年其他損失減少10%以上，事實證明效果非常顯著。

6 結 論

通過多項工藝改進回收率由最初的54.2%提高至目前的83.2%，取得了非常明顯的成果，造成鈾損失的5個主要環節中4個環節已經完全達到控制要求，但離鈾回收率87%的目標仍有差距，主要原因是鈾在尾渣液相中的損失仍然較高，如果不能很好地提高濾餅的洗滌效率，在目前條件下再難以大幅度降低鈾在尾渣液相中的損失。

[1] 周順科.論鈾水冶工藝過程中(高耗酸礦石)酸耗、回收率與經濟效益的關系[J].鈾礦冶，1996，15(2)：123-127.

[2] 于素芹，闕為民，杜玉海，等.對某鈾礦堿浸液離子交換工藝中樹脂轉型有關問題的探討[J].鈾礦冶，2012，31(4)：188-192.

[3] 賓智勇.含釩硅質巖焙燒-酸浸提釩工藝原礦磨礦因素對釩浸出率影響試驗研究[J].湖南有色金屬，2009，25(3)：26-30.

[4] 劉云霞.影響鋅浸出礦漿過濾的因素及改善其過濾的方法[J].過濾與分離，1997(4)：18-20.

[5] 姚公弼，張志勇.濾餅洗滌效率曲線測定和多級逆流洗滌計算方法討論[J].醫藥工程設計，1990(1)：1-7.

Someimprovementinthetechnologiesforincreasingthemetalrecoveryinacertainuraniummine

LONG Qing1，LIU Anqin2，YU Suqin1，HAN Wei3，LIU Hui4

(1.China Uranium Co.,Ltd.，Beijing100045，China；2.Wenjing College，Yantai University，Yantai264005，China；3.China Zhongyuan Engineering Co.，Ltd.，Beijing100099，China；4.Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，Beijing101149，China)

A certain uranium mine is conventional refined by hydrometallurgy，When it was first put into production，the recovery of uranium metal was only54.2%，while the recovery is a part of the essential index in the technology of uranium metallurgy which affects the profits of the enterprise a lot.Therefore，improving the recovery has become the most important work.And reducing uranium metal’s loss is a fundamental way to improve recovery.According to uranium metal’s discharge pathway we can count out the losses of uranium metal in each link.Each link has been through a large amount of experimental study and has taken corresponding measures according to the results of the test，which raising the recovery rate up to83.2% now.In the process of reducing uranium metal’s losses and increasing recovery，most of the measures are usually in low prices and with great effect，but the results sometimes also go to the opposite side.Aiming at the majorization of the technology in the producing process for increasing the uranium metal recovery in this hydrometallurgicall mill，this paper has summarized and discussed a lot.

uranium metal’s loss；recovery；leaching rate；washing efficiency；improvement measure

2017-03-05責任編輯：宋菲

龍清(1980-)，男，貴州黃平人，高級工程師，從事鈾水冶生產技術研究和管理工作。

TD958

：A

：1004-4051(2017)09-0142-06