某高耗酸砂巖型鈾礦床堿法地浸采鈾試驗研究

邢擁國，蔣小輝，霍建黨，劉金輝

(1.東華理工大學 水資源與環境工程學院，江西 南昌 330013； 2.中核內蒙古礦業有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000； 3.核工業北京化工冶金研究院,北京 101149)

某高耗酸砂巖型鈾礦床堿法地浸采鈾試驗研究

邢擁國1，2，蔣小輝2，霍建黨3，劉金輝1

(1.東華理工大學 水資源與環境工程學院，江西 南昌 330013； 2.中核內蒙古礦業有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000； 3.核工業北京化工冶金研究院,北京 101149)

高耗酸；礦床；鈾；堿法地浸

某砂巖型鈾礦床礦體SiO2含量較低，鐵、鋁成分占比較高，采用酸法地浸回收鈾，浸出進程緩慢，單孔浸出液抽液速度為2～3 m3/h，鈾質量濃度低于20 mg/L，硫酸耗量大于600 t/tU，生產成本較高。堿法浸出工藝可選擇性溶解礦體中的鈾，在耗酸金屬礦物含量較高的礦床中應用具有優勢[1-8]。礦石成分及前期試驗結果[9]表明，對該砂巖型鈾礦床采用堿法浸出工藝回收鈾是可行的。為了確定堿法工藝的經濟合理性，降低生產成本，在礦床試驗塊段進行了堿法地浸采鈾試驗。

1 試驗塊段地質、水文地質特征

試驗塊段發育于中下侏羅系水西溝群Ⅶ1亞旋回含礦含水層，為砂巖型鈾礦化。砂體埋深244～274 m，平均厚度14.5 m，傾角4°～6°。礦體巖性以含礫粗砂巖和粗砂巖為主，少量細砂巖和中砂巖，接近頂底板有少量泥質膠結。含礦含水層砂體主要呈灰色，部分被氧化呈黃褐色。礦體塊段單礦層平均厚度4.78 m，卷頭礦體厚度一般大于4 m。

試驗塊段礦石化學組成見表1，其中SiO2質量分數較低，Fe2O3、FeO、Al2O3、CaO、MgO質量分數相對較高，這些金屬物質耗酸量較大。塊段礦石巖性主要為中細—中粗粒巖屑長石砂巖或長石巖屑砂巖，碎屑物占86%～88%，填隙物占12%～14%。巖石碎屑物分選性、磨圓度中等—較差，多呈次棱角狀、棱角狀，具砂狀結構、塊狀構造。填隙物質以黏土礦物為主，占5%～13.5%。碳酸鹽以CO2計，占0.075%～0.65%，有機炭質量分數平均為0.60%，全硫質量分數為0.19%。礦石中自生鐵礦物主要為鈦鐵礦和磁鐵礦，含少量菱鐵礦及黃鐵礦，次生礦物以黃鐵礦和硅酸鐵為主，鐵礦物總計占比為0.57%～2.5%。礦石中的鈾礦物主要是鈾的氧化物及少量鈾石，鈾氧化物主要為瀝青鈾礦。

表1 礦石化學組成 %

注：1#、2#、3#為其他礦床。

礦體塊段的鈾品位最高0.049 6%，最低0.016 1%，平均0.036 8%；礦塊平米鈾量最高5.00 kg/m2，最低1.31 kg/m2，平均3.17 kg/m2。

試驗塊段內，含礦含水層平均厚度9.5 m，有效厚度9.04 m，地下水溫度約14 ℃，礦層平均滲透系數0.51 m/d，平均導水系數5.83 m2/d。

試驗單元S-0410含礦含水層厚度為8.4～10.8 m，礦層厚度為1.0～8.0 m，平均平米鈾量為2.56 kg/m3，其他參數見表2。

表2 試驗塊段含礦層礦化參數

2 試驗鉆孔平面布置

經綜合比較，選擇礦床Ⅶ1-5礦塊381勘探線進行試驗。采用5點型“2抽6注”形式布孔，試驗單元S-0410共8個鉆孔,鉆孔結構為填礫式[4]。單元抽、注液鉆孔間距為18 m，注液孔間距為25 m。抽液孔抽液速度平均為5.47 m3/h，注液孔注液速度平均為4.1 m3/h。礦層水源豐富，孔口自溢涌水量大，承壓水頭高出地表約2 m。

3 堿法地浸現場試驗

3.1 浸出工藝

浸出液由潛水泵提升至地表并匯集于集液池，再由抽液泵送入水冶系統，水冶尾液排入配液池，并于池內配加NH4HCO3后,由注液泵送入分配器，過濾后用作浸出劑注入到礦石層中。注入過程中，加CO2調節pH，以避免浸出過程中產生化學沉淀。

3.2 浸出劑配制

根據不同試驗階段及浸出進程，現場配制浸出劑。

1)O2預氧化階段：運行32 d，氧氣質量濃度平均308 mg/L。

2)CO2+O2中性浸出階段：運行39 d，平均配加O2質量濃度282 mg/L，CO2質量濃度432 mg/L。

3.3 抽、注液速度及抽、注平衡

控制注液速度略大于抽液速度，平均注液速度及抽液速度分別為3.91～4.53 m3/h和3.75～4.32 m3/h。試驗過程中，抽、注液速度相對穩定，控制浸出過程中不發生明顯的化學堵塞和氣堵現象。

3.4 注液壓力控制

控制注液壓力總體表現為先增高后相對穩定特征：預氧化階段，注液壓力控制在0.2～0.3 MPa之間；CO2+O2中性浸出階段，注液壓力緩慢提高，最高至0.6 MPa，并保持穩定；CO2+O2+NH4HCO3浸出階段，注液壓力先提高，最終穩定在0.9～1.0 MPa范圍內。

4 試驗結果與討論

4.1 浸出液中鈾質量濃度變化特征

浸出液中鈾質量濃度在3個浸出階段均呈階梯式上升趨勢，上升至一定濃度后趨于穩定(如圖1所示)。

1)O2預氧化階段

(1)

(2)

圖1 浸出過程中鈾及質量濃度的變化

2)CO2+O2浸出階段

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

3)CO2+O2+NH4HCO3浸出階段

4.2 浸出液pH變化特征

浸出過程中，浸出液pH變化趨勢如圖2所示。礦層地下水pH本底值為7.45；在預氧化和CO2+O2浸出階段，pH出現小幅下降，維持在6.6～6.9之間；在O2+CO2+NH4HCO3浸出階段，浸出劑中配加適量碳酸氫銨，pH出現上升甚至出現高于7.5的情況。pH超過7.5后，容易形成碳酸鈣沉淀而阻塞注液孔和管道，致使抽、注液速度下降，影響浸出的正常進行。實際操作過程中，需注意CO2加入量，保證浸出液pH維持在7.0左右，這樣可有效避免沉淀產生。

圖2 浸出過程中浸出劑pH、Eh的變化

4.3 浸出液Eh變化特征

一般而言，氧化環境有利于鈾的浸出。試驗過程中，浸出劑Eh本底值為262 mV，注入礦層后緩慢上升并維持在360 mV左右。礦層中含有較多的還原性物質，消耗了較多氧化劑，使浸出液Eh升高(如圖2所示)，有利于礦層中的四價鈾轉化為六價鈾，使鈾溶解浸出。

4.4 浸出劑中CO2質量濃度對鈾浸出的影響

堿法浸出過程中，CO2浸出鈾的原理是，CO2溶于礦層水形成H2CO3，H2CO3與含碳酸鹽的含礦巖石作用形成碳酸氫鈣和碳酸氫鎂，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂在氧化環境下與UO2結合形成碳酸鈾酰離子。反應式如下：

(11)

(12)

4.5 浸出液中質量濃度變化特征

圖3 浸出液中質量濃度及 含氧量的變化情況

4.6 浸出液中Ca2+、Mg2+質量濃度變化特征

鈣、鎂離子是碳酸鈾酰配合的陽離子，碳酸氫根離子是形成碳酸鈾酰的主要配合陰離子。浸出液中鈣、鎂離子及碳酸氫根離子濃度的高低直接反映碳酸鈾酰配合作用的強弱，即浸出效果的強弱。對比浸出液中鈾質量濃度與鈣、鎂、碳酸氫根離子濃度變化曲線(圖3)可知，4條曲線變化趨勢基本一致，出現拐點時間基本相同，表明鈾質量濃度直接受浸出液中鈣、鎂、碳酸氫根離子濃度的影響。

4.7 浸出液中含氧量的變化特征

氧氣加入后，浸出液中含氧量呈緩慢上升趨勢。預氧化階段，浸出液鈾質量濃度達20 mg/L，而在前期，未加氧氣條件下，浸出液中鈾質量濃度僅為4～5 mg/L[4]。這表明氧氣對鈾的氧化浸出具有較大影響。

圖4 S-0410孔浸出液的含氧量與鈾質量濃度之間的關系

圖5 鈾質量濃度與質量濃度之間的關系

(13)

(14)

5 結論

砂巖型鈾礦床礦石中，SiO2含量較低，Fe2O3、FeO、Al2O3、CaO及MgO含量較高，適合采用堿法工藝浸出鈾。

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AlikalineIn-situLeachingofUraniuminHigh-acid-consumptionSandstone-typeUraniumDeposit

XING Yongguo1，2，JIANG Xiaohui2，HUO Jiandang3，LIU Jinhui1

(1.SchoolofWaterResources&EnvironmentalEngineering，EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China; 2.InnerMongoliaMiningCo．，Ltd．，CNNC，Huhehaote010000,China; 3.BeijingResearchInstituteofChemicalEngineeringandMetallurgy,CNNC，Beijing101149,China)

high-acid-consumption;uranium deposite；alikaline in-situ leaching；uranium

TL212

A

1009-2617(2017)06-0467-06

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.06.005

2017-04-01

邢擁國(1976-)，男，河南虞城人，博士研究生，高級工程師，主要研究方向為濕法冶金。