地浸采鈾方法研究及展望

李孝君

摘要：主要對鈾礦山開采的地浸采鈾方法進行了綜述，詳細地介紹了酸法地浸、堿法地浸、CO₂+O₂地浸等三種地浸采鈾方法，并對比了三種采鈾方法的優缺點。分析了其對環境的影響，提出了未來鈾礦開采研究工作的重點方向應是CO₂+O₂地浸采鈾方法。

關鍵詞：地浸采鈾;酸法地浸;堿法地浸;CO₂+O₂地浸

中圖分類號：X751

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0054-03

1引言

地浸采鈾是區別于常規開采的一種鈾礦開采方法。它所涉及知識很多，其中就包括地質、采礦、化學、冶金、環境等。它是將事先配制好的溶浸液注入到地下礦層中，經礦層滲流、對流和擴散作用，與含鈾礦石發生反應而浸出鈾成分，并經潛水泵提升至地面，實現對鈾的有效的浸出，然后輸送至水冶車間處理成所需的鈾產品。地浸采鈾技術相對于傳統的鈾礦山開采技術，具有工藝簡單、成本較低、鈾礦資源利用率較高和少污染、較環保等明顯優勢。

2地浸方法

地浸采鈾方法主要包括酸法地浸采鈾、堿法地浸采鈾、CO₂+0₂地浸采鈾等。根據溶浸劑的化學成分的不同而劃分，以H₂S0₄、HC1等無機酸作為溶浸劑稱作酸法地浸，以NaOH、Na。C（）3、NaHCO₃等堿液作為溶浸劑稱作堿法地浸 ，而無試劑地浸且以CO₂和O₂作為介質稱作CO₂+ 0₂地浸。

2.1酸地浸法

酸法地浸是目前地浸鈾礦山利用較為廣泛的方法。地浸過程主要采用酸作為溶浸劑，常見的溶浸劑有H₂S0₄、HNO₃、HC1等無機酸，H₂S0₄是其中具有很強的浸出能力，價格適宜和相關浸mT藝設備材料容易解決等優點，因此目前溶浸劑使用最多的是稀H₂S0₄，HC1與HNO₃雖反應能力較強，但其價格比H₂S0₄昂貴，易揮發，且相關設備防蝕要求較高。在浸出過程中，礦體中的四價鈾化合物逐漸與H₂S0₄反應并溶解，但其溶解度較低，需要加入H₂0₂、KMnO₄、三價鐵離子等氧化劑將四價鈾氧化成六價鈾，因為六價鈾的化合物易與H₂S0₄結合成鈾酰化合物。中間產生的相關化學反應如下：

由于礦層中不僅含有鈾化合物，一般還都含有Si、Ca、Mg、Fe等化合物，其中鈣、鎂、鐵等化合物都會與硫酸反應，產生的主要化學反應如下：

由反應式可見，浸出過程額外生成的硫酸鈣、硫酸鐵、硫酸鎂當超過其溶解度時，便沉淀析出，造成礦層堵塞，影響礦層的滲透性，妨礙鈾浸過程的進行，降低了浸出效率。

2.2堿地浸法

堿法地浸就是使用呈堿性物質作為溶浸劑的采鈾浸出過程。溶浸劑常見的有Na₂CO₃、（NH₄）₂CO₃、NaHCO₃、NH₄HC0₃等。Na₂C0₃雖價格較貴，但其浸出選擇性高，浸出液較純凈，而銨鹽會帶入NH才，這會給治理地下水、環境帶來麻煩。與酸法地浸一樣，需要加入氧化劑，將四價鈾氧化成六價鈾，浸出時所產生的主要化學反應如下：

從上述反應式可以看出，生成物都產生強堿NaOH，這會使溶液隨著反應的進行，其pH值也隨著升高，而一般正常的浸出的過程中的pH值為9～10.5左右，當pH值過高時.礦層中已溶解的鈾會與NaOH反應產生再沉淀，因此常常加入NaHCO₃與Na2C0₃配合使用，以調節浸液的pH值，產生的碳酸鈉可以繼續參與反應，使反應能夠持續進行。

2.3CO₂+0₂地浸法

CO₂+0₂，地浸體系因其不需要加入額外的溶浸劑，所以也稱為中性地浸或無試劑地浸，CO₂+0₂地浸是堿法地浸采鈾方法的基礎之上而逐漸形成。該體系中的浸出液的pH值基本在6～7之間，呈弱酸性或近中性。其原理大體上與堿法地浸采鈾方法一致，主要是用CO₂和O₂配制溶浸液，通過注液孔通入CO₂后，形成碳酸氫根離子與地下礦層中含鈾氧化物發生反應，使鈾溶解在浸出液中，而通入O₂主要起氧化作用，將四價鈾氧化成六價鈾，浸出液經含礦層從抽液孔提升至地表，再送至車間進行工藝處理，得到最終產品。有關浸出化學反應式如下：

從上述反應可以看出，CO₂+O₂作為浸出的溶浸劑，其本質上與堿法地浸原理大體相同，該方法同樣主要由HCO₃參與浸出，但相比于堿法浸出，通入CO₂ 可以降低溶液的pH值，呈弱酸性。這可以將鈾礦層中的多種碳酸鹽溶解，其溶解反應：

地下含鈾礦層中的難溶性碳酸鈣、碳酸鎂與二氧化碳的反應，不僅可以轉化掉鈾礦層中的難溶性的碳酸鹽，從而提高了地下礦層中的滲透性，又可提供浸出原料HCO₃，很好地向浸出反應進行，進而提高了鈾礦石的浸出率。

3三種地浸方法優劣對比

酸法地浸采鈾最明顯的優勢是鈾浸出速度快，鈾浸出率、提取率高，提取率往往在80%左右，同時浸出

的時間、周期也較短。但其所體現的劣勢也是相當明顯，尤其對所采礦區的地下水環境造成很大污染.在后期地下水環境的處理比較棘手，另外H₂SO₄雖比HNO₃和HC1對設備腐蝕性小，但相關設備依然需要耐腐蝕;選擇性較差，不如另兩種地浸方法。從酸法地浸采鈾的浸出反應式清楚地看出，酸法地浸并不適合開發含高碳酸鹽的鈾礦床，而我國在已探明的鈾資源中，砂巖型鈾資源占41.57%，其中低滲透性、高礦化度、高碳酸鹽等這些復雜砂巖型的鈾資源占70%以上，這些砂巖鈾礦若采用酸法浸出，則耗酸量極大，化學試劑的成本將大大的增加，其礦層也易發生堵塞，不利浸出。

堿法地浸采鈾的優點在于選擇性好，不與礦層中其它金屬反應，設備也不需耐腐蝕，對碳酸鹽含量較高的礦床也適合，對環境影響較小，治理地下水環境相對酸法地浸容易。其缺點是鈾浸出率較低，一般比酸法地浸低5%-10%，浸出速度明顯不如酸法地浸，浸出時間、周期較長等。另外，Na₂CO₃和NaHC0₃配合使用作為溶浸劑時，引入的Na+會與礦層里的高價陽離子發生交換層析，粘土發生膨化，礦層的滲透性也隨著降低，不利鈾浸出。如果選用（NH₄）₂CO₃和NH₄HC0₃作為溶浸劑時，由于NH才很容易被粘土吸附，給地下水治理帶來了一定的難度，難以治理，在美國由于環保問題已停止使用銨鹽作為溶浸劑。

CO₂+O₂：地浸采鈾由堿法地浸逐漸演化而來，該方法工藝簡單、流程短，對采區地下水環境污染小，可以避免堿法地浸所引入的Na+或NH4+，明顯降低了地下水環境治理的難度。對于開采低品位、低滲透、高碳酸鹽型、高礦化度等非常復雜的砂巖型鈾礦，采用酸法或堿法浸出的難度均較大，而從CO₂+O₂地浸采鈾反應機理可以看出 同樣適合開采砂巖型鈾礦，既可以防止產生碳酸鈣鎂沉淀，很好地解決了酸法地浸采鈾過程中的礦層孔隙堵塞問題，也可以大大提高可采的鈾資源。另外，CO₂+O₂地浸體系相當于無試劑浸出，這點與酸法、堿法浸出有著很大優勢，可以減少大量的試劑，從而降低了生產成本。不過，該方法在我國的應用起步較晚，雖發展較為迅速，但這里面還有很多技術需要改進和掌握，工程應用經驗還不足，沒有大規模采用。4地浸采鈾的環境影響

目前，對于鈾礦山開采的各種方法中，地浸采鈾是公認的較為環保的采鈾方法，但其所造成的環境影響也是絕對不能忽視的。由于溶浸液的注入，使含礦含水層的水質發生變化，故對環境影響主要在于礦區下的地下水。三種地浸采鈾方法因為溶浸液的不同，影響各有不同。酸法地浸，由于其選擇性差，浸出時，會與鈾礦里其他礦物反應，增加了地下水的礦化度，同時使地下水的水質變得復雜，也增加了地下水的酸度。堿法地浸，引進的銨根離子和其他離子嚴重影響了地下水的后續處理。而CO₂+O₂：地浸沒有注入浸出試劑，只需將氣體溶于液體并注入礦層，對所采礦區的地下水影響不大，有著明顯的環保優勢。

5展望

隨著地浸采鈾工藝的發展，選擇地浸工藝需要結合實際礦山的地質條件，較局限于砂巖型鈾礦，對于花崗巖等硬巖型鈾礦適用的工藝條件暫還不成熟。目前我國大部分鈾礦山開采還是酸法地浸，但這種方法污染地下水，影響環境嚴重，在如今越來越重視環保意識的社會，鈾礦山開采理應淘汰酸法地浸方法。在以后地浸采鈾工藝和方法的研究T作中，單從環境因素來看.堿法地浸和CO₂+O₂，地浸會是未來鈾礦開采的重點研究方向，而其中CO₂+O₂，地浸采鈾方法可以節省大量溶浸試劑，低成本少污染，經濟環保應成為研究首選，與酸法、堿法地浸相比，CO₂+O₂地浸采鈾方法對于開采砂巖型鈾礦資源利用率高，流程簡單，生產成本較低，應用前景廣，也可以將這種方法結合其他地浸方法，以提高CO₂+O₂地浸浸出效率，縮短浸出時間、周期，確保最大程度地提高經濟效益和保護礦區的環境。同時需要改進地浸鉆孔技術，如孔底切割套管技術、孔內射孔技術、水平孔鉆進技術、水力壓裂技術等，這些先進的工藝和技術可以為解決滲透性弱的砂巖鈾礦床或地表有障礙物（如江、河、文物等）時的地下鈾礦床的開采問題，采用C₂+0₂地浸浸出工藝具有更高效率。