杜自耕，　邢擁國，　劉金輝,　姚益軒,　唐華章

(1.東華理工大學(xué),江西 南昌　330013；2中核內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特　010010；3.核工業(yè)北京化工冶金研究院,北京　101149)

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某鈾礦床礦石酸、堿柱浸試驗研究

杜自耕1，邢擁國2，劉金輝1,姚益軒3,唐華章2

(1.東華理工大學(xué),江西 南昌330013；2中核內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特010010；3.核工業(yè)北京化工冶金研究院,北京101149)

摘要：為探討某鈾礦床礦石浸出性能，獲得不同浸出工藝條件下鈾礦浸出特征及相關(guān)參數(shù)，分別對鈾礦石進行了酸法與堿法柱浸對比試驗。試驗結(jié)果表明，酸法浸出效果遠遠優(yōu)于堿法浸出效果，其鈾浸出率約為堿浸3倍，平均鈾濃度高于堿浸3.7倍，且酸度越高，浸出液鈾濃度越高，鈾浸出速度越快。酸法浸出是該鈾礦床可行的鈾浸出工藝。

關(guān)鍵詞：鈾礦石；柱浸試驗；鈾酸浸；鈾堿浸

杜自耕，邢擁國，劉金輝,等.2016. 某鈾礦床礦石酸、堿柱浸試驗研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，39(1)：38-41.

Du Zhi-gen, Xing Yong-guo, Liu Jin-hui, et al.2016.The study on acid and alkaline column leaching uranium tests for a uranium deposit[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(1):38-41.

本文研究的鈾礦床位于某盆地東北部，是我國近年來發(fā)現(xiàn)的一個規(guī)模較大的可地浸砂巖型鈾礦。礦體位于下白堊統(tǒng)賽漢組下段(K1bs1)砂體的中下部位，含礦含水層厚、滲透性好，鉆孔涌水量大，由下白堊統(tǒng)賽漢組上段辮狀河沉積的砂巖、砂質(zhì)礫巖夾泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等組成。為使該礦床鈾資源能夠經(jīng)濟有效浸出，必須確定合理的浸鈾工藝，且選用的溶浸液既要經(jīng)濟又要有較高浸出率(闕為民等，2005；王海峰等2005)。為研究鈾礦石浸出性能、獲得不同浸出工藝條件下鈾浸出有關(guān)參數(shù)，進行了3個酸法和1個堿法柱浸試驗,試驗結(jié)果可以為該礦床地浸開采工藝的確定提供科學(xué)依據(jù)(國際原子能機構(gòu)，2003；王小波等，2009)。

1樣品特征及處理

試驗礦石樣品取自礦床三個鉆孔巖芯，礦體埋深115～125 m，巖性主要為灰色細砂巖及灰色中砂巖。樣品處理過程是將試驗樣品巖心刮去泥皮，自然干燥，用木槌輕輕敲擊礦樣，破碎至自然粒徑，充分混合。樣品鈾含量及化學(xué)組分分析結(jié)果如表1所示。

從表1可看出，試驗混合樣品的Si、Al含量分別占73.91 %和16.15 %。，CaO、MgO、Fe2O3含量分別占0.459 %、0.318 %和1.05 %；碳酸鹽含量低(CO2<0.01 %)，碳主要以有機碳形式存在；礦石鈾品位為0.022 %。

2試驗方法

試驗裝置：常壓柱浸采用玻璃柱，規(guī)格為Ф50×1 000 mm；進液方式采用高位槽，下進液，位差約2.0 m。試驗參數(shù)：本次柱浸試驗編號分別為1#、2#、3#、4#，其中1#柱為堿法柱浸試驗，2-4#柱為酸法柱浸試驗，各柱裝樣參數(shù)如表2所示。

試驗在4個柱浸試驗裝置中進行，在常壓下利用高位槽與礦樣出口的水頭差為動力，使溶浸液滲透穿過礦樣柱，形成浸出液(胡鄂明等，2007)。試驗開始先用自來水調(diào)節(jié)流量，待流量穩(wěn)定后，再加入浸出劑浸出。浸出劑用自來水配制，試驗過程中定時取樣，測定浸出液鈾濃度、pH值、Eh值，計算鈾浸出率。

3試驗過程與試驗結(jié)果

3.1試驗過程

3.1.1堿法浸出

堿法浸出分為清水浸出和碳酸氫銨浸出2個階段，共計26天，其中清水浸出10天，堿浸16天。從第11天開始加入由碳酸氫銨配制的HCO3-濃度為0.8 g/L，雙氧水濃度為0.5 g/L的溶浸液。試驗第24天，將H2O2濃度提高到1g/L，碳酸氫銨濃度不變，直到試驗結(jié)束。浸出液HCO3-濃度與U浸出濃度關(guān)系如圖1所示，鈾浸出率與浸出時間關(guān)系如圖2所示。

表1　礦樣鈾含量及化學(xué)成份分析結(jié)果

表2　試驗柱參數(shù)

圖1　HCO3-及U濃度隨時間變化特征Fig.1　Characteristics U and HCO3- concentrations with time

圖2　鈾累計浸出率隨浸出時間變化特征Fig.2　Characteristics of accumulative uranium leaching rate with time

在清水浸出階段，先用自來水濕潤并溶浸礦柱，流量穩(wěn)定后，浸出液pH值大約為8，Eh值保持在220 mV左右，HCO3-濃度在290 mg/L左右，浸出液鈾濃度不到1 mg/L。該階段鈾浸出率約為3.0 %。柱浸第11天加浸出劑(0.8 g/L NH4HCO3)及氧化劑(0.5 g/L H2O2)，浸出液HCO3-濃度隨時間快速上升，從清水浸出階段的290 mg/L逐漸上升到700 mg/L以上。柱浸第15天，鈾濃度達到峰值(82 mg/L)。此時，浸出液pH值為8.24。隨后，HCO3-濃度保持穩(wěn)定在730 mg/L。從試驗第16天開始，鈾濃度以較快速度下降，累計鈾浸出率也由快速上升轉(zhuǎn)為緩慢上升。柱浸第24天鈾濃度降至12 mg/L，最終鈾浸出率為29.95 %。這些數(shù)據(jù)表明，堿法浸出效果不甚理想。

3.1.2酸法浸出

2#柱浸出：浸出時間30天，第1到第7天為清水浸出，從第8天開始流量穩(wěn)定，開始注入20 g/L硫酸溶液，直到試驗結(jié)束。

3#柱浸出：浸出時間30天，第1到第7天為清水浸出，從第8天開始注入10 g/L硫酸溶液，浸出至第16天，鈾浸出率超過75%。然后加入0.5 g/L H2O2，直到試驗結(jié)束。

4#柱浸出：浸出時間30天，第1到第7天為清水浸出，從第8天開始注入10 g/L硫酸溶液，直到試驗結(jié)束。

3.2試驗結(jié)果與討論

1個堿法柱浸試驗與3個酸法柱浸試驗結(jié)果如表3所示。

表3　堿法與酸法柱浸試驗結(jié)果

3.2.1鈾濃度隨浸出時間變化特征

由圖3可知，在清水浸出階段，與堿法柱浸試驗一樣，鈾濃度不到1 mg/L，鈾浸出率約為3 %(pH=8，Eh=220 mV)。從試驗第8天開始，加入H2SO4浸出劑，浸出3～4天(試驗第11、12天)，pH值降低到1左右，Eh值升高至360 mV，鈾濃度也達到峰值。具體是2#柱鈾濃度峰值為1 250 mg/L(試驗第12天)，3#柱為525 mg/L(試驗第11天)，4#柱為660 mg/L(試驗第12天)。從第13天開始鈾濃度又迅速下降，試驗結(jié)束時，2#、3#、4#柱鈾濃度分別為7 mg/L、7 mg/L和6 mg/L。為探討氧化劑對柱浸浸出的影響，試驗進行到第16天，在3#柱浸出劑中注入0.5 g/L雙氧水。結(jié)果表明，H2O2對鈾的浸出效果并未呈現(xiàn)，其原因是，經(jīng)過16天浸出試驗，礦石中的大部分鈾已被浸出。

圖3　浸出液U濃度與浸出時間的關(guān)系Fig.3　The leaching liquid U concentration and the leaching time

圖4　浸出液U浸出率與浸出時間的關(guān)系Fig.4　The leaching liquid U leaching rate and the leaching time

3.2.2鈾浸出率隨浸出時間變化特征

三個酸法柱浸試驗的鈾浸出率與浸出時間的關(guān)系具有相同特征，即在清水浸出階段，鈾浸出率低，約為3 %左右，加入H2SO4溶液后，浸出率以較快的速度上升，到試驗第15天，鈾浸出率達到75 %以上。從第16天開始，浸出率上升速度明顯變慢，試驗結(jié)束時，2#、3#、4#柱鈾浸出率分別為89.07 %、88.81 %和89.19 %。獲得了較堿法浸出高得多的浸出率。

3.2.3酸浸與堿浸試驗效果的對比

(1) 就柱浸試驗而言，酸法浸出比堿法浸出具有高得多的鈾濃度及鈾浸出率，堿法浸出鈾浸出率僅為29.95 %，酸法浸出鈾浸出率達到89 %。堿法浸出最高鈾濃度為82 mg/L，平均鈾濃度19.28 mg/L，酸法浸出最高鈾濃度和平均鈾濃度則分別為2#柱1 250 mg/L和132.07 mg/L，3#柱525 mg/L和71.44 mg/L，4#柱660 mg/L和74.69 mg/L。由此可知，酸法浸出是該鈾礦床可行的鈾浸出工藝。

(2) 就酸浸而言，酸度越高，浸出液鈾濃度越高，鈾浸出速度越快。酸度為20 mg/L溶浸液的2#柱最高與平均鈾濃度分別是酸度為10 mg/L的3#、4#柱的1.9～2.4倍和1.77～1.85倍，表明酸度對鈾的浸出具有決定性作用。

(3) 在酸法柱浸試驗中，氧化劑(H2O2)的加入對鈾濃度的提高并不明顯，其原因是氧化劑是試驗第16天加入，此時，試驗柱樣品中的鈾大多數(shù)已被浸出之故。

4結(jié)論

根據(jù)酸法與堿法柱浸試驗結(jié)果，得到以下結(jié)論：

(1)酸法浸出效果遠遠優(yōu)于堿法浸出效果。堿法柱浸鈾浸出率僅為29.95 %，酸法浸出鈾浸出率達到89 %。堿法浸出平均鈾濃度為19.28 mg/L，酸法浸出為71.44～132.07 mg/L，酸法浸出是該鈾礦床首選的鈾浸出工藝。

(2)酸都越高，浸出液鈾濃度越高，鈾浸出速度越快。酸度為20 mg/L溶浸液柱浸最高與平均鈾濃度分別是酸度為10 mg/L柱浸的1.77～1.85倍，表明酸度對鈾的浸出具有控制作用。

參考文獻

國際原子能機構(gòu). 馬飛譯.2003.酸法地浸采鈾工藝手冊[M].北京.原子能出版社：115-126.

胡鄂明，譚凱旋，王清良，等. 2007.低品味低碳酸鹽砂巖型鈾礦石低酸浸出工藝[J]. 金屬礦山：372(6):39-46.

闕為民，王海峰，田時豐，等. 2005.我國地浸采鈾研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].鈾礦冶，24(3)：113-117.

王海峰，武偉，湯慶四，等.2005.新疆某鈾礦床地浸開采水文地質(zhì)試驗[J].鈾礦冶，24(2)：66-70.

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

The Study on Acid and Alkaline Column Leaching Uranium Tests for a Uranium Deposit

DU Zhi-gen1,XING Yong-guo2,LIU Jin-hui1,YAO Yi-xuan3,TANG Hua-zhang2

(1. East China University of Technology, Nanchang,JX 330013, China; 2. Inner Mongolia mining co.,LTD. CNNC, Hohehot 010010, China；3.Beijing Research Institute of Chemical Engineering and Metallurgy，CNNC,Beijing 101149, China)

Abstract:Acid and alkaline column leaching uranium tests for a uranium ore have been finished respectively in different leaching process condition in order to depent on leaching properties of uranium ore, and to obtain uranium leaching characteristics and related in-site leaching parameters. Test results of column leaching uranium have shown that the effect of acid leaching is much better than the effect of alkaline leaching uranium. Uranium leaching rate of acid leaching is about three times as much as that of alkaline leaching, and the average uranium concentration of leaching solution is more 3.7 times than that of alkaline leaching. The higher acidity is, the higher U concentration of solution is and the faster of the leaching rate is. Acid leaching is feasible uranium leaching process for the uranium deposit.

Key Words:uranium ore; column leaching uranium test; acid leaching uranium; alkaline leaching uranium

中圖分類號：P619.14

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3504(2016)01-0038-04

doi:10.3969/j.issn.1674-3504.2016.01.006

作者簡介：杜自耕(1991—)，男，碩士，主要從事水文地質(zhì)及地浸采鈾方向科研工作。 E-mail:164723624@qq.com

收稿日期：2015-11-07