崔拴芳， 趙笑益， 曹 歡

（1.中陜核工業(yè)集團(tuán)綜合分析測試有限公司，陜西 西安710024； 2.西安西北有色地質(zhì)研究院有限公司，陜西 西安700054）

鈾作為我國的重要戰(zhàn)略資源，是制造核武器以及清潔能源核電燃料的主要材料。 由于可利用的鈾資源較少以及受采選技術(shù)限制，造成了鈾資源短缺［1］。 我國鈾礦資源分布較廣但品位普遍較低，采用選礦方法提高鈾礦品位是降低選冶成本、提高資源利用率的有效手段［2］。 原生鈾礦石中鈾大多以UO2形式存在［3］，因此采用單一常規(guī)選礦方法（重選、浮選、磁選）回收效果不佳［4-6］。

某晶質(zhì)鈾礦礦床類型為花崗偉晶巖型鈾礦床，屬于某國家級鈾礦整裝勘查區(qū)的核心礦床，現(xiàn)已通過實驗室小型試驗確定了適宜處理該礦石的重選聯(lián)合工藝，即“螺旋選礦+搖床選礦+尼爾森脫泥”［7］。 為了給該鈾礦提供建廠設(shè)計、成本核算、設(shè)備選型、環(huán)境評價的選冶技術(shù)依據(jù)，進(jìn)行了擴(kuò)大連續(xù)選礦試驗研究，并獲得了連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠的擴(kuò)大連續(xù)選礦試驗指標(biāo)和工藝參數(shù)。

1 礦石性質(zhì)

礦石類型為二長花崗偉晶巖型鈾礦床，礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，以自形等軸粒狀、自形板狀結(jié)構(gòu)為主，稀疏浸染狀構(gòu)造。 鈾礦物主要是晶質(zhì)鈾礦，微量的釷石、鈾石、釷鈾礦，金屬礦物較少，脈石礦物主要為鉀長石、鈉長石和石英。 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%

鈾主要分布在晶質(zhì)鈾礦中，99%以獨立礦物存在，晶質(zhì)鈾礦呈自形等軸粒狀，稀疏浸染狀分布在脈石礦物粒間，晶質(zhì)鈾礦粒度0.002 ～0.60 mm，以中粒為主，0.15～0.60 mm 粒級占94%，細(xì)粒和微粒約占6%，-10 mm粒級原礦假比重1.72，真比重2.56，晶質(zhì)鈾礦密度9.47 g/cm3。 因此該礦石是可以通過重選實現(xiàn)富集的。 同時因晶質(zhì)鈾礦比重大，但性脆，易造成過磨，故該礦石適合采用階段磨礦階段選別工藝進(jìn)行富集回收。

2 實驗室小型試驗結(jié)果

基于前期該晶質(zhì)鈾礦的實驗室小型試驗結(jié)果可知，該鈾礦適宜采用聯(lián)合重選富集。 通過一系列不同重選富集試驗，推薦采用“螺旋選礦+搖床選礦+尼爾森脫泥”的選礦方式拋尾，即在磨礦細(xì)度-0.074 mm 粒級占29%的條件下，采用兩段螺旋選礦，將螺旋選礦精礦送搖床，得到搖床精礦（精礦1），螺旋選礦尾礦進(jìn)行尼爾森脫泥得到-0.038 mm 細(xì)泥（精礦2），螺旋選礦的中礦、搖床尾礦和脫泥的粗粒級合并為總尾礦。最終得到產(chǎn)率2.39%、鈾品位2.52%、回收率91.88%的精礦（精礦1+精礦2）［7］。 同時通過尼爾森重選試驗發(fā)現(xiàn)，尼爾森重選可以得到較高的鈾精礦品位。 但是在后續(xù)水冶試驗中發(fā)現(xiàn)，-0.038 mm 細(xì)泥精礦浸出過程固液分離困難，易進(jìn)入樹脂間隙造成吸附效率降低。 分析原因主要是因為一次磨礦到-0.074 mm 粒級占29%已經(jīng)造成了部分晶質(zhì)鈾礦過磨和泥化。 因此決定在擴(kuò)大連續(xù)重選試驗中，進(jìn)一步放寬入選粒度，采用階磨階選盡可能減少晶質(zhì)鈾礦過磨泥化，按照“尼爾森預(yù)選-螺旋選礦-搖床選礦”的原則流程進(jìn)行試驗。

3 擴(kuò)大連續(xù)重選試驗流程及方法

依據(jù)實驗室小型試驗結(jié)果確定擴(kuò)大連續(xù)重選試驗具體流程為“預(yù)先篩分-兩段磨礦-尼爾森選礦-螺旋選礦-搖床選礦”，如圖1 所示。 采用破碎至-12 mm 的原料進(jìn)行擴(kuò)大連續(xù)試驗以及設(shè)備及參數(shù)確定試驗，磨機(jī)給礦量及給水量分別為3.5 kg/min 和3.5 L/min。 通過擴(kuò)大連選試驗來考察該流程對鈾礦石的適應(yīng)性，設(shè)備和工藝的協(xié)調(diào)性及進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)，推薦最優(yōu)的工藝流程，驗證試驗室小型試驗所取得的指標(biāo)。

圖1 試驗原則流程

4 擴(kuò)大連選試驗結(jié)果及分析

4.1 一段磨礦條件試驗

4.1.1 一段磨礦預(yù)先篩分粒度選擇

對-12 mm 原礦進(jìn)行粒度篩析，結(jié)果見表2。

表2 -12 mm 原礦濕篩粒度篩析結(jié)果

從表2 可以看出，2 mm 粒度預(yù)先篩分較為適宜，可以避免30%以上的-2 mm 粒級中已經(jīng)解離的和易解離的晶質(zhì)鈾礦在磨機(jī)中過磨，而且一段磨礦量減少30%。

4.1.2 一段磨礦磨機(jī)類型選擇

對比了MB0612 溢流型棒磨機(jī)和Ф900 mm×900 mm格子型球磨機(jī)對晶質(zhì)鈾礦的磨礦解離效果，在-2 mm 產(chǎn)品、+2 mm 磨機(jī)前后設(shè)取樣點，分析結(jié)果見表3。

表3 不同磨機(jī)解離效果

試驗中發(fā)現(xiàn)，溢流型棒磨機(jī)出現(xiàn)明顯的“卡礦”現(xiàn)象，即出口和入口金屬量不平衡，究其原因是晶質(zhì)鈾礦比重大，初期無法通過溢流口強(qiáng)制排出，隨著金屬量在磨機(jī)中積累，最終強(qiáng)制排出，這樣的結(jié)果必然會造成晶質(zhì)鈾礦的過磨。 因此，不宜使用溢流型棒磨機(jī)。 同理二段磨礦也不宜采用溢流型棒磨機(jī)，磨礦后的分級設(shè)備不宜選用螺旋分級進(jìn)行返砂。

4.1.3 一段磨礦檢查篩選擇

格子型球磨機(jī)磨礦后產(chǎn)品進(jìn)入檢查篩，采用不同篩孔檢查篩對磨礦后產(chǎn)品進(jìn)行分級，分級后的產(chǎn)品進(jìn)行MLA 分析（MLA650，F(xiàn)EI，USA），結(jié)果見表4 和表5。

表4 一段磨礦晶質(zhì)鈾礦解離度對比

由MLA 分析可知，1 mm 檢查篩獲得更少與石英、云母等脈石連生的晶質(zhì)鈾礦，晶質(zhì)鈾礦自由表面積比2 mm 檢查篩增加25.46%。 且1 mm 檢查篩篩下完全解離和富連的晶質(zhì)鈾礦較2 mm 檢查篩篩下增加約35%，因此避免了晶質(zhì)鈾礦在一段磨機(jī)中過磨且同時充分解離，有必要采用1 mm 檢查篩。

表5 晶質(zhì)鈾礦連生關(guān)系對比表

4.2 尼爾森選礦機(jī)條件試驗

為了確定MD7.5 尼爾森選礦機(jī)預(yù)選詳細(xì)的工藝參數(shù)，進(jìn)行了尼爾森累計給礦量、重力值及給礦濃度的條件試驗，試驗流程見圖2。

圖2 尼爾森重選試驗流程

4.2.1 尼爾森給礦量試驗

尼爾森選礦機(jī)重力值80G、給礦濃度30%，進(jìn)行了尼爾森給礦量條件試驗，結(jié)果見圖3。 由圖3 可知，隨著累計給礦量增加，尾礦鈾品位也逐漸增加，尤其當(dāng)累計給礦量在400 ～450 kg 時，尼爾森尾礦品位變化明顯，因此累計給礦量選擇400 kg 較為適宜。

圖3 尼爾森給礦量試驗結(jié)果

4.2.2 尼爾森重力值試驗

累計給礦量400 kg、給礦濃度30%，進(jìn)行了尼爾森重力值條件試驗，結(jié)果見圖4。 由圖4 可以看出，尾礦鈾品位隨著重力值增大先減小后增大，因此選擇適宜的重力值為100G。

圖4 尼爾森重力值試驗結(jié)果

4.2.3 尼爾森給礦濃度試驗

尼爾森選礦機(jī)重力值100G、累計給礦量400 kg，通過調(diào)節(jié)尼爾森選礦機(jī)補(bǔ)加水量改變選別濃度，進(jìn)行了尼爾森給礦濃度條件試驗，結(jié)果見圖5。

圖5 尼爾森給礦濃度試驗結(jié)果

由圖5 可以看出，隨著給礦濃度增加，尾礦鈾品位先降低后增加，因此尼爾森選礦機(jī)給礦濃度選擇30%較為適宜，此時尼爾森補(bǔ)加水量為1.5 m3/h。

4.3 二段磨礦檢查篩篩孔尺寸選擇

補(bǔ)加水量1.5 m3/h、重力值100G 條件下進(jìn)行了尼爾森選別試驗，二段磨礦后經(jīng)不同網(wǎng)目檢查篩分的篩下產(chǎn)物MLA 分析結(jié)果見表6 和表7。

由晶質(zhì)鈾礦連生關(guān)系可知，0.2 mm 檢查篩獲得晶質(zhì)鈾礦自由表面積較0.6 mm 檢查篩大33.25%，單體和富連的解離度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于0.6 mm 檢查篩，綜合考慮后續(xù)搖床重選工藝，選擇0.2 mm 檢查篩為宜。

4.4 擴(kuò)大連續(xù)試驗

給礦量3.5 kg/min，給水量3.5 L/min，日處理量約5 t/d，進(jìn)行了連續(xù)72 h 的擴(kuò)大連續(xù)試驗，試驗流程見圖6，產(chǎn)品指標(biāo)見表8。

表6 二段磨礦晶質(zhì)鈾礦解離度對比

表7 晶質(zhì)鈾礦連生關(guān)系對比表

圖6 擴(kuò)大連續(xù)試驗流程

表8 擴(kuò)大連續(xù)試驗結(jié)果

由表8 可知，通過兩段磨礦-尼爾森選礦-螺旋選礦-搖床選礦的重選富集工藝，其中一段螺旋溜槽補(bǔ)加水25 L/min，二段螺旋溜槽補(bǔ)加水18 L/min，搖床沖程12 cm，沖次120 次/min，補(bǔ)加水5.5 L/min，可以得到品位2.35%、回收率88.42%的鈾精礦，晶質(zhì)鈾礦富集效果優(yōu)良，擴(kuò)大試驗結(jié)果與小型試驗結(jié)果基本吻合，工藝穩(wěn)定可行。

5 結(jié) 論

1） 通過兩段磨礦-尼爾森選礦-螺旋選礦-搖床選礦的擴(kuò)大連續(xù)選礦試驗，得到了品位2.35%、回收率88.42%的鈾精礦，富集效果較好，擴(kuò)大試驗結(jié)果與小型試驗相吻合，工藝穩(wěn)定可行。

2） 擴(kuò)大連續(xù)選礦試驗結(jié)果表明，預(yù)先濕篩選擇篩孔2 mm，可避免30%以上的-2 mm 粒級已解離的和易解離的晶質(zhì)鈾礦在磨機(jī)中過磨；一段磨礦檢查篩選擇篩孔1 mm，符合階段磨礦階段選別的原則；二段磨礦檢查篩選擇篩孔0.2 mm，晶質(zhì)鈾礦解離度可以達(dá)到90%以上，使晶質(zhì)鈾礦得到了充分有效地回收；尼爾森選礦機(jī)重力值100G、累計給礦量400 kg、礦漿濃度30%（即補(bǔ)加水量1.5 m3/h）時可獲得較優(yōu)的生產(chǎn)指標(biāo)。

3） 采用“兩段磨礦-尼爾森選礦-螺旋選礦-搖床選礦”工藝處理晶質(zhì)鈾礦具有自動化程度高、工藝對設(shè)備需求少、鈾回收率高等優(yōu)點，適宜處理地質(zhì)品位變化較大礦區(qū)的晶質(zhì)鈾礦。