CO2+O2地浸采铀中CaCO3沉淀堵塞条件模拟

CO2+O2地浸工艺是我国第三代铀矿采冶技术,地浸过程中溶浸液与含矿层矿物反应后,在将铀从矿石中浸出的同时,由于地下水矿化度增高又会产生化学沉淀,导致含矿层堵塞。CaCO3沉淀是CO2+O2地浸采铀过程中含矿层堵塞的重要原因。根据内蒙古纳岭沟铀矿CO2+O2浸铀过程中浸出液化学成分数据,通过水文地球化学模拟,对含矿层堵塞的水文地球化学条件进行了系统研究。结果表明,CaCO3沉淀是造成CO2+O2地浸中含矿层化学堵塞的重要原因。当溶浸液pH>6.5时,CaCO3将发生沉淀,溶浸液的pH、HCO3-浓度、Ca2+浓度是影响CaCO3沉淀的主要因素,过高的pH与HCO3-浓度、Ca2+浓度都会造成CaCO3沉淀的产生。根据模拟结果获得了不产生CaCO3沉淀条件下pH、HCO3-浓度、Ca2+浓度三者之间的关系,并由此认为,维持溶浸液较低的Ca2+浓度与较低的pH是预防与缓解CaCO3沉淀堵塞的有效途径。     

地浸采铀过程中的矿物溶解沉淀特征

铀的原位浸出是通过溶浸液与铀矿物相互作用来实现的,地浸采铀过程中溶浸液与含矿层中各种矿物反应,会使溶浸液中各种离子组分大量增高,当离子浓度达到饱和或过饱和时,又会产生化学沉淀,造成含矿层堵塞。以巴彦乌拉铀矿C12采区为研究对象,根据浸出液化学成分数据,通过地球化学模拟计算采区运行过程中矿物饱和指数,研究地浸过程中矿物的溶解-沉淀特征。计算结果表明,酸法地浸过程中石膏、Fe(OH)3、针铁矿和赤铁矿是地浸采铀过程中易产生沉淀的矿物。地浸6.5天后石膏即处于沉淀状态;Fe(OH)3在pH大于6.71~6.89条件下、针铁矿在pH大于4.6~5.0条件下、赤铁矿在pH大于4.62~4.87时处于沉淀状态。pH是影响矿物溶解与沉淀的关键因素。     

内蒙古巴彦乌拉铀矿含矿层堵塞的水文地球化学机理

铀浸出是溶浸液与铀矿物之间发生一系列水文地球化学作用来实现的,巴彦乌拉铀矿酸法地浸开采过程中出现了含矿层堵塞问题。基于含矿层矿物特征,根据浸出液化学成分,采用地球化学模式程序PHREEQCI对浸出液-矿物平衡进行模拟,计算了矿物的饱和指数与反应条件指数,确定了矿物溶解沉淀状态,揭示了含矿层堵塞水文地球化学机理。结果表明,含矿层堵塞水文地球化学原因是溶浸液中Ca2+、SO42-与Fe3+处于过饱和状态,产生了石膏、针铁矿、赤铁矿沉淀,其饱和指数分别为0.06～0.20、0.01～-0.83、0.94～2.58;石膏的反应条件指数RCICa=0.34～0.42,RCIS=1.17～1.35,Ca2+浓度是其溶解—沉淀的主要影响因素,赤铁矿、针铁矿的RCIpH=-3.47～-3.27、RCIEh=-599.44~-474.72 mV、RCIFe=0.96～1.37,均处于沉淀状态,石膏、铁矿物沉淀是溶浸液与含矿层中的矿物作用后其离子活度积超过了其溶液积常数的结果。     

砂岩型铀矿石无氧化剂碱法浸出特征

为研究无氧化剂条件下砂岩铀矿碱法溶浸水岩作用过程及铀浸出特征,在实验室开展了蒸馏水浸泡和无氧化剂碱法浸出试验。结果表明,无试剂的水岩作用盐离子综合体及水中天然溶氧作用,可使铀向水中弱迁移;无氧化剂碱法浸出铀迁移强度与HCO3-浓度正相关,HCO3-浓度700～900mg/L是对浸铀影响相对显著的区间;UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-是无试剂和碱法浸出溶解铀的主要存在形式,两者占比与HCO3-浓度和pH相关。缺少氧化作用的碱法浸铀强度较弱,液固比1.5∶1浸出40d铀回收率17.17%～22.37%,且浸出速度衰减较快,这与矿石中的铀以四价占优有关。尽管如此,在碱性地下水体系尤其是碱法地浸退役采区,长时间内铀的迁移仍不可忽视。     

高碳酸盐型铀矿床微酸中性地浸采铀试验

某砂岩铀矿碳酸盐含量高,为避免常规酸法或碱法地浸的化学堵塞,开展了微酸中性地浸试验。以0.3g/L的硫酸溶液为溶浸剂,双氧水、氧气为氧化剂。浸出体系pH控制在6.1~6.7避免了碳酸钙沉淀;Ca~(2+)、SO_4~(2-)分别不超过900mg/L和2 100mg/L,硫酸钙沉淀得到有效控制。酸液与矿石碳酸盐反应可获得400~450mg/L的HCO_3~-作为浸铀剂,在双氧水氧化条件下可使浸出铀浓度达到24~31mg/L,改用300~350mg/L的氧气则使铀浓度进一步升高到48~62mg/L。与常规酸法和碱法工艺相比,微酸中性工艺更有利于在浸铀的同时对硫酸钙和碳酸钙沉淀进行有效控制。     

芒来铀矿石酸法铀浸出与矿物黏土化特征

酸法浸铀过程中浸出液铀浓度及化学成分通常会随时间发生改变,同时伴随有黏土矿物的产生。以内蒙古芒来铀矿石为研究对象,开展了4种酸度（5、10、15、20 g/L H2SO4）条件下室内酸法浸泡浸铀试验,对试验过程中浸出液化学成分及铀浸出特征与矿物的黏土化蚀变特征进行了系统探讨。研究结果表明,铀浸出过程中六价铀浸出迅速而四价铀浸出较慢,铀渣计浸出率为83.73%~88.07%;矿石中的含铀、含钠、含钾、含钙、含铁、含铝等矿物发生溶解,使溶浸液中的U6+、U4+、Na+、K+、Ca2+、Al3+、Fe2+、Fe3+浓度大幅增高;矿石中的长石类矿物发生了明显的黏土化蚀变,黏土矿物以伊利石为主。这些研究成果可以为该铀矿的开发工艺技术的确定和预防含矿层堵塞提供技术支撑。     

某高矿化度砂岩型铀矿地浸开采堵塞机理的研究

新疆某高矿化度地下水分布区砂岩型铀矿采用酸法和碱法地浸时易出现堵塞,采用地球化学模式PHREEQCI模拟和实验研究的方法对堵塞进行了探讨。结果表明,堵塞主要是因为地下水的矿化度(TDS)、Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-浓度过高,分别为8～12g/L、386.17～775.95 mg/L、250.83～377.21mg/L、2 036.47～2 436.08mg/L、108.66～527.55mg/L,方解石和石膏临近饱和状态;采用酸法和碱法地浸工艺分别会产生石膏和方解石沉淀而引起化学堵塞。该砂岩型铀矿适合采用稀释或水处理—弱碱性地浸工艺。     

内蒙古巴彦乌拉铀矿地浸采区地下水示踪试验

酸法地浸采铀是砂岩型铀矿最常用的开采方式之一,地浸中由于高酸溶浸液注入于地下含矿层,往往因化学沉淀堵塞导致含矿层渗透性下降,降低浸铀效率。为此,十分有必要探讨地浸过程中地下水（溶浸液）流速变化特征。以巴彦乌拉铀矿C10采区试验单元为试验场所开展了地下水示踪试验。试验结果表明,溶浸液从注液孔到抽液孔有多条（至少二条）渗流通道,较快通道的溶浸液流速为1.95~2.06 m/d,较慢通道溶浸液流速为1.35~1.44 m/d。KI示踪试验与SO42-示踪试验得到的溶浸液流速特征具有较好的一致性。     

CO2+O2地浸采铀强化浸出试验研究

新疆蒙其古尔铀矿床CO2+O2地浸采铀工艺中,铀浓度与HCO3-呈显著的正相关关系,但经过浸出初期后,提高CO2加入量不能有效提升体系HCO3-浓度,而对多数地浸单元的矿化条件而言,HCO3-浓度也尚未达最佳浸出需求。为此在该矿床某采区,采用补加碳酸氢铵和提高CO2加入量相配合的工艺,开展了强化浸出试验。结果表明,强化浸出效果显著,该采区浸出液中HCO3-从850 mg/L提升至1 200 mg/L,单孔铀浓度提升1.73~44.33 mg/L,集合样铀浓度提升8 mg/L。将pH调控在6.2~6.3和降低O2加入量稳定SO42-浓度,能避免强化浸出过程中发生碳酸钙和硫酸钙的沉淀,抽、注流量也并未受到影响。该强化浸出技术在多采区应用取得了良好的浸出效果和经济效益,是对该矿床CO2+O2浸出工艺的进一步优化。     

基于PHT3D软件的酸法地浸采铀过程模拟探讨

运用反应运移模拟软件PHT3D建立酸法地浸采铀一维模型,阐明强酸低含氧情况下地浸采铀过程中铀水解与迁移的时空演化规律。模拟结果表明,铀矿溶解后,四价铀最多,六价铀次之;矿层水溶液的pe(电位)和pH在时间上的变化与各个液相主要组分的浓度变化相关,pe和pH变化曲线的交点为液相主要组分浓度显著变化的起点;铀矿不仅会溶解也伴随着铀矿微量生成的现象,且溶解沉淀的量与位置有关。     

某砂岩铀矿石CO_2+O_2柱浸试验

在实验室开展了某砂岩铀矿石CO_2+O_2浸出工艺的柱浸试验。当液固体积质量比达到5.20(mL/g)时,铀浸出率可达到67.05%;HCO_3~-浓度是影响铀浸出浓度的关键因素,保持HCO_3~-浓度不低于800mg/L时浸铀效果较理想;浸出中后期铀浓度随矿石中铀的消耗而降低;溶浸液与矿石中碳酸钙、黄铁矿相互作用导致浸出液中Ca~(2+)、SO_4~(2-)浓度升高,pH在6.6以上时方解石和白云石都处于过饱和状态,为避免发生沉淀,应将pH控制在6.6以下;试验中石膏虽未达到饱和,但地浸实践中应关注Ca~(2+)、SO_4~(2-)浓度持续升高趋势,避免发生石膏沉淀堵塞。     

高碳酸盐砂岩型铀矿石微酸中性浸出性能

为研究微酸中性浸出工艺对高碳酸盐型铀矿石的浸出性能,对某高碳酸盐砂岩型铀矿石进行了静态浸泡试验、多回次氧化浸出试验及柱浸试验。结果表明,高碳酸盐型铀矿应用传统酸法浸出容易产生气堵和CaSO4沉淀,而应用微酸中性浸出虽然浸出强度小,但不容易产生沉淀,应用传统碱性浸出的浸出强度略高于应用微酸中性浸出,但容易产生CaCO3沉淀;应用低浓度H2O2氧化浸出效率低,H2O2主要被矿石中其他还原性物质消耗,高浓度H2O2容易和溶液中的铀反应生成过氧化铀沉淀,而KMnO4氧化浸出效果明显;在柱浸中,微酸浸出浸出率和碱性浸出浸出率分别为49.2%和41.7%,前者主要限制因素是矿柱酸化速率高于矿柱氧化速率,而后者主要限制因素是浸出后期矿层堵塞,渗透性下降。     

某砂岩铀矿床矿石中性浸出性能试验

对某砂岩型铀矿石开展不同O2剂量的中性浸出试验。结果表明,试验矿石中性浸出性能较差,铀浓度基本低于20mg/L,在25.2的高液固比条件下,铀浸出率仅为35.36%~41.85%;前期以六价铀浸出为主,浸出强度与HCO3^-浓度正相关;六价铀基本被浸出后,有O2、无O2的浸出差别明显,但O2剂量在30~200mg/L变化时浸出差别并不显著;相对高的pH有利于形成更稳定的铀酰络合物和降低铀的氧化还原临界电位,但应避免高pH引起碳酸钙沉淀。在地浸生产保持不低于800mg/L的HCO3^-和维持浸出液10~20mg/L的余氧是合适的。     

蒙其古尔铀矿床CO_2+O_2地浸浸出过程分析与探讨

以生产采区7个地浸单元为例,对蒙其古尔铀矿床CO_2+O_2地浸浸出过程进行了分析。结果表明,450~600mg/L的CO_2用量能够有效调节地浸体系pH以控制碳酸钙饱和沉淀,并能产生浸铀所需HCO_3~-;200~300mg/L的O_2对该矿层氧化效果明显,并可将SO_4~(2-)浓度控制在较低水平,有效避免产生硫酸钙沉淀;浸出液铀浓度与矿化条件和地浸单元注抽比均呈显著的相关关系。CO_2+O_2浸出工艺适合该矿床地浸生产。     

地浸采铀过程中含矿层渗透性演化的示踪试验

铀资源既是核军工基石又是核电发展的粮仓,在当前复杂的国际形势与大力发展核电的时代,更是一种不可或缺的重要资源。随着内蒙古巴彦乌拉铀矿地浸采铀的运行,矿层堵塞、铀浸出量下降等问题逐渐浮现。为探明地浸采铀过程中含矿层渗透性的演化特征,在巴彦乌拉铀矿床C10采区某试验单元开展了井间示踪试验。试验结果表明,地浸一年后含矿层砂岩孔隙度与渗透性降低,其原因与含矿层砂岩孔隙发生堵塞有关。地浸二年后C10采区试验单元在三个渗流方向即KZ13238-KC13036、KZ13238-KC13038和KZ13238-KC13438方向均产生了优势渗流通道。地浸二年后各方向渗流通道溶浸液流速较地浸一年均有不同程度降低,且下降幅度相较于前一年更大。表明随着采区的运行,含矿层孔隙堵塞情况日益严重,含矿层渗透性不断降低。研究结果可以为地浸中含矿层渗透性演化特征提供示踪证据。