砂岩铀矿CO_2+O_2地浸初期流场模拟及水化学验证

以新疆某砂岩型铀矿床"六注两抽"的地浸单元为研究对象,采用数值模拟与水化学分析相结合的方法,对CO_2+O_2中性地浸初期流场形成进程及其与溶质运移的关系进行了研究。结果表明,在以抽孔和注孔连线为轴线的纺锤形地浸流场中,地浸溶液前锋用时15d抵达抽液孔。SO_4~(2-)和HCO_3~-浓度变化对地浸初期前锋溶液渗流的反应灵敏而精准,是判断CO_2+O_2中性地浸最初阶段溶液前锋运移理想的天然示踪剂。地浸初期Ca~(2+)、Mg~(2+)的碳酸盐都处于过饱和状态,其运移滞后于溶液渗流并与pH的变化密切同步。渗流模拟、水文地球化学模式计算结果以及实际水化学监测数据之间存在良好的互证性,这些方法的综合应用可使地浸流场分析更为客观和可靠。     

某砂岩铀矿酸法地浸溶质运移与酸化进程分析

为分析某砂岩铀矿酸法地浸试验初期的酸化进程,对与地浸水岩作用密切相关的SO42-、H+、Ca2+、Mg2+、Fe2+和Fe3+等溶质离子运移特征进行了研究。结果表明,下注溶液最快8d抵达抽液孔,40d形成由注液控制的稳定渗流场;H+在水岩作用过程中被部分消耗,其运移羽前沿扩散至抽液孔的时间晚于SO42-离子13d,由H+溶蚀出来的Ca2+、Mg2+则与SO42-同步运移;66d地浸流场实现H+的补给与消耗平衡并形成稳定的浸铀化学场,但需进一步增加注液酸度以达到酸化要求。Fe2+、Fe3+的运移受H+的控制和氧化还原作用的影响,运移与H+基本同步。持续增高的SO42-导致大部分时间内硫酸钙处于过饱和状态,引起浸出液Ca2+浓度和抽液流量的下降。     

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。     

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。     

地浸采铀过程中的矿层解堵增渗技术及现场应用

针对某矿床CO_2+O_2地浸采铀过程中有碳酸盐与黄铁矿被大量浸出造成浸出液中Ca~(2+)、Fe~(2+)/Fe_总及SO_4~(2-)浓度过高,钻孔抽、注液量较低的现状,初步分析了主要堵塞物及常规方法洗孔效果不佳的原因,研究了活化剂、综合解堵剂、防膨胀顶替液解堵增渗效果,并在生产中加以应用。试验结果表明:解堵剂中加入表面活性剂及氢氟酸进行化学洗孔,可有效解决矿层堵塞问题,并可防止地层受到二次伤害,钻孔恢复运行后抽、注液量均高于正常水平,效果维持时间达130d左右。     

酸法地浸采铀多井系统中渗透系数时空演化模拟

为了解酸法地浸采铀过程中含矿含水层渗透系数时空演化规律,通过数值模拟的方法建立了由两组五点型地浸抽注井构成的二维反应动力学模型,模拟酸法地浸采铀中孔隙度-渗透系数时空演化过程,探讨含矿含水层渗透系数时空演化规律。模拟结束时模拟区域内渗透系数区间为[5.37 m/d, 14.7 m/d]。通过渗透系数时间演化结果可知,在渗流作用和化学反应前锋不断向抽液孔推进,渗透系数发生变化的区域随时间不断增大,模拟区域内渗透系数区间值随时间不断增大,模拟结束时6个注液孔周围的渗透系数演化情况差异较小;矿层内渗透系数大于初始值的范围为注液孔中心相距约3 m（占抽注半径1/10）处的圆柱体内,渗透系数最小值出现在与注液孔中心相距约5.66 m处的圆周上,含矿层内大部分区域的渗透系数均小于初始值,根据模拟结果渗透系数最小值可能出现在与注液孔距离抽注半径的1/6~1/5区域内。      

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。     

中浸渣铁的浸出过程动力学

研究中浸渣铁在热酸浸出中的浸出过程动力学,考察了搅拌转速、反应温度、初始H_2SO_4浓度、矿物粒度和Fe~(3+)离子浓度对铁浸出速率的影响。结果表明:该浸出反应的动力学方程符合收缩核模型。依据反应温度、矿物粒度等多个影响因素研究发现中浸渣热酸浸出过程受化学反应控制。浸出反应的表观活化能为45.657×10~3J/mol,浸出剂硫酸与Fe~(3+)离子浓度对反应的表观反应级数分别为1.09446和-0.07317。中浸渣热酸浸出的宏观动力学方程为:1-(1-α)~(1/3)=0.4442[H~+]~(1.09)[Fe~(3+)]~(-0.07)d_0~(-1)exp(-45657/RT)t。     

从铜矿山地下溶浸渗漏液中回收铜的研究

对选用螯合树脂D401,采用离子交换工艺回收某铜矿地下溶浸渗漏液中的铜进行了研究。分别考察了树脂型态、解吸剂的浓度和流速、解吸操作方式对铜离子吸附和解吸的影响。在最优条件下,解吸液含Cu 15g/L,Ca~(2+)、Mg~(2+)和Fe~(3+)浓度小于0.1 g/L,Cu~(2+)与Ca~(2+)、Mg~(2+)和Fe~(3+)的分离系数分别达到108、390和132。     

回用废水对酸浸生产清洁钒的影响

针对钙化焙烧熟料硫酸浸出-铵盐沉钒生产清洁钒工艺中循环利用的回用废水pH值、悬浮物SS、Mn~(2+)、NH_4~+浓度变化较大,浸出过滤洗涤生产现场出现浸出剂沉钒、残渣沉钒等现象,造成浸出生产不顺行,钒收率偏低的突出问题,以生产现场回用废水及钙化焙烧熟料为原料,采用硫酸浸出的方法对不同的回用废水pH值、悬浮物SS、Mn~(2+)、NH_4~+浓度对钙化焙烧熟料酸浸效果的影响进行了研究,并且将达到要求的回用废水与去离子水酸浸及过滤洗涤效果进行了对比研究。研究结果表明,随着回用废水pH值的增大,酸浸残渣钒含量减小,钒转浸率增大;随着悬浮物SS、Mn~(2+)、NH_4~+浓度的增大,酸浸残渣钒含量增大,钒转浸率急剧下降;回用废水pH值、悬浮物SS、Mn~(2+)、NH_4~+浓度分别为pH=6.5~7.5,Mn~(2+)≤3 g/L,SS≤30 g/L,NH_4~+≤25 g/L时,在与去离子水酸浸与过滤洗涤对比中,效果相近,酸浸残渣钒含量可降至1.2%,钒转浸率可达到85%。试验结果为钙化焙烧熟料硫酸浸出-铵盐沉钒生产清洁钒工艺中工业化废水处理循环利用提供了酸浸回用废水工艺控制要求和数据参考。     

酸法地浸采铀中孔隙度及铀浸出迁移的时空演化

在酸法地浸采铀过程中,铀在溶解—沉淀—再溶解的过程中会生成石膏堵塞空隙,导致孔隙度及铀浸出迁移的变化。为探明酸法浸铀过程中因石膏沉淀堵塞产生的变化,以某实际地浸采铀过程为例,通过模型概化构建孔隙度变化下的不同模型进行对比分析。结果表明:1)模拟过程结束后(600d),整个模型孔隙度均发生不同程度的变化,在注液孔2与注液孔5所在截面内,0m处孔隙度增幅最大,增大了3.66%,8m处孔隙度降幅最大,减少了1.66%。2)铀矿的浸出速率与该处孔隙度呈正相关,t=8d时,0m处生产模型孔隙度达到最大,理想模型与生产模型在该处的铀矿剩余量差值也达到最大,理想模型沥青铀矿剩余量为54.84%,生产模型沥青铀矿剩余量为54.74%。t8d时,0m处生产模型孔隙度开始减小,铀矿浸出速率下降,t=18d时,理想模型与生产模型铀矿剩余量相等。3)孔隙度减少的矿层直接影响到溶浸液在其中的迁移,降低了铀浸出迁移的效果。t=600d时,8m处生产模型孔隙度达到最小值,溶浸液运移阻碍影响达到最大时,理想模型与生产模型中10m处沥青铀矿剩余量差值也达到最大,理想模型为9.65%,生产模型为13.34%。     

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。     

基于数值模拟分析赤铁矿对地浸采铀的影响

在地浸采铀过程中,赤铁矿作为铀矿中常见的伴生矿物,在溶解过程中会生成三价铁离子,为探明酸法浸铀过程中因赤铁矿的水岩作用产生的变化及其对铀浸出的影响,以巴彦乌拉地浸采铀过程为例,通过模型概化构建赤铁矿存在下不同的模型进行对比分析。结果表明,1)模拟过程结束后(500d),赤铁矿的溶解速率相对较慢,注液孔1、2处区域矿层内的赤铁矿溶解量仅12.86%,而发生溶解的区域也因抽注作用形成的人工流场影响下,呈现出两极分化的趋势,并且相邻的两个注液孔之间的水力场也出现相互影响的现象,其中注液孔1溶解区域最远处距离注液孔14.1m,最近处8m;注液孔2溶解区域最远处距离注液孔12m,最近处7m。2)矿层中赤铁矿的存在对铀浸出有着巨大的影响,赤铁矿溶解时产生的三价铁离子加速了铀矿的溶解,矿层中仅含有1.08%的赤铁矿时,生产模型注液孔1处区域内的沥青铀矿仅需要11d便完全溶解,而理想模型同样区域的沥青铀矿需要75d才完全溶解;整个模拟过程结束后(500d),生产模型中,铀矿完全溶解的区域最远处仅离抽液孔12.2m,而理想模型内,铀矿完全溶解的区域离抽液孔24.4m。3)抽注作用形成的水力场将会对整个地浸采铀产生非常重要的影响,无论是溶浸液运移的路径与时间,还是矿层溶解的趋势和走向,都被人工流场影响着,因此需要对抽注系统进行合理布置,使得在实际生产中,矿区内不存在水力场死角,所有区域都能够被溶浸液覆盖。     

某铀矿生物浸铀过程中金属离子与铀协同浸出研究

通过室内柱浸试验,探析不同粒度（2.5~5、5~10、2.5~10 mm）铀矿在生物浸出过程中金属离子与铀浸出的规律,分析柱浸过程中pH、Eh、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+与铀的浸出行为,并运用PHREEQC计算金属离子的饱和指数及浸出液中铀的存在形式。结果表明,铀矿中K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Fe3+与铀的浸出趋势相似,粒度越小该铀矿中浸出的金属离子越多,经过66 d柱浸试验,三种粒度的铀矿铀浸出率分别为85.93%、69.75%、79.65%。酸化阶段及菌浸阶段硬石膏达到饱和,酸化阶段磷酸铀酰达到饱和,菌浸阶段氟化铁达到饱和。柱浸浸出液中铀主要以正六价存在,酸化阶段铀化学形态主要为硫酸铀酰及磷酸铀酰,菌浸出阶段主要为硫酸铀酰及氟化铀酰。     

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。     

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。     

地浸采铀水岩作用数值模拟研究进展

砂岩型铀矿原地浸出已成为国内外铀资源开发的主要方式之一,在对地浸复杂水岩作用过程的研究中,数值模拟作为重要方法,被越来越广泛应用。详细介绍了数值模拟技术在地浸采铀的应用、成果及进展,并对存在的主要问题和地浸数值模拟研究的发展方向进行了分析。