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。     

地浸采铀中过氧化氢氧化性能研究

以过氧化氢作为氧化剂溶浸新疆某砂岩型铀矿石,考察溶浸条件对铀浸出率的影响。结果表明,碳酸氢铵为溶浸剂时,过氧化氢可有效氧化浸出矿石中四价铀。铀浸出总量随着过氧化氢加入量的增加而增加。当溶解氧加入总量为600mg/L时,5回次溶浸的铀浸出总量为76.40%,能满足地浸采铀工艺要求。     

地浸采铀工艺分类方法的探讨

随着地浸技术的发展,一些新工艺很难简单地用传统的酸、碱分类方法进行界定,出现工艺归类与地浸实际工作状态不一致的现象,也造成了技术交流的不便。在综述目前主要地浸工艺及其铀迁移原理的基础上,对地浸采铀工艺分类方法进行了探讨,提出了分别以地浸工作液pH和浸出铀的迁移形式为依据的分类方法。     

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。     

基于数值模拟研究酸法地浸采铀过程中孔隙度时空演化

地浸采铀过程中常伴随生成化学沉淀,影响铀的浸出效率。为了揭示化学沉淀出现的时间和位置规律,在溶浸液相同的情况下,对含矿层孔隙度的时空演化进行了数值模拟。模拟结果显示:0～5d,模拟区从距离注液孔2.6～20m处均有孔隙度—渗透性增大(化学溶解)的现象;第5天之后,整个模拟区均出现了不同程度的孔隙度—渗透性减小(化学沉淀)的现象。模型运行到设定的最长时间(550d)时,在模型紧邻注液孔的位置孔隙度减小了25.7%,在模型紧邻抽液孔的位置孔隙度减小了15.13%。     

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。      

基于PHREEQC拟合地浸采铀尾液中去除硫酸根离子模拟研究

对某砂岩型铀矿地下水淡化少试剂地浸采铀浸出液中SO4^2-的去除试验进行数值模拟。对三组溶液(溶液3、溶液4、溶液7)一共进行了7次模拟实验,得到Ca^2+与SO4^2-反应生成石膏沉淀的速率为(4.8~9.4)×10^-9 mol/(cm^2·s)。其中溶液3三组反应与溶液4两组反应的模拟值与实测值几乎一致,溶液7两组反应模拟结果的去除率略低于实测值。当溶质中SO4^2-浓度与模型中三种溶液浓度相近,溶液中加入12g/L,可以确定SO4^2-沉淀速率为(7.2~7.75)×10^-9 mol/(cm^2·s)。CaO溶解在水溶液中会放出一定的热量,不同溶液的饱和指数也有所差异等原因使得模拟结果所得到的沉淀速率不是一个确切值,而是在一个区间值内,但都在同一个数量级内,并且模拟结果与实测结果拟合较好。     

基于渗流-化学-应力多场耦合的砂岩型铀矿CO2+O2地浸开采的数值模拟

为探明不同影响因素对CO2+O2地浸采铀效果的影响规律和影响机理，首先建立了适合CO2+O2地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型，其次，结合实际现场工况，开展了注液速率、渗透率、O2配加浓度、HCO3－配加浓度和铀矿石平均品位对CO2+O2地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明：CO2+O2地浸过程中，抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势；矿层渗透率、铀矿石平均品位、O2配加浓度、HCO3－配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系，溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系；CO2+O2地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层，同时应该适当加大O2和HCO3-的配加浓度，并控制好溶浸液注入速率，可实现铀资源的高效开采。本研究对CO2+O2地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。     

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%。     

新疆洪海沟矿床酸法地浸采铀试验

洪海沟矿床是我国新疆千吨铀矿大基地的重要后备资源。为确立该矿床开发的适宜浸出工艺,在前期实验室研究基础上,开展了“四注一抽”规模的酸法地浸采铀试验。结果表明：该矿床微酸和低酸浸出均未达到预期浸出效果,采用3.0~4.0 g/L酸度酸化、7.0~7.5 g/L酸度浸出是适宜工艺;300 mg/L剂量的H2O2能加速铀的浸出,但受限于溶出的Fe含量较低,氧化剂效能受限;尽管矿床碳酸盐含量不高,但浸出液Ca2+、SO42-持续增加易形成石膏沉淀导致抽注流量下降,需要在后续生产中予以关注。     

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。     

CO_2+O_2地浸采铀矿层渗透性影响因素

在CO2+O2地浸浸出过程中,渗透性是决定浸出效率的重要因素,提高渗透性对铀的浸出有很大作用。介绍了浸出过程中导致矿层渗透性降低的因素及增渗方法的研究进展。目前该工艺中关于如何抑制化学沉淀的问题已经得到了一定的解决,洗井工艺也取得了进步,但在渗透性的机理及微观尺度变化上的研究还不够全面,在增渗方法的研究上有些也还处于试验探索阶段,并未在实际生产中得到有效应用。     

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。     

某砂岩型铀矿CO2+O2地浸采铀试验

为探索CO2+O2地浸采铀工艺在西北某砂岩型铀矿床应用的技术可行性,开展了地浸采铀现场条件试验。试验表明,向矿层水中注加O2,浸出液残留的溶解氧含量明显增加,但浸出液c(U)未见明显升高;在矿层水中原始c(HCO3-)为300 mg/L的条件下,向矿层水中同时注加CO2+O2,浸出液中c(HCO3-)仅上升至300~350 mg/L,c(U)未见明显升高;补加NH4HCO3使浸出剂中c(HCO3-)达到1 000 mg/L时,浸出液的c(U)随c(HCO3-)上升呈直线上升态势,c(U)峰值达到31.5 mg/L,c(U)与c(HCO3-)相关系数达0.95,呈强正相关性。研究表明,该砂岩型铀矿仅采用CO2+O2进行浸出,不能获得满足地浸工业要求的c(U);通过补加NH4HCO3并保持浸出液中c(HCO3-)达到800 mg/L时,浸出液c(U)出现明显上涨（峰值31.5 mg/L,平均25 mg/L以上）。该矿床技术可行的浸出工艺为“CO2+O2+NH4HCO3”地浸。