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。     

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。     

不同类型黄铁矿对微生物浸铀行为的影响

针对低硫铀矿生物浸出,采用外源添加黄铁矿强化微生物浸铀,开展三种不同类型黄铁矿对微生物浸铀的影响研究。结果表明:添加黄铁矿可有效降低浸出体系pH,为微生物提供相对良好的浸出环境;添加黄铁矿促进体系内Fe2+快速氧化和氧化还原电位值迅速升高;黄铁矿体系与未添加黄铁矿空白体系相比,铀浸出率提高1.73%～5.53%;添加黄铁矿可降低微区黄钾铁矾等沉淀形成。     

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。     

新疆蒙其古尔矿床铀矿石CO_2+O_2中性浸出试验

采用新疆某砂岩铀矿石为原料,在实验室开展了分别以矿床地下水和地浸尾液配制浸出剂的CO_2+O_2中性浸出试验,研究不同铀矿石的铀浸出差异,以及对地浸具有影响的Fe、S的氧化与碳酸盐的溶解沉淀状况。结果表明,地下水和地浸尾液配制的浸出剂对相同矿石的浸出结果没有明显差异,矿石铀含量是最主要影响因素,浸出铀浓度与矿石铀含量显著正相关;静态浸出过程中,铀在体系中的扩散不充分,底部铀浓度显著高于上部,通常静态浸泡比搅拌浸出的铀浸出率低与此有一定关系;Fe的氧化较显著,浸后矿石FeO含量下降37%～62%,S也有所氧化;碳酸盐处于接近饱或超饱和状态,应将体系pH控制在6.5以内,以避免方解石和白云石发生饱和沉淀。     

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。     

含砷复杂硫化镍矿低温生物浸出行为研究

针对某硫化镍矿含砷、品位低、多金属矿混杂、地处寒冷地区等特点,为了保持较高的浸出率,低温驯化后浸矿细菌需要具有较常温细菌更高的氧化速率。基于热力学基本公式,推导了电位(E)与温度(T)的函数关系式,并使用HSC软件绘制15℃下Fe-As-Ni-S-H2O体系和Fe-Cu-S-H2O体系的E-p H图,对含砷复杂硫化镍矿进行了热力学分析。在综合了两个体系的E-p H图后,排列出在温度为15℃的微生物浸出体系中矿物随电位升高的溶解顺序,同时对比了不同反应物活度对矿物溶解的影响。在低温(15℃)下的微生物浸出过程中,研究矿浆浓度、细菌接种量、初始p H值对含砷复杂硫化镍矿中镍、铜、砷浸出率的影响。经过14 d的浸出,在优化的条件下,镍的浸出率可达65%以上,与此同时钴的浸出率可达70%以上,铜的浸出率大于50%。浸出过程中镍钴铜砷的溶解规律符合之前基于E-p H图的热力学分析结果,砷黄铁矿被优先浸出。经42 d的浸出,镍钴的浸出率大于70%,铜的浸出率则可以达到60%以上。     

镁离子对低品位硫化镍矿氧化浸出电化学行为的影响

低品位硫化镍矿中含镁硅酸矿物易被酸溶解出Mg^2+而影响其有价金属提取。采用不同氧化浸出体系研究了Mg^2+对硫化镍矿中Ni、Cu、Mg、Fe浸出的影响,利用循环伏安、动电位极化、交流阻抗等方法研究了Mg^2+影响硫化镍矿中硫化矿物氧化溶解电化学行为。结果表明,试验范围内,低品位硫化镍矿中硫化矿物氧化浸出受氧化产物扩散影响控制,含镁矿物被酸溶解释放出Mg^2+进入溶液,游离的Mg^2+受硫化矿物表面负电性离子吸引而吸附在矿石表面,降低矿物表面氧化溶解双电层电荷转移内阻,加速电荷转移过程;另一方面,由于Mg^2+吸附影响,使得硫化镍矿表面氧化产物膜致密生长而显著负影响硫化矿物浸出,致使硫化矿物自腐蚀速率随Mg^2+浓度增加而降低。Mg^2+对含S物种电对间转化不利,与Fe^3+协同影响硫化矿物氧化浸出效率,低Mg^2+浓度促进Fe^3+/Fe^2+循环,而高Mg^2+浓度引起硫化矿物腐蚀产物层致密生长而降低矿物被溶解的速率。硫化镍矿在不同体系氧化浸出时,初始含Mg^2+条件下,Ni、Cu、Fe浸出效率低于无Mg^2+体系。     

CO2+O2地浸采铀脉石矿物与浸矿剂相互作用研究

在CO2+O2地浸采铀应用过程中,浸矿剂不仅与载铀物质发生反应,亦与脉石矿物发生反应。为探索砂岩型铀矿主要脉石矿物与浸矿剂的相互作用,在中性条件下（pH分别为6.20、6.40、6.60、6.80和7.00）对脉石单矿物及天然铀矿石进行高压釜静态浸出试验,对比浸出溶液中各种离子浓度变化和反应后渣样的形貌变化特征。发现：1）方解石溶解可产生HCO3-和Ca2+,HCO3-升高能加速铀浸出,而Ca2+浓度升高会增加石膏和方解石沉淀风险;2）黄铁矿与浸矿剂反应易产生H+,阻碍CO2与水反应生成HCO3-,不利于铀浸出,但当黄铁矿与方解石同时存在,黄铁矿同浸矿剂相互作用会加速方解石的溶解,故对富方解石的矿石来说,黄铁矿的存在有利于铀的浸出;3）钾长石溶解可形成黏土矿物,对溶出的铀酰离子有一定的吸附性;此外,黏土颗粒细小,在地浸工业应用过程中增加黏土物理堵塞的风险;4）高岭石在浸出过程中会释放其所吸附的其他离子,同时吸附铀酰。渣样矿物学分析结果显示,各种矿物在浸出过程中均发生差异性溶解,其中方解石溶解最明显,表面逐步被侵蚀粗糙,钾长石表面溶蚀微弱;黄铁矿表面随着浸矿剂的作用逐步覆盖一层铁氧化物或者铁的氢氧化物;高岭石的微观形貌变化不明显。     

某高碳酸盐砂岩铀矿的碱法浸出

为探究某高碳酸盐砂岩型铀矿的浸出工艺参数,在室内进行了不同碱性试剂、不同氧化剂条件下的静态浸出试验,运用PHREEQCI软件计算了碳酸盐矿物的饱和指数及浸出液中铀的存在形式,并进行了浸出动力学分析。结果表明,铀浸出率与溶浸液中HCO^-₃浓度呈正相关,并且NH₄HCO₃的浸出效果要优于NaHCO₃;H₂O₂氧化效果明显强于KMnO₄和K₃Fe(CN)₆,铀浸出率随H₂O₂质量浓度的增加而增长,综合考虑效益、成本等因素,最佳浸出条件为800 mg/L NH₄HCO₃+2 g/L H₂O₂,最终铀浸出率为21.04%;整个浸出过程方解石和白云石均处于超饱和状态,应控制体系pH以避免碳酸盐发生饱和沉淀;浸出过程中铀的溶解反应主要受表面化学反应控制,...     

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。     

中国铀矿采冶回顾与展望

中国铀矿包括火山岩型、花岗岩型、碳硅泥岩型、砂岩型和煤岩型等多种类型。铀矿采冶始于20世纪50年代,早期以火山岩型和煤岩型铀矿常规地下开采为主,部分埋藏较浅的矿床则以露天开采的方式进行;铀的提取采用破磨搅拌浸出或堆浸工艺。20世纪90年代以来逐步向砂岩铀矿开采转型,以采冶一体的原地浸出方式进行开采和铀的提取,按浸出剂的不同主要分为酸法、碱法、中性(CO_2+O_2)等工艺,其中酸法和中性浸出工艺在中国应用最为广泛。近年来微生物浸出技术在铀矿堆浸和地浸方面均有所突破,部分实现工业应用。清洁、高效和数字赋能是铀矿采冶发展的主要趋势,建设绿色、高效、智能的铀矿大基地也正在成为中国天然铀产业高质量发展的新动能。     

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。     

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。     

砂岩型铀矿浸出矿物工艺学研究进展

我国当前铀矿的勘探与开采的重点在北方砂岩型铀矿。砂岩型铀矿主要通过地浸的方式开采,地浸过程中浸矿剂除了与铀矿物发生反应外,还与矿石中的大量脉石矿物发生反应,在不同的浸出工艺条件下,地层中矿物的地球化学行为也有所不同。目前按照浸矿剂的成分,浸出工艺可以分为4种:酸法浸出、碱法浸出、中性浸出和微生物浸出。对不同浸出工艺条件下的矿物行为进行综述,认为:长石、云母、碳酸盐等矿物在酸性条件下会消耗酸和氧化剂,同时自身被蚀变,生成黏土等沉淀物,还可能造成气体堵塞;黄铁矿等硫化物在碱法地浸条件下消耗氧化剂,并可能生成铁的沉淀;矿层中的黏土矿物则可能发生膨胀降低矿层渗透性。中性浸矿和微生物浸矿尽管是新型的地浸工艺,但是同样存在着一些问题,有待后续研究解决。     

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。     

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。