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。     

745矿生物浸矿过程中铀矿物的变化

采用电子探针分析了浸出前后745铀矿物赋存形式及其变化情况。结果表明,该矿床矿石中铀矿物种类比较单一,主要以沥青铀矿为主,其次为铀石、铀钍石和钛铀矿;铀矿物主要以不规则树枝状或细脉状、颗粒状、星点状产出于矿物裂隙中,少部分被其它矿物包裹;粒度多在10μm以上、大者可达100μm以上。生物浸矿后,尾渣中剩余的铀矿物明显减少,残存的铀矿物种类仍然是沥青铀矿、铀石和钛铀矿,但粒度多在1~2μm以内,主要存在于石英颗粒内。说明裂隙中的沥青铀矿与铀钍石容易被浸出,被石英包裹的铀则难以被浸出。     

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%。     

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。     

外源Fe2+浓度及矿物粒径对生物浸铀的影响

为改善以往生物浸铀效率不高的缺陷,通过添加外源Fe2+及改变矿物粒径来提高生物对铀的浸出率。研究结果表明：外源Fe2+浓度分别为0、0.5、1.0和2.0 g/L时,铀浸出率分别为87.34%、88.27%、91.23%、89.13%,当浸出体系中Fe2+浓度为1.0 g/L时,铀矿石会产生部分溶解且表面粗糙孔隙明显,有利于铀的浸出,溶浸液中存在适量的Fe2+对生物浸铀的能力具有提升效果。另外,外源Fe2+对铀矿生物浸出符合固体产物层缩核模型,浸出过程主要受扩散控制。当粒径＜- mm和-5 mm时铀浸出率分别为91.23%和83.70%,矿物粒径适当减小可增大颗粒比表面积,同样利于铀的浸出。     

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。     

温度和液固比对某铀矿生物浸出的影响

铀矿生物浸出过程中,浸矿微生物（氧化亚铁硫杆菌）对温度和液固比等环境因素较为敏感。基于铀矿生物浸出溶浸液中酸碱度、氧化还原电位(Eh)、铁离子浓度的变化和铀浸出率的差异,研究温度和液固比对南方某铀矿生物浸出的影响。结果表明,在温度为30 ℃和液固比为20的条件下,铀矿微生物浸出效果最佳,铀浸出率分别高达为96.15%和97.02%。因此,在生物浸出过程中,可以控制浸出体系温度和液固比,为浸矿细菌提供最适宜生长环境,以强化铀矿的生物浸出。研究结果为南方某铀矿工业生产提供重要参数和理论依据。     

高速渗流对浸铀周期的影响

铀矿堆浸作为我国目前主要的浸出手段之一,具有成本低、对环境无二次污染的优点,但堆浸也存在浸出周期较长、容易造成堵塞等缺点。为改善以往浸铀周期较长的问题,本文对铀矿柱浸过程进行研究,使用5 g/L硫酸、5 g/L Fe³⁺作为浸出剂,分别对酸化和加铁浸铀2个阶段考察不同粒径和不同渗流速率对pH值、Eh值、铁浓度、浸铀周期的影响。试验结果发现渗流速率对浸铀周期有显著影响,即渗流速率越快,酸化时间越短、浸铀周期越短,同时过高的渗流速率会使溶浸液与矿石无法充分反应,导致浸出率偏低;渗流速率为382.16 L·h^-1·m^-2、178.34 L·h^-1·m^-2、127.38 L·h^-1·m^-2的体系(粒径为-8 mm)浸铀周期逐渐延长,分别为38 h、50 h、72 h,最终铀浸出率分别为81.14%、84.48%、85.02%;高速渗流的情况下,粒径越小,反应周期越长,浸出率越高;-5 mm、-8 mm粒径体系(5 g/L硫酸、5 g/L Fe...     

某砂岩型铀矿石浸出渣样铀钪浸出特征及机理

随着高品位铀矿的枯竭,从低品位铀矿石中回收伴生元素以降低生产成本成为趋势。在溶浸采铀过程中,为了提高铀及其伴生元素钪的浸出率,以某砂岩型铀矿碱性柱浸后的渣样为研究对象,通过室内静态试验,探究不同硫酸浓度、液固比、温度对铀和钪浸出率的影响,并根据未反应收缩核模型建立浸出动力学模型。结果表明：硫酸浓度为30 g/L、液固比2 mL/g、浸出时间192 h条件下,铀和钪的浸出率随着温度的升高而增加;温度低于30 ℃时,浸出过程受化学反应控制,浸出速率增加较快,但浸出率低;温度高于30 ℃后,浸出过程受混合控制,且铀的浸出速率要高于钪,铀和钪受混合控制的浸出过程的活化能分别为41.28、15.887 kJ/mol。     

酸法浸铀过程中Fe3+与浸出铀之间关系的数值模拟

为探究酸法地浸过程中Fe³⁺作为氧化剂时铀的浸出情况,通过使用模拟软件PHREEQE建立模型,观察浸出液各组分的浓度及迁移变化,揭示氧化剂Fe³⁺与浸出铀之间的关系。结果表明：作为氧化剂的Fe³⁺促使铀矿的溶解及Fe²⁺的出现,随着铀的浸出结束,Fe³⁺的浓度趋于稳定;且铀矿的溶解速率与Fe³⁺、Fe²⁺的增长速率密切相关。Fe³⁺的浓度增长变快时,Fe²⁺的浓度增长及铀矿的溶解也加快;随着铀矿的溶解速率降为零后,Fe²⁺的增长速率也趋近于零,氧化剂Fe³⁺的增长速率也降为零。     

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。     

某砂铀矿地浸单元酸浸初期溶质运移与溶液渗流关系

采用水文化学分析及数值模拟方法,对新疆某砂岩铀矿地浸单元酸法地浸初期SO_4~(2-)、H~+、Ca~(2+)等主要溶质离子的运移与溶液渗流之间的关系进行了探讨。SO_4~(2-)前锋用时8d运移至抽孔,40d后抽、注液SO_4~(2-)浓度开始同幅变化,表明大部分溶液已渗流至抽孔,根据渗流模拟计算,在流向抽液孔的溶液中,最快的可在5~6d抵达,40d时83%的溶液抵达;H~+在水岩作用过程中被部分消耗,其前锋21d运移抽液孔,而由H~+溶蚀出来的Ca~(2+)、Mg~(2+)则与SO_4~(2-)同步运移;66d地浸流场达到H~+的补给与消耗平衡,表明绝大部分溶液已经达到抽液孔,而根据计算,这一比例已经达到94%。水文化学分析与水动力计算结果吻合。     

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。     

某酸法地浸采区“二次开发”应用研究

针对内蒙古某地浸铀矿浸采中后期采区的浸出液铀浓度低、资源回收速度慢等问题，提出调节井网布置以改变溶浸液流运移路径的“二次开发”技术方案，并在现场进行了应用。研究表明，该采区矿体已可以结束“一次开发”，转入“二次开发”阶段，“二次开发”井网停用了所有原注液井，并以原抽液井为新的生产井网，重新部署形成“大五点型”井网格局，通过重构采区溶浸渗流场，减少了溶浸死角；抽注井间距由35 m增至49.5 m，铀浓度累积路径增长，65天内集合样铀浓度由8.84 mg/L提升至13.89 mg/L，增幅达57%；采区浸出金属量增加18.33 kg/d，增幅达39.3%；减少一半以上抽液井数量，每月节约生产用电约4×104 kWh，对提高资源利用率和降低生产成本具有明显效果，可推广应用至该矿床其他类似老采区。     

铀矿尾渣微生物堆浸试验

采用喷淋量约80m~3/d的间歇性喷淋(喷一天,隔一天再喷)方法对某铀矿微生物堆浸尾渣进行铀的生物浸出,试验持续了49d,液固比为0.49,尾渣的铀浸出率达到了4.62%,浸出液铀浓度均大于50mg/L。该方法有效解决了堆浸后期矿石中残留铀难以浸出且浸出效率低下的问题,提高了单位溶浸液平均铀浸出浓度。     

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。     

某砂岩型铀矿床矿石柱浸试验

柱浸试验是选择确定新矿床溶浸开采工艺的重要环节。采用某拟开发砂岩铀矿床的矿石,在实验室进行酸、碱法柱浸试验,并进行氧化浸出对比。酸法溶浸剂为6 g/L的硫酸溶液,碱法为3 g/L的碳酸氢铵溶液,氧化剂为300 mg/L的过氧化氢。结果表明,酸法浸出效果优于碱法浸出,氧化浸出优于无氧化浸出;酸度6 g/L+300 mg/L过氧化氢浸出效果相对最好,浸出54 d液计浸出率为87.42%,浸出率达到75%时液固比为2.29,酸耗9.0 kg/t。结合矿石碳酸盐含量较低的特点,建议采用6 g/L酸度的酸法工艺开展现场浸出条件试验,可考虑适量添加氧化剂。     

高氟铀矿石微生物堆浸工业试验

在前期试验基础上,进行高氟铀矿石微生物堆浸工业试验。上堆矿石4 315 t,矿石粒径-6 mm,品位0.186%,渣计浸出率92.63%,酸耗3.14%。所用的05B菌群在氟含量2～3.98 g/L的尾液中生长良好,浸出周期112 d。与常规酸法堆浸相比,浸出率提高约3个百分点,酸耗降低1.8个百分点,浸出周期缩短1个多月。