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%。     

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。     

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。     

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。     

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。      

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。     

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。     

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。     

某酸法地浸采铀退役采区地下水微生物多样性研究

为研究某酸法地浸采铀退役采区地下水微生物原位修复方法,采集退役采区的地下水,充分混合均匀后,运用高通量测序法获取土著微生物信息,进而确定地下水中微生物群落结构和功能。结果表明：地下水中的微生物既有细菌,也有真菌,且细菌群落的多样性明显高于真菌群落的多样性。细菌以变形菌门为主,占比达67.23%,而真菌以子囊菌门为主,占比达89.26%。FAPROTAX分析表明,该退役采区地下水中微生物类型主要为甲基营养型、甲烷营养型、硫酸盐呼吸型、甲醇营养型。     

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。     

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。     

含氟铀矿石酸法堆浸与生物堆浸体系微生物群落多样性比较

以某铀矿酸法生产堆和生物法试验堆为研究对象,采用16SrRNA基因克隆文库和微生物多样性分析法比较不同浸出时期样本中的微生物群落组成差异,探讨影响微生物群落组成的主要因素。结果显示,酸法堆浸体系中微生物多样性和丰富度均高于生物堆浸体系;酸法和生物法堆浸体系中,共同的优势菌为At.ferrooxidans、L.ferriphilum和At.thiooxidans,是酸性硫化矿物环境中的主要类群;影响含氟铀矿石堆浸体系细菌类群的主要因素是体系的总氟离子浓度和pH。酸法堆浸的中后期属有铁/硫氧化等嗜酸菌存在的弱生物堆浸体系;生物堆浸体系中微生物多样性主要受到人工强化菌群控制;极低pH、高氟浓度降低微生物群落中细菌的相对丰度和多样性。     

某黑色页岩铀钒矿酸浸工艺研究

采用浓酸熟化工艺浸出某黑色页岩铀钒矿中的铀和钒,同时进行了在浸出过程中三价铁的去除研究。试验确定的最佳熟化条件为:酸用量12%、熟化温度90℃、熟化时间2.5h、矿石粒度-0.15mm;浸出条件为:室温水浸1h后,加入硫酸钠0.6%,95℃下沉矾,沉矾时间0.5h,浸出终点pH为1.2。在上述条件下,铀浸出率大于92%,钒浸出率大于68.5%,三价铁去除率大于75%。采用该工艺可有效降低后续金属分离及废水处理过程的试剂消耗。     

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。     

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。     

从某铀矿石硫酸浸出液中回收铀、铜试验研究

某铀矿石硫酸浸出液中含有铀和铜,研究了从中综合回收铀和铜。试验结果表明：采用201×7树脂吸附铀,用酸性氯化钠溶液淋洗负载树脂,然后用氢氧化钠溶液从淋洗液中沉淀铀,铀回收率为98．4％;对铀的吸附尾液,采用循环铁粉置换法回收铜,铜回收率为90％。采用该方法可实现铀、铜的综合回收。     

低品位铀矿浸出试验研究

在分析某低品位难处理铀矿工艺矿物学性质的基础上,开展了不同硫酸浓度、铁浓度和温度等因素对铀浸出的影响研究。通过X射线衍射仪和扫描电镜等手段分析铀矿浸出过程中的物相和形貌特征变化,揭示了硫酸和氧化剂Fe~(3+)对低品位难处理铀矿浸出的作用机理。研究结果表明,该铀矿石在硫酸浓度214.5g/L、Fe~(3+)浓度11.1g/L的条件下45℃浸出48h,铀浸出率达到98.38%;Fe~(3+)的增加可破坏脉石结构,且其氧化作用可加快铀的浸出速率。