地浸采铀过程中含矿层堵塞特征研究

酸法与碱法浸铀是当前我国铀矿采冶主要地浸工艺,浸铀过程中均会产生含矿层堵塞。含矿层堵塞是地浸采铀中的一种普遍现象,也是制约铀浸出效益的重大瓶颈。根据巴彦乌拉铀矿矿石酸法柱浸试验和十红滩铀矿矿石碱法浸铀试验结果,分别对酸法和碱法浸铀过程中含矿层堵塞的原因进行了系统研究。结果表明,矿物黏土化蚀变是造成酸法地浸中含矿层堵塞的重要原因;碳酸钙沉淀是造成碱性地浸中含矿层堵塞的主要原因;溶浸液的pH、HCO^-₃浓度及Ca²⁺浓度过高都会引起碱性浸铀含矿层碳酸钙沉淀,碳酸钙溶解沉淀特征受pH、Ca²⁺、HCO^-₃的边界值控制。     

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。     

焦炭在H2O+CO2气氛中的溶损反应特性

 为了研究富氢高炉内焦炭的溶损反应特性,开发了连续进水的全自动焦炭反应性测定装置,分别利用CO₂和N₂载带不同比例H₂O(0%～30%)提供H₂O+CO₂(H₂O和CO₂混合气体)和H₂O+N₂(H₂O和N₂混合气体)的含水气氛进行焦炭溶损试验,通过红外气体分析仪实时记录出口气体中CO和H₂的摩尔分数,研究了焦炭在H₂O+CO₂气氛下的溶损反应过程以及碳溶反应(C+CO₂=2CO)和水煤气反应(C+H₂O=CO+H₂)的动力学过程。研究表明,随着H₂O+CO₂混合反应气氛中H₂O比例的增加,焦炭的碳素溶损率和溶损速率均逐渐增大,而且水煤气反应的溶损速率逐渐变大、碳素溶损率逐渐升高,但是碳溶反应的溶损速率则逐渐减小、碳素溶损率也逐渐降低,这说明H₂O+CO₂反应气氛中H₂O和CO₂同时与焦炭反应存在显著的竞争作用。通过分析碳素溶损率和水蒸气含量线性关系的拟合斜率发现,焦炭在H₂O+CO₂混合反应气氛中发生的碳溶反应和水煤气反应的斜率均小于单纯单一气氛下的碳溶反应和水煤气反应的斜率,并提出基于斜率差值的抑制因子α表征H₂O和CO₂对碳溶反应和水煤气反应互相影响程度,CO₂对水煤气反应的抑制因子α_<sub>CO₂/H₂O为0.253,H₂O对碳溶反应的抑制因子α_<sub>H₂O/CO₂为0.179,α_<sub>CO₂/H₂O为α_<sub>H₂O/CO₂的1.41倍,CO₂对水煤气反应的抑制程度强于H₂O对碳溶反应的抑制程度。     

CO2用于K-OBM-S转炉冶炼不锈钢的理论分析与实践

为探究K-OBM-S转炉冶炼不锈钢过程中用CO₂代替底吹氩气(Ar)的可行性,以409不锈钢为例,基于热力学计算明确了底吹气中CO₂体积分数应高于30%,以此保证在脱碳末期CO₂仍能参与脱碳反应.CO₂氧化1 kg C,Si和Cr就会使1 t 409不锈钢钢水分别降温13.8 K、升温10.9和3.9 K,该升温效果显著低于O₂.理论分析表明,CO₂总流量应低于6.56 m³/t,以此保证脱碳终点钢水温度高于1 923 K,避免Cr发生严重氧化.利用太钢80 t K-OBM-S转炉开展相关工业试验,结果表明,与原底吹工艺(30 m³/min O₂+30 m³/min Ar, O₂-50%Ar)相比,试验工艺(35 m³/min O₂+27 m³/min CO₂,...     

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。     

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。     

关于新形势下炼铁工业发展的认识

为了探究富氢高炉内Ca/Fe基高反应性焦炭的溶损反应特性,以CO₂（N₂）载带不同摩尔比例H₂O蒸气（0～30%）进行焦炭溶损实验,通过分析尾气中CO和H₂的含量,研究Ca/Fe添加剂对焦炭在H₂O+CO₂混合气氛下碳溶反应和水煤气反应的影响。研究表明,焦炭在H₂O+CO₂和H₂O+N₂两种气氛下的焦炭反应性随H₂O蒸气载带率增加呈线性关系,焦炭在H₂O+CO₂气氛中溶损反应的拟合斜率k值明显小于在H₂O+N₂气氛中的k值,H₂O+CO₂混合气氛中H₂O和CO₂与焦炭反应存在竞争关系。而且基础焦炭（BC）反应性的实验与理论的差值明显小于Ca/Fe基焦炭（BC+Ca、BC+Fe）的差值,表明Ca/Fe添加剂影响了CO₂和H₂O与焦炭共同反应时的竞争关系。基于两种气氛下速率常数的差异提炼了两个抑制因子\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t相似文献   

蒙其古尔矿床微酸地浸采铀碳酸钙饱和状态研究

为控制蒙其古尔矿床微酸浸铀过程中碳酸钙沉淀引起的堵塞,对碳酸钙溶解—沉淀作用的相关因素进行了分析,并运用地球化学模拟软件QHREEQCI对碳酸钙的饱和状态进行了跟踪研究。结果表明,pH是控制碳酸钙溶解—沉淀的主控因素,随着体系pH的降低,碳酸钙由过饱和逐步转为非饱和,将pH控制在临界值以下可有效避免发生碳酸钙沉淀。     

铁矿浆过滤回水管道结垢物形成机制

国内A选矿厂使用R31助滤剂代替部分硫酸助滤剂对铁矿浆进行过滤脱水,发现滤液回水管道形成明显的结垢物。为查明结垢物形成的化学反应原理,通过X射线衍射分析确定了结垢物物相为碳酸钙。采用荧光分析法对不同滤液的元素组成进行定量分析,同时结合碳酸钙生成模拟实验,结果表明,R31滤液与硫酸滤液混合后,CO₃^2-与Ca²⁺反应生成CaCO₃沉淀。CO₃^2-来源为R31助滤剂滤液中羧基(-COOH),其在碱性条件下发生脱羧反应产生CO₂,CO₂遇水生成CO₃^2-;Ca²⁺的来源为过滤时硫酸与铁矿物中的含钙物质发生反应形成大量的Ca²⁺。最终,揭示了铁矿浆过滤回水管道结垢物形成的化学反应机制。     

不锈钢冶炼底吹CO2对熔池动力学条件影响

 近年来,CO₂在钢铁行业的资源化利用技术被广为开发,研究表明CO₂在不锈钢冶炼中的应用颇具潜力。通过建立底吹CO₂气泡反应动力学模型并结合水力学模拟试验研究,量化研究不锈钢冶炼条件下底吹CO₂对熔池动力学条件的影响。由于CO₂脱碳导致气体体积增加会造成气泡膨胀或分裂的情况不明确,假设两种极端条件,即条件a,CO₂反应气泡体积增大后只膨胀不分裂;条件b,CO₂反应气泡体积增大后只分裂不膨胀,并取某厂70 t不锈钢炉冶炼中期工艺参数对两种条件下CO₂气泡反应动力学进行计算。结果表明在本研究条件下,不锈钢冶炼底吹CO₂反应后气体增加无论是导致气泡膨胀或者分裂,反应平衡时气泡最终体积约为初始体积的1.3倍,并且气泡体积随反应时间的变化呈线性关系。水力学模拟研究发现,相对于对照组试验,条件a和条件b下熔池的混匀时间分别缩短16.5 s和8.4 s,因此得出实际底吹CO₂在反应后会使熔池混匀时间缩短8.4~16.5 s,使熔池的动力学条件得到显著改善。此外,通过墨水示踪剂观察底吹CO₂对熔池流场变化的影响,发现底吹CO₂反应后导致气泡膨胀会促进熔池的溶质向横向扩散,相对抑制溶质在纵向的扩散速度;相反地,CO₂反应后导致气泡分裂会促进熔池的溶质向纵向扩散,相对抑制溶质在横向的扩散速度。     

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。     

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。     

CO_2+O_2地浸采铀工艺对含矿层渗透性的影响

CO_2+O_2地浸采铀工艺是一种适合较高碳酸盐含量含矿层地层的技术方法,在该工艺生产过程中会产生不同类型的堵塞,从而降低矿层渗透性。对影响渗透性的矿物因素,碳酸盐矿物、黏土矿物、铁矿物等化学堵塞因素进行了系统分析,认为碳酸盐和黏土矿物以及CO_2+O_2地浸过程中的化学堵塞是影响含矿层渗透性的主要因素。     

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。     

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。     

砂岩铀矿围岩中性条件下对铀的吸附试验

砂岩型铀矿地浸采铀体系中,溶解铀在水岩界面发生的吸附作用对铀的浸出造成一定影响。为研究CO_2+O_2中性地浸条件下含矿层砂岩介质对溶解铀的吸附特征,采用取自新疆蒙其古尔铀矿床围岩和含铀浸出液,在实验室开展了不同粒径介质和不同固液比的吸附试验。结果表明,不同粒径介质对铀的平衡吸附量介于11.62～20.28mg/g,铀的平衡吸附量以及吸附率与粒径负相关;不同液固比试验条件的平衡吸附量介于10.07～18.23mg/g,铀的平衡吸附量与液固比正相关,铀的吸附率则与液固比负相关。围岩对铀的吸附动力学特征符合粒内扩散模型。试验结果可以为地浸采铀溶质运移模拟过程中吸附模型及其参数的确定提供依据。     

新疆某铀矿酸法和CO_2地浸采区地下水的污染特征及机理

为研究酸法和CO_2地浸采铀对地下水的影响,对新疆伊犁盆地的酸法和CO_2地浸采区的地下水水质进行采样分析。结果表明,酸法地浸开采时地下水中绝大部分组分含量均明显高于地下水本底值和国家地下水Ⅲ类质量标准,总矿化度超过国家地下水Ⅲ类标准11倍左右,超标的组份主要有硫酸根、锰、镍、铁、铅、锌、镉、砷等重金属元素和钍等放射性元素。CO_2地浸对地下水各个组分浓度影响要小得多,pH基本不变,总矿化度高出国家地下水Ⅲ类质量标准2.6倍左右,地下水中主要的污染因子为硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、锰离子和镍离子,而铜、锌、镉、铅、铁、砷等其它组分浓度未发生显著变化。酸法采区中的单项污染指数依次为FeMnNiPbSO_4~(2-)ZnAsCd,CO_2采区中单项污染指数依次为NO_3~-MnNiSO_4~(2-)Cl~-。酸法采区地下水综合污染指数比CO_2采区高3～384倍。污染物主要来源于人为注入的化学试剂和含矿层中矿物反应释放的组分,两种地浸方法由于加入的溶浸剂不同导致地下水的地球化学环境和污染特征存在显著差异。     

钱家店矿床分散低品位铀资源地浸工艺研究

内蒙古钱家店铀矿床具有多层矿、品位低、渗透性差、碳酸盐含量高、矿床规模大、分散小矿体多等特点,从而造成地浸开采时采区设计困难,经济性难以确定。经过对资源现状的研究,并借鉴近些年的开采经验认为,针对这类矿体首先应研究CO_2+O_2原地浸出工艺特点,总结浸出工艺的经济技术指标,提出最低可采品位和最低经济可采平米铀量。结果表明,采取上述措施后,分散状低品位矿体浸采效果良好,吨金属试剂消耗未随着矿体品位的降低而增加。