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。     

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。     

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。     

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。     

含碳酸盐脉石氧化铜矿的酸浸动力学

针对碳酸盐脉石对氧化铜矿酸浸动力学的影响进行探讨,研究了温度、酸度、矿石粒径、液固质量比、振荡速度等因素对含碳酸盐脉石氧化铜矿浸出的影响.结果表明,高温、高酸度、高液固质量比、小粒径和高振荡速度利于矿石的浸出,但碳酸盐脉石使得酸耗增加.考虑浸出成本确定合理的浸出条件为温度303 K、酸度35 g·L-1、矿石粒径0.074~0.125 mm、液固质量比3∶1以及振荡速度180 r·min-1,浸出180 min后铜浸出率达53.6%.对浸出前后矿石表面形貌进行分析.结果显示碳酸盐脉石与酸反应后在矿石表面形成CaSO₄·2H₂O沉淀,覆盖在颗粒表面,限制了矿石颗粒孔裂隙的发育.基于收缩未反应核模型对浸出动力学进行分析,发现碳酸盐脉石反应生成的沉淀阻碍了浸出反应,固体产物层扩散为浸出反应的控制步骤,反应的表观活化能为8.65 kJ·mol-1.      

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。     

芒来铀矿石酸法铀浸出与矿物黏土化特征

酸法浸铀过程中浸出液铀浓度及化学成分通常会随时间发生改变,同时伴随有黏土矿物的产生。以内蒙古芒来铀矿石为研究对象,开展了4种酸度（5、10、15、20 g/L H2SO4）条件下室内酸法浸泡浸铀试验,对试验过程中浸出液化学成分及铀浸出特征与矿物的黏土化蚀变特征进行了系统探讨。研究结果表明,铀浸出过程中六价铀浸出迅速而四价铀浸出较慢,铀渣计浸出率为83.73%~88.07%;矿石中的含铀、含钠、含钾、含钙、含铁、含铝等矿物发生溶解,使溶浸液中的U6+、U4+、Na+、K+、Ca2+、Al3+、Fe2+、Fe3+浓度大幅增高;矿石中的长石类矿物发生了明显的黏土化蚀变,黏土矿物以伊利石为主。这些研究成果可以为该铀矿的开发工艺技术的确定和预防含矿层堵塞提供技术支撑。     

CO2+O2浸铀体系铀的Eh-pH优势场分布特征

铀的存在形式是决定铀的水迁移能力的重要条件。基于不同CO2和O2压力条件下的浸铀试验和地球化学模式软件PHREEQC计算,研究各浸铀体系中铀的Eh-pH优势场图特征及其影响因素。在CO2+O2浸铀体系中,碳酸铀酰络合物是铀在水中的主要存在形式,水的pH影响碳酸铀酰络合物优势域临界pH,HCO3-浓度则是铀的氧化还原临界电位变化的主控条件,而CO2是这些影响产生的根本因素。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。