铀矿浸出的分形动力学研究

赵贺永，李丽红，曾桂忠，刘予成

（1.文山学院 生化系， 云南 文山县 663000；2.文山学院 初等教育系， 云南 文山县 663000）

当今世界易开采的铀矿资源日益减少，特别对于硬岩性铀矿，原矿品位越来越低，性质也越来越复杂，给矿石的开采和选矿工艺均造成较大困难，如何充分地利用现有的低品位矿产资源，显得日益迫切。本文通过实验，建立了硬岩铀矿浸出的分形动力学模型。

1 分形动力学

有反应核模型公式［1］：A（溶浸液）＋bB（反应物固态）→生成物。

有crank－ginstling－braunshtein的简化模型：

通过公式（1）可以得出：

式中，m为反应物的相对分子量，c为溶液的浓度，d为反应物直径，b为化学计量系数，ρ为反应物密度，r为反应物起始直径，xt为t时刻的反应率。令k＝2mdct／3bρr2，得到动力学方程为：

其中，k与分维值D为线性关系。

2 试验研究

2.1 矿石的性质

某 铀 矿 石 中 U 0.134%、SiO275.8%、MnO 0.08%、Fe2O31.01%、FeO 0.78%、Al2O310.76%、CaO 0.26%、MgO 0.35%，结果表明，矿石中Fe2O3含量大于FeO含量，矿石的氧化性较好。铝含量较高，CaO、MgO含量较低。

2.2 实验矿石的组成

2.3 试验参数的确定

溶浸液硫酸浓度为25g／L，布液强度20.0 L／（m2·h）；浸出时间30d；液固质量比为1.52∶1；浸出pH 值为2±0.5［2－5］。

3 实验结果分析

对实验所得出的数据进行处理后，得到图1所示的曲线。

图1 浸出液铀浓度与浸出时间的关系

通过图1可以看出，随着分维值的增大，浸出液铀浓度增加，在第3d时，不同分维值浸出液的铀浓度都达到最大值，随着实验的继续，到15d时，铀浓度变化的幅度趋于变缓，15d后，铀浓度曲线变得非常平滑。

通过分形动力学方程进行数据的模拟，模拟结果见图2～图7。

从图8可以得出直线的斜率为：0.008，可以得出直线的方程为：k＝0.008D＋0.009，把公式k＝0.008D＋0.009代入式（3）中，可以得到不同分维值的动力学方程的通用式：1－3（1－xt）2／3＋2（1－xt）＝（0.008D＋0.009）t。

图2 分维值1.1的拟合

图3 分维值1.4的拟合

图4 分维值1.7的拟合

图5 分维值2.0的拟合

图6 分维值2.3的拟合

图7 分维值2.6的拟合

图8 分维值D与每个分维值动力学参数k的关系

4 结 论

铀矿石分维值在1.7～2.3时，其浸出率比较高，因此，实际的应用中，矿石破碎时分维值应该在1.7～2.3之间。

通过数据的处理得出了不同分维值的动力学的参数，运用这些参数，得出不同分维值的动力学公式，通过这些动力学公式的比较，得出随着矿石分维值的增加，动力学的斜率增加，在y的截距也增大。并且得出了分维值D与每个分维值动力学参数k的关系，通过这个关系式，建立了分维值的通用动力学方程：1－3（1－xt）2／3＋2（1－xt）＝（0.008D＋0.009）t。

［1］ Ekinci Z.Technical Note Leaching Kinetics of Sphalrite with Pyrite in Chlorine Saturated Water［J］.Minerals Engineer，1998，11（3）：279－283.

［2］ 赵贺永，李丽红.不同分维值的铀矿浸出研究［J］.有色金属（冶炼部分），2013（5）.

［3］ 张晓文，等.赣州铀矿某矿石高柱浸出性能研究［J］.中国矿业，2003，12（8）：62－64.

［4］ 王小波，等.某铀矿床矿石高柱浸出性能研究［J］.中国矿业，2009，18（12）：72－75.

［5］ 王昌汉.浸铀方法中矿石块度及其组成的确定原则［J］.中国核科技报告，1998（S6）：1－8.