某砂岩型铀矿床矿石酸法柱浸试验研究

邢晓东，　邢拥国，　刘金辉，　陈建昌，　郝进庭

(1.东华理工大学,江西 南昌　330013；2.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特　010010；3.核工业203研究所,陕西 咸阳　712000)



某砂岩型铀矿床矿石酸法柱浸试验研究

邢晓东1，邢拥国2，刘金辉1，陈建昌3，郝进庭2

(1.东华理工大学,江西 南昌330013；2.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特010010；3.核工业203研究所,陕西 咸阳712000)

摘要：为论证某砂岩铀矿铀浸出工艺，并获得浸铀试验工艺参数，设置了19组柱浸试验，选择其中4组作为试验研究主体，研究在0.2 g/L KMnO4条件下，不同酸度条件铀浸出性能。试验结果表明，随着溶浸液硫酸浓度的增高，浸出液平均铀浓度及最高铀浓度明显增高，在加氧化剂(KMnO4)条件下，浸铀速度快，铀浸出率可达90 %以上，该矿床适合酸法浸出工艺。研究结果对确定该矿床酸法地浸工艺参数具有参考价值。

关键词：酸法浸出；液固比；铀浸出率；柱浸试验

邢晓东，邢拥国，刘金辉，等.2016. 某砂岩型铀矿床矿石酸法柱浸试验研究[J].东华理工大学学报：自然科学版，39(1)：23-28.

Xing Xiao-dong, Xing Yong-guo, Liu Jin-hui，et al.2016. Research on acid leaching uranium experiments of a sandstone type uranium ore[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(1):23-28.

砂岩型铀矿地浸开采技术在国内外铀矿山已得到十分广泛的应用。铀矿山在开采之前，确定合理有效的地浸工艺是铀矿冶工作者研究的重要课题。为保证最大限度的研究和优化试验地段地浸地质工艺方法，试验室铀浸出试验研究是必不可少的环节(吴黎武等，2003)。本文以某砂岩铀矿床为例，通过酸法柱浸试验，研究酸法技术工艺对铀矿石的浸出效果，并获得相应试验工艺参数，为后期地浸采铀工业试验和生产提供技术支撑。

该矿床铀矿体厚度为1.51～9.41 m(平均4.97 m)；矿石铀品位为0.010 6 %～0.092 4 %(平均0.025 %)；平米铀量1.01 kg/m2～2.79 kg/m2(平均1.71 kg/m2)。岩性以灰色、深灰色、黑色含砾砂岩和砾岩为主，岩石成岩程度低，胶结疏松。经放射性照相、电子探针和扫描电镜分析，铀矿石样品中铀赋存形式有吸附态铀、铀矿物及含铀矿物三种。铀矿物包括沥青铀矿、铀黑、铀石和铀钍矿等，沥青铀矿是本区最常见的铀矿物。含铀矿物有含铀钛铁矿、含铀锐钛矿和含铀稀土矿物，多以细小的颗粒零星地分布在石英、长石和杂基中①核工业203所.2010.巴彦乌拉地区道布铀矿床B367号线地段地浸水文地质条件试验总结报告.。

1浸铀原理与试验过程

1.1样品试验

样品来自地质工艺钻孔岩芯，取样深度为102～120 m，岩性由灰色中砂岩、细砂岩、粉砂岩及黑色泥岩组成。在渗透性较好的砂岩中，CO2含量大多小于0.01 %，有机C、∑S含量较低②姚益轩.2013.某矿床2008地浸总结报告.。

试验样品在钻探现场取样送试验室后，首先去掉原样表面的泥浆皮，干燥后利用橡胶锤单独破碎至矿石天然粒度。然后对样品进行铀含量及矿石化学全分析，之后将样品装填在渗滤柱接近原始密度(胡凯光等，2003)。

1.2浸铀原理

本次酸法浸铀试验以H2SO4作为浸出剂，以KMnO4作为氧化剂，其浸铀原理如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

酸法浸铀作用的结果形成硫酸铀酰离子，使矿石中的铀得以浸出(李学礼等，2010)。

1.3试验过程

试验采用柱浸方式进行，试验所用渗滤柱为有机玻璃柱，长约1 m，内径32 mm，柱内装样1 000 g。试验过程中，每24或48 h(2号渗滤柱渗透好好，间隔12 h)采集浸出液样1次。样品采集后，测定其pH、Eh值，并及时分析浸出液铀含量和剩余酸度，绘制铀浸出特征曲线。

2试验结果与讨论

铀矿石柱浸试验条件及试验结果如表1所示。18组试验溶浸液硫酸浓度分别为2 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L和21 g/L，氧化剂(KMnO4)浓度采用0.2 g/L和0.2 g/L，其中第7组为0.5 g/L H2O2。渗滤柱试验在分析室内多条件静态试验结果的基础上设置的，静态试验结果显示该矿床更适合酸法浸出，因此该渗滤柱试验主要是模拟含矿层渗透率采用酸法浸出，仅第5组采用15 g/L NH4HCO3+1 g/L H2O2的碱法浸出。

表1　柱浸试验条件及试验结果

在确定了酸法浸出的前提下，下一步试验目的是确定相应工艺条件下的溶浸液配比，得到在经济合理、技术可行且能有效浸出铀金属的溶浸液配方。因此，综合考虑铀浸出率、累计液固比及浸出周期，在设置的19组渗滤柱中选择12组、13组、14组、15组4组作为本文重点阐述对象。

2.112号柱铀浸出特征

12号柱浸出结果(图1、图2)显示，浸出液铀浓度从试验开始至第5天，急剧上升，其峰值出现在第5天，为179.52 mg/L，平均铀浓度47.28 mg/L，其对应铀浸出率为18.37 %。浸出的铀基本上为易溶的六价铀。从试验第6天开始，铀浓度随时间呈下降趋势，第6天至第15天下降速度快，第15天后铀浓度降至30 mg/L以下，表明样品柱中残留铀以难浸的四价铀为主。

图1 12号柱浸出液铀浓度,铀浸出率随时间变化特征Fig.1 Characteristicsofuraniumconcentrationanduraniumleachingratewithtimeforcolumn12图2 12号浸出液Eh、pH值随时间变化特征Fig.2 CharacteristicsofEhandpHwithtimeforcolumn12

从铀浸出率看，试验前13天，浸出率达到72.17 %，此时相应铀浓度为51.39 mg/L。从浸出液Eh值看，试验初始Eh值为400 mV左右，随着KMnO4的加入，Eh值不断上升，试验第9天以后其值稳定在600 mV。浸出液pH值变化于1.25～1.68之间，并基本稳定在1.35左右。可见，溶浸液的高Eh(Eh>550 mV)及低pH值(pH<1.5)是酸法浸出的重要条件(国际原子能机构，2003)。

2.213号柱铀浸出特征

13号柱铀浸出特征(图3)与12号柱十分相似，即浸出液铀浓度同样是先快速上升，至第5天达到最大值372.77 mg/L，高出12号柱最高铀浓度(179.52 mg/L)1倍以上，其对应的铀浸出率为38.38 %。随后，铀浓度迅速下降，到第12天铀浓度降至48.03 mg/L(试验期间平均铀浓度77.76 mg/L)。试验结束时，铀浓度仅为4.24 mg/L。相应地，在铀浓度快速上升期间，铀浸出率迅速上升，第12天出现拐点，其铀浸出率已达83.11%。

图3　13号柱铀浓度及铀浸出率随时间变化特征Fig.3　Characteristics of uranium concentration and uranium leaching rate with time for column 13

图4　13号柱浸出液Eh、pH值随时间变化特征Fig.4　Characteristics of Eh and pH with time for column 13

从浸出液Eh值和pH值看，Eh从初始值400 mV开始上升，第7天达到625 mV，之后Eh基本稳定在600 mV左右。试验开始时pH值为7.33，第8天降至1.46，最终稳定在1.15左右。

2.314号柱铀浸出特征

图5　14号柱浸出液铀浓度、铀浸出率随时间变化特征Fig.5　Characteristics of uranium concentration and uranium leaching rate with time for column 14

图6　14号柱浸出液Eh、pH值随时间变化特征Fig.6　Characteristics of Eh and pH with time for column 14

由图5、图6可知，14号柱浸出液铀浓度和铀浸出率的特征曲线与12号、13号柱极为相似，试验第5天铀浓度同样达到最大值，为612.48 mg/L，高出13号柱最高浓度(239.71 mg/L)1.5倍，然后，铀浓度快速下降。试验第10天降至96 mg/L，之后铀浓度下降速度慢，试验结束时(试验32天)铀浓度低于10 mg/L。整个试验期间，平均铀浓度为102.82 mg/L。试验初始Eh值为437 mV，第4天即上升到604 mv，之后基本稳定于600 mv。浸出液初值pH为4.42，第8天下降至1.2，此后稳定于1.0左右。

从铀浸出率看，当铀浓度达到峰值时(试验第5天)，铀浸出率为38 %，试验第9天为76.26 %，试验结束时达到96.49 %。

2.415号柱铀浸出特征

图7　15号柱浸出液铀浓度、铀浸出率随时间变化特征Fig.7　Characteristics of uranium concentration and uranium leaching rate with time for column 15

图8　15号柱浸出液Eh、pH值随时间变化特征Fig.8　Characteristics of Eh and pH with time for column 15

15号柱铀浸出特征与12号柱、13号柱及14号柱铀浸出特征相一致，其最高铀浓度仍出现在试验第5天，为658.42 mg/L (图7)，铀浸出率为49.78 %。随后，铀浓度急剧下降。试验第13天，铀浓度降至71.72 mg/L，铀浸出率达89.11 %。表明，前13天，样品中的铀大部分已被浸出。试验结束时，铀浸出率达到97.35 %，铀浓度仅为4.82 mg/L。

浸出液初始Eh值为316 mV，试验第7天即上升到631 mV，之后稳定于600 mV。pH初值为7.42，到第9天即下降至1.03，此后稳定于0.88。

图9　不同酸度条件下浸出液铀浓度图Fig.9　The uranium concentration in different condition of aciding

图10　不同酸度条件下铀浸出率Fig.10　uranium leaching rate in different condition of aciding

2.5不同酸度条件铀浸出特征的对比

根据4组不同酸度条件下的铀矿石柱浸试验结果(表1、图9、图10)，在氧化剂浓度(KMnO4=0.2 g/L)相同条件下，随着酸度的不断增高，浸出液铀浓度(平均、最高)不断增高。当酸度分别为5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L和21 mg/L时，其相应的平均铀浓度分别为45.8 mg/L、77.76 mg/L、102.82 mg/L和122.6 mg/L；铀浸出率分别为92.56 %、95.38 %、96.49 %及97.35 %。表明该铀矿床矿石酸浸效果好，适合酸法浸出工艺。

4组柱浸试验均显示，试验第1至第5天，浸出液铀浓度上升速度快，且均在第5天达到铀浓度峰值，从试验第6天开始铀浓度迅速下降，大致在试验12～15 d，铀浸出率均达到80 天%或更高，表明酸法浸出工艺是该矿床可行的地浸工艺技术。

3结论

根据4组不同酸度条件，柱浸试验结果，可以得到以下结论：

(1)本试验共设计了19组柱浸试验，在室内浸泡试验得出该矿床适于酸法浸出的基上仅设置1组碱法柱浸试验。

(2)随着溶浸液硫酸浓度的增高，浸出液平均铀浓度及最高铀浓度明显增高，浸出15天，铀浸出率均达到80 %以上，浸出1个月，浸出率达到90 %以上，表明铀矿石酸浸效果好，适合酸法浸出工艺。

(3)铀浸与酸度关系密切，酸度越大，铀浸出率越高，浸出周期越短。

(4)在加氧化剂酸浸条件下，铀浸出速度较快，试验第5天，铀浓度即达到峰值，其P铀浸出率为40%左右，表明在加高锰酸钾的酸浸条件适合该铀矿床浸出。高锰酸钾作为浸铀氧化剂使溶浸液Eh值能够保持在600 mV，对于铀氧化与浸出起到了促进作用。

(5)综合考虑铀浸出率、铀浸出最高浓度、累计液固比及浸出周期，选择10 g/L H2SO4+0.2g/L KMnO4更适合工业开采。

参考文献

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Research on Acid Leaching Uranium Experiments of A Sandstone Type Uranium Ore

XING Xiao-dong1,XING Yong-guo2, LIU Jin-hui1,CHEN Jian-chang3,HAO Jin-ting2

(1. East China University of Technology, Nanchang,JX 344000, China; 2. Inner Mongolia mining co.，LTD.CNNC，Huhehaote, 010010, China; 3.Research Institute No.203,CNNC，Xianyang,SX 712000,China)

Abstract:19 groups (No.1～19) leaching tests were designed to verify the leaching uranium technology and to get leaching uranium parameters of a sandstone type uranium deposit. 4 groups tests(No.12～15)of column leaching uranium were finished to study the leaching uranium characteristics in different acidity when KMnO4 concentration is 0.2 g/L. These tests results show that average and highest uranium concentration in leaching solutions are obviously increased with acidity increase. The leaching uranium speed was increased rapidly, the uranium leaching rate can get more than 90% under the condition of adding oxidant (KMnO4). Obviously, acid leaching technology is suitable for a uranium deposit. The study results has reference significance to determine acid leaching technological parameter.

Key Words:acid leaching； solid-liquid ratio； uranium leaching rate； column leaching experiment

中图分类号：P619.14

文献标识码：A

文章编号：1674-3504(2016)01-0023-06

doi:10.3969/j.issn.1674-3504.2016.01.004

作者简介：邢晓东(1988—)，男，硕士研究生，主要从事铀溶浸水文地质学方面的研究。 E-mail:1152672626@qq.com

收稿日期：2015-09-07