新疆某砂岩铀矿CO2+O2加压滚瓶浸出试验研究

刘率帅，王清良，胡鄂明，李　乾，桂增杰，王星星，阳奕汉，张　勇，张青林

(1.南华大学核资源工程学院，湖南 衡阳 421002；2.中核新疆天山铀业有限公司，新疆 伊宁 835000)

新疆某砂岩铀矿CO2+O2加压滚瓶浸出试验研究

刘率帅1，王清良1，胡鄂明1，李乾1，桂增杰1，王星星1，阳奕汉2，张勇2，张青林2

(1.南华大学核资源工程学院，湖南 衡阳 421002；2.中核新疆天山铀业有限公司，新疆 伊宁 835000)

摘要：根据CO2+O2地浸采铀工艺技术特点，选取新疆某铀矿山取得的砂岩岩芯铀矿石，自行设计了CO2+O2加压滚瓶浸出试验装置，并进行了室内CO2+O2加压滚瓶浸出试验。结果表明，当CO2+O2总压为2.0 MPa，液固比10∶1时，金属铀浸出率达到70%，采用多级浸出和后期加氧化剂强化浸出，铀浸出率达90%以上。说明该矿床铀矿石适合CO2+O2浸出工艺，试验结果可为CO2+O2现场浸出试验和工程设计提供依据和指导。

关键词：CO2+O2；地浸采铀；滚瓶试验；加压浸出

砂岩铀矿原地浸出一般采用酸或碱作为浸出剂，酸法浸出的优点是浸出速度快，浸出率高；缺点是选择性差，地下水治理费用高，对含碳酸盐高的矿床不适合。碱法浸出的优点是选择性好，对地下水污染程度低，适合于碳酸盐含量高的铀矿床；缺点是浸出率相对低，浸出时间长等[1-4]。

针对酸法和碱法地浸存在的不足，国外已经在浸出剂的选择上进行了新的探索。美国Highland铀矿是西方产量最大的地浸采铀矿山之一，采用CO2+O2浸出取得很好效果[5]。此方法对一些碳酸盐含量高、渗透性差的铀矿石以及地下水矿化度高的铀矿床具有很强的实用性[6-7]。随着我国对绿色环保和节能减排型矿山建设的日益重视，CO2+O2地浸采铀工艺技术因具备试剂消耗少、对仪器设备及材料的腐蚀性小、浸出液铀浓度稳定、不破坏矿石的天然渗透性、开采后地下水治理简单等优点，已成为砂岩铀矿床地浸采冶技术发展的重要方向。根据地浸采铀工艺技术特点，用自行设计加工的CO2+O2加压滚瓶试验装置，对新疆某地浸铀矿山所取的岩芯砂岩铀矿，进行CO2+O2加压滚瓶浸出的不同压力、不同液固比、不同浸出时间和多级浸出等试验，试验结果可为CO2+O2地浸采铀工程的矿山设计和现场条件试验提供依据与指导。

1材料与方法

1.1矿石样品制备

试验样取自新疆某铀矿两个矿床钻孔岩芯岩矿样(矿床编号为1#，2#)。采用手选、破碎、缩分等方法对矿石样品进行制备。共制备了8个铀矿石样，进行岩石矿物学分析、化学成分分析、粒级筛析和浸出试验等。

1.2试剂

试验所用试剂见表1。

1.3仪器设备

试验所用仪器设备见表2。

1.4试验装置

CO2+O2加压滚瓶试验装置，是根据实验要求先进行设计，再委托有高压容器制造资质的某核工业机械有限公司加工制造。由加压反应罐、振荡器、CO2气瓶和O2气瓶组成。罐体直径89mm，高160mm，罐顶盖上有进气阀、排气阀、排液阀和压力表。装置按图1连接。

表1　化学试剂

表2　仪器设备

1.振荡器；2.加压滚瓶槽(φ89mm×160mm，3.0MPa)；3.二氧化碳气瓶；4.氧气气瓶；5、6.GVI表阀；7.压力表4MPa；8.φ6mm高压金属软管；9.二氧化碳气体减压阀；10.氧气气体减压阀；11.SS-BVI15球阀图1　加压滚瓶浸出试验装置示意图

1.5试验方法与步骤

本次浸出试验主要内容包括：CO2+O2不同压力浸出试验、不同液固比浸出试验、不同浸出时间浸出试验和多级浸出试验[8]。自行研制的加压滚瓶浸出设备，使用前先空载试压试漏，然后组装链接带水试压；调试达到要求后进行试验。试验步骤如下所述。

1)打开反应罐顶盖，将准确称量的矿石样加入反应罐内，按设计的液固比加入自来水，用玻璃棒搅拌均匀，然后盖上反应罐顶盖，拧紧螺栓，确保密封不漏。

2)把反应罐固定在振荡器上，按图1所示将设备连接。

3)向反应罐缓慢加入O2，待其压力达到试验设计总压的二分之一(试验总压为2.0MPa，先缓慢加入O21.0MPa)，同时启动振荡器，待压力稳定后停止加入O2，关闭O2阀门。

4)向反应罐缓慢加入CO2气体，操作方法同O2，总压达到2.0MPa，达到稳定后，停止加入，关闭CO2阀门。

5)开始振荡，定期观察反应罐内压力，达到预定时间后，停止震荡，打开排气阀，取出反应罐，倒出浆体，过滤、洗涤。

2结果及讨论

2.1岩石矿物鉴定

对1#，2#矿床的两个铀矿样进行了岩石矿物鉴定，制作矿样砂薄片，进行正交叉镜照片和镜下观察，结果见图2和图3。

图2　1#矿样砂薄片正交叉镜照片

图3　2#矿样砂薄片正交叉镜照片

鉴定结果如下所述。①岩芯矿样岩石为铁质-钙质-黏土质-石英屑和不等粒复成分砂屑-岩屑。矿样屑砂岩型，主要由石英岩、硅质岩、石英砂岩和钙质砂岩屑等组成。其中，矿石中矿物主要为石英(质量分数为62%～72%，平均为67%)、玻屑凝灰岩岩屑(8%～18%，平均为13%)、方解石(3%～4%，平均为3.5%)、不透明钛铁氧化物(12%～21%，平均为16.5%)。②该矿床矿石中铀的存在形式有铀矿物、吸附铀及含铀矿物，独立铀矿物难以发现，主要存在形式为吸附铀，存在于含铀矿物中的铀很少。

2.2矿样化学成分分析

取1#，2#化学分析样，对主要元素进行分析，分析结果见表3。

从表3可知：①矿样U品位较低，约0.035%，1#中U4+占铀总量的46%，2#中U4+占铀总量的35%，说明该矿石浸出过程中需要加入氧化剂；②两个矿样的化学成分及含量均相近，矿样中Ca、Al、CO2含量较高，CaO含量为0.8%～2.0%，Al2O3含量为7.7%～9.0%，CO2含量为1.5%～3.2%，SiO2含量则大于80%，说明该矿石耗酸大，不适合采用酸法浸出。

2.3粒级筛析试验

取1#和2#试验矿石样进行粒级筛析，结果见表4。

粒级筛析和U分析结果可知：两个矿样粒级组成相近，以0.45mm粒度为界，上下粒级矿石质量各占50%左右；不同粒级矿石U品位分布规律不明显。

表3　矿样成分分析结果/%

表4　T3和T7试验矿石样粒级筛析结果

2.4CO2+O2滚瓶浸出试验

称取1#矿石样100g，铀品位0.034%，化学成分见表3，采用CO2+O2浸出，液固比为10∶1，浸出时间24h。试验时先通入O2，再通入CO2。为了比较，还进行了NH4HCO3+H2O2对比浸出试验[9]。试验结果见表5。

2.5不同液固比浸出试验

称取1#矿石样50g，CO2压力1.0MPa，O2压力1.0MPa，总压2.0MPa，液固比为3∶1和10∶1，浸出时间为1d、2d、3d、4d、5d和6d，浸出结果见图4。

表5　CO2+O2滚瓶浸出试验结果

图4　不同液固比与铀浸出率之间的关系

由图4可知，浸出从第一天到第四天，浸出率逐步升高，但随后浸出率不再有明显变化；增大液固比，在一定程度上能够提高铀的浸出率。

2.6CO2+O2加压多次浸出试验

称取1#和2#两种矿石样各50g，液固比3∶1，CO2压力1.0MPa，O2压力1.0MPa；每级浸出时间为24h；第五次和第六次各加入5mL双氧水，浸出结果见图5。

图5　多级浸出与铀浸出率之间的关系

从图5可以看出，加压多级浸出，从第一级到第四级，单级浸出率逐级递减，但第五级加入双氧水后，铀浸出率出现较大幅度增加，铀总浸出率达到90%左右。结果表明，采用多级搅拌浸出且后期加入氧化剂强化浸出的方式，可以获得较好的浸出效果。加入氧化剂使得矿石中U(Ⅳ)被氧化为U(Ⅵ)后浸出，这与化学分析结果U(Ⅳ)占铀总量的30%～40%相吻合。

3结论

1)两个铀矿床的矿石样矿物组成和化学成分相差不大，采用CO2+O2浸出，铀浸出速率较慢，短时间内铀浸出率不高。

2)两矿样中U(Ⅳ)含量分别为46%和35%，加入双氧水可以氧化U(Ⅳ)为U(Ⅵ)，提高铀的浸出率；采用CO2+O2加压多级浸出且后期加氧化剂强化浸出，铀浸出率可达到90%。

3)CO2+O2加压滚瓶浸出试验装置自行研制，方便实用、稳定可靠，可以满足砂岩铀矿浸出试验要求。

参考文献

[1]朱鹏，陈建昌，尉小龙，等.砂岩型铀矿床地浸采铀工艺方法概述[J].采矿技术，2011，11(2)：4-8.

[2]苏学斌，杜志明.我国地浸采铀工艺技术发展现状与展望明[J].中国矿业，2012，21(9)：79-83.

[3]IAEA，Guidebook on environmental impact assessment for in situ leach mining projects[M].Vienna：IAEA-TECDOC-1428，2005：36-38.

[4]陈建昌，朱鹏，徐敲兵，等.内蒙古某铀矿床室内中性浸出试验研究[J].铀矿冶，2013，32(2)：72-75．

[5]钟平汝，McGonagle Larry.美国Highland铀矿碱法地浸采铀工艺(待续)[J].铀矿冶，2004，23(2)：69-70．

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[8]王清良，史文革，万利平，等.新疆某铀矿床矿石碱法地浸室内试验研究[J].铀矿冶，2004，23(1)：25- 30.

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[10]苏学斌，杜志明，刘乃忠，等.CO2+O2地浸开采条件试验技术总结报告[R].北京：核工业北京化工冶金研究院，2009．

Experiment study on roller bottle leaching with high pressure CO2+O2of a sandstone type uranium ore from Xinjiang

LIU Shuai-shuai1，WANG Qing-liang1，HU E-ming1，LI Qian1，GUI Zeng-jie1，WANG Xing-xing1，YANG Yi-han2，ZHANG Yong2，ZHANG Qing-lin2

(1.School of Nuclear Resource Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China；2.Xinjiang Tianshan Uranium Co．，Ltd．，China National Nuclear Corporation，Yining 835000，China)

Abstract:According to the characteristics of CO2+O2 in-situ leaching technology，a roller bottle leaching device with CO2+O2 pressure was designed for the rock core samples of sandstone uranium deposit in Xinjiang province.The lab leaching experiments were conducted with the roller bottle.The results indicated that the uranium leaching rate could be reached 70%，when the pressure was 2.0 MPa and the ratio of liquid-solid was 10∶1.Using the method of multistage leaching and afterwards adding oxidants enhanced leaching，the uranium leaching rate was higher than 90%.The test showed that the uranium ore deposit is suitable for CO2+O2in-situ leaching technology.The parameters obtained from the experiment will provide reference and guidance for mine engineering design and field conditions tests.

Key words：CO2+O2；in-situ leaching of uranium；roller bottle leaching；high pressure leaching

收稿日期：2015-06-27

作者简介：刘率帅(1988-)，男，湖南宁乡人，硕士研究生，研究方向为溶浸采矿。 通讯作者：王清良(1969-)男，湖南宁乡人，博士，教授，硕士研究生导师，主要从事生物技术和溶浸采矿技术研究。

中图分类号：TD868

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)06-0100-04