某高耗酸砂岩型铀矿床碱法地浸采铀试验研究

邢拥国，蒋小辉，霍建党，刘金辉

(1.东华理工大学 水资源与环境工程学院，江西 南昌 330013； 2.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000； 3.核工业北京化工冶金研究院,北京 101149)

某高耗酸砂岩型铀矿床碱法地浸采铀试验研究

邢拥国1，2，蒋小辉2，霍建党3，刘金辉1

(1.东华理工大学 水资源与环境工程学院，江西 南昌 330013； 2.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000； 3.核工业北京化工冶金研究院,北京 101149)

高耗酸；矿床；铀；碱法地浸

某砂岩型铀矿床矿体SiO2含量较低，铁、铝成分占比较高，采用酸法地浸回收铀，浸出进程缓慢，单孔浸出液抽液速度为2～3 m3/h，铀质量浓度低于20 mg/L，硫酸耗量大于600 t/tU，生产成本较高。碱法浸出工艺可选择性溶解矿体中的铀，在耗酸金属矿物含量较高的矿床中应用具有优势[1-8]。矿石成分及前期试验结果[9]表明，对该砂岩型铀矿床采用碱法浸出工艺回收铀是可行的。为了确定碱法工艺的经济合理性，降低生产成本，在矿床试验块段进行了碱法地浸采铀试验。

1 试验块段地质、水文地质特征

试验块段发育于中下侏罗系水西沟群Ⅶ1亚旋回含矿含水层，为砂岩型铀矿化。砂体埋深244～274 m，平均厚度14.5 m，倾角4°～6°。矿体岩性以含砾粗砂岩和粗砂岩为主，少量细砂岩和中砂岩，接近顶底板有少量泥质胶结。含矿含水层砂体主要呈灰色，部分被氧化呈黄褐色。矿体块段单矿层平均厚度4.78 m，卷头矿体厚度一般大于4 m。

试验块段矿石化学组成见表1，其中SiO2质量分数较低，Fe2O3、FeO、Al2O3、CaO、MgO质量分数相对较高，这些金属物质耗酸量较大。块段矿石岩性主要为中细—中粗粒岩屑长石砂岩或长石岩屑砂岩，碎屑物占86%～88%，填隙物占12%～14%。岩石碎屑物分选性、磨圆度中等—较差，多呈次棱角状、棱角状，具砂状结构、块状构造。填隙物质以黏土矿物为主，占5%～13.5%。碳酸盐以CO2计，占0.075%～0.65%，有机炭质量分数平均为0.60%，全硫质量分数为0.19%。矿石中自生铁矿物主要为钛铁矿和磁铁矿，含少量菱铁矿及黄铁矿，次生矿物以黄铁矿和硅酸铁为主，铁矿物总计占比为0.57%～2.5%。矿石中的铀矿物主要是铀的氧化物及少量铀石，铀氧化物主要为沥青铀矿。

表1 矿石化学组成 %

注：1#、2#、3#为其他矿床。

矿体块段的铀品位最高0.049 6%，最低0.016 1%，平均0.036 8%；矿块平米铀量最高5.00 kg/m2，最低1.31 kg/m2，平均3.17 kg/m2。

试验块段内，含矿含水层平均厚度9.5 m，有效厚度9.04 m，地下水温度约14 ℃，矿层平均渗透系数0.51 m/d，平均导水系数5.83 m2/d。

试验单元S-0410含矿含水层厚度为8.4～10.8 m，矿层厚度为1.0～8.0 m，平均平米铀量为2.56 kg/m3，其他参数见表2。

表2 试验块段含矿层矿化参数

2 试验钻孔平面布置

经综合比较，选择矿床Ⅶ1-5矿块381勘探线进行试验。采用5点型“2抽6注”形式布孔，试验单元S-0410共8个钻孔,钻孔结构为填砾式[4]。单元抽、注液钻孔间距为18 m，注液孔间距为25 m。抽液孔抽液速度平均为5.47 m3/h，注液孔注液速度平均为4.1 m3/h。矿层水源丰富，孔口自溢涌水量大，承压水头高出地表约2 m。

3 碱法地浸现场试验

3.1 浸出工艺

浸出液由潜水泵提升至地表并汇集于集液池，再由抽液泵送入水冶系统，水冶尾液排入配液池，并于池内配加NH4HCO3后,由注液泵送入分配器，过滤后用作浸出剂注入到矿石层中。注入过程中，加CO2调节pH，以避免浸出过程中产生化学沉淀。

3.2 浸出剂配制

根据不同试验阶段及浸出进程，现场配制浸出剂。

1)O2预氧化阶段：运行32 d，氧气质量浓度平均308 mg/L。

2)CO2+O2中性浸出阶段：运行39 d，平均配加O2质量浓度282 mg/L，CO2质量浓度432 mg/L。

3.3 抽、注液速度及抽、注平衡

控制注液速度略大于抽液速度，平均注液速度及抽液速度分别为3.91～4.53 m3/h和3.75～4.32 m3/h。试验过程中，抽、注液速度相对稳定，控制浸出过程中不发生明显的化学堵塞和气堵现象。

3.4 注液压力控制

控制注液压力总体表现为先增高后相对稳定特征：预氧化阶段，注液压力控制在0.2～0.3 MPa之间；CO2+O2中性浸出阶段，注液压力缓慢提高，最高至0.6 MPa，并保持稳定；CO2+O2+NH4HCO3浸出阶段，注液压力先提高，最终稳定在0.9～1.0 MPa范围内。

4 试验结果与讨论

4.1 浸出液中铀质量浓度变化特征

浸出液中铀质量浓度在3个浸出阶段均呈阶梯式上升趋势，上升至一定浓度后趋于稳定(如图1所示)。

1)O2预氧化阶段

(1)

(2)

图1 浸出过程中铀及质量浓度的变化

2)CO2+O2浸出阶段

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

3)CO2+O2+NH4HCO3浸出阶段

4.2 浸出液pH变化特征

浸出过程中，浸出液pH变化趋势如图2所示。矿层地下水pH本底值为7.45；在预氧化和CO2+O2浸出阶段，pH出现小幅下降，维持在6.6～6.9之间；在O2+CO2+NH4HCO3浸出阶段，浸出剂中配加适量碳酸氢铵，pH出现上升甚至出现高于7.5的情况。pH超过7.5后，容易形成碳酸钙沉淀而阻塞注液孔和管道，致使抽、注液速度下降，影响浸出的正常进行。实际操作过程中，需注意CO2加入量，保证浸出液pH维持在7.0左右，这样可有效避免沉淀产生。

图2 浸出过程中浸出剂pH、Eh的变化

4.3 浸出液Eh变化特征

一般而言，氧化环境有利于铀的浸出。试验过程中，浸出剂Eh本底值为262 mV，注入矿层后缓慢上升并维持在360 mV左右。矿层中含有较多的还原性物质，消耗了较多氧化剂，使浸出液Eh升高(如图2所示)，有利于矿层中的四价铀转化为六价铀，使铀溶解浸出。

4.4 浸出剂中CO2质量浓度对铀浸出的影响

碱法浸出过程中，CO2浸出铀的原理是，CO2溶于矿层水形成H2CO3，H2CO3与含碳酸盐的含矿岩石作用形成碳酸氢钙和碳酸氢镁，碳酸氢钙和碳酸氢镁在氧化环境下与UO2结合形成碳酸铀酰离子。反应式如下：

(11)

(12)

4.5 浸出液中质量浓度变化特征

图3 浸出液中质量浓度及 含氧量的变化情况

4.6 浸出液中Ca2+、Mg2+质量浓度变化特征

钙、镁离子是碳酸铀酰配合的阳离子，碳酸氢根离子是形成碳酸铀酰的主要配合阴离子。浸出液中钙、镁离子及碳酸氢根离子浓度的高低直接反映碳酸铀酰配合作用的强弱，即浸出效果的强弱。对比浸出液中铀质量浓度与钙、镁、碳酸氢根离子浓度变化曲线(图3)可知，4条曲线变化趋势基本一致，出现拐点时间基本相同，表明铀质量浓度直接受浸出液中钙、镁、碳酸氢根离子浓度的影响。

4.7 浸出液中含氧量的变化特征

氧气加入后，浸出液中含氧量呈缓慢上升趋势。预氧化阶段，浸出液铀质量浓度达20 mg/L，而在前期，未加氧气条件下，浸出液中铀质量浓度仅为4～5 mg/L[4]。这表明氧气对铀的氧化浸出具有较大影响。

图4 S-0410孔浸出液的含氧量与铀质量浓度之间的关系

图5 铀质量浓度与质量浓度之间的关系

(13)

(14)

5 结论

砂岩型铀矿床矿石中，SiO2含量较低，Fe2O3、FeO、Al2O3、CaO及MgO含量较高，适合采用碱法工艺浸出铀。

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AlikalineIn-situLeachingofUraniuminHigh-acid-consumptionSandstone-typeUraniumDeposit

XING Yongguo1，2，JIANG Xiaohui2，HUO Jiandang3，LIU Jinhui1

(1.SchoolofWaterResources&EnvironmentalEngineering，EastChinaUniversityofTechnology,Nanchang330013,China; 2.InnerMongoliaMiningCo．，Ltd．，CNNC，Huhehaote010000,China; 3.BeijingResearchInstituteofChemicalEngineeringandMetallurgy,CNNC，Beijing101149,China)

high-acid-consumption;uranium deposite；alikaline in-situ leaching；uranium

TL212

A

1009-2617(2017)06-0467-06

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.06.005

2017-04-01

邢拥国(1976-)，男，河南虞城人，博士研究生，高级工程师，主要研究方向为湿法冶金。