地浸采铀方法研究及展望

李孝君

摘要：主要对铀矿山开采的地浸采铀方法进行了综述，详细地介绍了酸法地浸、碱法地浸、CO₂+O₂地浸等三种地浸采铀方法，并对比了三种采铀方法的优缺点。分析了其对环境的影响，提出了未来铀矿开采研究工作的重点方向应是CO₂+O₂地浸采鈾方法。

关键词：地浸采铀;酸法地浸;碱法地浸;CO₂+O₂地浸

中图分类号：X751

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）6-0054-03

1引言

地浸采铀是区别于常规开采的一种铀矿开采方法。它所涉及知识很多，其中就包括地质、采矿、化学、冶金、环境等。它是将事先配制好的溶浸液注入到地下矿层中，经矿层渗流、对流和扩散作用，与含铀矿石发生反应而浸出铀成分，并经潜水泵提升至地面，实现对铀的有效的浸出，然后输送至水冶车间处理成所需的铀产品。地浸采铀技术相对于传统的铀矿山开采技术，具有工艺简单、成本较低、铀矿资源利用率较高和少污染、较环保等明显优势。

2地浸方法

地浸采铀方法主要包括酸法地浸采铀、碱法地浸采铀、CO₂+0₂地浸采铀等。根据溶浸剂的化学成分的不同而划分，以H₂S0₄、HC1等无机酸作为溶浸剂称作酸法地浸，以NaOH、Na。C（）3、NaHCO₃等碱液作为溶浸剂称作碱法地浸 ，而无试剂地浸且以CO₂和O₂作为介质称作CO₂+ 0₂地浸。

2.1酸地浸法

酸法地浸是目前地浸铀矿山利用较为广泛的方法。地浸过程主要采用酸作为溶浸剂，常见的溶浸剂有H₂S0₄、HNO₃、HC1等无机酸，H₂S0₄是其中具有很强的浸出能力，价格适宜和相关浸mT艺设备材料容易解决等优点，因此目前溶浸剂使用最多的是稀H₂S0₄，HC1与HNO₃虽反应能力较强，但其价格比H₂S0₄昂贵，易挥发，且相关设备防蚀要求较高。在浸出过程中，矿体中的四价铀化合物逐渐与H₂S0₄反应并溶解，但其溶解度较低，需要加入H₂0₂、KMnO₄、三价铁离子等氧化剂将四价铀氧化成六价铀，因为六价铀的化合物易与H₂S0₄结合成铀酰化合物。中间产生的相关化学反应如下：

由于矿层中不仅含有铀化合物，一般还都含有Si、Ca、Mg、Fe等化合物，其中钙、镁、铁等化合物都会与硫酸反应，产生的主要化学反应如下：

由反应式可见，浸出过程额外生成的硫酸钙、硫酸铁、硫酸镁当超过其溶解度时，便沉淀析出，造成矿层堵塞，影响矿层的渗透性，妨碍铀浸过程的进行，降低了浸出效率。

2.2碱地浸法

碱法地浸就是使用呈碱性物质作为溶浸剂的采铀浸出过程。溶浸剂常见的有Na₂CO₃、（NH₄）₂CO₃、NaHCO₃、NH₄HC0₃等。Na₂C0₃虽价格较贵，但其浸出选择性高，浸出液较纯净，而铵盐会带入NH才，这会给治理地下水、环境带来麻烦。与酸法地浸一样，需要加入氧化剂，将四价铀氧化成六价铀，浸出时所产生的主要化学反应如下：

从上述反应式可以看出，生成物都产生强碱NaOH，这会使溶液随着反应的进行，其pH值也随着升高，而一般正常的浸出的过程中的pH值为9～10.5左右，当pH值过高时.矿层中已溶解的铀会与NaOH反应产生再沉淀，因此常常加入NaHCO₃与Na2C0₃配合使用，以调节浸液的pH值，产生的碳酸钠可以继续参与反应，使反应能够持续进行。

2.3CO₂+0₂地浸法

CO₂+0₂，地浸体系因其不需要加入额外的溶浸剂，所以也称为中性地浸或无试剂地浸，CO₂+0₂地浸是碱法地浸采铀方法的基础之上而逐渐形成。该体系中的浸出液的pH值基本在6～7之间，呈弱酸性或近中性。其原理大体上与碱法地浸采铀方法一致，主要是用CO₂和O₂配制溶浸液，通过注液孔通入CO₂后，形成碳酸氢根离子与地下矿层中含铀氧化物发生反应，使铀溶解在浸出液中，而通入O₂主要起氧化作用，将四价铀氧化成六价铀，浸出液经含矿层从抽液孔提升至地表，再送至车间进行工艺处理，得到最终产品。有关浸出化学反应式如下：

从上述反应可以看出，CO₂+O₂作为浸出的溶浸剂，其本质上与碱法地浸原理大体相同，该方法同样主要由HCO₃参与浸出，但相比于碱法浸出，通入CO₂ 可以降低溶液的pH值，呈弱酸性。这可以将铀矿层中的多种碳酸盐溶解，其溶解反应：

地下含铀矿层中的难溶性碳酸钙、碳酸镁与二氧化碳的反应，不仅可以转化掉铀矿层中的难溶性的碳酸盐，从而提高了地下矿层中的渗透性，又可提供浸出原料HCO₃，很好地向浸出反应进行，进而提高了铀矿石的浸出率。

3三种地浸方法优劣对比

酸法地浸采铀最明显的优势是铀浸出速度快，铀浸出率、提取率高，提取率往往在80%左右，同时浸出

的时间、周期也较短。但其所体现的劣势也是相当明显，尤其对所采矿区的地下水環境造成很大污染.在后期地下水环境的处理比较棘手，另外H₂SO₄虽比HNO₃和HC1对设备腐蚀性小，但相关设备依然需要耐腐蚀;选择性较差，不如另两种地浸方法。从酸法地浸采铀的浸出反应式清楚地看出，酸法地浸并不适合开发含高碳酸盐的铀矿床，而我国在已探明的铀资源中，砂岩型铀资源占41.57%，其中低渗透性、高矿化度、高碳酸盐等这些复杂砂岩型的铀资源占70%以上，这些砂岩铀矿若采用酸法浸出，则耗酸量极大，化学试剂的成本将大大的增加，其矿层也易发生堵塞，不利浸出。

碱法地浸采铀的优点在于选择性好，不与矿层中其它金属反应，设备也不需耐腐蚀，对碳酸盐含量较高的矿床也适合，对环境影响较小，治理地下水环境相对酸法地浸容易。其缺点是铀浸出率较低，一般比酸法地浸低5%-10%，浸出速度明显不如酸法地浸，浸出时间、周期较长等。另外，Na₂CO₃和NaHC0₃配合使用作为溶浸剂时，引入的Na+会与矿层里的高价阳离子发生交换层析，粘土发生膨化，矿层的渗透性也随着降低，不利铀浸出。如果选用（NH₄）₂CO₃和NH₄HC0₃作为溶浸剂时，由于NH才很容易被粘土吸附，给地下水治理带来了一定的难度，难以治理，在美国由于环保问题已停止使用铵盐作为溶浸剂。

CO₂+O₂：地浸采铀由碱法地浸逐渐演化而来，该方法工艺简单、流程短，对采区地下水环境污染小，可以避免碱法地浸所引入的Na+或NH4+，明显降低了地下水环境治理的难度。对于开采低品位、低渗透、高碳酸盐型、高矿化度等非常复杂的砂岩型铀矿，采用酸法或碱法浸出的难度均较大，而从CO₂+O₂地浸采铀反应机理可以看出 同样适合开采砂岩型铀矿，既可以防止产生碳酸钙镁沉淀，很好地解决了酸法地浸采铀过程中的矿层孔隙堵塞问题，也可以大大提高可采的铀资源。另外，CO₂+O₂地浸体系相当于无试剂浸出，这点与酸法、碱法浸出有着很大优势，可以减少大量的试剂，从而降低了生产成本。不过，该方法在我国的应用起步较晚，虽发展较为迅速，但这里面还有很多技术需要改进和掌握，工程应用经验还不足，没有大规模采用。4地浸采铀的环境影响

目前，对于铀矿山开采的各种方法中，地浸采铀是公认的较为环保的采铀方法，但其所造成的环境影响也是绝对不能忽视的。由于溶浸液的注入，使含矿含水层的水质发生变化，故对环境影响主要在于矿区下的地下水。三种地浸采铀方法因为溶浸液的不同，影响各有不同。酸法地浸，由于其选择性差，浸出时，会与铀矿里其他矿物反应，增加了地下水的矿化度，同时使地下水的水质变得复杂，也增加了地下水的酸度。碱法地浸，引进的铵根离子和其他离子严重影响了地下水的后续处理。而CO₂+O₂：地浸没有注入浸出试剂，只需将气体溶于液体并注入矿层，对所采矿区的地下水影响不大，有着明显的环保优势。

5展望

随着地浸采铀工艺的发展，选择地浸工艺需要结合实际矿山的地质条件，较局限于砂岩型铀矿，对于花岗岩等硬岩型铀矿适用的工艺条件暂还不成熟。目前我国大部分铀矿山开采还是酸法地浸，但这种方法污染地下水，影响环境严重，在如今越来越重视环保意识的社会，铀矿山开采理应淘汰酸法地浸方法。在以后地浸采铀工艺和方法的研究T作中，单从环境因素来看.碱法地浸和CO₂+O₂，地浸会是未来铀矿开采的重点研究方向，而其中CO₂+O₂，地浸采铀方法可以节省大量溶浸试剂，低成本少污染，经济环保应成为研究首选，与酸法、碱法地浸相比，CO₂+O₂地浸采铀方法对于开采砂岩型铀矿资源利用率高，流程简单，生产成本较低，应用前景广，也可以将这种方法结合其他地浸方法，以提高CO₂+O₂地浸浸出效率，缩短浸出时间、周期，确保最大程度地提高经济效益和保护矿区的环境。同时需要改进地浸钻孔技术，如孔底切割套管技术、孔内射孔技术、水平孔钻进技术、水力压裂技术等，这些先进的工艺和技术可以为解决渗透性弱的砂岩铀矿床或地表有障碍物（如江、河、文物等）时的地下铀矿床的开采问题，采用C₂+0₂地浸浸出工艺具有更高效率。