新疆某地浸退役采区矿石的强化浸出工艺研究

赵利信，许 影，邓锦勋，杨立志，周 越

（核工业北京化工冶金研究院，北京 101149）

原地浸出采铀工艺（下文简称“地浸”）是一种通过钻孔将试剂注入地下直接溶解矿石中的铀，四价铀U（IV）氧化为六价铀U（VI）进入溶液，而不使矿石产生位移的集采、冶于一体的开采方法[1-3]。地浸技术已广泛应用于我国砂岩型铀矿的开采，预计到2020年，地浸产能将至少占我国天然铀产能的90%[4]。位于新疆伊犁的某砂岩型铀矿床是我国首座工业化运行的酸法地浸矿山，自20世纪90年代初运行至今已连续开采近30年，部分采区面临退役[3]。这些采区若直接退役，将面对残余资源量浪费问题及地下水中铀浓度较高导致的严重地下水治理问题[5-6]。但对面临退役的砂岩铀矿而言，矿石中容易浸出的铀经过长期地浸大都被开采，要想继续回收残余铀资源，需针对性开发强化浸出方法[7]。强化浸出不仅可提高资源回收率，还可减轻矿山退役和地下水复原的负担[8]。本文以新疆某铀矿床退役采区为例，对采集自含矿含水层的岩心样品开展了室内强化浸出试验研究，取得了较好效果，这对准退役地浸矿山的强化浸出有较好的指导意义。

1 样品概况

新疆伊犁盆地已成为我国目前重要的天然铀生产基地，盆地内赋存了一系列大型砂岩型铀矿床[9]。目标矿床含铀矿体主要发育在侏罗系水西沟群的中下部，水西沟群是一套含煤的冲积扇、河流相、滨湖三角洲相沉积体系，第V 旋回是该矿床最主要含矿层 位[10]。本次研究从新疆伊犁某铀矿床第V 旋回含矿含水层进行了采样，共采集9 个钻孔的岩心样，编号为HYY-1 至HYY-6，HYY-8，HYY-10，HYY-12。岩心样多为疏松的灰色砂岩、含砾砂岩、中细砂岩，少量砂岩呈浅黄色。由于目标矿床已经工业开展近30年，除HYY-1 样品中铀含量稍高（0.031%）外，浸出试验原样中铀含量大都非常低（0.003%～0.031%），平均仅0.009%，已低于砂岩型铀矿的工业开采品位，详情如表1所示。由于采自老采区，研究样品中容易浸出的铀已开采殆尽，残余铀大都以类质同相的形式存在于难溶酸的矿物中。而对于老采区来说，其生产工艺流程均已固化，无法进行大规模新工艺的变革，因此，结合老采区运行条件，在其工艺基础上进行强化浸出工艺调整是本文强化浸出试验设计的 基调。

2 强化浸出试验流程

室内岩心整理中首先将每个采集的岩心样剥离表层污染物，将砂岩岩心的胶结物破碎，散样混合用来做强化浸出试验。剩余样品破碎至粒度＜200 目，供化学分析使用。固体样品中铀的含量按中核集团企业标准EJ/T267.3-1983 使用化学分析法分析测试。

强化浸出试验根据目标矿床退役采区停止生产前的运行条件制定，试验浸出剂使用硫酸，氧化剂采用Fe3+，具体参数如下：SO42-15 g/L（按（NH4）2SO4加）；Fe3+1.5 g/L（按Fe2（SO4）3加）；H2SO42.5g/L； 液固比2:1。每个样品共经过两轮浸出试验，每轮浸出试验结束后分析测试固体残渣中的铀含量及浸出液的U、pH 和Eh。

具体试验步骤如下：（1）称100 g 自然粒径的浸出样置于500 mL 规格三角瓶中，按试验条件依次往三角瓶中加入200 mL 水，0.5 g 的硫酸，1.07 g 的（NH4）2SO4和2.39 g 的Fe2（SO4）3；（2）将样品、水、试剂混合均匀，然后置三角瓶于振荡器上震动搅拌2 h；（3）振荡结束后，取出三角瓶静置48 h；（4）静置48 h 后，使用真空抽滤系统抽滤三角瓶内的固液混合物，抽滤至漏斗中无可见液体且短时间内不再有液体流出为止；（5）收集过滤的浸出液，并测量、记录其体积、pH、Eh、酸和铀含量；将过滤后的残渣烘干并分析其铀含量；（6）称取烘干后的残渣50 g，重新按试验条件加入100 mL 水，其余试剂量减半，重复第（1）至（4）步。

3 试验结果与讨论

第一轮和第二轮强化浸出试验结果分别如表1和表2所示。

表1 研究样品第一轮强化浸出试验结果

由表1可以看出，第一轮强化浸出液中的铀浓度高低不同（从低于0.005 至0.099 g/L），浸出原样中残余铀多的样品其浸出液中铀含量亦较高，如HYY-1 原样中铀含量最高，达0.031%，其第一轮浸出液中铀含量也高达0.099 g/L，以渣计的浸出率较高（77.4%），在图1中，第一轮浸出液中铀浓度与浸出渣中的铀含量的变化趋势一致；原始铀含量较低的HYY-2、HYY-5、HYY-12 已无更多铀可浸出，浸出液中的铀浓度＜0.005 g/L（见图1）。经过第一轮强化浸出，原样中绝大部分的铀已被浸出，对应浸出渣中的铀含量均下降且低于0.010%，如图1所示。

表2 研究矿床样品第二轮强化浸出试验结果

由表2可以看出，经过第一轮浸出，第二轮浸出溶液中的铀含量明显偏低（绝大多数＜0.005 g/L，仅有HYY-10 样品的浸出液中铀含量达0.008 g/L；如图2所示，残渣中的铀含量均低于0.010%，这表明，虽然浸出液中铀浓度较低，但第二轮强化浸出仍从残渣中浸出了部分铀。

图1 第一轮强化浸出试验结果

图2 第二轮强化浸出试验结果

由表1、表2、图3（a）可以看出，第一轮与第二轮浸出液的pH 值均落在了1 ～2 之间，每个样品第一轮浸出液pH 值均高于第二轮。在图3（b）中，除HYY-5 及HYY-10 外，其余样品第二轮浸出液的电位均低于第一轮浸出液。pH 和Eh 的变化趋势意味着第二轮浸出试验中耗酸较少而溶液氧化性稍高，这表明第一次浸出已经被把岩石中的耗酸、还原性物质消耗殆尽。

除原始样中铀含量本来就很低的HYY-2和HYY-12 外，第一轮浸出的渣计浸出率（16.7%～77.4%），总的来说，高于第二轮浸出（16.7%～25%）（见表1、表2）；浸出率结果与第一轮浸出液中铀含量较高一致，原因是第一轮强化浸出试验已浸出大部分的铀。部分样品铀的浸出率为零或为负值，原因可能是这些样品中铀的含量已经很低，化学法分析误差较大。

图3 第一轮与第二轮试验浸出液pH 与Eh 对比

在地浸矿山退役前进行二次开发较直接退役治理可有效提高铀资源的回收率，并减轻地下水治理成本和矿山退役负担。地浸矿山二次开发的重点在强化浸出，强化浸出则要充分氧化四价铀U（IV）、增大溶浸强度以提高浸出液铀浓度[7]。为实现研究矿石的强化浸出，本次试验选用硫酸作为强化浸出试剂，而加入硫酸铁是因为三价铁离子可以起到氧化剂的作用，充分氧化残余四价铀。此外，本研究中加入的硫酸铵作为一种强酸弱碱盐，溶于水后水解，溶液呈酸性，亦可抑制三价铁的沉淀，但现场应用时应注意铵离子地下水污染的问题。

总之，这两种试剂的加入是通过强酸+强氧化的方法浸出残余铀，达到充分溶浸的要求。强化浸出的试验结果表明，虽然研究矿床目标采场矿层已经过了长时间的酸法地浸，整体矿石铀品位不高，但矿石中剩余铀资源仍有相当一部分以可地浸的形式存在，经强化浸出处理后可以获得可观的金属量，部分矿石仍有相当可观的浸出率；即使原样中铀含量较低的样品经过强化浸出仍可以释放出一定的铀。虽然本次研究只是室内试验，但效果良好，对现场扩大浸出试验仍有参考价值。强化浸出试验为下一步大规模残余铀资源的二次开发打下了基础，对矿山而言，也可在回收剩余铀资源、延长矿山生命周期的同时，减轻退役负担，获取更多经济收益。

4 结论

对新疆伊犁某铀矿床老采区铀矿石的室内强化浸出试验表明，强化浸出提高了地浸氧化和溶浸强度，可有效浸出矿石中残余的铀资源。针对长期地浸的矿石的室内强化浸出试验获得的浸出液中，铀含量最高达0.099 g/L，渣计的浸出率最高为77.4%。对该矿床案例的研究也意味着酸法地浸矿山退役前进行强化浸出处理（或更深入地二次开发）可在一定程度上提高铀资源回收率，提高浸出液铀浓度，减轻矿山退役治理负担。