低品位硬岩型铀矿选冶技术的新进展

崔拴芳，杨 帅

(1.中陕核工业集团综合分析测试有限公司，陕西 西安 710024；2.中陕核工业集团公司，陕西 西安 710100)

铀矿是重要的战略能源矿产。在地壳中，铀矿物分布广泛，铀平均品位约为0.000 4%；但在特定的地质条件下，铀可以形成非常集中的高品位铀矿床，如在加拿大不列颠哥伦比亚省的Athabasca盆地，已探明十几个U3O8品位超过1%的富铀矿床，最高品位超过20%；而在世界大多数铀矿床中，铀的品位低于0.2%[1]71。中国铀矿资源虽然分布较广，但大多数是低于0.1%的低品位矿石。中国的铀矿按照开采条件一般分为可地浸砂岩型铀矿和硬岩型铀矿，其中硬岩型(包括花岗岩型、火山岩型和碳硅泥岩型)铀矿一般采取原地爆破浸出、地表堆浸、搅拌浸出等处理工艺。自20世纪50年代末至21世纪初，经过几十年的开采，中国已探明的开发条件较好的硬岩型铀矿，大部分已开发完毕，相对较易开采和选冶的铀矿资源越来越少。目前，中国铀矿开发利用重心已转到北方的可地浸砂岩型铀矿和从国外获取铀资源。铀资源的特殊性决定了中国能从国际上获得核燃料的途径非常有限。可地浸砂岩型铀矿品位本身较低，溶浸条件较严苛，仅靠目前已探明的可地浸砂岩型铀矿资源很难保证中国核电高速发展对铀资源的需求。从保证国家战略安全和核电长远健康发展的要求看，加强中国低品位硬岩型铀矿开发利用技术研究，提高中国铀矿资源的自主保障能力势在必行。

1 低品位硬岩型铀矿水冶技术的新进展

在铀矿水冶技术创新方面，细粒级堆浸、串联堆浸、低渗透矿石制粒堆浸等新方法在筑堆中得到应用[3]；细菌堆浸、浓酸熟化高铁淋滤、活化浸出、表面活性剂助渗、串联逆流吸附等新技术成果得到迅速推广；开发了D263、SLD新型离子交换树脂，创新了新型密实移动床和新型悬浮床离子交换吸附技术以及拌酸-堆浸-萃取无废水提铀工艺，优化了新型铀产品沉淀工艺及设备；在复杂铀矿石的渗滤浸出技术研究、含铀铁矿、含铀石煤钒矿以及钼镍锌钒多金属伴生铀矿等资源的综合回收等技术研究和应用方面取得了较大突破[4]。这些新技术、新工艺、新设备已经在中国多个低品位硬岩型铀矿山得到应用，大大降低了矿石运输、磨矿、固液分离等工序的成本，提高了资源综合利用水平，扩大了中国可利用铀矿资源的范围和硬岩铀矿资源储量。

2 选矿方法在低品位硬岩型铀矿选冶中的新进展

低品位铀矿石直接水冶工艺存在溶浸剂消耗大、含铀废水和尾矿渣量大的问题，吨金属铀生产成本较高，很多低品位铀矿变成不能利用的“呆矿”。近20多年来，国内多家研究单位针对低品位硬岩型铀矿的开发利用进行了大量的研究。

2.1 放射性选矿技术的应用

天然铀的半衰期非常长(235U半衰期约710万年，238U半衰期约45亿年)，因此矿石中能测到的来自铀的放射性非常低，通常通过辐射仪测到的放射性主要是来自铀衰变过程中产生的226Ra和222Rn及其子体继续衰变产生的γ射线。就特定矿床而言，放射性的强度与铀的含量呈正比例关系。放射性选矿技术正是通过辐射计量装置，测量通过检测窗口的矿块产生的伽马射线强度，并通过机械或气动装置将放射性强度不同的矿块进行分离，达到矿石和废石分选，提高矿石品位的目的。在20世纪50年代末，中国吸收前苏联技术研制出几款放射性分选机，在721矿等铀矿山投入使用。不过，放射性选矿对入选矿石的粒径和粒级范围要求很严，对微细浸染状分布的铀矿物的分选效果也不理想，放射性选矿在中国铀矿山逐渐被淘汰。近年来，辽宁旅顺某企业从俄罗斯引进了一种新型的Y-AC型放射性选矿机，对国内某铀钼伴生矿进行了分选试验，可以抛除60%以上的废石，目的矿物回收率达到75%以上；但近些年铀矿山使用放射性选矿机的报道很少。另外，国内有设备厂商研发出集X射线与光电选矿于一体的射线选矿机，集成技术的应用和风动弹板代替机械弹板也使射线选矿机的灵敏度更高，在其他金属矿粗选抛尾中，也有使用射线选矿的报道[1]75。

2.2 重选技术的应用

在铀矿物中，晶质铀矿密度在8～10 g/mL，沥青铀矿密度在6.5～8.5 g/mL，铌钛铀矿密度在3.75～4.82 g/mL，一般围岩矿物密度在2.8 g/mL以下。基于含铀矿物和围岩的密度差，可以通过重选技术对低品位铀矿石进行富集。

某花岗伟晶岩型铀矿，矿石构造简单，铀矿物主要是晶质铀矿，以独立矿物存在，呈粒状、稀疏浸染状分布在脉石矿物粒间，以中粗粒为主，试验矿石品位0.06%。通过系统条件试验和扩大连续流程试验，在磨矿细度-200目占33%的条件下，通过新型螺旋溜槽(带螺纹沟槽、中间集矿槽及反冲水装置)单独2次富集，得到精矿产率27.15%、回收率84.65%的选别效果；通过单独尼尔森选矿，得到精矿产率4.57%、回收率90%的选别效果；通过螺旋溜槽和尼尔森选矿机联合使用，得到重矿物产率9.88%、回收率90.29%的最佳选别效果[5]。新型螺旋溜槽+尼尔森选矿机结合了螺旋溜槽处理能力大、操作简单和尼尔森富集比高的优势，对矿物结晶颗粒粗、密度差大的低品位铀矿石选矿富集适应性好。

辽宁凤城硼镁铁矿床矿石中，铀以晶质铀矿形态赋存，主要与磁铁矿、硼镁石共生。采用水力旋流器、螺旋溜槽和摇床相组合，重选回收硼镁铁矿中的铀矿物，可以从含铀0.006 3%的原料中分选出品位为0.216%的铀精矿，铀回收率为44.24%[6]，实现了铁、硼和铀的综合回收利用。

某超低品位铀铌铅多金属矿，含铀矿物主要是铌钛铀矿，通过选择性粗碎-粗细分级分选-粗粒重介分选-细粒螺旋、摇床分选-磁选回收铁铅的联合流程，得到铌钛铀矿产率7.8%、铀回收率83.8%、铌回收率75.3%、铅回收率51%、银回收率57%的良好指标，目的矿物铀的品位由0.03%提高到0.33%，富集比达10倍以上。

2.3 浮选技术的应用

地壳中的铀主要以铀矿物、与非铀矿物类质同象、吸附状态等存在。铀在矿石中大多以氧化物或含氧盐矿物形式存在，多为四价和六价较稳定的价态。主要的铀矿物分为简单氧化物(如晶质铀矿、沥青铀矿)、复杂氧化物(如含铀的钛、铌、钽矿物)、氢氧化物(如水铀矿、水斑铀矿、红铀矿)、铀云母类、硅酸盐类及其他铀矿物和含铀矿物(如含铀钼酸盐类、硫酸盐类、碳酸盐含铀类矿)。由于铀是亲氧元素，直接采用有色金属矿常用的浮选办法，很难富集得到高品位的含铀精矿；但也有少量的铀矿物和含铀矿物(如钙铀云母、独居石、铌钛铀矿等)可以通过浮选进行富集[2]80-81。

在铀矿选冶中，浮选的主要目的是将不同组分的矿物分开。例如，将酸性矿物与碱性矿物分开，便于后续分别采取酸法或碱法浸出；将铀矿物与其他有色金属特别是硫化矿物分开，便于降低后续浸出过程中试剂消耗和除杂成本；或通过浮选富集含铀矿物，尽可能抛弃一些贫矿和围岩。

某铀-磷灰石-绿泥石型铀矿床，主要含铀矿物为绿泥石和磷灰石，通过反浮选将磷酸盐选出，浮选尾矿再进行酸法加压浸出，铀浸出率达到90%以上，且试剂消耗大大降低。某沉积岩型铀矿石，主要铀矿物为沥青铀矿和少量铀石及铀黑，占总质量10%的炭质物质为部分铀矿物的载体；碳酸盐矿物占总质量的40%，其中90%为不含铀矿物的白云石。采用分步浮选，首先通过浮选将矿石中硫化矿物浮出，得到含铀硫精矿；再通过调浆后浮选含炭物质得到含铀混合精矿。含铀硫精矿和含铀混合精矿分别用硫酸浸出，铀浸出率合计为90.7%，硫酸消耗量从原矿直接浸出的50%以上降到6.6%[7]。

陕西华阳川铀多金属矿属于超大型多金属超低品位矿，单独回收其中任何一种元素都不具有经济性，必须通过低成本抛尾富集和多元素综合回收才能使该矿由“呆矿”变“活矿”。通过企业与科研院所的联合攻关，最终开发出以磨前重选抛尾和多相铀铌稀土同步直接浮选为特色的“细碎-重选抛尾-粗细粒分选、粗粒粗磨浮选-微细粒选择性絮凝浮选”的新工艺，综合回收了铀、铌、稀土、铅、银等多种金属，铀回收率达到77.4%，富集比达10倍以上[8]。另外，该矿采用螺旋溜槽抛尾-螺旋溜槽粗精矿浮选回收铅和银-磁选回收铁-反浮选脱硅得到铀铌稀土精矿工艺，铀铌稀土混合精矿产率11.7%，铀回收率75%，铌回收率86%[9]104-107。

2.4 选矿和水冶技术的联合应用

低品位硬岩型铀矿通过选矿富集得到的精矿，还必须通过水冶工艺才能生产出满足核燃料生产要求的初级产品。一般来说，1 t原矿的选矿处理成本和水冶处理成本相比要低很多，选矿废水基本可以做到完全循环使用；选矿尾渣大多数属于一般性固废，采用普通防洪防渗要求的尾矿库堆放即可。但水冶过程产生的废水即使处置后也较难做到完全循环使用，水冶尾渣一般属于危险废物，尾矿堆存的要求和处理成本比选矿尾渣要高得多。因此，就需要尽可能提高选矿产品的品位，同时结合选矿产品的水冶浸出特性和综合效益研究，找到两者最佳的结合点。

某花岗伟晶岩型铀矿通过螺旋溜槽和尼尔森选矿机重选富集后，重选精矿品位达到1.23%。通过再磨-拌酸熟化-加温浸出-固液分离-分步沉淀流程，在液固比1.75∶1 mL/g、浸出温度50 ℃、浸出时间4 h、硫酸用量8%、氯酸钠用量0.5%的条件下，铀的浸出率达到99%。固液分离后，通过碳酸钠除杂和氢氧化钠沉淀得到干基铀含量60%的合格“111”产品[10]。

某铀多金属矿通过重选浮选联合流程获得了含铀铌稀土的混合精矿，通过冶金试验探索出“硫酸熟化-浸出-N235萃取铀-树脂吸附铌-树脂吸附稀土”的水冶工艺流程。在酸矿比0.8∶1 g/g、熟化温度270～290 ℃、熟化时间1 h、浸出液固比3∶1 mL/g、浸出温度50～60 ℃的条件下，铀、铌、稀土的浸出率分别为96.4%、86.4%和76.0%。采用N235与仲辛醇协萃体系从浸出液直接萃取铀，碳酸钠反萃、氢氧化钠沉淀，获得了干基铀含量67%的合格“111”产品；采用树脂选择性吸附分离铌，双氧水-硫酸解析-水解沉淀，得到含铌90%的铌氧化物；采用树脂选择性吸附稀土-硝酸解析-草酸沉淀-煅烧，得到稀土含量82.5%的混合稀土氧化物[9]147。

3 存在问题与建议

在铀矿资源的禀赋条件方面，中国是一个铀矿资源分布较广但资源禀赋欠佳的国家：一是铀矿资源种类多，矿石成分和赋存状态复杂；二是铀矿资源品位总体偏低；三是矿床规模普遍偏小；四是矿体埋藏深、建矿条件较差。此外，在中国目前已探明的铀资源中，可地浸砂岩型铀矿占比不到24%，大多属于低品位硬岩型铀矿，已探明的大大小小铀矿床(田)有200多个，但多数已被开发利用。另外，近20年来，硬岩型铀矿的探矿权多集中在已属地化的铀矿地质勘查队伍手中，虽然铀矿权登记和勘查已面向社会单位和个人放开；但铀矿的开发依然实行专控专营，加之近十年来国际天然铀价格低迷，导致铀矿探矿权人的找矿积极性不高、勘查投入不足，硬岩型铀矿新增资源量非常有限。中国自产天然铀在核燃料供给中的份额逐年下降，铀矿资源储备与核电长远发展的需求不匹配。

在铀矿选冶技术发展方面，近十多年来，中国在低品位硬岩型铀矿的选矿和水冶技术方面取得了较大的进步，有关单位在理论创新、技术革新、工艺和设备研发方面取得了一些成绩，也申请了较多的技术发明专利；但因需求不旺，相比其他有色金属，在选冶技术方面开展的研究无论在数量上还是质量上都存在较大差距。开展铀矿选冶研究的单位少，虽然天然铀矿石的放射性并不高，甚至比不上有些和铀共伴生关系密切的钼、钒、稀土矿；但公众普遍对铀矿辐射知识缺乏，甚至谈“铀”色变。许多研究单位和科研人员不愿意接受铀矿和铀伴生矿的选冶研究课题。由于近些年国家铀矿找矿重心向北方砂岩型铀矿转移，硬岩型铀矿勘查项目少、找矿成果不突出，开展的试验研究和矿床评价工作也随之减少。铀矿选冶成果和技术的转化难，一方面是铀矿权和铀矿勘查成果的市场化交易难；另一方面是铀矿属于稀有矿种，针对某矿床或某种类型铀矿取得的研究成果对其他矿床或其他类型铀矿借鉴意义不大。

目前，中国已经成为世界上在建核电规模最大的国家。预计到2035年前后，中国核电总装机规模将达到1.5亿千瓦左右，对天然铀的年需求量将超过20 000 t[11]。中国天然铀供需存在非常大的缺口，须采取必要的措施，提高天然铀的采选冶技术水平，提升天然铀的自给保障能力。

针对中国铀矿资源开发利用中存在的问题，提出以下几点建议：1)有限放开国内铀矿开发市场，以中核、中广核等央企和大型地方国企为控股企业，以产权为纽带，组建一批混合所有制的联合矿业公司，盘活现有铀矿探矿权，实现勘查、开发一体化经营，并以需求带动科研和技术的进步。2)积极实施找矿突破战略，切实按照“公益先行、基金衔接、商业跟进、整装勘查、快速突破”的方针，加大对自2012年以来已设立的12个国家级铀矿整装勘查区的基础性、公益性地质工作和选冶技术研究的资金投入。3)充分发挥高等院校、科研院所和铀矿冶企业的科研力量，支持国家级和省级铀矿选冶及综合利用科研平台和工程中心建设，鼓励开展多部门、跨行业联合技术攻关。积极申报国家和省级科研基金项目，开展多领域、多学科交叉研究和技术融合，把其他有色金属矿种选冶的新工艺、新技术、新材料、新设备引入到低品位硬岩型铀矿的选冶中来。