新疆某铀矿床碱法浸出元素迁移探究.pdf

3 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l - b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第1 期 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i 豁n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 1 ．0 0 7 新疆某铀矿床碱法浸出元素迁移探究 王廷健1 ’2 ，孙占学1 ”，周义朋1 ”，程丹丹1 ’2 ， 徐玲玲1 ’2 ，廖炳友1 ’2 ，吴冰1 ’2 ，曾琴1 ’2 1 ．东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，南昌3 3 0 0 1 3 ； 2 ．东华理工大学水资源与环境工程学院，南昌3 3 0 0 1 3 摘要为探索新疆某可地浸砂岩型铀矿床开采工艺参数和浸出过程中的元素迁移规律，在室内开展不同 H C 0 f 浓度梯度 o ．6 、1 、3 、5 、7g ／L 的碱法摇瓶试验，同时对比是否添加氧化剂对浸出的影响。结果表 明碱法浸出铀浓度与加入H C 0 f 浓度正相关，且添加氧化剂时，浸出效果明显更优。H C 0 f 浓度在 o ．6 ～1g ／L 时，铀浸出效果不明显，H C o f 浓度增加到3g ／L 时，铀浓度出现增长突变，继续增大H C 0 f 浓度时，铀浓度虽呈增长趋势，但增长幅度较小。综合考虑效益、成本等因素，最佳H C 0 f 浓度为3g ／L ， 且添加氧化剂更有利于浸出。 关键词砂岩铀矿；碱法浸出；氧化剂；元素迁移 中图分类号T L 2 1 2 ．1 2文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 O l 0 0 3 4 一0 8 S t u d yo nE l e m e n tM i g r a t i O no fA l k a l iL e a c h i n gi n aU r a n i u mD e p o s i ti nX i I l ji a n g W A N GT i n g j i a n l ”，S U NZ h a n _ x u e Ⅲ，Z H O UY i p e n 9 1 ”，C H E N GD a n d a n l ”， X UL i n g l i n 9 1 ”，L I A OB i n g y o u l ”，W UB i n 9 1 ”，Z E N GQ i n l 2 1 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fN u c l e a rR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t ，E a s tC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ，C h i n a l 2 ．S c h 0 0 1o fW a t e rR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，E a s tC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n 0 1 0 9 y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oe x p l o r em i n i n gt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r so fai n - s i t ul e a c h a b l es a n d s t o n e - t y p eu r a m u md e p o s i t i nX i n j i a n ga n de l e m e n tm i g r a t i o nl a wd u “n g1 e a c h i n g ，a l k a l i n en a s kt e s t sw i t hd i f f e r e n tH C O fc o n c e n t r a t i o n g r a d i e n t s o ．6 ，1 ，3 ，5a n d7g ／L w e r ec a r r i e do u ti nl a b o m t o r y ，a n di n n u e n c eo fo 】【i d i z i n ga g e n to nl e a c h i n gw a s c o m p a r e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a tu r a n i u mc o n c e n t r a t i o ni na l k a l i n el e a c h i n gi sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d Ⅵr i t hH C 簖 c o n c e n t r a t i o n ，a n dl e a c h i n ge f f e c ti so b v i o u s l yb e t t e rw h e no x i d a n ti sa d d e d ．、Ⅳh e nH C O fc o n c e n t r a t i o ni s0 ．6 1 酬L ， u r a n i u ml e a c h i n ge f f e c ti s p o o r ， b u tu r a n i u mc o n c e n t r a t i o ns h o w sas u d d e ni n c r e a s ew h e nH C X c o n c e n t r a t i o nr i s e st o3 酬L ．H o w e v e r ，w h e nH C O fc o n c e n t r a t i o nc o n t i n u e st or i s e ，u r a n i u mc o n c e n t r a t i o nr i s e s w i t has m a l lg r o w t h ． 乃n s i d e r i n gt h eb e n e f i t ，c o s ta n do t h e rf a c t o r s ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h eo p t i n l a lc o n c e n t r a t i o n o fH C O fi s3 酬La n da d d i n go 【i d a n ti sm o r eb e n e f i c i a lt o1 e a c h i n g ． K e yw o r d s s a n d s t o n eu r a n i u mo r e ；a l k a l i n e1 e a c h i n g ；o x i d a n t ；e l e m e n tm i g r a t i o n 收稿日期2 0 2 0 0 9 1 1 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 1 7 7 2 2 6 6 ，4 1 5 7 2 2 3 1 ；国家重点基础研究发展计划 9 7 3 计划 项目 2 0 1 5 C B 4 5 3 0 0 2 ； 江西省科技计划项目 2 0 1 4 2 B F B 2 9 0 0 4 ，2 0 1 5 1 B B B 6 0 0 9 3 作者简介王廷健 1 9 9 4 一 ，男，贵州毕节人，硕士研究生；通信作者孙占学 1 9 6 2 一 ，男，江西修水人，博士，教授 万方数据 2 0 2 1 年第1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n 3 5 随着我国乃至全球对退役矿山环境复原的要求 日趋严格，碱法浸出以其选择性好、浸出液矿化度 低、生产设备简单等优势备受关注口4 ] 。这种开采模 式最先应用于铀矿山是以美国为代表的碳酸盐加氧 化剂浸出[ 5 。7 ] 。2 0 世纪8 0 年代以来，我国也在云 南、广东、江西、新疆等地广泛进行砂岩型铀矿的开 采，取得不错的效益[ 8 ] 。碱法浸出是指利用碱性浸 出剂将目标产物从固相迁移至液相的过程[ 9 ‘1 1 | 。浸 出剂溶液可以是各种碱，但工艺上最常用的是钠、铵 的碳酸盐或碳酸氢盐[ 12 | 。特别是针对碳酸盐含量 高、硫化物含量低的铀矿山，碱法浸出无疑是最佳的 选择[ 1 3 14 | 。由于碱性浸出剂不具备活化四价铀使其 从固相向液相迁移的能力，所以碱法浸出都会在浸出 剂中加入氧化剂 H 0 2 、0 2 等 [ 1 } 1 6 ] ，史文革等[ 1 7 ] 通 过对比加入不同氧化剂浸出参数发现，氧化效果高 锰酸钾强于双氧水，但高锰酸钾的还原产物有二氧 化锰，容易造成堵塞，所以一般选择双氧水作为氧化 剂。研究[ 8 ’1 8 ] 发现当矿石碳酸盐含量过高时，可直 接通入C O 。与碳酸盐岩作用来提供H C O f ，达到浸 出效果。本文通过对比是否添加氧化剂对不同 H C O f 浓度下矿物和液相之间元素迁移进行探究， 为铀矿合理化、经济化、高效性开采提供一定的理论 基础。 1材料与方法 试验矿样取自新疆某砂岩型铀矿床s C K 一2 和 S Z K 一5 号钻孑L 。根据放射性、岩性等挑选出3 0 份样 品，密封完整后运回实验室，自然风干后，用橡胶锤将 矿样破碎至天然粒径后过筛，得到粒径小于0 ．2 5m m 矿样7 ．4 3 5k g ，占比4 6 ％；O ．2 5 ～o ．5m m 矿样2 ．9 9k ， 占比1 8 ％；O ．5 ～1m m 矿样4 ．1 4k g ，占比2 6 ％；大 于1m m 矿样1 ．6 3 5k g ，占比1 0 ％。为了让样品尽 量均匀，采用缩分法按级配将样品分成若干份备用。 试验开始前，每份样品取1 0g 左右磨至o ．0 7 4m m 以下进行主量、微量、无机碳等元素分析，分析结果 如表1 所示。 表1 矿样主要成分 T a b l e1M a i nc o m p o s “i o no fm i n e r a Is a m p l e s ／％ 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第1 期 浸出液用此铀矿山的矿层水加入N H 。H C 0 3 ，按 固液比配制，矿层水现场抽取后用H D P E 高密度聚 乙烯塑料桶运回实验室，置于低温干燥处保存。为了 避免矿层水内物质与加入的H 。0 2 、N H 。H C 0 3 等发 生其他反应，浸出剂一般现配现用。矿层水主要化学 成分 m “L C O ；一6 ．0 5 、H C O f1 3 6 ．8 6 、S 0 i 一1 6 ．7 9 、 C a 2 7 1 ．8 7 、K 1 7 ．5 1 、N a 2 1 1 ．1 6 、M 9 2 9 ．4 3 、 A 1 3 O ．2 1 、U 0 ．0 5 、F e 2 水洗液，但变 化量增加。 表3 有氯化剂时上清液、离心液、水洗液铀浓度 T a b I e3U n n i u mc O n c e n t 豫t i O n sO fs u p e m a t a n t ． c e n t r i f l l g e ．w a t e r I o t i 蚰w i t h 假i d a n ta d d i t i 伽 3 有无氧化剂浸出对比 1 在碱法浸出中，添加氧化剂后，浸出铀浓度明 显上升，说明添加氧化剂对浸出有利。试验结束时， 有H 。O 体系比对应的无H 。0 2 铀浓度提高1 2 ．2 2 ～ 2 6 ．2 9m 酬L ，提高幅度4 1 ％～1 2 8 ％。但是否添加 氧化剂浸出变化规律高度吻合，浸出铀浓度都与加 入初始H C O f 呈正相关。 2 H 。0 2 的加入对体系p H 略有影响，但不明显。 碱法浸出中，p H 的变化主要由C 0 ；一和H C 0 f 这对 缓冲液的变化控制，由碳酸平衡图可知，当p H 在 8 ．3 ～1 0 ．3 时，H C O f 浓度越低，p H 越高，C O i 一浓 度越高。 3 加入氧化剂后，部分阳离子 K 、U 迁移强 度变强，从浓度对比，加入氧化剂后，K 浓度增加， 但N a 、M 9 2 几乎没有变化。 4结论 1 碱法浸出铀浓度总体较低，浸出速度也较缓 慢，各试验条件下9 6h 均未达到浸出平衡。试验结 束时 9 6h 无氧化剂时铀浓度1 5 ．5 1 ～4 6 ．1 1n 吲L ， 浸出率仅在1 0 ．2 4 ％～2 8 ．0 7 ％，有氧化剂时铀浓度 2 8 ．7 2 ～6 8 ．7 0m 彰L ，浸出率可达1 7 ．7 8 ％～4 0 ．0 6 ％。 添加氧化剂有利于铀浸出。 2 氧化剂H 。O 。对提升铀的浸出效果较为明 显，有H 。O 。体系比对应的无H 。O 。体系铀浓度提 高1 2 ．2 2 ～2 6 ．2 9m g ／L ，提高幅度4 1 ％～1 2 8 ％。 3 浸出铀浓度总体上与体系H C O f 正相关，主 要差异表现在H C O f 浓度1 ．o ～3 ．0g ／L 区间，而 在3 ～7 酬L 区间则非常接近，表明在后者区间内提 高H C O f 对提升铀浸出效果并无明显作用。 4 浸出过程中因p H 的上升，引起H C O f 持续 离解，并发生溶液总碳的损失，原因与碳酸盐的饱和 沉淀有关。 5 浸出过程中，添加氧化剂后，K 、U 迁移强度 变得更强，其他离子几乎没有变化。 参考文献 [ 1 ] 蔡贵龙．超临界C 0 z 对砂岩铀矿铀浸出率的影响研 究[ D ] ．湖南衡阳南华大学，2 0 1 3 ． C A IGL ．S t u d yo nt h ee f f e c to fs u p e r c r i t i c a lC 0 2o n u r a n i u mI e a c h i n gr a t ei ns a n d s t o n eu r a n i u mm i n e [ D ] ． H e n g y a n g U n i v e r s i t yo fs o u t hC h i n a ，2 0 1 3 ． [ 2 ] S U R IAK ．1 n n o v a t i v ep r o c e s sf l o w s h e e tf o rt h e r e c o v e r yo fu r a n i u mf r o mT u m m a l a p a l l eo r e [ J ／0 L ] ． h t t p ／／w e I l l 【u ．b a i d u ．c o 叫、r i e w ／a 1 3 3 d f 8 3 0 2 d 2 7 6 a 2 0 0 9 2 印7 ． h t m l ，2 0 1 2 1 1 2 0 1 2 3 ． [ 3 ] 盛宇．C 0 。 0 2 原地浸出采铀技术工艺流程及水冶车 间通风系统安全分析[ D ] ．湖南衡阳南华大学，2 0 1 5 ． S H E N GY ．T e c h n i c a lp r o c e s sa n ds a f e t y a n a l y s i so f v e n t i l a t i o ns y s t e mo fu r a n i u me x t r a c t i o na 瑰 0 2i n - s i t uI e a c h i n gi nw a t e ra n dm e t a U u r g i c a lw o r k s h o p [ D I ] ． H e n g y a n g U n i v e r s i t yo fS o u t hC h i n a ，2 0 1 5 ． [ 4 ] 赵凯，黎广荣，周义朋，等．砂岩型铀矿浸出研究进 展[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 9 6 4 0 - 4 8 ． Z H A 0K ，L IGR ，Z H O UYP ，e ta 1 ．R e s e a r c hp r o g r e s s o f l e a c h i n g o f s a n d s t o n e t y p e u r a n i u mo r e [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ，2 0 1 9 6 4 0 4 8 ． [ 5 ] 何小燕，刘清．碱法浸铀技术发展现状及展望[ J ] ．甘肃 冶金，2 0 1 2 ，3 4 5 7 1 0 ． H EXY ，L I UQ ．D e v e l o p m e n ts t a t u sa n dp r o s p e c to f a l k a l iu 啪i u mS 0 a k i n gt e c h n o l o g y [ J ] ．G a n s uM e t a l l u r g y ， 2 0 1 2 ，3 4 5 7 1 0 ． [ 6 ]钟平汝，M C G o N A G L EL ．美国H i g h l a n d 铀矿碱法地 浸采铀工艺 待续 [ J ] ．铀矿冶，2 0 0 4 ，2 3 2 6 9 7 2 ． Z H O N G PR ，M C G O N A G L EL ．Ar e v i e wo ft h e a l k a l i n ei n - s i t ul e a c h i n ga tH i g h l a n dU r a n i u mp r o j e c t i nU S A t ob ec o n t i n u e d [ J ] ．U r a n i u mM i n i n ga n d 万方数据 2 0 2 1 年第1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n M e t a l l u r g y ，2 0 0 4 ，2 3 2 6 9 7 2 ． [ 7 ] 周义朋，徐玲玲，黎广荣，等．砂岩型铀矿石无氧化剂碱 法浸出特征[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 8 1 2 3 7 4 2 ．5 7 ． Z H O UYP ，X ULL ，L IGR ，e ta 1 ．A l k a l il e a c h i n g c h a r a c t e r i s t i c so fs a n d s t o n e t y p eu r a n i u mo r ew i t h o u t o i d a n t [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ， 2 0 1 8 1 2 3 7 4 2 ，5 7 ． [ 8 ] 张建国，葛加明，陈绍强，等．新疆某砂岩铀矿碱法地浸 加压溶解氧浸出试验[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 4 ，2 3 3 1 3 8 1 4 2 ． Z H A N GJG ，G EJM ，C H E NSQ ，e ta 1 ．E x p e “m e n t a l s t u d yo nl e a c h i n go fd i s s o l v e do x y g e nb ya l k a l il e a c h i n g i nas a n d s t o n eu r a n i u mm i n ei nX i n j i a n g [ J ] ．U r a n i u m M i n i n ga n dM e t a U u r g y ，2 0 0 4 ，2 3 3 1 3 8 1 4 2 ． [ 9 ]A N A N DRK ．K i n e t i c so fa l k a l i n el e a c h i n go fU 0 2a n d F e S 2i nc o e x i s t i n gs y s t e m [ J ] ．T r a n s a c t i o n so ft h e I n d i a nI n s t i t u t eo fM e t a l s ，2 0 1 6 ，6 9 1 1 9 ． [ 1 0 ] G I L L l G A NR ，N I K o L O S K lAN ．A 1 k a l i n el e a c h i n go f b r a n n e r i t e ．P a r t1 K i n e t i c s ，r e a c t i o nm e c h a n i s m sa n d m i n e r a l o g i c a lt r a n s f o r m a t i o n s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ， 2 0 1 7 ，1 6 9 3 9 9 4 1 0 ． [ 1 1 ] 肖志海．碳酸盐型铀矿石堆浸技术室内浸出实验研 究[ D ] ．湖南衡阳南华大学，2 0 1 7 ． X I A 0ZH ．E x p e r i m e n t a Is t u d yo nl e a c h i n gt e c h n o l o g y o fu r a n i u mo r ew i t hc a r b o n a t ei n1 a b o r a t o r y [ D ] ． H e n g y a n g U n i v e r s i t yo fS o u t hC h i n a ，2 0 1 7 ． [ 1 2 ] 谈成龙．美国的地浸采铀法[ J ] ．国外铀金地质， 1 9 9 3 1 1 2 ． T A NCL ．I ”s i t ul e a c h i n go fu r a n i u mi nU S A [ J ] ． o v e r s e a sU r a n i u ma n dG o l dG e o l o g y ，1 9 9 3 1 1 2 ． [ 1 3 ] 张建国，王海峰，姜岩，等．美国碱法地浸采铀工艺技术 概况[ J ] ．铀矿冶，2 0 0 5 ，2 4 1 6 1 3 ． Z H A N GJG ，W A N GHF ，儿A N GY ，e ta 1 ． I n t r o d u c t i o nt ot h ed e v e l o p m e n to fa l k a I i n ei n s i t u l e a c h i n go fu r a n i u mi nA m e r i c a [ J ] ．] U r a n i u mM i n i n g a n dM e t a l l u r g y ，2 0 0 5 ，2 4 1 6 1 3 ． [ 1 4 ] 李孝君．地浸采铀方法研究及展望[ J ] ．绿色科技， 2 0 1 8 6 5 4 5 6 ． L IXJ ． P r e s e n ts i t u a t i o na n dp r o s p e c to fi n s i t u l e a c h i n gu r a n i u mm i n i n g [ J ] ．J o u r n a lo fG r e e nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 8 6 5 4 5 6 ． [ 1 5 ] I A E A ．M a n u a lo fa c i d i ns i t ul e a c hu r a n i u mm i n i n g t e c h n o l o g y [ R ] ．w a g r a m e rS t r a s s e5 ，A u s t r i a I A E A ， 2 0 0 1 l O 一1 1 ． [ 1 6 ] B O W E L LRJ ，G R O G A NJ ，H u T T O N A s H K E N N Y M ，e ta 1 ． G e o m e t a l l u r g yo fu r a n i u md e p o s i t s [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 1 ，2 4 1 2 1 3 0 5 1 3 1 3 ． [ 1 7 ] 史文革，梁建龙，蔡萍莉，等．江西某铀矿石室内碱法浸 出试验研究[ J ] ．金属矿山，2 0 0 5 ，3 4 2 3 9 4 1 ． S H IWG ，L I A N GJL ，C A IPL ，e ta 1 ．I n d o o rt e s to n a l k a l i n el e a c h i n go faJ i a n g x iu r a n i u mo r e [ J ] ．M e t a l M i n e ，2 0 0 5 ，3 4 2 3 9 4 1 。 [ 1 8 ] 杜超超，周义朋．c o z o z 地浸采铀矿层渗透性影响 因素[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 9 7 4 8 5 3 ． D UCC ，Z H O UYP ．I n f l u e n c ef a c t o r so np e r m e a b i l i t y o fo r e1 a y e ri nu r a n i u mc 0 2 0 zi n - s i t ul e a c h i n g [ J ] ． N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v eM e t a l l u r g y ，2 0 1 9 7 4 8 5 3 ． [ 1 9 ] 史维浚，孙占学．应用水文地球化学[ M ] ．北京原子能 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