铀浸出水文地球化学作用研究进展.pdf

2 0 2 0 年第1 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 7 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 2 0 ．1 1 ．0 1 3 铀浸出水文地球化学作用研究进展 李效萌1 ‘2 ，刘金辉1 ～，周义朋1 ‘2 ，黎广荣1 ‘2 ，徐玲玲1 ‘2 ，李衡1 ‘2 1 ．东华理工大学水资源与环境工程学院，南昌3 3 0 0 1 3 ； 2 ．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 摘要铀浸⋯是通过浸铀溶液与铀矿物之间发牛一系列水文地球化学作用而得以实现，同内外学者对铀 浸出过程中的水文地球化学作用做了深入研究与探讨。在划铀浸出水文地球化学研究进展系统归纳和 梳理的基础上，分析了氧化还原、溶解沉淀、吸附解吸等水文地球化学作用的最新研究进展，重点 阐述了氧化浸出的基本原理及各类氧化剂 H 、s ／ 、M n 、微生物等 对氧化作用的影响，分析了 温度、水化学性质 E h 、p H 、主要阴阳离子、气体 、脉石矿物等对溶解沉淀作用的影响，探讨了黏土矿物、 胶体、有机质、微生物等吸附剂对吸附作用的影响。最后，对今后铀浸出水文地球化学研究予以展望。 关键词铀；水文地球化学；氧化还原；溶解沉淀；吸附解吸 中图分类号T I ．2 1 2 ．1 2文献标志码A文章编号1 0 0 77 5 4 5 2 0 2 0 1 10 0 7 10 8 R e s e a r c hP r o g r e s si nH y d r o g e o c h e m i s t r yo fU r a n i u mL e a c h i n g L IX i a o m e n 9 1 ～。L I UJ i n h u i l ～．Z H { UY i p e n 9 1 ～． I ．IG u a n gr o n 9 1 ‘2 ，X UL i n gl i n 9 1 一，I ．IH e n 9 1 2 1 ．S c h o o lo 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 o l o g y ．N a n c h a n g3 3 0 0 13 ，C h i n a ； 2 ．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 e 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 e 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 A b s t r a c t U r a n i u ml e a c h i n gi sa c h i e v e db yas e r i e so fh y d r o g e o c h e m i c a li n t e r a c t i o n sb e t w e e nl e a c h e d u r a n i u ms o l u t i o na n du r a n i u mm i n e r a l s ．H y d r o g e o c h e m i s t r yo fu r a n i u ml e a c h i n gh a v e b e e ns t u d i e da n d d i s c u s s e db ys c h o l a r sa th o m ea n da b r o a d ．H y d r o g e o c h e m i c a lr e s e a r c hp r o g r e s so fu r a n i u ml e a c h i n gi s s y s t e mi n d u c t e da n dc o m b e d ． x i d a t i o n r e d u c t i o n ，d i s s o l v e p r e c i p i t a t i o n ，a d s o r p t i o n d e s o r p t i o no ft h e l a t e s tr e s e a r c hp r o g r e s so fh y d r o g e o c h e m i c a la r ea n a l y z e d ．M e c h a n i s mo fo x i d a t i v el e a c h i n ga n da l lk i n d so f a n t i o x i d a n t s H2 2 ，S 2 ／ 2 ，M n 0 2 ，m i c r o o r g a n i s m s ，e t c ． o no x i d a t i o na r ee l a b o r a t e d ．I n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r e ，h y d r o c h e m i c a lp r o p e r t i e s E h ，p H ，m a i nc a t i o na n da n i o n ，g a s a n dg a n g u em i n e r a l so n d i s s o l v i n g p r e c i p i t a t i o na r ea n a l y z e d ．I n f l u e n c eo fc l a ym i n e r a l ，c o l l o i d ，o r g a n i cm a t t e r ，m i c r o o r g a n i s mo n a d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o na r ea n a l y z e d ．F i n a l l y ，h y d r o g e o c h e m i c a lr e s e a r c ho fu r a n i u ml e a c h i n gi nf u t u r e i sp r o s p e c t e d ． K e yw o r d s u r a n i u m ；h y d r o g e o c h e m i s t r y ；o x i d a t i o nr e d u c t i o n ；d i s s 0 1 v e p r e c i p i l a t i o n ；a d s o r p t i o nd e s o r p t i o n 铀浸出是一个复杂的水文地球化学作用过程， 涉及到水化学、水动力学、岩石学等多种因素的综合 作用，其主要水文地球化学作用包括氧化还原、溶 解沉淀、吸附一解吸等作用。当前铀浸出水文地 收稿日期2 0 2 0 0 7 1 0 基金项目同家自然科学基金 核技术创新联合基金 资助项日 U 19 6 7 2 0 9 作者简介李效萌 1 9 8 8 ，男，江西南昌人，博士，讲师；通信作者刘金辉 1 9 6 1 ，男，教授，博士 万方数据 7 2 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 0 年第1 1 期 球化学工艺主要是用酸 主要为H 。S O 。 、碱 N a C O 。 N a H C O 。 、中性气体 C O 0 、微生 物 A c i d i t h i o b a c ’i l l u sf e r r o o 工i d a n s 等 等浸铀剂配 制而成的溶液与铀矿石发生作用，将铀从矿石中溶 解浸出。本文在简要概述国内外铀浸出研究现状的 基础上，对近年来铀浸出水文地球化学作用的最新 研究进展予以评述与展望。 1 国内外发展概况 核能作为一种清洁新型能源近年来其开发得到 了不少国家的高度重视。国内外主要从事铀浸出水 文地球化学研究的国家有美国、澳大利亚、加拿大、 俄罗斯、埃及、印度、哈萨克斯坦、中国、埃及、韩国 等1 。⋯。经济合作与发展组织 O E C D 下属核能署 N E A 和国际原子能机构 I A E A 共同发布的红皮 书铀矿资源，产量和需求 U r a n i u m2 0 1 8 R e s o u r c e s ，P r o d u c t i o na n dD e m a n d 中统计数据表 明，截止2 0 1 7 年全球天然铀产量5 94 6 2t ，大约2 ／s 铀产白哈萨克斯坦 3 9 ％ 、加拿大 2 2 ％ 、澳大利亚 1 0 ％ i 国‘“。 世界主要产铀大国在铀浸出工艺上各有不同， 俄罗斯、哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦等前独联体国 家多采用酸法原位地浸工艺开采砂岩型铀矿，加拿 大、澳大利亚多采用常规搅拌浸出工艺开采高品位 热液型铀矿，对砂岩型铀矿多采用酸法地浸工艺，美 国基于环境保护考虑多采用环境相对友好的碱法地 浸工艺开采。我国基于铀矿床种类多、规模小、品位 低、矿体分散的特点，在采用原位地浸、堆浸、原地爆 破堆浸等开采方式的基础上，酸法、碱法、中性、微生 物浸出等工艺均有应用，当前以地浸采铀工艺为主 要开采技术。 2 铀浸出水文地球化学研究进展 铀浸出涉及水文地球化学、水动力学、岩石矿物 学等多学科的复杂地球化学过程，铀浸出水文地球 化学主要研究铀浸出过程中的氧化还原、溶解 沉淀、吸附解吸等多种作用。 2 ．1 氧化一还原作用 氧化还原反应是指在反应物与生成物之间存在 电子转移的化学反应。受氧化还原反应的制约，铀 浸出过程中，当U 1 被氧化为氧化态的U 阱时，铀呈 各种铀酰络合物随地下水迁移；反之，U 6 被还原为 U 卜_ 时，铀则呈品质铀矿、沥青铀矿 U O U 。 等 矿物沉淀。 铀浸出过程表明，无论采用酸浸、碱浸还是其他 浸出工艺，都需将还原态u 4 转化为氧化态u ” 才 能将矿物中的铀溶解浸出。前人对U O 氧化试验 研究发现，酸法浸出T 艺中，铀的氧化需要借助 F e ”的氧化作用，F e 抖将难溶的U 。氧化为易溶性 铀酰 U 2 形式 式1 ，U O 2 再与S 。’结合形 成硫酸铀酰进入溶浸液中，而附加的氧化剂再将 F e 2 转化为F e 3 E 78 j ，从而使铀氧化得以不断循环 进行。 U 0 2 2 F e ’，U ； 2 F e 抖 1 在铀浸出中将F e 2 转化为F e 引的常用氧化剂 是H 、S ／0 、M n O 、微生物、0 2 和N a C l 0 。。 下面分别进行阐述。 2 ．1 ．1 H 20 2 H 是一种强氧化剂，具有氧化能力强、无副 作用、氧化速度快等优点_ “，但H 。使用过程巾也 面临难题。V E N T E R 等”指出，如果H 不能 快速与溶液巾的铁反应就会游离或分散，此外，较高 的经济成本也是影响H 。使用的重要因素；也有 学者研究发现，搭配使用卡罗酸将减少H 。的消 耗，进而更有效地使用H 。 。为探索H 。氧化 U O ，的机理，D E V R I E S _ l 刈研究表明，H 氧化 U O 。是通过释放O H 和H O 作用来实现， N G U Y E N 等”进一步证实了O H 和H O 的 释放能强烈地促进铀的溶解，而对O H 和H O 是通过直接还是间接与铀矿物发生反应未作出解 释。Z H A N G 等口胡进一步研究发现，H 。 通过氧 化铀尾矿中的复杂含铁脉石，提高了浸出剂F e 。的 含量及占比，进而通过式1 问接提高了铀的浸m 率。 H 。 。氧化二价铁反应式为 2 F e 2 H2 0 2 2 H ，F e 3 _ 2 H2 0 2 2 ．1 ．2 S O 。 空气 主要为0 在湿法冶金中，S O 。与空气 主要为0 。 形成的 混合物也能起到氧化剂的作用，达到空气中 。与 S O 共同作用将F e 2 氧化为F e ”，F e 抖再进一步将 U “‘氧化为U 叶的目的。针对其具体氧化机理， U M A N S K I I 等口提出了式3 来解释产生H S O 。 自由基， 在过量的情况下，H S O 。自由基被 部分氧化产生H S O 。和H O 自由基 式4 ，然后 H O 自由基通过式5 ～7 快速氧化亚铁离子。 Z H A N G 等口4 。研究也表明，在特定的体积比控制条 件下，将S O 。／O 注入溶液中会产生H S O 。自由 基，也会有一定的H S O ，副产物生成，其氧化性和 铀浸m 效率均得到显著提升；S O 。／O 氧化F e 2 _ 的 万方数据 2 0 2 0 年第1 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 7 3 速率与F e ”浓度无关，仅与S O 。的加人量成正比， 因此，S O 与 混合物中各组分含量必然显著影 响氧化进程。H O 等口朝研究发现，S 。／ 。的体积 比在氧化速率中起主要作用。目前S O ／ 作为采 铀氧化剂尚处在试验阶段，技术成熟度较低，工业应 用可操作性差，国内外未见其投入生产的报道。 F e 3 S 2 H 2 一F e 2 HS 。 H 。。 3 H S O 。 O H O ，S H O 2 H 4 F e 2 H 0 2 H ，F e 3 H 2 0 2 5 H S 。 O H H ，S i ～ 2 H 6 H F e 2 ‘ O H ，F c 3 2 H 20 7 2 ．1 ．3 微生物 生物湿法冶金是一种从复杂难浸、低品位铀矿 石中提取铀具有独特优势的新技术，使用嗜酸性氧 化亚铁硫杆菌、嗜酸性氧化硫硫杆菌等微生物作为 浸出氧化剂氧化黄铁矿等硫化矿物，学术界对微生 物浸矿机理持有直接作用、间接作用和二者皆有的 联合作用三种观点E l 6 7 ] 。 大多数学者认为在铀浸出过程中微生物主要起 问接氧化作用 式8 ，它们用特定酶将溶浸液中 F e ”氧化为F c ”，F e ”再把U ’氧化为U ”，需要 注意的是浸矿微生物生长需要适宜的温度，且要求 环境p H 小于2 ，否则会产生黄钾铁矾沉淀，进而堵 塞溶浸通道，对地浸采铀不利。W A N G 等”1 利用 Af e r r o o , r i d a n s 作为氧化剂对低品位碳硅质泥质 铀矿进行生物浸出试验，发现当F e 抖浓度大于3d I 。 时，铀浸出效率降低，对浸出产物进行S E M 和X R D 分析表明，其原因是铀矿物表面形成了由黄钾铁矾 组成的包裹层，导致铀浸出效率显著降低。因此，微 生物作为浸矿氧化剂时，需提供适宜的生长环境，对 浸矿菌种进行培育、筛选、驯化、诱变、富集与扩大培 养等方面的研究_ l9 J ，进而确定适合目标矿山浸m 条 件的菌株或菌群。 1d f≠ 2 F e 2 2 H 妻O ，二二3 2 F e 3 H ，O 8 ￡ 2 ．1 ．4 M n 0 2 M n O 。又称软锰矿，是铀浸出过程中一种常用 的氧化剂，其氧化过程依据反应式9 进行。 A I ．K H A Z A S H V I I ．I 等瞳。。指出，当用H 2 S O 。试剂 溶浸含有铁矿物的沥青铀矿时，M n O 的添加可大 大加速溶浸过程，并提升铀浸出率。尽管如此，工业 生产过程中，软锰矿使用成本高也是不可同避的问 题。为减少软锰矿消耗，C H I N N I 等心妇尝试了在低 氧条件下使用活性微生物氧化M n 2 生产M n O 。，显 著促进了U 氧化，而M n 2 作为M n O 生成的反 应物，又可通过U 一M n 。氧化还原反应再生 图 1 ，进而大大减少了软锰矿消耗。此外，W A N G 等比2 1 研究表明，在较高的无机碳溶解浓度下，M n O 。 氧化U O 的速度较快，当大量U Ⅵ 吸附在M n O 表面，则可钝化M n O ，进而降低对U O 。的氧化 速率。 2 F e 2 M n 0 2 4 H 一2 F e ” M n 2 2 H ，O 9 A d m } r p t i o n ．i n 1 p o r a l i o n 图1铀和锰的耦合生物地球化学循环示意图‘2 1 3 F i g ．1 S c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no fc o u p l e d b i o g e o c h e m i c a lc y c l e so fu r a n i u ma n dm a n g a n e s e [ 2 1 ] 上述研究均基于酸法T 艺，其研究成果是否适 用于碱法和中性浸出工艺，还有待进一步探讨。 此外，次氯酸钠历来是北美采铀厂首选的氧化 剂，多用于酸法浸卅，氧化反应见式1 0 。O 通常是 碱性浸出的氧化剂，具有价廉、无副作用、选择性好、 氧化效率高等优点，但需要增加加压系统，且在注液 孑L 附近容易产生气堵等不足。 6 F e 2 N a C l 0 ， 6 H 一6 F e 3 I N a C l 3 H2 0 1 0 2 ．2 溶解一沉淀作用 2 ．2 ．1 溶解 溶浸液在岩石孔隙中运移，可以将铀矿物溶解 释放出的各种离子转入溶液，也可以在溶液中若十 组分过饱和时，各组分问相互结合并结晶生成新的 次生矿物沉淀。铀溶解过程主要受温度、水化学性 质 主要阴阳离子、E h 、p H 、 。、C 。、H S 、C H 。、 H 、脉石矿物等因素控制。 2 ．2 ．1 ．1 温度 温度对铀的溶解沉淀作用影响较为复杂，取 决于溶解沉淀作用是吸热反应还是放热反应，同 时，温度的变化也会引起压力和气体成分的变化，进 而影响铀的溶解与沉淀。I 。E E 等”j 分析了钙铀石 在N a C l 和N a C I O 。溶液中的溶解度和稳定性，发现 2 2 ℃时C O 撤，处于平衡状态，p H 及钙铀石溶解度 Y 瓜 万方数据 7 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 0 年第1 1 期 稳定；随着温度升高到8 0 ℃，根据亨利定律，升温不 利于C O 。，的溶解而发生脱气作用“，导致p H 升 高、钙铀石溶解度冠著降低，并产生次生C a U O ， z H 2 和N a 2 U 2 0 7 工1 H2 沉淀。D E S I G A N 等。2 。J 研究了温度对硝酸巾U 。的溶解动力学影响，认为 U O 溶解速率与温度相关性由阿伦尼乌斯方程决 定，温度升高，U O 溶出速率增大，溶解动力学特征 符合准一阶动力学模型。 2 ．2 ．1 ．2 水化学性质 水化学性质对铀元素迁移过程中的赋存状态和 溶解沉淀作用均具有较大影响。阴离子是铀矿物 溶解过程中主要的配合物。R A H U I ．等[ 2 钆分析了 C l 、B r 、F 、S ，2 、P 【3 乖口N 『对U 齑解 的影响，发现C 1 、B r 对铀浸出无显著的影响，F 在中、低浓度 0 ～0 ．3g ／I 。 时不利于U O 的溶出， 在中、高浓度 0 ．5 ～1g ／i 。 时对u 的溶出有积极 作用；在研究的所有含氧阴离子中，N f 对U O 的 溶解都有利，而P 。”在中高浓度下对U O 。的溶解 产生不利影响，原因主要是产生F e P O ．沉淀；在中 高浓度时，S O 。2 对U 溶解具有不利作用，这很 可能是由于形成了较低效率的F e 3 _ 基配合物，存在 于溶液中的F e 抖在U 氧化／溶解机制中起到了重 要作用。 针对金属阳离子对铀浸出的影响，I 。A X E N 研 究了阳离子M n 2 _ 、C u 抖、C 0 2 和N i 抖对U O 。溶解 的影响，发现随着M n ”、C u ”、C 0 2 和N i ’金属离 子浓度的增加，U O 溶解速率降低，其对U O 溶解 有抑制作用旧] ，周义朋心7 1 等、R A H U I ．等心8 ] 研究了 F e F e ”、F e 2 _ 对U 。溶解的影响，发现铀的溶解 速度与F e ”向F e 抖转化速度呈正相关的指数函数 关系，当F e ”向F e 抖转化速度趋近零时，铀的氧化 溶解基本停止，在p H 为1 ．6 5 的水化学条件下，2g ／L 的F e 3 对U O 。的溶解最有利；在较高E h ≥4 6 0 ～ 5 6 5m V 条件下，F e 浓度对沥青铀矿的氧化速率影 响较大；若其他条件不变，在E h 低于4 2 0m V 条件 下，F e 浓度对沥青铀矿溶解速率的影响要小得多。 2 ．2 ．1 ．3 脉石矿物 近年来，有学者研究了铀浸出过程中脉石矿物 对铀溶解行为的影响，脉石的溶解增加了试剂消耗 和采铀成本，但可增加铀矿物暴露程度，提高浸出 率。如方解石 C a C O 。 作为常见的脉石矿物对溶浸 过程会产生影响，尤其酸法浸出过程中，方解石的存 在会大量消耗试剂中的H ，并产生C O 引起局部 气堵。石膏 C a S 。 也是硫酸浸铀过程一种常见的 次生脉石矿物，同样容易引起局部孔隙堵塞，降低矿 层渗透率。在生物浸出过程中，微生物可以氧化黄 铁矿中的铁和硫作为能量来源并产生硫酸，因此，铀 矿石中含有适量的黄铁矿对微生物浸铀至关重要。 周锡堂等瞳阳指出，在脉石矿物含有黄铁矿 F e S 。 条 件下，沥青铀矿的溶解度增加了1 0 0 倍 无氧水 至 8 0 0 倍 有氧水 表1 ，且由于副产物硫酸的产生， p H 均有降低。 表1黄铁矿对铀矿物溶解的影1 1 1 句2 9 1 T a b l e1E f f e c to fp y r i t eo nd i s s o l u t i o no fu r a n i u mm i n e r a l s [ 2 9 ] 2 ．2 ．2 { _ j E 淀 铀沉淀是铀氧化溶解的逆向反应，是一个铀矿 物的还原过程，p H 作为重要的水文地球化学参数 是影响铀沉淀作用的关键因素。史维浚∽1 1o 提出了 巾性环境是铀沉淀的必要条件，并计算了不同p H 条件下，铀的饱和浓度。S I N G H 等l I 研究了用磷 酸盐试剂在碱性 碳酸一重碳酸盐一硫酸盐 介质巾对 含低 中等浓度铀的液体进行沉淀，结果表明p H 为6 ．3 、N a H C O 。2 0g ／I 。N a 。S O 。1 0 0g ／I ．为浸出液 铀沉淀的最优条件，磷酸盐试剂在5 0m g ／I 。～2g ／I 。 的较广铀浓度范同内均可产生铀沉淀 式1 1 。 N a 2 [ U 2 C 3 z 1 巾 N a z H P 乩巾 2 H 2 X 九 。m ，[ U 2H P 2 ] ， 4 N a H C ‰∞ 1 1 研究发现，某些微生物在适当的电子供体存在 的条件下，可利用某种酶将可溶性U 阱还原为不溶 性U ”，即生物固化作用。生物对铀的固化包括生 物吸附、生物富集和生物还原沉淀 图2 ”。 万方数据 2 0 2 0 年第1 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 7 5 图2革兰氏阴性菌与铀相互作用的机制[ 3 2 1 F i g ．2 I n t e r a c t i o nm e c h a n i s mb e t w e e n g r a m n e g a t i v eb a c t e r i aa n du r a n i u m [ 3 2 ] 2 ．3 吸附一解吸作用 吸附解吸是固体表面作用的一种常见形式， 吸附是吸附剂通过表面作用降低吸附质表面活化 能，使其附着到吸附剂表面，吸附对铀浸出溶液化学 成分的演化起着重要作用。 在铀浸出水岩体系中，铀从矿石中浸出后通常 形成可溶的氧化态U ”，且以U O 抖及其络合物形 式存在并迁移，迁移途径巾吸附剂的存在会显著影 响铀浸出效果。因此，不少学者对水中铀及其络合 物在黏土矿物、胶体、有机质等多种吸附剂上的吸附 特性进行了广泛深入研究。 2 ．8 ．1 黏土矿物 黏土矿物是铀浸卅过程中分布最广、最常见的 矿物吸附剂，黏土矿物的存在可以导致溶浸液中的 铀在经过砂岩孔隙时被具有较强吸附能力、巨大表 面积和自由能的黏土矿物所吸附，从而使铀的迁移 受到阻滞。针对黏土矿物吸附带来的阻滞与迁移问 题，国内外学者做了大量研究工作。黏土矿物对铀 的吸附特性取决于黏土矿物类型，B A C H M A F 等∽副研究了U Ⅵ 在多种黏土矿物水岩界面的吸 附过程认为，南于U O 2 和N a 的竞争吸附，铀在 蒙脱石上的吸附与N a 浓度具有明显的负相关性， 而高岭石对二者的吸附差异较小。P A Y N E 等口胡 进一步对高岭石吸附铀酰的研究表明，高岭石吸附 铀酰取决于其表面的三种类型的结合位点硅醇 s i l a n 0 1 、铝醇 a l u m i n 0 1 和钛醇 t i t a n 0 1 ，三个不 同的位点中，钛醇对铀的吸附能力最强。 2 ．3 ．2 胶体 胶体是一种高度分散的多相不均匀体系，具有 颗粒粒径小 1 ～1 0 0n m 、比表面积大等特性，对铀 酰有较好的吸附作用。F e ”‘在铀浸出中充当氧化 剂的同时，还会与溶浸液中的其他物质发生化学反 应，形成F e O H 。胶体。F e O H 。胶体附着在矿 石表面会严重影响铀的浸出和矿层渗透性，造成铀 浸出速率和浸出率降低。针对F e O H 。胶体对铀 的吸附问题，熊骁等口朝研究了F e H 。在地浸采 铀过程中对铀的吸附特性，指出F e H 。胶体对 铀的吸附明显受p H 控制，p H 大于5 时，铀除吸附 于胶体表面外还出现沉淀现象。此外，王清良 等口⋯、侯伟等口7 1 分析了二氧化硅胶体吸附铀的特 性认为，二氧化硅胶体在p H 一4 时吸附铀的效果最 佳，3 0m i n 即可快速达到吸附平衡；等温吸附拟合结 果表明，吸附过程不符合单分子层吸附，傅里叶红外 光谱分析表明2 种材料主要是靠s i s i 、S i H 基团吸附铀。 2 ．3 ．3 有机质 常见的有机质有有机碳、有机酸、纤维素、木质 素等，有机质的存在会对溶液中铀的形态和吸附解 吸过程产生重要影响。M U R P H Y 等”。发现天然 有机物对U 叶在矿物表面吸附的影响是所处环境的 复杂雨数，并尝试将天然有机物纳入表面络合模型 进行研究。S E M I A 等⋯刈通过研究有机质 M 对铀的超滤作用的影响发现，铀的吸附取决于p H 和有机质种类；在无 M 的情况下，铀主要吸附在 P H 为5 和7 的膜上，且以U O 。C O 。和U O 。O H 占 优势；在有机酸腐殖酸 H A 存在的情况下，由于络 合作用，铀在酸性条件 特别是p H 3 的吸附量增 加 从％增加到7 4 ％ 。针对有机酸腐殖酸 H A 的铀吸附特性，I 。I U 等卜㈤。进一步研究表明， H A 被吸附后容易与U Ⅵ 络合，H A 可以大大缓 解C a 2 对U Ⅵ 吸附的竞争作用，进而促进了U Ⅵ 的吸附。刘金辉等口1 。研究发现，有机质对水中铀既 有还原沉淀作用，义有吸附作用，有机质对U O 2 的吸附量中，泥炭最高达1 0 ％～2 0 ％，弱变质褐煤 最高为8 ．3 6 ％，强变质褐煤最高为2 ．0 ％，腐殖酸最 高为1 ．6 7 ％。 3结语与展望 多年来国内外学者对铀浸出水文地球化学作用 及其影响因素研究取得了令人可喜的成果，同时也 有不少科学问题有待于进一步研究。作者在对铀浸 出水文地球化学作用研究进展进行梳理的基础上对 今后的研究T 作提m 如下展望 万方数据 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．h g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第1 1 期 1 加强对铀浸出体系中水文地球化学机理研 究。溶浸水岩作用是一个多种铀浸出水文地球化学 作用同时发生的体系，其中水文地球化学作用中的 热力学与反应动力学机理需要作进一步深入研究。 目前学者对铀浸出过程发生的地球化学作用多偏向 于定性与半定量分析，以及定量的单因素研究。随 着技术进步，与铀浸出有关的热力学数据 如G i b b s 自南能、平衡常数 正逐步更新和完善，以此为基础 开展铀浸出过程中铀的地球化学多因素的定量化综 合研究，可以为铀矿开采的工业化生产奠定理论 基础。 2 将多种水文地球化学作用进行耦合研究。铀 浸出过程中引起铀元素在水溶液中迁移和析出有多 个作用 溶解沉淀、吸附解吸、氧化还原等 共 同作用引起，而当前研究的侧重点主要是针对单一 作用的影响，鲜有考虑多种作用耦合的研究见诸报 道，因此，未来的研究方向必然趋向复杂多作用模型 构建的综合性研究。 3 深化微生物对铀浸出水文地球化学作用的影 响研究。微生物与铀矿物之间是否存在直接作用仍 是学术界争论的热点，微生物浸矿过程中生物地球化 学、铀矿物微生物间界面相互作用机理的生物表面 化学和生物电化学细节也有待探讨。现有研究成果 对微生物与铀矿物之间的作用机理局限于对现象的 推测和描述，对深层机理的膜表面作用、电子转移过 程、关键有机基团研究还不够深人。为此，开展微生 物与铀矿物之间作用机理研究具有重要理论意义。 4 进一步开展中性 C O 。 0 。 工艺中铀浸出水 文地球化学作用研究。C 铀浸出工艺具有 环境友好、地下水扰动小、后期恢复治理简单、生产 成本低等优点，面临的主要问题是中性条件下化学 沉淀造成的矿产渗透性降低，影响铀浸出效率。 [ 1 ] [ 2 1 [ 3 ] 参考文献 I A E A ，N E A ．U r a n i u n l2 0 1 8 R e s o u r c e s ，p r o d u c t i o na n d d e m a n d [ R ] ．P a r i s O E C DP u b l i s h i n g ，2 0 1 9 ． 原渊，苏学斌，李建华，等．世界地浸采铀矿山生产现状 与进展[ J ] ．中国矿业，2 0 1 8 ，2 7 增刊1 5 9 6 1 ，7 4 ． Y U A NY ，S UXB ，I 。IJH ，c ta 1 ．P r o d u c t i o ns t a t u sa n d d e v e l o p m e n t o ft h ew o r l di ns i t u l e a c h i n g o f u r a n i u m m i n e s [ J ] ．C h i n aM i n i n gM a g a z i n e ，2 0 18 ， 2 7 S 1 5 96 1 ，7 4 ． U M A N S K I IAB ，K I ．Y U S H N I K V 人M ．D e v e l o p m e n t o fS 20 2s y s t e ma sa no x i d a n ta tu r a n i u ml e a c h i n g p r o c e s s e s [ J ] ．J o u r n a lo fR a d i o a n a l y t i c a la n dN u c l e a r [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 2 [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] C h e m i s t r y ，2 0 1 2 ，2 9 2 2 8 8 58 8 8 ． M H A M M E DHS ，A B D E I 。M N E MYK 。 M E RS A ，e ta 1 ．L e a c h i n go fE 1M i s s i k a tl o wg r a d cf l u o r i t i z e d u r a n i u mo r eb ys u l f u r i ca c i d m e c h a n i s ma n dk i n e t i c [ J ] ． J o u r n a lo fR a d i o a n a l y t i c a la n dN u c l e a rC h e m i s t r y ，2 019 ， 3 1 9 1 2 4 52 5 5 ． M A S D A K K A R U P P A NV ，P I U SA ，S R E E N I V A ST ， e ta 1 ．B e h a v i o u ro fS i ，A 1 ，F ea n dM gd u r i n go x i d a t i v e u l f u r i ca c i dl e a c h i n go fl o wg r a d eu r a n i u mo r e Ak i n e t i c a p p r o a c h [ J ] ．J o u r n a l o fE n v i r o n m e n t a lC h e m i c a l E n g i n e e r i n g 。2 0 1 9 ，7 3 1 0 3 1 3 9 ．h t t p s ／／d o i ．o r g ／1 0 ． 1 0 1 6 ／j ．J e c e ．2 0 1 9 ．1 0 3 1 3 9 ． S H K B A Y E VNM ，B U F F I E RC ，D A U I