某铀矿床淡化少试剂地浸关键技术及工艺参数研究.pdf

2 0 1 3 年第1 0 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 3 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．1 0 ．0 11 某铀矿床淡化少试剂地浸关键技术及工艺参数研究 周敏1 ，邢拥国2 ，张文1 ，孙占学1 ，史维浚1 ，刘金辉1 ，吴辉1 1 ．东华理工大学，江西抚州3 4 4 0 0 0 ；2 ．中核金原铀业公司新疆子公司，新疆伊宁8 3 5 0 0 0 摘要某铀矿床地下水矿化度高，在地浸时容易产生化学堵塞。在室内研究基础上，进行淡化少试剂现 场浸出试验，得出该工艺的关键技术和最佳参数。结果表明，淡化技术、氧化技术、酸化技术、加助溶剂 技术是本工艺的关键技术。最佳技术参数为地下水矿化度小于4g ／L 、溶解氧浓度2 5 0 ～3 5 0m g ／L 、溶 液p H 小于6 ．9 、H C 0 3 浓度6 0 08 0 0m g ／L 。 关键词铀矿；淡化；少试剂；地浸；关键技术；工艺参数 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 1 3 1 0 0 0 3 9 0 4 S t u d yo nK e yT e c h n o l o g i c a lP a r a m e t e ro fD i l u t i o n - F e w R e a g e n tI n ‘s i t uL e a c h i n gU r a n i u mO r eD e p o s i t Z H O UM i n l ，X I NY o n g g u 0 2 ，Z H A N GW e n l ，S U NZ h a n x u e l ， S H IW e i j u n l ，L I UJ i n h u i l ，W UH u i l 1 ．E a s tC h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，F u z h o u3 4 4 0 0 0 ，J i a n g x i 。C h i n a ； 2 ．X i n j i a n gB r a n c h ，C N U C ，C N N C ，Y i n i n g8 3 5 0 0 0 ，X i n j i a n g ，C h i n a A b s t r a c t C a u s e db yh i g ht o t a ld i s s o l v e ds o l i d s T D S i ng r o u n d w a t e ri nw e a k l ya l k a l i n ei n s i t ul e a c h i n g ， c h e m i c a lp r e c i p i t a t i o ne a s i l yo c c u r r e di nau r a n i u mo r ed e p o s i t ．F i e l de x p e r i m e n to fd i l u t i o n f e wr e a g e n ti n s i t ul e a c h i n gw a sp e r f o r m e di nl a b o r a t o r y ．T h er e s u l t ss h o wt h a td i l u t i o n ，o x y g e n a t i o n ，a c i d i f i c a t i o n ，a n d c o s o l v e n ta d d i t i o na r et h ek e yt e c h n o l o g i e s ．T h eo p t i m u mp a r a m e t e r si n c l u d eT D So fg r o u n d w a t e ro f 4 g ／L ，d i s s o l v i n go x y g e nc o n c e n t r a t i o no f2 5 0 ～3 5 0m g ／L ，p H 6 ．9 ，a n dH C 0 3 一c o n c e n t r a t i o no f6 0 0 ～ 8 0 0m g ／L ． K e yw o r d s u r a n i u mo r e ；d i l u t i o n ；f e wr e a g e n t s ；i n s i t ul e a c h i n g ；k e yt e c h n o l o g y ；t e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r 新疆某铀矿床地下水矿化度高达8 ～1 2g ／L ， 采用酸法地浸技术容易形成硫酸钙沉淀，产生永久 性堵塞；采用碱法地浸，容易形成碳酸钙沉淀，产生 暂时性堵塞，这两种方法都使地浸采铀过程因堵塞 而被迫终止u 。4 J 。核工业北京化工研究院、新疆7 3 8 厂等单位采用无试剂、低浓度、大流量方法在该矿床 进行地浸采铀试验，在克服酸浸腐蚀、沉淀堵塞等方 面取得了较大突破，但仍存在浸出液铀浓度不高、能 耗较大、周期长导致运行成本较高等问题[ 5 ] 。淡化 收稿日期2 0 1 3 0 3 1 9 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 1 1 6 2 0 0 7 ，4 1 1 7 2 0 7 8 ，4 0 8 7 2 1 6 5 作者简介周敏 1 9 8 4 一 ，女，安徽人，硕士研究生． 少试剂浸铀工艺就是在不发生沉淀堵塞的前提下， 尽可能提高浸铀效率[ 6 - 7 ] 。本文主要是探讨淡化少 试剂的关键技术以及最佳工艺参数，为该矿床生产 提供技术支撑。 工艺流程及试验过程 铀矿物主要是沥青铀矿及少量铀石，分布于黄 铁矿周围或包裹黄铁矿，或在石英、长石等矿物周 围，或分布于其他矿物晶隙间。矿物中A l 0 。、 万方数据 4 0 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 1 3 年第1 0 期 C a O 、F e O 。含量均偏高，褐铁矿和黏土矿物含量偏 高。矿石铀的平均品位为0 ．0 2 5 9 ％，六价铀占总铀 质量分数平均为3 3 ％[ 8 ] 。 现场试验工序包括地下水淡化、增高溶浸液 H C O 。含量、酸化溶浸液、氧化等。工艺参数研究 包括浸出液铀含量与溶浸液重碳酸根含量关系、浸 铀最佳重碳酸根含量、酸化控制溶浸液p H 、最佳溶 解氧浓度。溶浸液主要组分有碳酸氢铵、二氧化碳、 氧气、盐酸等。工艺流程如图1 所示。 S Z K S Z K 幽例 O 液液孔 0 抽液扎 流萤汁 溶浸液流p ．◆浸m 液流m 气尹- 通 0z Ⅺi l I | 孔 图1淡化少试剂地浸采铀工艺流程图 F i g ．1 S k e t c hm a po fd i l u t i o n f e w r e a g e n tl e a c h i n gp r o c e s s 地浸采铀现场整个试验分为4 个阶段1 淡化。 通过注入淡水达到降低含矿层地下水矿化度的目 的。2 淡化氧化浸铀试验。为考察淡化无试剂地浸 采铀方法在本试验块段的浸铀效果，试验先向溶浸 液中通入氧气，然后与第3 阶段的试验结果进行对 比。3 淡化少试剂 边界含量H C O 。一 O 。 浸出试 验。结合室内工艺条件试验成果研究野外条件下 H C 0 。一与O 的浸铀边界条件，向溶浸液中加入 O 。、C 0 及H N 。H C O 。。4 盐酸酸化 最佳含量 H C O 。一 C 0 O 。浸出试验。向溶浸液中加入盐 酸、O 。、C O 及N H 。H C O 。，得出最佳含量H C O 。一 C O O 的浸出条件，并在此最佳条件下浸铀。 2试验结果 2 ．1 地下水淡化 利用来自距7 3 8 厂1 7k m 处的地下淡水 矿化 度约0 ．9g ／L 作为水源，采用水泵通过4 个注水孑L 将淡水注入含矿含水层中，抽水孑L 不断地将混合后 的地下水抽出，如此循环，直至抽出的地下水 浸出 液 矿化度到达设定的要求。经过3 6 天的淡化，含 矿含水层矿化度由1 0 ．5g ／L 降至3 ．8g ／L 。淡化 3 8 天后，矿化度基本稳定在3 ．6g ／L [ 6 ] 。当尾水用 淡水淡化至矿化度小于5g ／L 时，硫酸钙饱和指数 该指数用来判定地下水中物质是否沉淀 由0 ．2 0 ～o ．5 5 降为一o ．4 ～- - 0 ．6 ，说明硫酸钙沉淀被消除 了；适当控制p H ，可增加H C O 。一浓度，使碳酸钙饱 和指数由0 ．2 降为o ～一0 ．6 ，从而避免了碳酸钙的 沉淀，并能提高铀浸出浓度[ 9 ] 。 2 ．2 淡化无试剂【氧化 浸出试验 首先采用添加淡水的方法将地下水矿化度淡化 到3 ．8g ／L ，然后边淡化边进行浸铀试验。溶浸液 为淡水，氧化剂为高压氧气，不添加其它试剂，试验 结果如图2 所示。 图2淡化 o 浸出阶段浸出液中铀浓度变化 F i g ．2 U r a n i u mc o n c e n t r a t i o nV s ．t i m ed u r i n g d i l u t e da n dd i s s o l v e do x y g e nl e a c h i n ge x p e r i m e n t 从图2 可看出，淡化 O 浸出有如下特点前 1 0 天期间，加氧后，当溶浸液的溶解氧浓度 图中用 D O 表示 达到1 6 0 ～2 5 0m g ／L 时，浸出铀浓度出现 波动变化，初期稳定在2m g ／L ，最后稳定在4m g ／L 左右。当溶浸液的溶解氧浓度为3 0 0 ～4 5 0m g ／L ， 浸出铀浓度逐渐上升，浸出液中铀浓度由4m g ／L 上升至约1 0m g ／L 。 加入溶解氧浓度为4 0 0m g ／L 时，测量出浸出 液溶解氧浓度大于7 0m g ／L ，说明浸出液中有较多 溶解氧过剩。因此，通过降低溶浸液中氧气加入量， 在不改变其他条件前提下，将溶解氧浓度稳定在 3 0 0m g ／L 条件下，浸出液溶解氧浓度为2 0m g ／L ， 浸出铀浓度稳定为1 2m g ／L 。 当氧气大量过剩时，最大浸铀浓度可以达到1 2 m g ／L ，表明无试剂加氧气浸出工艺在该试验块段受 到限制，铀的浸出效果并不理想[ 7 ] 。 2 ．3 淡化少试剂 边界含量H C 0 3 一 0 2 浸出试验 2 ．2 结果表明仅通入氧气的浸出效果不理想， 万方数据 2 0 1 3 年第1 0 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．C I ] 4 1 如需进一步提高铀浸出率，必须加入其它试剂。少 试剂浸出工艺试验结果见图3 。 图3 淡化少试剂试验结果 F i g ．3 R e s u l t so fi ns i t ul e a c h i n gw i t h d i l u t i o n f e wr e a g e n t 在氧在浸出液中的浓度为2 5 0 ～3 5 0m g ／L 时， 当H C O 。一浓度由近3 0 0m g ／L 增至约4 0 0m g ／L 时，浸出液中铀浓度由1 2m g ／L 上升至3 0m g ／L ， 二者保持同步增长关系；当H C O 。一浓度继续增至 约5 0 0m g ／L 后，再增加H C O 。一浓度，铀浓度稳定 在约3 3m g ／L [ 7 ] 。根据7 3 8 厂以往经验，当H C O 。 浓度增至5 0 0m g ／L 以上时，容易产生沉淀，影响浸 出正常生产。主要原因是加入大量的碳酸氢铵后， 溶浸液的p H 会大幅度升高。其它条件不变情况 下，碱性条件下更易产生碳酸钙和硫酸钙沉淀。因 此，要提高碳酸氢根浓度必须首先控制p H 。 2 ．4 酸化 最佳含量H C 0 3 一 C O O 浸铀 试验结果表明 图4 ，采用盐酸酸化溶浸液，可 保持溶浸液的p H 基本不变，但重碳酸根的浓度可 以得到大幅提高，最终铀浸出效果也得到提高。 图4 表明，溶浸液中溶解氧浓度保持在3 0 0 ～ 4 0 0m g ／L ，当H C O a 浓度由近5 0 0m g ／L 逐渐增至 6 0 0m g ／L 时，铀浓度由3 2 ．5m g ／L 上升至3 5r a g ／L ； H C 0 3 浓度继续增至8 0 0m g ／L 后，浸出液中铀浓度 基本稳定在3 5 ～3 7m g ／L ，最高可以达到3 8 ．2 m g ／L c7 | 。至试验结束，平均铀浓度稳定在3 6m g ／L 。 通常溶浸液中H C O 。一含量越高，浸铀效果就 越好，浸出液中铀浓度越高。但当H C O 。一超过一 定限度时其浸铀效果并不明显。试验表明，当采用 盐酸酸化技术，使H C O 。一含量升高到8 0 0m g ／L 左 右时，铀含量增至3 5m g ／L 以上，并一直保持相对 稳定。因此，综合成本和效率因素，认为试验块段的 图4 酸化、淡化、最佳重碳酸根含量浸铀效果 F i g ．4 R e s u l t so fi ns i t ul e a c h i n g 砌t l la c i d i f i c a t i o n 。 d i l u t i o na n do p t i m a lH C 0 3 一c o n c e n t r a t i o n 最佳浸铀H C O 。一浓度应为6 0 0 ～8 0 0m g ／L 。 2 ．5 盐酸酸化效应讨论 试验过程中，由于N H 。H C 0 。的加入，使溶浸 液的p H 不断升高，而p H 超过6 ．9 时，又可能会产 生C a C O 。沉淀，为此必须采取降低p H 的措施。 7 3 8 厂的试验结果表明，当H C O 。一含量超过5 0 0 m g ／L 时，会产生沉淀。若采用加C O 。降低p H ，用 量大又易造成气体堵塞而使工艺停止运行。本试验 表明，在配制溶浸液时，在淡水中加入少量盐酸，使 p H 保持在3 ～5 ，然后再同循环尾液 加入 N H 。H C O 。 混合，使溶浸液的p H 调至7 ．0 左右，然 后加入适量的C O ，使p H 控制在6 ．8 以下，以确保 整个浸出过程不会产生硫酸钙及碳酸钙沉淀。盐酸 加入量控制p H 以及H C O 。一浓度试验效果见图5 。 图5现场酸化后重碳酸根与p H 关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e np Ha n d H C 0 3 一a f t e ra c i d i f i c a t i o n 下转第6 3 页 万方数据 2 0 1 3 年第1 0 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 6 3 S o l i dS t a t eC h e m i s t r y ，1 9 9 5 ，1 1 5 1 2 2 9 2 3 5 ． [ 9 ] H eZz ，Y u t a k aU ．M a g n e t i cp r o p e r t i e so fM n 2 V 2 0 7 s i n g l ec r y s t a l s [ J ] ．J o u r n a lo fS o l i dS t a t eC h e m i s t r y ， 2 0 0 8 ，1 8 1 2 2 3 5 - 2 3 8 ． [ 1 0 2L i uY ，Z e n gY uP i n g ．C o n t r o l l a b l es y n t h e s i so fb e t a M n 2V 20 7m i c r o t u b e s a n d h o l l o wm i c r o s p h e r e s [ J ] ． M a t e r i a l sL e t t e r s ，2 0 0 9 ，6 3 2 8 3 0 ． [ 1 1 ] W a n gXD ，L i uZQ ，A m b r o s i n iA ，e ta 1 ．C r y s t a l g r o w t h ，s t r u c t u r e ，a n dp r o p e r t i e s o f m a n g a n e s e o r t h o v a n a d a t eM n 3 V 0 4 2 [ J ] ．S o l i dS t a t eS c i e n c e s ， 2 0 0 0 ，2 1 9 91 0 7 ． [ 1 2 ] Z h o uCC ，L i uFM ，P e n gD ，e ta 1 ．M o l t e ns a l ts y n t h e s i s a n dc h a r a c t e r i z a t i o no fl a r g es i z e0 一M n 2V 20 7w i t hs i n g l ec r y s t a lc h a r a c t e r [ J ] ．J o u r n a lo fA l l o y sa n dC o r n p o u n d s ，2 0 1 0 ，5 0 5 5 7 3 5 7 8 ． [ 1 3 2Z h a n gzH ，Y u t a k aU ．F l u xg r o w t ho fl a - M n 2V 20 7s i n g l ec r y s t a l s [ J ] ．J o u r n a lo fC r y s t a lG r o w t h ，2 0 0 8 ，3 1 0 17 l _ 17 3 ． 上接第4 1 页 图5 表明，根据加入的碳酸氢铵量、溶浸液的 p H 大小，决定加入盐酸酸化量。增加盐酸量，使酸 化液p H 逐步降低，从5 ～6 降低至3 左右时，可以 同步增加N H 。H C O 。的量，使溶浸液的H C O 。由 6 0 0m g ／L 增加到8 8 0m g ／L 。同时溶浸液和浸出液 p H 均能保持在6 ．9 以下，从而使地浸试验得以顺 利进行。由此认为，在此过程中盐酸的酸化效应对 提高H C O 。浓度和降低p H 起到了关键性的作用。 3结论 1 淡化地下水矿化度为3 ～4g ／L 可以避免产 生硫酸钙沉淀。 2 先用盐酸对淡水预酸化，然后加入碳酸氢铵， 再用C O 。将溶浸液的p H 调到6 ．7 ～6 ．9 ，可以避免 碳酸钙的沉淀。 3 试验块段地浸采铀的最佳溶解氧浓度为2 5 0 ～3 5 0m g ／L ，可以促进四价铀的浸出。 4 通过加入适量碳酸氢铵维持H C O 。浓度为 6 0 0 ～8 0 0m g ／L 时，可以提高浸出液铀浓度和铀浸 出率。 5 用盐酸酸化溶浸液，将淡水的p H 酸化至 3 ～5 ，使溶浸液p H 降至6 ．9 以下，可保证地浸过程 中不发生沉淀，将溶浸液的重碳酸氢根浓度提高到 8 0 0m g ／L 以上，从而提高溶浸液的浸铀能力。这是 提高溶浸液中重碳酸含量技术的关键。 参考文献 [ 1 ] 李学礼．水文地球化学[ M ] ．北京原子能出版社， 19 8 8 ． [ 2 ] 史维浚．铀水文地球化学原理[ M ] ．北京原子能出版 社，19 9 0 ． [ 3 ] 史维浚，孙占学．应用水文地球化学[ M ] ．北京原子能 出版社，2 0 0 5 3 4 8 3 5 0 [ 4 ] 焦学然．张霞，孙占学．某高矿化度砂岩型铀矿地浸开采 堵塞机理的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 8 2 5 2 8 ． [ 5 2 王海峰．大流量低浓度地浸采铀浸出工艺试验[ J ] ．有 色金属 矿山部分 ，2 0 0 7 ，5 9 5 91 3 ． [ 6 ] 高柏，邢拥国，张文，等．淡化地下水对缓解某矿床地浸 化学堵塞的探讨[ J ] ．铀矿冶，2 0 1 0 ，2 9 2 6 1 - 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