鈾礦采冶浸出劑濃度的控制探討

【摘要】本文以江西某鈾礦采冶廠為研究對象，較詳盡地探討了鈾礦采冶中影響浸出劑濃度的相關(guān)因素，浸出劑在礦石中的耗損情況、計算方法。闡述了降低產(chǎn)品雜質(zhì)含量和提高產(chǎn)品品位的工藝技巧，提出了適合鈾礦生產(chǎn)的工藝流程，對我國的鈾礦生產(chǎn)具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】浸出劑濃度；剩余酸含量；雜質(zhì)含量；品位；液固比

在我國鈾的初級產(chǎn)品一般都是在近礦山地點生產(chǎn)的，其目的主要是減少礦石的運(yùn)輸成本和減少對環(huán)境的污染。生產(chǎn)流程為：礦石開采→破碎→浸泡→浸出液靜置→凈化→富集→沉淀.其中礦石浸泡是一個十分重要的環(huán)節(jié)。浸出劑選用稀硫酸溶液，浸出劑濃度的高低不僅關(guān)系到能否將礦石在的鈾盡可能的全部浸泡出來（高的浸出率），還會影響產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量，產(chǎn)品工業(yè)品位，同時也會對浸出液的后續(xù)生產(chǎn)有較大影響。所以歷來為生產(chǎn)廠家重視。影響浸出劑濃度的主要因素有：礦石特征、粒度，礦石的松散系數(shù)、剩余酸含量、浸泡時的液固比及浸出液的后續(xù)處理方式。

1、礦石特征對浸出劑濃度的影響

礦石特征指的是構(gòu)成礦物的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造是什么？其裂隙、節(jié)理、片理發(fā)育程度如何？還要弄清楚巖石中的主要礦物、次要礦物和副礦物及鈾在該礦石中的存在方式。例如：江西某鈾礦的鈾礦石是呈灰白色、暗紅色磁鐵化、硅化、絹云母化的千枚狀的凝灰?guī)r。主要呈浸染斑雜結(jié)構(gòu)，粒狀至塊狀構(gòu)造。其中有用組分鈾是在淋積狀態(tài)下在碎裂、蝕變的凝灰?guī)r中形成的。分布于該凝灰?guī)r的節(jié)理、片理及裂隙中。組成該鈾礦的主要礦物是長石、石英及少量的暗色類造巖礦物，蝕變礦物有絹云母、綠泥石、赤鐵礦等，反映在化學(xué)成分上則主要是硅酸鹽及氧化物 【1】。

礦物中的硫酸鹽、鈣、鎂氧化物將全部被稀硫酸分解；磷、釩也進(jìn)入溶液中；他們均要消耗一定量的硫酸。存在于礦石在的銅、鈮、銻、砷、鉻等硫化物比較穩(wěn)定，溶解量極少。

所以，在制定浸出劑的濃度方案時，必須把所有與硫酸起反應(yīng)的各礦物成分特征、含量弄清楚。

2、礦石的相關(guān)物理參數(shù)、浸泡時的液固比對浸出劑濃度的影響

2.1礦石的相關(guān)物理參數(shù)對浸出劑濃度的影響

影響浸出劑濃度的物理參數(shù)有：礦石體重、粒度大小、松散度、濕度等：

礦石的體重是礦石的一個最基本的參數(shù)，可由蠟封法求得。由礦石的體重可進(jìn)一步求得破碎后礦石的松散系數(shù)（有時也稱松散度），它表示破碎后的礦石的松散程度。松散系數(shù)大表示礦石之間的空隙大，溶液與礦石的接觸面積就大，溶液在礦石間的流通、循環(huán)性好，越容易將礦石中的有用組分浸泡出來，消耗浸出劑的量相對要少一些，反之，就要消耗更多的硫酸才能將礦石中的有用組分浸泡出來。

2.2礦石粒度大小對浸出劑濃度的影響

要浸泡的礦石在破碎時要選擇一個合適的粒度范圍，適宜于鈾礦浸泡的粒度一般以2-5cm為好。當(dāng)粒度>5cm時，浸出劑難以達(dá)到礦石的核心部位（除非提高其濃度），而粒度過小過細(xì)，破碎時的粉末容易包裹在礦石表面形成了隔水層反而阻擋了浸出劑與礦石的接觸，不利于對礦石的浸泡。

2.3浸泡時的液固比對浸出劑濃度的影響

液固比指的是在礦石浸泡過程中浸出劑的體積與礦石體積的比值。當(dāng)使用的硫酸的量為一定時，液固比高，則硫酸濃度必然會低一些，反之，就會更高一些。制定怎樣的液固比須根據(jù)礦石的品位、松散度及浸泡池的容量。還要考慮礦石的濕度因素。根據(jù)礦石的品位，有意識的調(diào)整浸出劑的濃度和液固比正是保證提高礦石浸出率和減少產(chǎn)品雜質(zhì)含量的有效手段。例如：當(dāng)?shù)V石的品位較高時，就意味著需要較高濃度的稀硫酸溶液才能將礦石中有用組分浸泡出來，但是也意味著會帶來更多的雜質(zhì)，此時我們就可以通過提高液固比的措施既保證了將礦石中有用組分浸泡出來的目的，又降低了浸出劑的濃度，從而避免了浸泡時會帶來更多的雜質(zhì)的風(fēng)險。

2.4礦石的濕度也會影響浸出劑的濃度

礦石濕度反映了其表面及孔、裂隙的含水情況。濕度大表明礦石本身含水量大，當(dāng)一定濃度的浸出劑進(jìn)入此礦石后，其真實的濃度就必然要降低；濕度小的礦石在浸泡過程中對浸出劑濃度的影響相對要小一些。所以，在制定浸出劑濃度方案時要考慮礦石濕度這個參數(shù)指標(biāo)。例如江西某鈾礦采冶廠某池礦石的濕度為1.5%，按60噸礦石計算其含水量就是900Kg。所以，在配制浸出劑、制定液固比方案時都必須將礦石含水量這個參數(shù)指標(biāo)考慮進(jìn)去。

2.5礦石浸出率的高低會影響浸出劑濃度

礦石的浸出率是指礦石中的有用組分浸泡后進(jìn)入溶液中的含量與原礦石中含量的比，可用兩種方法求得。對鈾礦石的浸泡而言，其浸出率一般都比較高，可達(dá)95%以上【3】。根據(jù)有關(guān)學(xué)者的研究，浸出劑濃度越高，浸出率也相應(yīng)提高，但不是成正比關(guān)系。但是浸出劑濃度越高，也會帶來更多的雜質(zhì)，影響產(chǎn)品的品位。所以，要綜合評估浸出劑濃度對浸出率、產(chǎn)品品位的影響。

3、礦石品位及鈾的富存形式對浸出劑濃度的影響

4、剩余酸含量對浸出劑濃度的影響

由上述可知，硫酸浸泡鈾礦石過程中，硫酸必須過量，浸出液中剩余酸含量需根據(jù)后續(xù)處理工藝才能確定。浸出液中含有多種雜質(zhì)，有些必須去除，這就涉及浸出液的后續(xù)凈化和富集問題。目前在我國鈾浸出液的凈化主要有樹脂交換吸附法和有機(jī)溶劑萃取法。但不管是哪種方法對[UO2（SO4）3]4-、HSO4-的濃度都是有要求的。例如當(dāng)使用P-204樹脂吸附來凈化、富集鈾時，一方面希望[UO2（SO4）3]4-時高一些為好，但另一方面又特別注意不能使HSO4-的含量過高；如果采用萃取、反萃取方法來凈化、富集鈾時就應(yīng)當(dāng)更嚴(yán)格的將浸出液的PH值控制在1.0-1.5為好。研究表明當(dāng)PH﹤0.8時，鈾的分配系數(shù)要下降，PH﹥2，由于鐵、硅、鈾將發(fā)生水解，產(chǎn)生乳化現(xiàn)象，即產(chǎn)生“三相”，這是萃取生產(chǎn)過程中所不愿意看到的【4】。這就是說，在保證礦石中鈾全部浸出的前提下要適當(dāng)?shù)乜刂平褐小坝坞x”硫酸即剩余酸的含量。

例如，江西某鈾礦采冶廠采用萃取、反萃取方法來凈化、富集鈾工藝。根據(jù)此工藝要求，我們擬定將浸出液的PH值控制在1.0左右。根據(jù)PH值的計算：PH=-log〔H+〕，換算成〔H+〕=0.1M，相當(dāng)于稀硫酸的濃度為0.05×98=4.9（克/升）。故我們將浸出液中剩余硫酸控制在5～8g/l，取中值6.5 g/l。

5、浸出劑濃度方案的確定及成果的運(yùn)用情況

綜上所述，在在制定浸出劑的濃度方案時，必須綜合考慮以上諸多影響因素，尤其考慮礦石品位、礦石特征、液固比、剩余酸含量的影響，才能審慎制定浸出劑濃度方案。礦石品位可以用化學(xué)分析或物探儀器（如FD-42）測得，對每一池礦石都是如此，根據(jù)測得的不同結(jié)果制定不同的浸出劑濃度方案。只有這樣才能保證生產(chǎn)中既滿足了浸泡時礦石有高的浸出率，浸出液中雜質(zhì)不至于超標(biāo)而影響后續(xù)的生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)過程的效率，有效的降低生產(chǎn)成本，同時保證了產(chǎn)品的品位要求。

這樣的結(jié)果我們非常的滿意。另外，據(jù)實際操作的員工反映，浸出液的整個后續(xù)生產(chǎn)順利有序，沒有出現(xiàn)乳化、停機(jī)現(xiàn)象。

由此足以證明我們確定浸出劑方案的辦法和控制產(chǎn)品雜質(zhì)的措施是成功可行的。它經(jīng)受住生產(chǎn)實踐的經(jīng)驗。向精煉廠家送貨時由于該廠的產(chǎn)品干基鈾含量高、含水量少，雜質(zhì)低，受到廠家一致推崇，以最好的價格收購。

例如2006年我曾受邀去福建某礦山指導(dǎo)工作。該礦山共有員工七人，其余為當(dāng)?shù)厮埫窆ぁ?006年4月28日正式配液浸泡。第一池浸泡的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

礦石重量30噸，體積20米3，工業(yè)硫酸80.5Kg，浸泡液濃度2.69﹪，液固比為0.4376：1.將8.752米3的浸泡液放入浸泡池，能浸沒礦石，并且高出礦石約2公分。過了35分鐘，觀察礦石的浸泡效果：發(fā)現(xiàn)浸泡液呈紅黃色，說明礦石中的部分鈾已經(jīng)被浸泡出來了，而且含量還不低，觀察六根空心竹筒里面的水位，幾乎與浸泡池里的水位相等，這說明我們的鈾礦石的滲透性良好。

5月27日開始浸泡第二池礦石，礦石重量54噸，體積37米3，浸泡液濃度C=3.28﹪，液固比0.57；8月2日浸泡第三池礦石，浸泡液濃度為3.39%，液固，0.535.此后，該礦山保持半個月左右浸泡、處理一池，到十月底共浸泡處理了八池礦石，約324噸，生產(chǎn)的濕基“黃餅”2184.6Kg.

到2007年1月共生產(chǎn)產(chǎn)品4761.3Kg，產(chǎn)值104.7萬元，扣除前期投入、工資、山林賠付等獲純利46.77萬多元，可見其經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。

6、生產(chǎn)過程應(yīng)注意的相關(guān)事項與建議

①建議礦山采冶，生產(chǎn)“黃餅”，采用以下流程。

②對入池浸泡的礦石品位（含量）要力求準(zhǔn)確，因為它直接關(guān)乎浸泡液濃度的選取。（浸泡液濃度過高，雖然可以提高浸出率，但也更容易溶解過多的雜質(zhì)，更不利于萃取，同時也造成硫酸的浪費(fèi)；過低，則不利于礦石浸泡，造成鈾的流失。）

③關(guān)于“萃余液”，可不可以利用的問題，單純的來講，“萃余液”是可以利用的，因為它含有大量的SO42-離子，利用它可以減少硫酸的用量，有利于環(huán)保。但是，“萃余液”中夾帶了大量的雜質(zhì)，在萃取與反萃取中有相當(dāng)?shù)牟焕绊?，更會影響到“黃餅”的質(zhì)量（即工業(yè)品位的問題），加之工業(yè)硫酸極便宜（0.35元/公斤），所以建議，一般不用“萃余液”。

④對尾渣礦石建議用大量的清水或是稀硫酸液淋洗，以免鈾流失。

參考文獻(xiàn)

[1]高正榮.《贛東北老地層中找礦的認(rèn)識》華東鈾礦地質(zhì)1991.NO1

[2]《無機(jī)化學(xué)》石油、冶金工業(yè)出版社1970.第二版

[3]《鈾礦分析》

[4]黃禮煌《化學(xué)選礦》冶金工業(yè)出版社1990.06一版