某砂巖型鈾礦床礦石酸法柱浸試驗研究

邢曉東，　邢擁國，　劉金輝，　陳建昌，　郝進庭

(1.東華理工大學,江西 南昌　330013；2.中核內蒙古礦業(yè)有限公司，內蒙古 呼和浩特　010010；3.核工業(yè)203研究所,陜西 咸陽　712000)

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某砂巖型鈾礦床礦石酸法柱浸試驗研究

邢曉東1，邢擁國2，劉金輝1，陳建昌3，郝進庭2

(1.東華理工大學,江西 南昌330013；2.中核內蒙古礦業(yè)有限公司，內蒙古 呼和浩特010010；3.核工業(yè)203研究所,陜西 咸陽712000)

摘要：為論證某砂巖鈾礦鈾浸出工藝，并獲得浸鈾試驗工藝參數(shù)，設置了19組柱浸試驗，選擇其中4組作為試驗研究主體，研究在0.2 g/L KMnO4條件下，不同酸度條件鈾浸出性能。試驗結果表明，隨著溶浸液硫酸濃度的增高，浸出液平均鈾濃度及最高鈾濃度明顯增高，在加氧化劑(KMnO4)條件下，浸鈾速度快，鈾浸出率可達90 %以上，該礦床適合酸法浸出工藝。研究結果對確定該礦床酸法地浸工藝參數(shù)具有參考價值。

關鍵詞：酸法浸出；液固比；鈾浸出率；柱浸試驗

邢曉東，邢擁國，劉金輝，等.2016. 某砂巖型鈾礦床礦石酸法柱浸試驗研究[J].東華理工大學學報：自然科學版，39(1)：23-28.

Xing Xiao-dong, Xing Yong-guo, Liu Jin-hui，et al.2016. Research on acid leaching uranium experiments of a sandstone type uranium ore[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(1):23-28.

砂巖型鈾礦地浸開采技術在國內外鈾礦山已得到十分廣泛的應用。鈾礦山在開采之前，確定合理有效的地浸工藝是鈾礦冶工作者研究的重要課題。為保證最大限度的研究和優(yōu)化試驗地段地浸地質工藝方法，試驗室鈾浸出試驗研究是必不可少的環(huán)節(jié)(吳黎武等，2003)。本文以某砂巖鈾礦床為例，通過酸法柱浸試驗，研究酸法技術工藝對鈾礦石的浸出效果，并獲得相應試驗工藝參數(shù)，為后期地浸采鈾工業(yè)試驗和生產(chǎn)提供技術支撐。

該礦床鈾礦體厚度為1.51～9.41 m(平均4.97 m)；礦石鈾品位為0.010 6 %～0.092 4 %(平均0.025 %)；平米鈾量1.01 kg/m2～2.79 kg/m2(平均1.71 kg/m2)。巖性以灰色、深灰色、黑色含礫砂巖和礫巖為主，巖石成巖程度低，膠結疏松。經(jīng)放射性照相、電子探針和掃描電鏡分析，鈾礦石樣品中鈾賦存形式有吸附態(tài)鈾、鈾礦物及含鈾礦物三種。鈾礦物包括瀝青鈾礦、鈾黑、鈾石和鈾釷礦等，瀝青鈾礦是本區(qū)最常見的鈾礦物。含鈾礦物有含鈾鈦鐵礦、含鈾銳鈦礦和含鈾稀土礦物，多以細小的顆粒零星地分布在石英、長石和雜基中①核工業(yè)203所.2010.巴彥烏拉地區(qū)道布鈾礦床B367號線地段地浸水文地質條件試驗總結報告.。

1浸鈾原理與試驗過程

1.1樣品試驗

樣品來自地質工藝鉆孔巖芯，取樣深度為102～120 m，巖性由灰色中砂巖、細砂巖、粉砂巖及黑色泥巖組成。在滲透性較好的砂巖中，CO2含量大多小于0.01 %，有機C、∑S含量較低②姚益軒.2013.某礦床2008地浸總結報告.。

試驗樣品在鉆探現(xiàn)場取樣送試驗室后，首先去掉原樣表面的泥漿皮，干燥后利用橡膠錘單獨破碎至礦石天然粒度。然后對樣品進行鈾含量及礦石化學全分析，之后將樣品裝填在滲濾柱接近原始密度(胡凱光等，2003)。

1.2浸鈾原理

本次酸法浸鈾試驗以H2SO4作為浸出劑，以KMnO4作為氧化劑，其浸鈾原理如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

酸法浸鈾作用的結果形成硫酸鈾酰離子，使礦石中的鈾得以浸出(李學禮等，2010)。

1.3試驗過程

試驗采用柱浸方式進行，試驗所用滲濾柱為有機玻璃柱，長約1 m，內徑32 mm，柱內裝樣1 000 g。試驗過程中，每24或48 h(2號滲濾柱滲透好好，間隔12 h)采集浸出液樣1次。樣品采集后，測定其pH、Eh值，并及時分析浸出液鈾含量和剩余酸度，繪制鈾浸出特征曲線。

2試驗結果與討論

鈾礦石柱浸試驗條件及試驗結果如表1所示。18組試驗溶浸液硫酸濃度分別為2 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L和21 g/L，氧化劑(KMnO4)濃度采用0.2 g/L和0.2 g/L，其中第7組為0.5 g/L H2O2。滲濾柱試驗在分析室內多條件靜態(tài)試驗結果的基礎上設置的，靜態(tài)試驗結果顯示該礦床更適合酸法浸出，因此該滲濾柱試驗主要是模擬含礦層滲透率采用酸法浸出，僅第5組采用15 g/L NH4HCO3+1 g/L H2O2的堿法浸出。

表1　柱浸試驗條件及試驗結果

在確定了酸法浸出的前提下，下一步試驗目的是確定相應工藝條件下的溶浸液配比，得到在經(jīng)濟合理、技術可行且能有效浸出鈾金屬的溶浸液配方。因此，綜合考慮鈾浸出率、累計液固比及浸出周期，在設置的19組滲濾柱中選擇12組、13組、14組、15組4組作為本文重點闡述對象。

2.112號柱鈾浸出特征

12號柱浸出結果(圖1、圖2)顯示，浸出液鈾濃度從試驗開始至第5天，急劇上升，其峰值出現(xiàn)在第5天，為179.52 mg/L，平均鈾濃度47.28 mg/L，其對應鈾浸出率為18.37 %。浸出的鈾基本上為易溶的六價鈾。從試驗第6天開始，鈾濃度隨時間呈下降趨勢，第6天至第15天下降速度快，第15天后鈾濃度降至30 mg/L以下，表明樣品柱中殘留鈾以難浸的四價鈾為主。

圖1 12號柱浸出液鈾濃度,鈾浸出率隨時間變化特征Fig.1 Characteristicsofuraniumconcentrationanduraniumleachingratewithtimeforcolumn12圖2 12號浸出液Eh、pH值隨時間變化特征Fig.2 CharacteristicsofEhandpHwithtimeforcolumn12

從鈾浸出率看，試驗前13天，浸出率達到72.17 %，此時相應鈾濃度為51.39 mg/L。從浸出液Eh值看，試驗初始Eh值為400 mV左右，隨著KMnO4的加入，Eh值不斷上升，試驗第9天以后其值穩(wěn)定在600 mV。浸出液pH值變化于1.25～1.68之間，并基本穩(wěn)定在1.35左右。可見，溶浸液的高Eh(Eh>550 mV)及低pH值(pH<1.5)是酸法浸出的重要條件(國際原子能機構，2003)。

2.213號柱鈾浸出特征

13號柱鈾浸出特征(圖3)與12號柱十分相似，即浸出液鈾濃度同樣是先快速上升，至第5天達到最大值372.77 mg/L，高出12號柱最高鈾濃度(179.52 mg/L)1倍以上，其對應的鈾浸出率為38.38 %。隨后，鈾濃度迅速下降，到第12天鈾濃度降至48.03 mg/L(試驗期間平均鈾濃度77.76 mg/L)。試驗結束時，鈾濃度僅為4.24 mg/L。相應地，在鈾濃度快速上升期間，鈾浸出率迅速上升，第12天出現(xiàn)拐點，其鈾浸出率已達83.11%。

圖3　13號柱鈾濃度及鈾浸出率隨時間變化特征Fig.3　Characteristics of uranium concentration and uranium leaching rate with time for column 13

圖4　13號柱浸出液Eh、pH值隨時間變化特征Fig.4　Characteristics of Eh and pH with time for column 13

從浸出液Eh值和pH值看，Eh從初始值400 mV開始上升，第7天達到625 mV，之后Eh基本穩(wěn)定在600 mV左右。試驗開始時pH值為7.33，第8天降至1.46，最終穩(wěn)定在1.15左右。

2.314號柱鈾浸出特征

圖5　14號柱浸出液鈾濃度、鈾浸出率隨時間變化特征Fig.5　Characteristics of uranium concentration and uranium leaching rate with time for column 14

圖6　14號柱浸出液Eh、pH值隨時間變化特征Fig.6　Characteristics of Eh and pH with time for column 14

由圖5、圖6可知，14號柱浸出液鈾濃度和鈾浸出率的特征曲線與12號、13號柱極為相似，試驗第5天鈾濃度同樣達到最大值，為612.48 mg/L，高出13號柱最高濃度(239.71 mg/L)1.5倍，然后，鈾濃度快速下降。試驗第10天降至96 mg/L，之后鈾濃度下降速度慢，試驗結束時(試驗32天)鈾濃度低于10 mg/L。整個試驗期間，平均鈾濃度為102.82 mg/L。試驗初始Eh值為437 mV，第4天即上升到604 mv，之后基本穩(wěn)定于600 mv。浸出液初值pH為4.42，第8天下降至1.2，此后穩(wěn)定于1.0左右。

從鈾浸出率看，當鈾濃度達到峰值時(試驗第5天)，鈾浸出率為38 %，試驗第9天為76.26 %，試驗結束時達到96.49 %。

2.415號柱鈾浸出特征

圖7　15號柱浸出液鈾濃度、鈾浸出率隨時間變化特征Fig.7　Characteristics of uranium concentration and uranium leaching rate with time for column 15

圖8　15號柱浸出液Eh、pH值隨時間變化特征Fig.8　Characteristics of Eh and pH with time for column 15

15號柱鈾浸出特征與12號柱、13號柱及14號柱鈾浸出特征相一致，其最高鈾濃度仍出現(xiàn)在試驗第5天，為658.42 mg/L (圖7)，鈾浸出率為49.78 %。隨后，鈾濃度急劇下降。試驗第13天，鈾濃度降至71.72 mg/L，鈾浸出率達89.11 %。表明，前13天，樣品中的鈾大部分已被浸出。試驗結束時，鈾浸出率達到97.35 %，鈾濃度僅為4.82 mg/L。

浸出液初始Eh值為316 mV，試驗第7天即上升到631 mV，之后穩(wěn)定于600 mV。pH初值為7.42，到第9天即下降至1.03，此后穩(wěn)定于0.88。

圖9　不同酸度條件下浸出液鈾濃度圖Fig.9　The uranium concentration in different condition of aciding

圖10　不同酸度條件下鈾浸出率Fig.10　uranium leaching rate in different condition of aciding

2.5不同酸度條件鈾浸出特征的對比

根據(jù)4組不同酸度條件下的鈾礦石柱浸試驗結果(表1、圖9、圖10)，在氧化劑濃度(KMnO4=0.2 g/L)相同條件下，隨著酸度的不斷增高，浸出液鈾濃度(平均、最高)不斷增高。當酸度分別為5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L和21 mg/L時，其相應的平均鈾濃度分別為45.8 mg/L、77.76 mg/L、102.82 mg/L和122.6 mg/L；鈾浸出率分別為92.56 %、95.38 %、96.49 %及97.35 %。表明該鈾礦床礦石酸浸效果好，適合酸法浸出工藝。

4組柱浸試驗均顯示，試驗第1至第5天，浸出液鈾濃度上升速度快，且均在第5天達到鈾濃度峰值，從試驗第6天開始鈾濃度迅速下降，大致在試驗12～15 d，鈾浸出率均達到80 天%或更高，表明酸法浸出工藝是該礦床可行的地浸工藝技術。

3結論

根據(jù)4組不同酸度條件，柱浸試驗結果，可以得到以下結論：

(1)本試驗共設計了19組柱浸試驗，在室內浸泡試驗得出該礦床適于酸法浸出的基上僅設置1組堿法柱浸試驗。

(2)隨著溶浸液硫酸濃度的增高，浸出液平均鈾濃度及最高鈾濃度明顯增高，浸出15天，鈾浸出率均達到80 %以上，浸出1個月，浸出率達到90 %以上，表明鈾礦石酸浸效果好，適合酸法浸出工藝。

(3)鈾浸與酸度關系密切，酸度越大，鈾浸出率越高，浸出周期越短。

(4)在加氧化劑酸浸條件下，鈾浸出速度較快，試驗第5天，鈾濃度即達到峰值，其P鈾浸出率為40%左右，表明在加高錳酸鉀的酸浸條件適合該鈾礦床浸出。高錳酸鉀作為浸鈾氧化劑使溶浸液Eh值能夠保持在600 mV，對于鈾氧化與浸出起到了促進作用。

(5)綜合考慮鈾浸出率、鈾浸出最高濃度、累計液固比及浸出周期，選擇10 g/L H2SO4+0.2g/L KMnO4更適合工業(yè)開采。

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Research on Acid Leaching Uranium Experiments of A Sandstone Type Uranium Ore

XING Xiao-dong1,XING Yong-guo2, LIU Jin-hui1,CHEN Jian-chang3,HAO Jin-ting2

(1. East China University of Technology, Nanchang,JX 344000, China; 2. Inner Mongolia mining co.，LTD.CNNC，Huhehaote, 010010, China; 3.Research Institute No.203,CNNC，Xianyang,SX 712000,China)

Abstract:19 groups (No.1～19) leaching tests were designed to verify the leaching uranium technology and to get leaching uranium parameters of a sandstone type uranium deposit. 4 groups tests(No.12～15)of column leaching uranium were finished to study the leaching uranium characteristics in different acidity when KMnO4 concentration is 0.2 g/L. These tests results show that average and highest uranium concentration in leaching solutions are obviously increased with acidity increase. The leaching uranium speed was increased rapidly, the uranium leaching rate can get more than 90% under the condition of adding oxidant (KMnO4). Obviously, acid leaching technology is suitable for a uranium deposit. The study results has reference significance to determine acid leaching technological parameter.

Key Words:acid leaching； solid-liquid ratio； uranium leaching rate； column leaching experiment

中圖分類號：P619.14

文獻標識碼：A

文章編號：1674-3504(2016)01-0023-06

doi:10.3969/j.issn.1674-3504.2016.01.004

作者簡介：邢曉東(1988—)，男，碩士研究生，主要從事鈾溶浸水文地質學方面的研究。 E-mail:1152672626@qq.com

收稿日期：2015-09-07