微波預(yù)處理對(duì)堆浸鈾尾渣中鈾浸出行為的影響及機(jī)理

楊雨山，喻 清，胡 南，丁德馨

（1. 中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2. 南華大學(xué) 鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，衡陽 421001）

微波預(yù)處理對(duì)堆浸鈾尾渣中鈾浸出行為的影響及機(jī)理

楊雨山1， 2，喻 清1， 2，胡 南2，丁德馨2

（1. 中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2. 南華大學(xué) 鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，衡陽 421001）

堆浸鈾尾渣中鈾含量普遍高于0.02%，為了降低鈾尾渣中的鈾含量，采用頻率為2450 MHz工業(yè)微波對(duì)鈾尾渣進(jìn)行了預(yù)處理，考察微波功率、輻照時(shí)間和尾渣質(zhì)量對(duì)鈾尾渣浸出行為的影響，探討微波預(yù)處理提高鈾尾渣中鈾的浸出率的機(jī)理。結(jié)果表明：微波預(yù)處理的最佳條件為2.5 kg鈾尾渣在50 kW功率下輻照30 s，此時(shí)鈾浸出率達(dá)到80.12%，相比未經(jīng)預(yù)處理時(shí)的鈾浸出率75.63%提高了4.49%。一定條件下的微波輻照促使鈾尾渣中鈾的價(jià)態(tài)和賦存形態(tài)向有利于浸出的方向轉(zhuǎn)化，經(jīng)30 kW功率微波輻照30 s后，相比對(duì)照組尾渣中U（Ⅳ）比例下降了17.78%；經(jīng)20 kW功率微波輻照30 s后， 相比對(duì)照組尾渣中弱酸提取態(tài)鈾比例提高了15.55%。MLA分析表明，經(jīng)微波預(yù)處理的尾渣中單體顆粒明顯增加，鈾的單體解離度提高有利于浸出。

堆浸鈾尾渣；微波預(yù)處理；礦物解離；價(jià)態(tài)；賦存形態(tài)

堆浸工藝是我國(guó)從硬巖鈾礦中提取天然鈾的主要工藝。但由于堆浸鈾礦石的粒級(jí)較大，目前的浸出工藝使得浸出后形成的鈾尾渣中鈾含量仍然較高。王志章［1］指出，近年很多鈾礦山采用堆浸工藝，其尾礦中鈾含量普遍高于0.02%；陳永亨等［2-3］從南方某鈾尾礦庫(kù)表層獲取的尾礦樣鈾含量高達(dá)0.047%。堆浸尾渣中鈾含量如此之高，將這些鈾尾渣直接堆置在鈾尾礦庫(kù)中，在風(fēng)化淋溶的作用下，尾礦中的鈾釋放出來，勢(shì)必會(huì)造成環(huán)境污染。因此，進(jìn)一步提取尾渣中的鈾對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義，同時(shí)對(duì)開發(fā)鈾尾渣這種二次資源也具有重要意義。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段已有學(xué)者針對(duì)鈾礦石堆浸尾渣中鈾的回收進(jìn)行了一些研究。李江等［4］開展了微生物柱浸法從尾渣中回收鈾的研究，但研究結(jié)果表明鈾的浸出率偏低，因?yàn)槲苍械拟欀饕詺堅(jiān)鼞B(tài)鈾賦存在鈾尾礦中，浸出困難。為使尾渣中鈾含量盡可能降低，達(dá)到環(huán)境治理和資源回收的目的，需采取進(jìn)一步措施提高尾渣中的鈾浸出率。

微波預(yù)處理輔助破磨或微波輔助浸出是近期冶金、采礦領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。陳偉等［5］使用微波焙燒預(yù)處理難浸含金硫精礦，焙燒后的礦樣變得更加松散、多孔，金浸出率較直接碘化浸出有大幅提高；SUORANTA等［6］利用微波升溫，在150 ℃的條件下將鈀、鉑等元素在觸媒中的浸出率提高到90%以上。SCHMUHL等［7］使用脈沖微波預(yù)處理銅礦石，經(jīng)微波預(yù)處理后的銅礦石的銅浸出率遠(yuǎn)高于未經(jīng)微波預(yù)處理的銅礦石的銅浸出率。PINTO等［8］將微波技術(shù)利用到鎳的微硫酸浸出和有機(jī)酸浸出中，發(fā)現(xiàn)使用微波加熱后鎳的浸出效果更好。在更早的研究中，用微波加熱方法代替常規(guī)加熱法浸出鋅，取得較好效果。如 AL-HARAHSHEH等［9］利用微波加熱閃鋅礦，KRISHNAN等［10］利用微波加熱硫精礦，鋅的浸出率都高于常規(guī)加熱方法；OLUBAMBI［11-13］研究了微波輻照對(duì)復(fù)雜硫化礦的處理工藝和回收率的影響，并指出經(jīng)過微波預(yù)處理后的礦石金屬提取率明顯高于未處理組；NANTHAKUMAR等［14］利用微波焙燒預(yù)處理難浸金礦，使金的回收率達(dá)到98%。這些研究成果一致表明，采用微波加熱礦石的方法可以直接或間接提高金屬的浸出率。本文作者查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，采用微波預(yù)處理鈾尾渣，提高鈾浸出率的研究還鮮有報(bào)道，因此，擬以鈾尾渣為處理對(duì)象，采用微波預(yù)處理方法，開展鈾尾渣浸出試驗(yàn)研究；并對(duì)鈾尾渣進(jìn)行了篩分處理和化學(xué)分析。由于3 mm粒徑以下的礦樣鈾含量低于0.02%，所以本研究針對(duì)3 mm粒徑以上的礦樣進(jìn)行試驗(yàn)。先將尾渣樣進(jìn)行了微波預(yù)處理，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行酸法攪拌浸出，研究微波預(yù)處理對(duì)鈾尾渣中鈾的浸出行為的影響，并從鈾的賦存形態(tài)、價(jià)態(tài)和解離度三個(gè)方面分析鈾尾渣中鈾浸出率提高的原因。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)礦樣采自中國(guó)南方某大型鈾礦堆浸尾渣，在南華大學(xué)鈾礦冶生物技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)渣樣的化學(xué)成分進(jìn)行了分析測(cè)試，其主要化學(xué)成分結(jié)果見表1。尾渣中Al2O3和SiO2含量較高，鈾含量達(dá)到358 mg/kg（即0.0358%），遠(yuǎn)高于我國(guó)土壤元素背景值［15］，也高于 0.02%的鈾尾礦堆放標(biāo)準(zhǔn)。鈾尾渣中主要礦物為石英、長(zhǎng)石、綠泥石、伊利石和方解石。其 XRD分析結(jié)果見表2。將尾渣樣篩分成5個(gè)粒級(jí)：＞6 mm、5～6 mm、3～5 mm、1～3 mm和＜1 mm，采用ICP-MS測(cè)定各粒級(jí)樣品的鈾含量，粒級(jí)篩分結(jié)果及鈾含量見表3。由表3可知，鈾元素在不同粒級(jí)尾渣中分布不均，粒級(jí)3 mm以上的尾渣樣品的鈾含量均高于350 mg/kg。通過BCR法連續(xù)提取尾渣樣中的鈾，其弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)比例分別為21.92%、15.21%、16.85%、46.02%。

表1 鈾尾渣的主要化學(xué)成分Table 1 Main chemical composition of uranium tailings（mass fraction， %）

表2 鈾尾渣礦物相分析結(jié)果Table 2 Mineralogical composition of uranium tailings （mass fraction， %）

表3 鈾尾渣粒度篩析結(jié)果及鈾含量Table 3 Mineralogical composition of uranium tailings with particle sizes and content of uranium in different particle sizes

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器如下：40 kW箱式工業(yè)微波爐，150 kW隧道式工業(yè)微波爐，ICP-MS（7700X，安捷倫）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 微波預(yù)處理

隨機(jī)選取渣樣81.2 kg，先用3 mm標(biāo)準(zhǔn)篩篩除粒徑小于3 mm的顆粒，剩余渣樣按照堆錐四分法縮分。小功率微波預(yù)處理（10～40 kW）在40 kW的箱式工業(yè)微波爐腔體內(nèi)進(jìn)行，見圖1（a），設(shè)備微波功率1～40 kW連續(xù)可調(diào)，頻率為 2450 MHz。將尾渣裝入 168 mm×130 mm×45 mm的匣缽內(nèi)，再將匣缽置于微波腔體中，設(shè)定好微波功率，進(jìn)行輻照。

大功率微波預(yù)處理（50～70 kW）在隧道式工業(yè)微波爐中進(jìn)行，見圖1（b），微波功率1～150 kW連續(xù)可調(diào)，頻率 2450 MHz。采用將尾渣平鋪在凱芙拉傳送帶上的方式進(jìn)行輻照。

1.3.2 攪拌浸出試驗(yàn)

圖1 微波預(yù)處理裝置Fig. 1 Microwave pretreatment equipments: （a） 40 kW box-type industrial microwave ovens； （b） 1-150 kW tunnel type industrial microwave ovens

將輻照后的鈾尾渣進(jìn)行破磨，縮分，最后稱取100 g樣品研磨至粒徑74μm以下進(jìn)行攪拌浸出。參照李廣悅等［16］的低品位鈾礦石硫酸攪拌浸出試驗(yàn)調(diào)整浸出試驗(yàn)參數(shù)，以液固比4:1、硫酸濃度30 g/L配制浸出劑，并倒入三角燒瓶，與樣品混合；設(shè)定六聯(lián)電動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)速200 r/min，攪拌時(shí)間24 h。攪拌完后過濾并用5 g/L的稀硫酸洗滌濾渣兩次，烘干濾渣，用釩酸氨滴定法測(cè)定鈾含量。

1.3.3 鈾價(jià)態(tài)測(cè)定

渣料經(jīng)微波預(yù)處理后破磨、縮分，然后稱取 1 g樣品置于聚四氟乙烯坩堝中，加入約12 mL 5%碳酸銨溶液、0.2%尿素溶液，搖勻。放置于 60 ℃的恒溫控制器中3 h。取出坩堝冷卻，用2%碳酸鈉溶液沖洗并過濾，濾液用200 mL錐形瓶盛接，濾液和洗滌液體積不超過50 mL。不斷搖動(dòng)下，逐滴用濃鹽酸中和，加入15 mL濃磷酸、2～3滴硫酸亞鐵銨后冷卻，滴加三氯化鈦溶液至樣品溶液呈紫紅色并過量2～3滴后靜置 3～5 min，逐滴加亞硝酸鈉溶液至溶液樣品的黑棕色消失，立即加入20%的尿素溶液50 mL，搖動(dòng)錐形瓶至大氣泡消失為止。靜置3～5 min，加入0.1%二苯胺磺酸鈉3滴做指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)釩酸氨溶液滴定至樣品溶液呈亮紫色15 s不消失為終點(diǎn)。測(cè)定的即為U（Ⅵ）含量。

1.3.4 賦存形態(tài)測(cè)試

將尾渣樣品研磨至粒徑74μm以下，采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)BCR法對(duì)尾渣中的鈾進(jìn)行連續(xù)提取。步驟如下：

弱酸提取態(tài)：準(zhǔn)確稱取2 g礦樣置于離心試管中，加入40 mL 0.11mol/L HAc，放在恒溫振蕩器中22 ℃左右下連續(xù)震蕩16 h，然后放入離心機(jī)中3000 r/min下離心20 min。將離心管中的上清液移入50 mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻，待測(cè)。

可還原態(tài)：向上一步殘?jiān)屑尤?0 mL 0.5mol/L 的NH2OH·HCl，后續(xù)上清液提取步驟同弱酸提取態(tài)。

可氧化態(tài)：向上一級(jí)殘?jiān)屑尤?0 mL H2O2，攪拌均與后室溫靜置1 h后用水浴加熱至85℃，再加入10 mL H2O2在恒溫水浴箱中保持85℃ 1 h。加入50 mL 1mol/L NH4Ac，后續(xù)上清液提取步驟同弱酸提取態(tài)。

殘?jiān)鼞B(tài)：向上一級(jí)殘?jiān)屑尤?0 mL濃 HCl 和2 mL HF及5 mL H2O2，在電熱板上恒溫加熱至溶解完全，冷卻，過濾。將過濾液移入50 mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻，待測(cè)。

1.3.5 SEM觀察與解離度分析

取原渣樣和預(yù)處理后的渣樣在相同條件下研磨至粒徑74μm以下，使用MLA標(biāo)準(zhǔn)制樣方法A進(jìn)行制樣，通過掃描電鏡觀察，并結(jié)合能譜分析，測(cè)定樣品中鈾礦物的解離度。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波預(yù)處理對(duì)鈾浸出效果的影響

2.1.1 微波功率對(duì)鈾浸出率的影響

浸出率是鈾生產(chǎn)中最重要的指標(biāo)。設(shè)定微波功率分別為 10、20、30、40、50、60、70 kW，連續(xù)輻照30 s，不同微波功率預(yù)處理的最高升溫如圖2（a）所示。

由圖2（a）可知，隨著微波功率的增大，尾渣表面最高溫度近似線性增長(zhǎng)。微波功率為10 kW時(shí)，尾渣表面最高溫度僅為67 ℃；而微波功率為70 kW時(shí)，尾渣表面最高溫度為512 ℃。

圖2 不同功率輻照30 s后尾渣的最高溫度和鈾浸出率Fig. 2 Highest temperature（a） and uranium leaching rate（b） of tailings after radiating for 30 s at different microwave powers

不同微波功率與鈾浸出率的關(guān)系如圖2（b）所示。由圖2（b）可知，未經(jīng)微波預(yù)處理時(shí)，尾渣的鈾浸出率為75.63%，隨著微波功率的增大，鈾浸出率明顯上升。這是因?yàn)榻?jīng)過微波預(yù)處理的鈾尾渣在研磨至粒徑74μm以下后，將獲得更高的單體解離度，且微波功率越大，解離程度越高［17］。解離度的提高意味著浸出時(shí)鈾礦物顆粒更容易與浸出劑接觸。當(dāng)微波預(yù)處理功率為50 kW時(shí)，鈾浸出率為80.12%，相比未處理組提高了 4.49%。之后微波功率的增大對(duì)應(yīng)著鈾浸出率的下降。這是因?yàn)槲⒉訜嵩谠黾拥V物顆粒微裂隙、提高解離度的同時(shí)，也使礦物中水分流失加快，當(dāng)溫度過高時(shí)，部分固體顆?？赡馨l(fā)生一系列物理化學(xué)變化。如尾渣中的長(zhǎng)石在高溫下會(huì)和鈾一起燒結(jié)并將鈾包裹在燒結(jié)物中，包裹物難溶造成鈾浸出率降低［18］。

2.1.2 輻照時(shí)間對(duì)鈾浸出率的影響

設(shè)定連續(xù)微波功率為 40 kW，每次輻照尾渣 2.5 kg，輻照時(shí)間分別為15、30、45、60、90、120 s。輻照時(shí)間與尾渣表面溫度關(guān)系如圖 3（a）所示。由圖3（a）可知，隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，尾渣表面溫度隨之升高，但升溫速率逐漸減小。不同輻照時(shí)間的鈾尾渣浸出率見圖3（b），由圖3（b） 可知，鈾浸出率隨輻照時(shí)間的增加先升高而后降低，表明延長(zhǎng)輻照時(shí)間導(dǎo)致鈾尾渣升溫，同樣可以提高鈾浸出率；當(dāng)微波功率為40 kW，輻照時(shí)間為45 s時(shí)，鈾浸出率最高，為79.94%，此后再延長(zhǎng)輻照時(shí)間，鈾浸出率反而下降。這說明隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，尾渣溫度過高時(shí)可能導(dǎo)致含鈾礦物燒結(jié)，從而降低鈾浸出率。與不同功率預(yù)處理的最佳條件相比，微波功率為40 kW，輻照時(shí)間為45 s時(shí)的能耗略高，鈾浸出率略低。

圖3 40 kW輻照不同時(shí)間后2.5kg尾渣的最高溫度和鈾浸出率Fig. 3 Highest temperature（a） and uranium leaching rate（b） of 2.5kg tailings after radiating for different times at 40 kW

2.1.3 尾渣質(zhì)量對(duì)鈾浸出率的影響

設(shè)定連續(xù)微波功率為40 kW，輻照30 s，每次輻照尾渣質(zhì)量分別1、2、3、4、5 kg。不同質(zhì)量的尾渣輻照后升溫情況如圖4（a）所示。由圖4（a）可知，隨著輻照尾渣質(zhì)量的增加，最高溫度有所下降。這應(yīng)該是尾渣量的增加導(dǎo)致了單位質(zhì)量吸收的微波能減少。但相對(duì)微波功率和輻照時(shí)間，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定的質(zhì)量范圍內(nèi)，尾渣量對(duì)升溫作用效果影響較小。不同質(zhì)量的尾渣輻照后的鈾浸出率如圖4（b）所示。由圖4（b）可知，尾渣質(zhì)量從1 kg到5 kg范圍內(nèi)，鈾浸出率的變化幅度很小，因此，仍選擇2.5 kg為最佳預(yù)處理物料質(zhì)量。

圖4 40 kW輻照30s后不同質(zhì)量尾渣最高溫度和鈾浸出率Fig. 4 Highest temperature（a） and uranium leaching rate（b） of tailings with different mass after radiating for 30 s at 40 kW

2.2 微波預(yù)處理影響鈾浸出行為的機(jī)理

2.2.1 微波預(yù)處理對(duì)尾渣中鈾的價(jià)態(tài)影響

將經(jīng)過不同功率微波預(yù)處理的礦樣縮分取樣后分析U（Ⅵ）和U（Ⅳ）含量。價(jià)態(tài)分析結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著微波功率的增加，尾渣中U（Ⅳ）質(zhì)量分?jǐn)?shù)先降低而后增加。尾渣經(jīng)過30 kW微波輻照30 s后，尾渣表面溫度為186 ℃，此時(shí)尾渣中U（Ⅳ） 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 28.54%，相比對(duì)照組的 46.32%下降了17.78%。U（Ⅳ）在自然界廣泛存在，它可在空氣中吸收氧，慢慢氧化，其反應(yīng)式如下：

升溫可能使這一反應(yīng)過程加快。微波輻照時(shí)，尾渣溫度升高，促使部分 U（Ⅳ）與氧結(jié)合，形成更高價(jià)態(tài)的 U（Ⅵ），這有利于鈾的浸出。但當(dāng)尾渣溫度過高時(shí)，測(cè)得的 U（Ⅳ）質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，此作用機(jī)理尚有待進(jìn)一步研究。

圖5 不同微波功率預(yù)處理?xiàng)l件下鈾尾渣中U（Ⅵ）和U（Ⅳ）比例的變化Fig. 5 Viriation of mass fractons of U（Ⅵ） and U（Ⅳ） in uranium tailings pretreated under condition of different microwave powers

2.2.2 微波預(yù)處理對(duì)尾渣中鈾的賦存形態(tài)影響

在不同功率微波預(yù)處理?xiàng)l件下尾渣中鈾的賦存形態(tài)變化見圖6，鈾尾渣質(zhì)量2.5 kg，輻照時(shí)間30 s。

由圖6可知，經(jīng)過20 kW微波輻照后，尾渣中弱酸提取態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.47%，可還原態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 16.85%，可氧化態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.21%，殘?jiān)鼞B(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.02%，與對(duì)照組相比，弱酸提取態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高了15.55%，此時(shí)測(cè)得的尾渣表面溫度為119 ℃。這說明溫度相對(duì)較低時(shí)，微波輻照使尾渣中的鈾從可還原態(tài)或可氧化態(tài)向弱酸提取態(tài)轉(zhuǎn)化，有利于鈾的浸出。然而經(jīng)過70 kW微波輻照后，尾渣表面溫度達(dá)到512 ℃，此時(shí)尾渣中的弱酸提取態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10.95%，相較于對(duì)照組的 21.92%明顯降低；可氧化態(tài)鈾和可還原態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為 48.7%，相較于對(duì)照組的30.06%明顯增加。這說明大功率微波輻照會(huì)使尾渣中鈾從弱酸提取態(tài)向可還原態(tài)或氧化態(tài)轉(zhuǎn)化，將不利于鈾的浸出。

圖6 不同微波功率預(yù)處理?xiàng)l件下的鈾的賦存形態(tài)變化Fig. 6 Viriation of occurrence form of uranium in uranium tailings pretreated under condition of different microwave powers

2.2.3 微波預(yù)處理對(duì)尾渣中鈾解離度的影響

圖7所示為原渣樣和經(jīng)50 kW微波輻射30 s后的尾渣樣的SEM像。通過能譜分析可知，圖7中灰度值大的白色礦物為鈾礦物，灰度值小的暗色礦物為脈石礦物。圖 7（a）中鈾礦物與脈石礦物共生，并被包裹在脈石礦物之中，并由表4可知，與其他礦物共生的鈾礦物顆粒占總量的88.89%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），且共生礦物多為長(zhǎng)石與石英，而單體鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有11.11%。圖7（b）中鈾礦物完全解離，結(jié)合表 4可知，微波預(yù)處理后的礦樣單體鈾顆粒明顯增多，單體鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到45.82%，而共生的鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降為54.18%。

TAVARES等［19］和SCOTT等［20］的研究表明，由于微波選擇性加熱導(dǎo)致礦石內(nèi)部產(chǎn)生溫度差，使應(yīng)力碎裂容易出現(xiàn)在礦物顆粒的邊界處，并提高顆粒邊界處的碎裂量。本研究采用的尾渣中含有較多 Al2O3和SiO2，它們屬于熱惰性物質(zhì)，在微波輻照時(shí)加熱較困難，而U、Mn和Fe的化合物屬于熱活性物質(zhì)，微波輻照時(shí)升溫很快，兩者吸收微波能力的差異導(dǎo)致鈾尾渣內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)熱應(yīng)力，使各礦物相之間產(chǎn)生粒間微裂隙。由于這些微裂隙的存在，使礦石變得松散，礦石的強(qiáng)度下降，可磨度提高［22-24］，因此，在相同磨礦條件下，尾渣磨至粒徑74μm以下，經(jīng)微波預(yù)處理的樣品可獲得較高的單體解離度；單體顆粒的增加改善了攪拌浸出時(shí)浸出劑與鈾礦物反應(yīng)的條件，提高了鈾浸出率。

圖7 原尾渣和經(jīng)過微波預(yù)處理后尾渣的SEM像Fig. 7 SEM images of raw tailings （a） and microwave pretreated tailings （b）

表4 原尾渣和微波預(yù)處理后尾渣中鈾礦物的解離度Table 4 Mineral liberation of uranium mineral in raw tailings and microwave pretreated tailings

3 結(jié)論

1） 微波功率、輻照時(shí)間與尾渣質(zhì)量均會(huì)對(duì)尾渣中鈾浸出率造成影響。其中，微波功率對(duì)鈾浸出率的影響最顯著，微波預(yù)處理的最佳條件是微波功率50kW，輻照時(shí)間30 s，尾渣質(zhì)量2.5 kg，此時(shí)鈾尾渣的鈾浸出率與未經(jīng)預(yù)處理相比，提高了4.49%。

2） 微波預(yù)處理可促使尾渣中鈾的價(jià)態(tài)及賦存形態(tài)發(fā)生變化，從而提高尾渣的鈾浸出率。經(jīng)過30 kW微波輻照30 s后，尾渣中U（Ⅳ）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28.54%，相比對(duì)照組的46.32%下降了17.78%；經(jīng)過20 kW微波輻30 s后，弱酸提取態(tài)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對(duì)照組升高了15.55%，這有利于鈾的浸出。

3） 經(jīng)過微波預(yù)處理后的尾渣中單體鈾礦物顆粒明顯增多，鈾的單體解離度提高，有利于浸出。

REFERENCES

［1]王志章. 鈾尾渣處置的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)［J］. 鈾礦冶， 2009， 28（2）: 22-25. WANG Zhi-zhang. The practice and cognition about uranium tailings disposal［J］. Uranium Mining and Metallurgical， 2009，28（2）: 22-25.

［2]王 津， 劉 娟， 陳永亨， 齊劍英， 朱 莉， 康明亮. 鈾尾渣粒徑對(duì)浸濾中鈾釋放的影響研究［J］. 環(huán)境與健康雜志， 2013，30（6）: 512-515. WANG Jin， LIU Juan， CHEN Yong-heng， QI Jian-ying， ZHU Li，KANG Ming-liang. Effect of particle size of uranium tailing on uranium release from leachate［J］. Journal of Environment and Health， 2013， 30（6）: 512-515.

［3]朱 莉， 王 津， 劉 娟， 陳永亨， 李錦文. 鈾尾渣中鈾、釷及部分金屬的模擬淋浸實(shí)驗(yàn)初探［J］. 環(huán)境化學(xué)， 2013， 32（4）: 678-685. ZHU Li， WANG Jin， LIU Juan， CHEN Yong-heng， LI Jin-wen. Preliminary study on uranium， thorium and some other metals leached from uranium tailings under simulated natural environmental conditions［J］. Environmental Chemistry， 2013，32（4）: 678-685.

［4]李 江， 劉亞潔， 車江華， 饒 軍. 微生物柱浸法從鈾礦石堆浸尾渣中回收鈾的研究［J］. 有色金屬（冶煉部分）， 2012（11）: 37-40. LI Jiang， LIU Ya-jie， CHE Jiang-hua， RAO Jun. Uranium recovery from uranium mineral bio-heap residues with microbial column leaching prosess［J］. Nonferrous metals （Extractive Metallurgy）， 2012（11）: 37-40.

［5]陳 偉， 丁德馨， 胡 南， 李 峰. 微波焙燒預(yù)處理難浸含金硫精礦［J］. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)， 2015， 25（7）: 2000-2005. CHEN Wei， DING De-xin， HU Nan， LI Feng. Refractory gold-bearing sulfur concentrates pretreated by microwave roasting［J］. The Chinese Journal of Nonferrous Metals， 2015，25（7）: 2000-2005.

［6］ SUORANTA T， ZUGAZUA O， NIEMEL? M， PER?M?KI P. Recovery of palladium， platinum， rhodium and ruthenium from catalyst materials using microwave-assisted leaching and cloud point extraction［J］. Hydrometallurgy， 2015， 154: 56-62.

［7]SCHMUHL R， SMIT J T， MARSH J H. The influence of microwave pre-treatment of the leach behaviour of disseminated sulphide ore［J］. Hydrometallurgy， 2011， 108（3）: 157-164.

［8]PINTO I S S， SOARES H M V M. Microwave-assisted selective leaching of nickel from spent hydrodesulphurization catalyst: a comparative study between sulphuric and organic acids［J］. Hydrometallurgy， 2013， 140: 20-27.

［9］ AL-HARAHSHEH M， KINGMAN S. The influence of microwaves on the leaching of sphalerite in ferric chloride［J］. Chemical Engineering and Processing Process Intensification，2007， 46（10）: 883-888.

［10］ KRISHNAN K H， MOHANTY D B， SHARMA K D. The effect of microwave irradiations on the leaching of zinc from bulk sulphide concentrates produced from Rampura-Agucha tailings［J］. Hydrometallurgy， 2007， 89（3/4）: 332-336.

［11］ OLUBAMBI P A. Influence of microwave pretreatment on the bioleaching behaviour of low-grade complex sulphide ores［J］. Hydrometallurgy， 2009， 95（1）: 159-165.

［12］ OLUBAMBI P A， POTGIETER J H， NDLOVU S， BORODE J O. Electrochemical studies on interplay of mineralogical variation and particle size on bioleaching low grade complex sulphide ores［J］. Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2009， 19（5）: 1312-1325.

［13］ OLUBAMBI P A， POTGIETER J H， HWANG J Y， NDLOVU S. Influence of microwave heating on the processing and dissolution behaviour of low-grade complex sulphide ores［J］. Hydrometallurgy， 2007， 89（1）: 127-135.

［14］ NANTHAKUMAR B， PICKLES C A， KELEBEK S. Microwave pretreatment of a double refractory gold ore［J］. Minerals Engineering， 2007， 20（11）: 1109-1119.

［15］ 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站. 中國(guó)土壤元素背景值［M］. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 1990: 12-13. China National Environmental Monitoring Centre. China soil element background value［M］. Beijing: China Environmental Science Press， 1990: 12-13.

［16］ 李廣悅， 劉玉龍， 王永東， 丁德馨. 低品位鈾礦石硫酸攪拌浸出與細(xì)菌攪拌浸出研究［J］. 核科學(xué)與工程， 2009， 29（1）: 92-96. LI Guang-yue， LIU Yu-long， WANG Yong-dong， DING De-xin. Study of the sulfuric acid leaching and bacterial leaching of low grade uranium ore by orbital shaker experiment［J］. Chinese Journal of Nuclear Science and Engineering， 2009， 29（1）: 92-96.

［17］ RIZMANOSKI V. The effect of microwave pretreatment on impact breakage of copper ore［J］. Minerals Engineering， 2011，24（14）: 1609-1618.

［18］ 張仁里， 王洪明， 張能成， 紀(jì)英認(rèn)， 馬民理， 謝訪友. 含鈾煤燃燒過程中煤灰燒結(jié)現(xiàn)象的研究—煤中幾種常見無機(jī)礦物的燒結(jié)及其對(duì)鈾包裹［J］. 核科學(xué)與工程， 1985， 5: 246-253. ZHANG Yun-li， WANG Hong-ming， ZHANG Neng-cheng， JI Ying-ren， XIE Fang-you. Research about phenomenon on coal ash sintering in the process of uraniferous coal combustion—Sintering of the several common inorganic mineral and uranium wrapping［J］. Nuclear Science and Engineering，1985， 5: 246-253.

［19］ TAVARES L M， KING R P. Microscale investigation of thermally assisted comminution［R］. Society for Mining， Metallurgy， and Exploration， Inc.， Littleton， CO （United States）， 1995.

［20］ SCOTT G， BRADSHAW S M， EKSTEEN J J. The effect of microwave pretreatment on the liberation of a copper carbonatite ore after milling［J］. International Journal of Mineral Processing，2008， 85（4）: 121-128.

［21］ AMANKWAHA R K， OFORI-SARPONGB G. Microwave heating of gold ores for enhanced grindability and cyanide amenability［J］. Minerals Engineering， 2011， 24 （6）: 541-544.

［22］ SAHOO B K， DE S， MEIKAP B C. Improvement of grinding characteristics of Indian coal by microwave pre-treatment［J］. Fuel and Energy Abstracts， 2011， 92（10）: 1920-1928.

［23］ KUMAR P， SAHOO B K ， DE S， KAR D D， CHAKRABORTY S， MEIKAP B C. Iron ore grindability improvement by microwave pre-treatment［J］. Industrial and Engineering Chemistry， 2010， 16（5）: 805-812.

（編輯 何學(xué)鋒）

Effect of microwave pretreatment on leaching behavior of uranium in heap-leached uranium tailings and its mechanism

YANG Yu-shan1， 2， YU Qing1， 2， HU Nan2， DING De-xin2
（1.School of Resources and Safety Engineering， Central South University， Changsha， 410083， China；2. Key Discipline Laboratory for National Defence for Biotechnology in Uranium Mining and Hydrometallurgy， University of South China， Hengyang 421001， China）

Heap-leached uranium tailings usually contain uranium more than 0.02%. In order to lower the content of uranium， the uranium tailings were pretreated by 2450 MHz industrial microwave. The factors， including microwave power， irradiation time and tailings mass， which influence on the leaching behavior of uranium tailings， were investigated，and the mechanism of microwave pretreatment on improving extraction of uranium from uranium tailings was discussed. The results show that the optimal pretreatment condition are the microwave power of 50 kW， the irradiation time of 30 s，the tailings mass of 2.5 kg. And under this condition， the leaching rate of uranium increases to 80.12%， which is 4.49% higher than that of the control group（75.63%） under the condition without microwave pretreatment. Under a certain condition， the microwave pretreatment can help uranium valence state and occurrence form to beneficially transform to leaching. After irradiating for 30 s at 30 kW， the total amount of U（Ⅳ） decreases by 17.78% compared with that of the control group， while after irradiating for 20 s at 30 kW， the total amount of weak acid soluble uranium increases by 15.55% compared with the control group. The MLA analysis shows that the mono mineral particle of uranium significantly increases after microwave pretreatment， hence the increase of uranium mineral liberation is beneficial to leaching.

heap-leached uranium tailings； microwave pretreatment； mineral liberation； valence； occurrence form

Project of Nuclear Development Research； Key project（U1401231） supported by the National Natural Science Foundation of China； Project supported by the Plan of Innovation Team by University of South China

date： 2015-08-25； Accepted date： 2016-04-25

DING De-xin； Tel: +86-0734-8282534； E-mail: dingdxzzz@163.com

X591

A

1004-0609（2016）-06-1356-08

核能開發(fā)科研項(xiàng)目；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U1401231）；南華大學(xué)校級(jí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目

2015-08-25；

2016-04-25

丁德馨，教授，博士；電話：0734-8282534；E-mail: dingdxzzz@163.com