探討原地爆破浸出采鈾中浸出和水冶的工藝

【摘要】在鈾的開采過程中，原地爆破浸出是一種新型的技術(shù)。與地表堆浸相比，原地爆破浸出并不存在太大的差別，不過卻具有一定的特殊性，以及不同的布液方法，所以往往具有更大的難度。基于此，本文對鈾礦床的浸出和水冶工藝進(jìn)行了探討，以期對原地爆破浸出采鈾工藝技術(shù)加以完善，從而使其在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠獲取更大的綜合效益。

【關(guān)鍵詞】原地爆破浸出；采鈾；浸出工藝；水冶工藝

前言

作為一種新型的采鈾工藝，原地爆破浸出采鈾在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分廣泛的應(yīng)用。在鈾的提取過程中，基于礦體的自然埋藏條件，進(jìn)行原地爆破落礦筑堆。布液浸出礦堆，將有價金屬從礦石當(dāng)中浸出。再將浸出的含金屬液利用采液措施進(jìn)行收集，最后送到金屬回收廠對鈾金屬進(jìn)行加工和回收。利用該工藝對低品位礦石進(jìn)行處理，能夠使表外礦石和貧礦回收得以擴(kuò)大，從而使鈾礦的利用率得到提升。

一、鉆孔布液技術(shù)

（一）工藝概述

在原地爆破浸出采鈾當(dāng)中，布液技術(shù)具有十分重要的作用。浸出成本、浸出率等，都會受到布液均勻性的影響。在地表堆浸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等布液當(dāng)中，微灌技術(shù)應(yīng)用較為成熟[1]。而在原地爆破浸出當(dāng)中，由于不同礦床具有不同的地質(zhì)特征和地質(zhì)條件，因此也要采取不同的布液技術(shù)。在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)對爆破礦堆中浸出液的擴(kuò)散范圍進(jìn)行研究，同時探討鉆孔布液技術(shù)在非飽和流當(dāng)中的應(yīng)用，從而促使微灌布液技術(shù)在鉆孔布液技術(shù)中的應(yīng)用，使采場布液均勻度得到提升。

（二）礦體條件

某礦體為282°傾向，產(chǎn)出形式為傾斜不規(guī)則立壁式，平均厚度為6m、最大厚度為15m、長度為70m、傾角為50°。厚度50mm到100mm的斷層泥和高嶺土層明顯的界定了礦體的上下盤。圍巖具有良好的隔水性。在鈾礦采場中，選擇的試驗塊段礦體具有18m的垂直高度、10m的平均厚度、12m的走向長度、4847t的保有礦量。其中，鈾金屬量為10.324t，平均品味為0.213%。礦石具有2.48t/m3的體重、6到8的普氏系數(shù)和1.8到2.0的松散系數(shù)，礦石含泥量為20%，濕度在8%左右。

（三）施工設(shè)計

在施工設(shè)計當(dāng)中，浸潤半徑會對布液鉆孔的排距產(chǎn)生直接的影響。其中，如果布液強(qiáng)度為每小時15L/m2到25L/m2，則設(shè)定1.26m的布液孔排距。如果布液強(qiáng)度為每小時120L/m2，則布液孔能夠達(dá)到2m的間距?；诘V堆的擴(kuò)散性、滲透性等方面的因素，設(shè)定了每小時60L/m2的布液強(qiáng)度、2m的鉆孔排距、1m的布液管開孔間距，從而得到了2m×1m的布液管網(wǎng)度。布液孔為2m的排距，在每一排面上，以5°到105°的角度呈扇形布置鉆孔。

二、離子交換工藝

（一）工藝概述

在浸出鈾的過程中，具有非選擇性的特點，很多其它的元素也會隨著鈾元素被溶解，從而使得含鈾溶液的濃度降低。因此，可以采用離子交換工藝對其進(jìn)行濃縮和純化。離子交換工藝可應(yīng)用于酸性和堿性的環(huán)境中，其中，在酸性條件下，鈾陰離子絡(luò)合物存在于稀硫酸溶液當(dāng)中，通過離子交換樹脂，可在浸出液當(dāng)中對絡(luò)合物進(jìn)行吸附。再選用相應(yīng)的淋洗劑進(jìn)行逆向交換，就能夠得到高濃度的含鈾溶液。最后利用相應(yīng)的沉淀劑進(jìn)行沉淀和過濾，從而實現(xiàn)鈾的浸出。

（二）吸附工藝

吸附工藝主要是將可溶性離子采用離子交換樹脂進(jìn)行去除，原溶液中鈾的絡(luò)離子能夠與樹脂上的活性基團(tuán)進(jìn)行交換反應(yīng)，從而在樹脂上選擇性的吸附鈾。樹脂上原有的離子則會進(jìn)入到溶液中。不斷重復(fù)這一過程，直到樹脂達(dá)到飽和。在離子交換的吸附工藝當(dāng)中，可以利用固定床吸附、流化床吸附等方式。其中，固定床吸附指的是在器壁和床層、樹脂顆粒之間，沒有位置移動的離子交換。而固定床離子交換則具有更為便利的操作和更為簡單的結(jié)構(gòu)，不會對樹脂造成過大的磨損，因此在處理澄清料液的時候較為適用。

淋洗工藝

在浸出液當(dāng)中，當(dāng)樹脂通過吸附達(dá)到鈾飽和的時候，經(jīng)過洗滌處理，就可以進(jìn)行淋洗處理。在這一過程中，應(yīng)當(dāng)選擇具有良好的淋洗效果，并且價格低廉、性能良好的淋洗劑。對于不同類型的樹脂，也要相應(yīng)的選擇不同的淋洗劑

黃餅沉淀工藝

（一）工藝概述

在鈾的水冶過程中，含鈾溶液經(jīng)過浸出、離子交換、萃取的處理，利用氨水、氧化鎂、雙氧水、氧化鈣、氫氧化鈉等沉淀劑，從而產(chǎn)生過氧化鈾、重鈾酸鹽等沉淀物，從溶液中分離出來。這種沉淀物成為黃餅，其中通常含有40%到70%。在過去的工藝方法中，對于鈾的提取，通常都是直接在浸出液中進(jìn)行沉淀。但是由于浸出液中的鈾含有較多雜質(zhì)，并且濃度較低，因此操作費用較高，回收率卻比較低。因此，在此后的生產(chǎn)中，采用了離子交換、溶劑萃取等工藝。但是對于純鈾化合物、化學(xué)濃縮物等提取，仍然需要用到化學(xué)沉淀法。因此，在水冶工藝當(dāng)中，黃餅沉淀工藝具有非常重要的作用。在鈾的提取過程中，沉淀是最終的操作。溶液經(jīng)過離子交換、淋洗等操作，得到富含鈾的溶液，通過加入沉淀劑得到最終的濃縮物。

工藝方法

如果采用氫氧化鈉中和沉淀法，會得到重鈾酸鈉的最終產(chǎn)品。在反應(yīng)過程中，溶液中的氫氧化鈉和硫酸發(fā)生中和反應(yīng)，生成硫酸鈉和水；硫酸鈾酰和氫氧化鈉反應(yīng)，得到重鈾酸鈉沉淀、硫酸鈉和水。礦石中的鐵、鋁等金屬成分也會與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)，具體為硫酸鐵、硫酸鋁與氫氧化鈉的反應(yīng)，得到氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀產(chǎn)物，將其從溶液當(dāng)中提取出來。如果采用氨水中和沉淀法，會得到重鈾酸銨的最終產(chǎn)物。在反應(yīng)過程中，硫酸與氨水發(fā)生中和反應(yīng)，生成硫酸銨和水。硫酸鈾酰和氨水發(fā)生反應(yīng)，得到重鈾酸銨沉淀、硫酸銨和水的產(chǎn)物。其中的鐵、鋁等金屬元素也會與氨水反應(yīng)，生成氫氧化鐵、氫氧化鋁等沉淀產(chǎn)物。如果采用過氧化氫沉淀法，能夠得到水合過氧化鈾的最終產(chǎn)物。在反應(yīng)過程中，鈾在過氧化氫水溶液中發(fā)生反應(yīng)，得到水合過氧化鈾。目前，最新的重鈾酸鹽產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步提高，因此在鈾的浸出和提取過程中，也提出了更高的要求。在通常情況下，利用堿性沉淀劑進(jìn)行沉淀處理，更容易得到高質(zhì)量的重鈾酸鹽產(chǎn)品。因此，綜合考慮各種因素，沉淀劑可以選用10%濃度的氫氧化鈉溶液。

結(jié)論

鈾作為一種重要的金屬元素，在很多領(lǐng)域當(dāng)中，都具有非常大的作用，甚至在軍事工業(yè)領(lǐng)域，鈾也具有十分重要的地位。因此，鈾的開采對于國家整體實力來說，有著很大的影響。本文探討了原地爆破浸出采鈾技術(shù)中的浸出工藝和水冶工藝，為這一領(lǐng)域的工藝技術(shù)發(fā)展進(jìn)步提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]黃夏耀，宋麗霞，楊立志.大布礦床原地爆破浸出采鈾工藝的實踐與探討[J].鈾礦冶，2012，02：61-65.

作者簡介

張磊（1989-）吉林九臺人，本科，遼河油田新能源開發(fā)公司，助理工程師，研究方向：砂巖型鈾礦勘探和原地浸出采鈾工藝研究。