吐哈盆地十紅灘鈾礦床北礦帶鈾的賦存 狀態(tài)研究及對地浸開采影響分析

楊冰彬 喬海明 劉治國

摘 ?要：通過鈾在含礦目的層西山窯組碎屑巖中各粒級的配分比例、α徑跡蝕刻、電子探針，鈾的價態(tài)和含氧系數(shù)等多種測試方法，對十紅灘鈾礦床北礦帶鈾的賦存狀態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。發(fā)現(xiàn)北礦帶礦石中60.93%～87.45%的鈾賦存在粒徑小于0.05 mm的填隙物中，α徑跡蝕刻顯示主要呈團(tuán)塊狀、（弱）聚集狀及星點(diǎn)狀分布，鈾的賦存狀態(tài)主要為瀝青鈾礦、鈾石和鈾鈦氧化物（含鈾鈦氧化物），礦石的U6+/U4+平均2.15，含氧系數(shù)平均2.58。通過本次對吐哈盆地十紅灘鈾礦床北礦帶鈾的賦存狀態(tài)研究，認(rèn)為對北礦帶開展地浸選冶工藝具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：十紅灘;鈾的賦存狀態(tài);α徑跡蝕刻;電子探針;地浸開采

對鈾的賦存狀態(tài)更詳細(xì)的認(rèn)識不僅有利于完善含鈾礦物的沉淀和富集規(guī)律，而且對于改進(jìn)地浸液配比，加深對礦石形成過程的了解具重要的科學(xué)及經(jīng)濟(jì)意義[1]。十紅灘礦床是我國典型的層間氧化帶砂巖型鈾礦床，具有成礦層位多、品位高、儲量大的特點(diǎn)，礦石疏松，具備良好的地浸條件[2，3]。該礦床以鷹嘴崖斷裂為界，分為南、中、北3個礦帶[4]。目前在十紅灘礦床南礦帶地浸試驗(yàn)取得成功，且進(jìn)入工業(yè)開采階段。鑒于北礦帶地浸試驗(yàn)?zāi)壳疤幱诔醪皆囼?yàn)階段，本文在前人以水文地質(zhì)為重點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上[3]，選擇以北礦帶鈾的賦存狀態(tài)為研究對象，通過鈾在各粒級的配分測試、α?xí)r刻徑跡實(shí)驗(yàn)、電子探針測試、鈾的價態(tài)和含氧系數(shù)測定等方法，系統(tǒng)研究北礦帶目的層鈾的賦存狀態(tài)及其影響因素，查明鈾存在形式，為礦床成因解釋和砂巖型鈾礦地浸提供理論支持。

1 ?區(qū)域地質(zhì)背景

十紅灘鈾礦床位于我國新疆東部吐哈盆地西南緣的艾丁斜坡帶上[4]。該礦床劃分為南、中、北3個鈾礦帶（圖1），南帶位于十紅灘隆起東西兩翼，北帶位于十紅灘鷹嘴崖斷裂北側(cè)，中帶位于南北帶之間[5]。含礦主巖分別為中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）第一、三巖性段的辮狀河流相砂體，屬潮濕環(huán)境下的含煤碎屑巖建造，砂體主要為粗、中、細(xì)粒長石巖屑砂巖，部分為巖屑砂礫巖或礫巖[6]。層間氧化帶控制著十紅灘鈾礦床的形成和鈾礦床的分布范圍，沿著承壓含水層發(fā)育。走向斷續(xù)延伸上百公里，傾向延伸長度為500～5 000 m，埋深為32～264 m[7]。

2 ?樣品采集與分析測試

本次研究共采集礦石樣及圍巖樣19件，均采自北礦帶目的層西山窯組，巖性以灰色、褐黃色細(xì)砂巖、中砂巖為主（表1）。鈾在各粒級的配分、α徑跡蝕刻和鈾的價態(tài)和含氧系數(shù)分析實(shí)驗(yàn)均在核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心完成，電子探針測試和背散色圖照相在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 ?實(shí)驗(yàn)分析測試結(jié)果

3.1 ?α徑跡蝕刻

α徑跡蝕刻表明，北礦帶鈾礦物及含鈾礦物主要分布于有機(jī)質(zhì)及粘土礦物中及邊緣，α徑跡呈弱團(tuán)塊狀及星點(diǎn)狀（圖2-a，d），或是分布于黃鐵礦邊緣，α徑跡呈聚集狀、弱聚集狀（圖3-a，d）。

3.2 ?鈾在各粒級的配分

本次鈾在各粒級分配實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示（表2），北帶礦石60.93%～87.45%的鈾存在于粒徑小于0.05 mm的填隙物中，與南礦帶粒級配分結(jié)果（69.40%）非常相近。鈾含量為0.001%～0.01%的異常樣，存在于填隙物中鈾占36.85%～70.48%;鈾含量小于0.001%圍巖樣，存在于填隙物中鈾僅占7.64%～16.4%，證明礦石中大部分鈾為后生作用形成的，屬于易浸出鈾。

3.3 ?電子探針

電子探針分析數(shù)據(jù)指示出研究區(qū)鈾礦物主要有3種形式（表3），分別是瀝青鈾礦、鈾石和鈾的鈦氧化物（含鈾鈦鐵氧化物）。

3.3.1 ?瀝青鈾礦

其中UO2含量為66.03%～87.25%，SiO2含量0.24%～4.17%，TiO2含量0.01%～11.23%，P2O5含量0.02%～0.1%，CaO含量較高，為0.95%～11.95%，各元素質(zhì)量總和為88.31%～99.5%。

3.3.2 ?鈾石

其中UO2含量為48.5%～74.18%，SiO2含量5.56%～16.90%，TiO含量0.11%～15.89%，P2O5含量2.65%～6.99%，CaO含量較高，為2.77%～11.50%。各種元素質(zhì)量總和為83.96%～93.82%。

3.3.3 ?鈾的鈦氧化物（含鈾鈦鐵氧化物）

本次研究發(fā)現(xiàn)鈾的鈦氧化物和含鈾鈦鐵氧化物占較大比例，以UO2含量25%為限，分為鈾的鈦氧化物和含鈾鈦鐵氧化物，其中鈾的鈦氧化物中UO2含量25.13%～73.72%，TiO2含量9.39%～46.33%，F(xiàn)eO含量0.40%～11.20%，CaO含量1.57%～4.07%。含鈾鈦鐵氧化物中UO2含量5.7%～14.04%，TiO2含量61.42%～76.72%，F(xiàn)eO含量1.18%～5.66%，CaO含量0.67%～1.13%。

3.4 ?鈾的價態(tài)和含氧系數(shù)

鈾的價態(tài)和含氧系數(shù)數(shù)據(jù)顯示（表4）1，北礦帶礦石的U6+/U4+為0.37～5.39，平均2.15，即U6+/U4+>1，U6+占13.5%～84.4%，平均58.9%，即比例超過50%。含氧系數(shù)2.13～2.84，平均2.58。圍巖U6+/U4+為均0.67，U6+占14.7%～53.2%，平均37.4%，含氧系數(shù)2.14～2.52，平均2.36。

4 ?討論

十紅灘礦床北帶礦石中60.93%～87.45%的鈾存在于粒徑小于0.05 mm的填隙物中，證明礦石中大部分鈾為后生作用形成的，屬于易浸出鈾。此外，對北礦帶鈾異常進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鈾含量在0.01%～0.005%吸附態(tài)鈾所占份額為26.30%，可溶態(tài)鈾所占份額為76.01%，也與南礦帶非常相近;鈾含量小于0.005%圍巖中，吸附態(tài)鈾所占份額僅為7.42%，但可溶態(tài)卻高達(dá)43.61%，這部分資源量規(guī)模很大，認(rèn)為對于提高地浸開采效率具重要意義。

α徑跡蝕刻實(shí)驗(yàn)和電子探針測試表明，鈾礦物及含鈾礦物主要分布于有機(jī)質(zhì)或粘土礦物中及邊緣，多呈弱團(tuán)塊狀及星點(diǎn)狀，或分布于黃鐵礦邊緣，呈聚集狀、弱聚集狀。鈾礦物主要有3種形式，分別是瀝青鈾礦、鈾石和（含）鈾鈦氧化物（表3），在背散射圖像下亮度表現(xiàn)為：瀝青鈾礦>鈾石>鈾鈦氧化物 （圖4，5，6）。瀝青鈾礦是砂巖型鈾礦中易浸出的礦物類型，也是十紅灘鈾礦床北礦帶鈾的主要礦物賦存狀態(tài)[8]。在掃描電鏡照片中，瀝青鈾礦分別位于草莓狀黃鐵礦、膠狀黃鐵礦、鈦鐵磁鐵礦、有機(jī)質(zhì)周圍或者綠泥石（黑云母假象）的節(jié)理中（圖4-a，f），瀝青鈾礦的形成與其吸附性有巨大關(guān)聯(lián)。然而，瀝青鈾礦中CaO含量（0.95%～11.95%）較高（表3），應(yīng)與地下水中鈾酰碳酸絡(luò)離子離解時碳酸巖沉淀有關(guān)，那么北礦帶可能不利于采用酸法地浸[3、9]。

鈾石是十紅灘鈾礦床中僅次于瀝青鈾礦的鈾礦物，所測含鈾礦物大約三分之一為鈾石（表3）。背散射圖像下發(fā)現(xiàn)，其分布與瀝青鈾礦非常相近，分別位于鈦鐵磁鐵礦周圍，或與膠狀黃鐵礦、碳酸鹽礦物共生，還有位于粘土礦物（黑云母假象）的節(jié)理中（圖5-a，d），總體表現(xiàn)為后生作用成因類型，為地浸開采有利的礦物形式。

鈾的鈦氧化物和含鈾鈦鐵氧化物也占有較大比例，在掃描電鏡照片中，這類鈾礦物主要位于粘土礦物中、鈦鐵礦周邊（圖6-a～d），多見于綠泥石的節(jié)理中（圖6-a，b），其次呈環(huán)邊狀位于鈦鐵礦周圍（見圖6-c，d）。筆者認(rèn)為這應(yīng)該是綠泥石水解過程中析出鈦的氧化物，作為吸附劑吸附了滲入地下水中的鈾，為鈾的富集成礦發(fā)揮了預(yù)富集作用。

不同產(chǎn)狀及不同溫度條件下形成的的鈾簡單氧化物具不同的含氧系數(shù)，對于地浸開采來說，六價鈾占得比例越高、含氧系數(shù)越大，對氧化劑的消耗愈少，開采效率愈高[10]。北礦帶礦石的U6+/U4+為0.37～5.39，平均2.15，U6+占13.5%～84.4%，平均58.9%，即比例超過50%，含氧系數(shù)2.13～2.84，平均2.58;圍巖U6+/U4+平均0.67，U6+占14.7%～53.2%，平均37.4%，含氧系數(shù)2.14～2.52，平均2.36（表4）。對于圍巖礦石具較高的U6+含量和含氧系數(shù)，但與南礦帶相比，六價鈾占得比例和含氧系數(shù)明顯減小，因此礦石中的鈾相對于圍巖較易浸出，但弱于南礦帶。在地浸過程中，可能需使用更多的氧化劑。

5 ?結(jié)論

（1） 鈾礦石及圍巖的粒度配分研究表明，北帶礦石中60.93%～87.45%的鈾賦存在粒徑小于0.05 mm的填隙物中，證明礦石中大部分鈾屬于易浸出鈾，這對于提高地浸資源量非常有利。

（2） α徑跡蝕刻表明，北礦帶鈾礦物及含鈾礦物主要分布于黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)及粘土礦物縫隙中及邊緣，呈團(tuán)塊狀、（弱）聚集狀及星點(diǎn)狀分布。

（3） 電子探針測試發(fā)現(xiàn)，北礦帶鈾礦物主要有3種形式，分別是瀝青鈾礦、鈾石和鈾鈦氧化物（含鈾鈦鐵氧化物），大多數(shù)鈾礦物對地浸開采有利。

（4） 北礦帶礦石的U6+/U4+平均2.15，含氧系數(shù)平均2.58，利于地浸。與南礦帶相比較，六價鈾占得比例和含氧系數(shù)有所減小，在地浸過程中，需耗用更多的氧化劑。

參考文獻(xiàn)

[1] ? 惠小朝，李子穎，馮張生，等.陜西華陽川鈾多金屬礦床鈾賦存狀態(tài)研究[J].礦物學(xué)報，2014，34（4）：573-580.

[2] ? 張鑫，聶逢君，張成勇，等.伊犁盆地蒙其古爾礦床砂巖型鈾礦賦存狀態(tài)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（33）：18-23+47.

[3] ? 王剛，張發(fā)，何大鵬，等.新疆吐魯番十紅灘鈾礦床北礦帶地浸開采可行性分析研究[J].東華理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，38（1）：58-63.

[4] ? 劉治國，楊冰彬，趙旭，等.吐哈盆地十紅灘鈾礦床物質(zhì)組分及地球化學(xué)特征[J].新疆地質(zhì)，2018，36（2）：257-261.

[5] ? 傅成銘，邱林.吐哈盆地十紅灘鈾礦床構(gòu)造特征及其與鈾礦化時空關(guān)系研究[J].新疆地質(zhì)，2006，（2）：192-196.

[6] ? 喬海明，張復(fù)新，耿海波，等.層間氧化帶砂巖型鈾礦床微生物地球化學(xué)特征及與鈾成礦的關(guān)系研究——以吐魯番-哈密盆地十紅灘鈾礦床為例[J].地質(zhì)論評，2006，（5）：636-641.

[7] ? 尚高峰，喬海明，劉治國，等.微生物在十紅灘鈾成礦過程中的作用[J].鈾礦地質(zhì)，2014，30（6）：371-378.

[8] ? 陳正樂，陳宣華，王小鳳，等.可地浸砂巖型鈾礦床特征及成礦條件初析[J].礦床地質(zhì)，2002，21（S1）：853-856.

[9] ? 李盛富，張?zhí)N.砂巖型鈾礦床中鈾礦物的形成機(jī)理[J].鈾礦地質(zhì)，2004，（2）：80-84+90.

[10] 蘇學(xué)斌，杜志明.我國地浸采鈾工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國礦業(yè)，2012，21（9）：79-83.

Study on the Occurrence State of Uranium in the Northern Ore Belt of the Shihongtan Uranium Deposit in the Tuha Basin，And its Impact on the In-Situ Mining

Yang Binbing1，Qiao Haiming1，Liu Zhiguo1，Zhang Xin2

（1.No.203 Institute of Nuclear Industry， Xianyang，Shaanxi，712000，China;2.Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment，East China University of Technology，Ministry of Education，Nanchang，Jiangxi，330013，China）

Abstract：In this paper，the occurrence of uranium in the northern ore belt of the Shihongtan uranium deposit and its uranium valence state were studied by means of uranium partitioning， α-track etching，electron probe and chemical analysis.It is found that 60.93%～87.45% of the uranium in the ore belt is found in the interstitial with a particle size of less than 0.05mm.The uranium is mainly composed of asphalt uranium， uranium and uranium titanium oxide （including uranium titanium oxide），α track etching shows that the star-point dispersion is scattered and weakly aggregated.The average of U6+/U4+ is 2.15，and the oxygen coefficient，with an average of 2.58，which is beneficial to in--situ mining.This study has reference significance for the study of uranium ore-forming mechanism in the northern ore belt of the Shihongtan uranium deposit in the Tuha Basin and the experimental technology of the leaching mining.

Key words：Shihongtan;Occurrence of uranium;α track etching;Electron probe;In-situ leaching mining