新疆某含铀多金属矿浸铀工艺研究

赵 春，张 霖，李清海，郑元泽，王清良，胡鄂明，王国全

(1.核工业二一六大队, 新疆 乌鲁木齐 830011;2.南华大学核资源与核燃料工程学院,湖南 衡阳 421001;3.新疆维吾尔自治区辐射环境监督站, 新疆 乌鲁木齐 830011)

近年来，国内很多学者对铀矿开采进行了大量研究，主要围绕地浸、堆浸等工艺开展了大量的室内搅拌浸出、柱浸、槽浸、渗滤浸出等试验。我国目前约70%采用堆浸工艺进行生产，堆浸工艺以其工艺简单，投资少，见效快，管理简单，浸出成本低，适用于较低品位铀矿石浸出，相对于传统铀水冶工艺环境污染较少等优点，占据我国天然铀矿生产的主要份额[1-4]。影响堆浸浸出率的因素很多，包括矿石粒度、酸浓度、氧化剂种类及浓度、液固比、喷淋强度等[4-6]。本文是针对新疆某含铀多金属矿的矿石特征，为开发利用我国不同类型的铀矿资源，以满足核电快速发展对天然铀的巨大需求，为将来堆浸工艺技术的实施开展室内搅拌浸出和柱浸试验，以获取相关参数。

1 矿石成分

试验矿样采集于新疆某铀矿床，矿石为次生矿，已采出并放置地表多年，均为块状，最大粒度约200mm。制样时，先人工把大块矿样敲碎至-80 mm，然后进行破碎、混匀、缩分、细磨和取样，分析结果见表1。

表1 矿样化学分析结果/%

表1数据表明，矿石中CaO含量较高，达到4.80%，酸法浸出时酸耗可能较高；矿石中有一定量的F，在进行浸出液后处理工艺过程中需要予以考虑；BeO含量较高，具有开发利用价值，在浸铀工艺中需要考虑BeO的浸出行为，但此工艺暂不考虑其浸出与回收工艺。

2 搅拌浸出试验

2.1 试验方法

矿石破碎、细磨后控制粒度为-65目，每次称取矿样100g于500mL三角瓶中，配制溶浸液，控制一定液固比，调节摇床转速210 r·p·m，控制一定温度，进行震荡搅拌浸出。浸出结束后，进行真空抽滤，滤渣用pH=2的酸化水再制浆洗涤两次，每次酸化水用量为100mL，并分别进行真空抽滤，两次洗液合并。浸出液和洗液分别测量其体积、Eh、pH和分析U。浸出渣烘干，细磨后分析渣的U品位。

2.2 试验结果

2.2.1 酸度对浸出效果影响

选择浸出条件：浸出时间6h，温度37℃，液固比3∶1，进行了不同溶浸液酸度对浸出效果影响试验，结果见表2。

由表2数据可知：①该矿石浸出性能较好，在一定溶浸液酸度条件下金属铀浸出率大于90%；②溶浸液酸度对金属铀浸出率有较大影响，随着溶浸液酸度增加，金属铀浸出率升高。

2.2.2 液固比对浸出效果影响

选择浸出条件：浸出时间4h，温度37℃，硫酸浓度30 g·L-1，进行了液固比对浸出效果影响试验，结果见表3。

表3数据表明，液固比对金属铀浸出率影响不大，可以选择较小的液固比以获得较高U浓度的浸出液。

2.2.3 氧化剂对浸出效果影响

选择浸出条件：浸出时间6h，温度35℃，液固比3∶1，硫酸浓度30 g·L-1，进行了氧化剂对浸出效果影响试验，结果见表4。

表4数据表明，加入不同种类氧化剂及浓度对金属U的浸出效果影响不大，加氧化剂的金属U浸出率与不加氧化剂条件相当。分析原因在于一方面矿石粒度较小，在浸出过程中，温度为35℃作用条件下，矿石中的U4+可能被溶液中的溶解氧氧化；另外，矿石破碎和细磨过程中也可能导致矿石中的U4+被空气中的氧气氧化。

2.2.4 时间对浸出效果影响

选择浸出条件：温度35℃，液固比3∶1，硫酸浓度30 g·L-1，进行了时间对浸出效果影响试验，结果见表5。

由表5可知，搅拌浸出4～24h时间范围内，时间对铀的浸出率影响不大，这进一步说明该矿石浸出性能好。

2.2.5 大样验证试验结果

为了进一步验证上述搅拌浸出试验所得到的各项参数的可靠性和矿石的浸出性能，设计了500g矿样在常温下的搅拌试验。浸出条件为：浸出时间6h，液固比为3∶1，溶浸液为30 g·L-1H2SO4，不加氧化剂，浸出试验结果见表6、表7。

表2 酸度对浸出效果影响试验结果

表3 液固比对浸出效果影响试验结果

表4 氧化剂对浸出效果影响试验结果

表5 时间对浸出效果影响试验结果

表6 大样浸出试验结果

表7 大样浸出试验前后主要成分的变化

从表6可以看出：在选定的试验条件下,大样浸出效果与前面浸出效果吻合,金属铀浸出率达到88.5%；该矿石浸出性能尚好，在一定酸度、浸出时间和液固比条件下可以获得较好浸出率，耗酸约9%。

从表7可以看出：矿样被酸浸出后除了U近90%浸出外，Fe2O3、FeO、CaO、MgO和F均有大部分被浸出，Al2O3和Mo小部分被浸出，BeO 和As则很少被浸出，SiO2几乎不被浸出，并随其他元素的大量浸出使得渣总质量减少，其相对百分含量反而由原矿的69.39%升高至71.49%。

3 柱浸试验

3.1 试验方法

将矿石破碎至不同粒度，按柱浸试验装置图1进行安装、连接，将矿石称重后装入浸出柱(5)中。浸出前用清水润湿矿石，然后溶浸液从高位槽(1)喷淋，喷淋时溶液经布液板(3)分散后淋浸矿石(4)，溶液喷淋强度由阀门(2)进行控制，溶液经过矿石层后由过滤层进入集液管(7)收集在集液槽(8)中。从集液槽中取浸出液，计量溶液体积，分析溶液U浓度、pH、Eh。当浸出液U浓度低于30mg/L时，结束柱浸试验，用清水洗涤、沥干，渣卸出后烘干、缩分、破磨，分析U品位。

1-高位槽；2-阀门；3-布液板；4-矿样；5-浸出柱；6-过滤层；7-集液管；8-集液槽

3.2 柱浸试验结果

柱浸试验条件和主要结果列于表8，柱浸试验结果见图2～图7。

从表8和图2～图7可知：

1)该矿床矿石浸出性能尚好，适宜酸法浸出，酸法浸出金属浸出率均高于85%；矿石因CaO含量较高，酸耗为9%～13%；碱法浸出效果较差，金属浸出率仅为65.4%。

2)柱浸试验矿石粒度对浸出效果有较大影响，小粒级矿石浸出率高，浸出周期短，浸出液平均铀浓度和最大铀浓度高，液固比较小，但酸耗较高。

3)装柱矿层高度对浸出效果有一定影响，矿层高度越大，浸出液平均铀浓度和最大铀浓度高，酸耗较低，液固比较小。为了提高堆浸技术经济指标，生产实际中可考虑增加堆高或串联浸出。

4)浸出曲线均显示，浸出规律基本相似，浸出初期浸出U速度快、耗酸大、浸出液U浓度高，以后逐渐降低。曲线中平缓阶段时间长，导致浸出周期长。根据平缓段时间长、U浓度低的特点，在该阶段可考虑改变浸出条件，比如淋、停交替作业以及翻堆等是可以选择的方案。

表8 柱浸试验参数及结果

图2 柱1浸出试验结果

图3 柱2浸出试验结果

图4 柱3浸出试验结果

图5 柱4浸出试验结果

图6 柱5浸出试验结果

图7 柱6浸出试验结果

4 结论

1)该矿石适合酸法浸出，浸出性能好，属易浸矿石；矿石中CaO含量高导致酸耗较高，达到9%以上；酸法浸铀过程中BeO浸出很少，可考虑对浸铀渣进行BeO的提取。

2)矿石粒度对浸出效果有较大影响，小粒级矿石浸出率高，浸出周期短，液固比较小，但酸耗较高。生产实践中应根据现场实际条件，综合矿石破碎成本，选择合适矿石粒度。

3)矿层高度对浸出效果有一定影响，矿层高度越大，浸出液平均铀浓度和最大铀浓度高，酸耗较低，液固比较小。为了提高堆浸技术经济指标，生产实际中可考虑增加堆高或串联浸出。根据浸出曲线，还可考虑在浸出中后期改变浸出条件，比如淋、停交替作业以及翻堆等是可以选择的方案。

[1] 姚益轩,葛加明,苏学斌,等. 新疆某矿床酸法地浸采铀现场试验[J].铀矿冶,2004, 23 (3):119-124.

[2] 樊保团,孟运生,刘建,等. 赣州铀矿草桃背分矿细菌堆浸工业试验[J].铀矿冶,2002, 21 (2):67-73.

[3] Mufioz J A, GonzBlez F, Blizquez M L, et al. A study of the bioleaching of a Spanish uranium ore. Part I:A review of the bacterial leaching in the treatment of uranium ores[J]. Hydrometallurgy, 1995,38: 39-57.

[4] 张晓文,钟永明,谢国森 等.低品位硬岩铀矿石的高柱浸出试验[J].矿冶,2004,13(2)：17-19.

[5] 李尚远.铀、金、铜矿石堆浸原理与实践[M].北京:原子能出版社,1997.

[6] 王昌汉.溶浸采铀(矿)[M].北京:原子能出版社,1998.