新疆某砂巖鈾礦CO2+O2加壓滾瓶浸出試驗研究

劉率帥，王清良，胡鄂明，李　乾，桂增杰，王星星，陽奕漢，張　勇，張青林

(1.南華大學核資源工程學院，湖南 衡陽 421002；2.中核新疆天山鈾業有限公司，新疆 伊寧 835000)

新疆某砂巖鈾礦CO2+O2加壓滾瓶浸出試驗研究

劉率帥1，王清良1，胡鄂明1，李乾1，桂增杰1，王星星1，陽奕漢2，張勇2，張青林2

(1.南華大學核資源工程學院，湖南 衡陽 421002；2.中核新疆天山鈾業有限公司，新疆 伊寧 835000)

摘要：根據CO2+O2地浸采鈾工藝技術特點，選取新疆某鈾礦山取得的砂巖巖芯鈾礦石，自行設計了CO2+O2加壓滾瓶浸出試驗裝置，并進行了室內CO2+O2加壓滾瓶浸出試驗。結果表明，當CO2+O2總壓為2.0 MPa，液固比10∶1時，金屬鈾浸出率達到70%，采用多級浸出和后期加氧化劑強化浸出，鈾浸出率達90%以上。說明該礦床鈾礦石適合CO2+O2浸出工藝，試驗結果可為CO2+O2現場浸出試驗和工程設計提供依據和指導。

關鍵詞：CO2+O2；地浸采鈾；滾瓶試驗；加壓浸出

砂巖鈾礦原地浸出一般采用酸或堿作為浸出劑，酸法浸出的優點是浸出速度快，浸出率高；缺點是選擇性差，地下水治理費用高，對含碳酸鹽高的礦床不適合。堿法浸出的優點是選擇性好，對地下水污染程度低，適合于碳酸鹽含量高的鈾礦床；缺點是浸出率相對低，浸出時間長等[1-4]。

針對酸法和堿法地浸存在的不足，國外已經在浸出劑的選擇上進行了新的探索。美國Highland鈾礦是西方產量最大的地浸采鈾礦山之一，采用CO2+O2浸出取得很好效果[5]。此方法對一些碳酸鹽含量高、滲透性差的鈾礦石以及地下水礦化度高的鈾礦床具有很強的實用性[6-7]。隨著我國對綠色環保和節能減排型礦山建設的日益重視，CO2+O2地浸采鈾工藝技術因具備試劑消耗少、對儀器設備及材料的腐蝕性小、浸出液鈾濃度穩定、不破壞礦石的天然滲透性、開采后地下水治理簡單等優點，已成為砂巖鈾礦床地浸采冶技術發展的重要方向。根據地浸采鈾工藝技術特點，用自行設計加工的CO2+O2加壓滾瓶試驗裝置，對新疆某地浸鈾礦山所取的巖芯砂巖鈾礦，進行CO2+O2加壓滾瓶浸出的不同壓力、不同液固比、不同浸出時間和多級浸出等試驗，試驗結果可為CO2+O2地浸采鈾工程的礦山設計和現場條件試驗提供依據與指導。

1材料與方法

1.1礦石樣品制備

試驗樣取自新疆某鈾礦兩個礦床鉆孔巖芯巖礦樣(礦床編號為1#，2#)。采用手選、破碎、縮分等方法對礦石樣品進行制備。共制備了8個鈾礦石樣，進行巖石礦物學分析、化學成分分析、粒級篩析和浸出試驗等。

1.2試劑

試驗所用試劑見表1。

1.3儀器設備

試驗所用儀器設備見表2。

1.4試驗裝置

CO2+O2加壓滾瓶試驗裝置，是根據實驗要求先進行設計，再委托有高壓容器制造資質的某核工業機械有限公司加工制造。由加壓反應罐、振蕩器、CO2氣瓶和O2氣瓶組成。罐體直徑89mm，高160mm，罐頂蓋上有進氣閥、排氣閥、排液閥和壓力表。裝置按圖1連接。

表1　化學試劑

表2　儀器設備

1.振蕩器；2.加壓滾瓶槽(φ89mm×160mm，3.0MPa)；3.二氧化碳氣瓶；4.氧氣氣瓶；5、6.GVI表閥；7.壓力表4MPa；8.φ6mm高壓金屬軟管；9.二氧化碳氣體減壓閥；10.氧氣氣體減壓閥；11.SS-BVI15球閥圖1　加壓滾瓶浸出試驗裝置示意圖

1.5試驗方法與步驟

本次浸出試驗主要內容包括：CO2+O2不同壓力浸出試驗、不同液固比浸出試驗、不同浸出時間浸出試驗和多級浸出試驗[8]。自行研制的加壓滾瓶浸出設備，使用前先空載試壓試漏，然后組裝鏈接帶水試壓；調試達到要求后進行試驗。試驗步驟如下所述。

1)打開反應罐頂蓋，將準確稱量的礦石樣加入反應罐內，按設計的液固比加入自來水，用玻璃棒攪拌均勻，然后蓋上反應罐頂蓋，擰緊螺栓，確保密封不漏。

2)把反應罐固定在振蕩器上，按圖1所示將設備連接。

3)向反應罐緩慢加入O2，待其壓力達到試驗設計總壓的二分之一(試驗總壓為2.0MPa，先緩慢加入O21.0MPa)，同時啟動振蕩器，待壓力穩定后停止加入O2，關閉O2閥門。

4)向反應罐緩慢加入CO2氣體，操作方法同O2，總壓達到2.0MPa，達到穩定后，停止加入，關閉CO2閥門。

5)開始振蕩，定期觀察反應罐內壓力，達到預定時間后，停止震蕩，打開排氣閥，取出反應罐，倒出漿體，過濾、洗滌。

2結果及討論

2.1巖石礦物鑒定

對1#，2#礦床的兩個鈾礦樣進行了巖石礦物鑒定，制作礦樣砂薄片，進行正交叉鏡照片和鏡下觀察，結果見圖2和圖3。

圖2　1#礦樣砂薄片正交叉鏡照片

圖3　2#礦樣砂薄片正交叉鏡照片

鑒定結果如下所述。①巖芯礦樣巖石為鐵質-鈣質-黏土質-石英屑和不等粒復成分砂屑-巖屑。礦樣屑砂巖型，主要由石英巖、硅質巖、石英砂巖和鈣質砂巖屑等組成。其中，礦石中礦物主要為石英(質量分數為62%～72%，平均為67%)、玻屑凝灰巖巖屑(8%～18%，平均為13%)、方解石(3%～4%，平均為3.5%)、不透明鈦鐵氧化物(12%～21%，平均為16.5%)。②該礦床礦石中鈾的存在形式有鈾礦物、吸附鈾及含鈾礦物，獨立鈾礦物難以發現，主要存在形式為吸附鈾，存在于含鈾礦物中的鈾很少。

2.2礦樣化學成分分析

取1#，2#化學分析樣，對主要元素進行分析，分析結果見表3。

從表3可知：①礦樣U品位較低，約0.035%，1#中U4+占鈾總量的46%，2#中U4+占鈾總量的35%，說明該礦石浸出過程中需要加入氧化劑；②兩個礦樣的化學成分及含量均相近，礦樣中Ca、Al、CO2含量較高，CaO含量為0.8%～2.0%，Al2O3含量為7.7%～9.0%，CO2含量為1.5%～3.2%，SiO2含量則大于80%，說明該礦石耗酸大，不適合采用酸法浸出。

2.3粒級篩析試驗

取1#和2#試驗礦石樣進行粒級篩析，結果見表4。

粒級篩析和U分析結果可知：兩個礦樣粒級組成相近，以0.45mm粒度為界，上下粒級礦石質量各占50%左右；不同粒級礦石U品位分布規律不明顯。

表3　礦樣成分分析結果/%

表4　T3和T7試驗礦石樣粒級篩析結果

2.4CO2+O2滾瓶浸出試驗

稱取1#礦石樣100g，鈾品位0.034%，化學成分見表3，采用CO2+O2浸出，液固比為10∶1，浸出時間24h。試驗時先通入O2，再通入CO2。為了比較，還進行了NH4HCO3+H2O2對比浸出試驗[9]。試驗結果見表5。

2.5不同液固比浸出試驗

稱取1#礦石樣50g，CO2壓力1.0MPa，O2壓力1.0MPa，總壓2.0MPa，液固比為3∶1和10∶1，浸出時間為1d、2d、3d、4d、5d和6d，浸出結果見圖4。

表5　CO2+O2滾瓶浸出試驗結果

圖4　不同液固比與鈾浸出率之間的關系

由圖4可知，浸出從第一天到第四天，浸出率逐步升高，但隨后浸出率不再有明顯變化；增大液固比，在一定程度上能夠提高鈾的浸出率。

2.6CO2+O2加壓多次浸出試驗

稱取1#和2#兩種礦石樣各50g，液固比3∶1，CO2壓力1.0MPa，O2壓力1.0MPa；每級浸出時間為24h；第五次和第六次各加入5mL雙氧水，浸出結果見圖5。

圖5　多級浸出與鈾浸出率之間的關系

從圖5可以看出，加壓多級浸出，從第一級到第四級，單級浸出率逐級遞減，但第五級加入雙氧水后，鈾浸出率出現較大幅度增加，鈾總浸出率達到90%左右。結果表明，采用多級攪拌浸出且后期加入氧化劑強化浸出的方式，可以獲得較好的浸出效果。加入氧化劑使得礦石中U(Ⅳ)被氧化為U(Ⅵ)后浸出，這與化學分析結果U(Ⅳ)占鈾總量的30%～40%相吻合。

3結論

1)兩個鈾礦床的礦石樣礦物組成和化學成分相差不大，采用CO2+O2浸出，鈾浸出速率較慢，短時間內鈾浸出率不高。

2)兩礦樣中U(Ⅳ)含量分別為46%和35%，加入雙氧水可以氧化U(Ⅳ)為U(Ⅵ)，提高鈾的浸出率；采用CO2+O2加壓多級浸出且后期加氧化劑強化浸出，鈾浸出率可達到90%。

3)CO2+O2加壓滾瓶浸出試驗裝置自行研制，方便實用、穩定可靠，可以滿足砂巖鈾礦浸出試驗要求。

參考文獻

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[10]蘇學斌，杜志明，劉乃忠，等.CO2+O2地浸開采條件試驗技術總結報告[R].北京：核工業北京化工冶金研究院，2009．

Experiment study on roller bottle leaching with high pressure CO2+O2of a sandstone type uranium ore from Xinjiang

LIU Shuai-shuai1，WANG Qing-liang1，HU E-ming1，LI Qian1，GUI Zeng-jie1，WANG Xing-xing1，YANG Yi-han2，ZHANG Yong2，ZHANG Qing-lin2

(1.School of Nuclear Resource Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China；2.Xinjiang Tianshan Uranium Co．，Ltd．，China National Nuclear Corporation，Yining 835000，China)

Abstract:According to the characteristics of CO2+O2 in-situ leaching technology，a roller bottle leaching device with CO2+O2 pressure was designed for the rock core samples of sandstone uranium deposit in Xinjiang province.The lab leaching experiments were conducted with the roller bottle.The results indicated that the uranium leaching rate could be reached 70%，when the pressure was 2.0 MPa and the ratio of liquid-solid was 10∶1.Using the method of multistage leaching and afterwards adding oxidants enhanced leaching，the uranium leaching rate was higher than 90%.The test showed that the uranium ore deposit is suitable for CO2+O2in-situ leaching technology.The parameters obtained from the experiment will provide reference and guidance for mine engineering design and field conditions tests.

Key words：CO2+O2；in-situ leaching of uranium；roller bottle leaching；high pressure leaching

收稿日期：2015-06-27

作者簡介：劉率帥(1988-)，男，湖南寧鄉人，碩士研究生，研究方向為溶浸采礦。 通訊作者：王清良(1969-)男，湖南寧鄉人，博士，教授，碩士研究生導師，主要從事生物技術和溶浸采礦技術研究。

中圖分類號：TD868

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4051(2016)06-0100-04