趙 春,張 霖,李清海,鄭元澤,王清良,胡鄂明,王國全
(1.核工業(yè)二一六大隊, 新疆 烏魯木齊 830011;2.南華大學核資源與核燃料工程學院,湖南 衡陽 421001;3.新疆維吾爾自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督站, 新疆 烏魯木齊 830011)
近年來,國內(nèi)很多學者對鈾礦開采進行了大量研究,主要圍繞地浸、堆浸等工藝開展了大量的室內(nèi)攪拌浸出、柱浸、槽浸、滲濾浸出等試驗。我國目前約70%采用堆浸工藝進行生產(chǎn),堆浸工藝以其工藝簡單,投資少,見效快,管理簡單,浸出成本低,適用于較低品位鈾礦石浸出,相對于傳統(tǒng)鈾水冶工藝環(huán)境污染較少等優(yōu)點,占據(jù)我國天然鈾礦生產(chǎn)的主要份額[1-4]。影響堆浸浸出率的因素很多,包括礦石粒度、酸濃度、氧化劑種類及濃度、液固比、噴淋強度等[4-6]。本文是針對新疆某含鈾多金屬礦的礦石特征,為開發(fā)利用我國不同類型的鈾礦資源,以滿足核電快速發(fā)展對天然鈾的巨大需求,為將來堆浸工藝技術(shù)的實施開展室內(nèi)攪拌浸出和柱浸試驗,以獲取相關(guān)參數(shù)。
試驗礦樣采集于新疆某鈾礦床,礦石為次生礦,已采出并放置地表多年,均為塊狀,最大粒度約200mm。制樣時,先人工把大塊礦樣敲碎至-80 mm,然后進行破碎、混勻、縮分、細磨和取樣,分析結(jié)果見表1。
表1 礦樣化學分析結(jié)果/%
表1數(shù)據(jù)表明,礦石中CaO含量較高,達到4.80%,酸法浸出時酸耗可能較高;礦石中有一定量的F,在進行浸出液后處理工藝過程中需要予以考慮;BeO含量較高,具有開發(fā)利用價值,在浸鈾工藝中需要考慮BeO的浸出行為,但此工藝暫不考慮其浸出與回收工藝。
礦石破碎、細磨后控制粒度為-65目,每次稱取礦樣100g于500mL三角瓶中,配制溶浸液,控制一定液固比,調(diào)節(jié)搖床轉(zhuǎn)速210 r·p·m,控制一定溫度,進行震蕩攪拌浸出。浸出結(jié)束后,進行真空抽濾,濾渣用pH=2的酸化水再制漿洗滌兩次,每次酸化水用量為100mL,并分別進行真空抽濾,兩次洗液合并。浸出液和洗液分別測量其體積、Eh、pH和分析U。浸出渣烘干,細磨后分析渣的U品位。
2.2.1 酸度對浸出效果影響
選擇浸出條件:浸出時間6h,溫度37℃,液固比3∶1,進行了不同溶浸液酸度對浸出效果影響試驗,結(jié)果見表2。
由表2數(shù)據(jù)可知:①該礦石浸出性能較好,在一定溶浸液酸度條件下金屬鈾浸出率大于90%;②溶浸液酸度對金屬鈾浸出率有較大影響,隨著溶浸液酸度增加,金屬鈾浸出率升高。
2.2.2 液固比對浸出效果影響
選擇浸出條件:浸出時間4h,溫度37℃,硫酸濃度30 g·L-1,進行了液固比對浸出效果影響試驗,結(jié)果見表3。
表3數(shù)據(jù)表明,液固比對金屬鈾浸出率影響不大,可以選擇較小的液固比以獲得較高U濃度的浸出液。
2.2.3 氧化劑對浸出效果影響
選擇浸出條件:浸出時間6h,溫度35℃,液固比3∶1,硫酸濃度30 g·L-1,進行了氧化劑對浸出效果影響試驗,結(jié)果見表4。
表4數(shù)據(jù)表明,加入不同種類氧化劑及濃度對金屬U的浸出效果影響不大,加氧化劑的金屬U浸出率與不加氧化劑條件相當。分析原因在于一方面礦石粒度較小,在浸出過程中,溫度為35℃作用條件下,礦石中的U4+可能被溶液中的溶解氧氧化;另外,礦石破碎和細磨過程中也可能導致礦石中的U4+被空氣中的氧氣氧化。
2.2.4 時間對浸出效果影響
選擇浸出條件:溫度35℃,液固比3∶1,硫酸濃度30 g·L-1,進行了時間對浸出效果影響試驗,結(jié)果見表5。
由表5可知,攪拌浸出4~24h時間范圍內(nèi),時間對鈾的浸出率影響不大,這進一步說明該礦石浸出性能好。
2.2.5 大樣驗證試驗結(jié)果
為了進一步驗證上述攪拌浸出試驗所得到的各項參數(shù)的可靠性和礦石的浸出性能,設(shè)計了500g礦樣在常溫下的攪拌試驗。浸出條件為:浸出時間6h,液固比為3∶1,溶浸液為30 g·L-1H2SO4,不加氧化劑,浸出試驗結(jié)果見表6、表7。
表2 酸度對浸出效果影響試驗結(jié)果
表3 液固比對浸出效果影響試驗結(jié)果
表4 氧化劑對浸出效果影響試驗結(jié)果
表5 時間對浸出效果影響試驗結(jié)果
表6 大樣浸出試驗結(jié)果
表7 大樣浸出試驗前后主要成分的變化
從表6可以看出:在選定的試驗條件下,大樣浸出效果與前面浸出效果吻合,金屬鈾浸出率達到88.5%;該礦石浸出性能尚好,在一定酸度、浸出時間和液固比條件下可以獲得較好浸出率,耗酸約9%。
從表7可以看出:礦樣被酸浸出后除了U近90%浸出外,F(xiàn)e2O3、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則很少被浸出,SiO2幾乎不被浸出,并隨其他元素的大量浸出使得渣總質(zhì)量減少,其相對百分含量反而由原礦的69.39%升高至71.49%。
將礦石破碎至不同粒度,按柱浸試驗裝置圖1進行安裝、連接,將礦石稱重后裝入浸出柱(5)中。浸出前用清水潤濕礦石,然后溶浸液從高位槽(1)噴淋,噴淋時溶液經(jīng)布液板(3)分散后淋浸礦石(4),溶液噴淋強度由閥門(2)進行控制,溶液經(jīng)過礦石層后由過濾層進入集液管(7)收集在集液槽(8)中。從集液槽中取浸出液,計量溶液體積,分析溶液U濃度、pH、Eh。當浸出液U濃度低于30mg/L時,結(jié)束柱浸試驗,用清水洗滌、瀝干,渣卸出后烘干、縮分、破磨,分析U品位。
1-高位槽;2-閥門;3-布液板;4-礦樣;5-浸出柱;6-過濾層;7-集液管;8-集液槽
柱浸試驗條件和主要結(jié)果列于表8,柱浸試驗結(jié)果見圖2~圖7。
從表8和圖2~圖7可知:
1)該礦床礦石浸出性能尚好,適宜酸法浸出,酸法浸出金屬浸出率均高于85%;礦石因CaO含量較高,酸耗為9%~13%;堿法浸出效果較差,金屬浸出率僅為65.4%。
2)柱浸試驗礦石粒度對浸出效果有較大影響,小粒級礦石浸出率高,浸出周期短,浸出液平均鈾濃度和最大鈾濃度高,液固比較小,但酸耗較高。
3)裝柱礦層高度對浸出效果有一定影響,礦層高度越大,浸出液平均鈾濃度和最大鈾濃度高,酸耗較低,液固比較小。為了提高堆浸技術(shù)經(jīng)濟指標,生產(chǎn)實際中可考慮增加堆高或串聯(lián)浸出。
4)浸出曲線均顯示,浸出規(guī)律基本相似,浸出初期浸出U速度快、耗酸大、浸出液U濃度高,以后逐漸降低。曲線中平緩階段時間長,導致浸出周期長。根據(jù)平緩段時間長、U濃度低的特點,在該階段可考慮改變浸出條件,比如淋、停交替作業(yè)以及翻堆等是可以選擇的方案。
表8 柱浸試驗參數(shù)及結(jié)果
圖2 柱1浸出試驗結(jié)果
圖3 柱2浸出試驗結(jié)果
圖4 柱3浸出試驗結(jié)果
圖5 柱4浸出試驗結(jié)果
圖6 柱5浸出試驗結(jié)果
圖7 柱6浸出試驗結(jié)果
1)該礦石適合酸法浸出,浸出性能好,屬易浸礦石;礦石中CaO含量高導致酸耗較高,達到9%以上;酸法浸鈾過程中BeO浸出很少,可考慮對浸鈾渣進行BeO的提取。
2)礦石粒度對浸出效果有較大影響,小粒級礦石浸出率高,浸出周期短,液固比較小,但酸耗較高。生產(chǎn)實踐中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際條件,綜合礦石破碎成本,選擇合適礦石粒度。
3)礦層高度對浸出效果有一定影響,礦層高度越大,浸出液平均鈾濃度和最大鈾濃度高,酸耗較低,液固比較小。為了提高堆浸技術(shù)經(jīng)濟指標,生產(chǎn)實際中可考慮增加堆高或串聯(lián)浸出。根據(jù)浸出曲線,還可考慮在浸出中后期改變浸出條件,比如淋、停交替作業(yè)以及翻堆等是可以選擇的方案。
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