溶浸采铀(矿)
第一章 概述
1、溶浸采铀的内涵及分类;
2、国内外溶浸采铀的发展及现状;
3、铀矿物的特性及种类;
4、溶浸采铀相关名词及专业术语;
1.1 溶浸采铀的内涵
溶浸采铀是当今世界上最先进的一种铀矿采冶新工艺。它是一种集 地质(包括水文地质)、采矿、选矿、冶金 于一体的新型铀矿开采方法。
它涉及的学科多,包括 水文、地质、采矿、化工、分析、
冶金、机电、自动化 等。
该新工艺具有强劲的竞争力和旺盛的生命力。它具有其突出的优点,投资少、工艺简单、生产成本低、投资见效快、
资源利用率高和环境污染小 等。
1.2 溶浸采矿法的分类
由于溶浸采矿(铀)是一种新工艺,所以对其称谓比较混乱,根据其溶浸机理及地点因素可分为,溶解法,和,溶浸法,两大类。
溶解法,顾名思义,即在浸出过程中不改变物质成分,只是通过简单的物理溶解作用,将矿物溶解转入液体而抽出地表。如岩盐、芒硝( Na2SO4)、
钾碱等的开采。
溶浸法(浸出法),将含有化学试剂的溶浸液注入含矿层(或喷向矿堆),
溶浸液与矿物充分接触,发生化学反应(氧化、溶解等作用),从而将矿物溶解(在地下水中)出来进入溶液中。如溶解在地下水中,将其抽出地表,
然后加工处理成所需产品。
浸出采矿法按其浸出机理和方法不同又分为四种
堆浸法
地浸法
原地破碎浸出法
联合浸矿法
( 1)堆浸法
采用常规方法采出矿石,进行筑堆浸出金属。堆浸法按其工艺特点又分为两种:
a.非筑堆浸出法 —— 向露天排矸场或废石直接喷淋浸出;
b.筑堆浸出法 —— 即要对矿石先进行破碎筑堆,
然后再喷淋浸出。筑堆浸出法又分为,地表堆浸法 和 井下堆浸法 两种。
( 2)原地浸出法(地浸)
所谓原地浸出采铀(矿),是指矿石处于天然埋藏条件,没有经过任何位移,而是通过注液钻孔将配制好的溶浸液注入含矿层中,溶浸液与铀矿物充分接触,发生氧化、溶解作用,从而将固相铀转变为液相铀汇入含矿含水层液体中,经抽液钻孔抽致地表,进水冶厂处理成所需铀产品。
( 3)原地破碎浸出法
在露天或井下,利用补偿空间采用爆破手段将矿体崩落、破碎致合适块度,即形成自然矿堆,再对矿堆进行布液、喷淋、浸出,浸出的含铀溶液经集液系统收集后,
送到水冶厂加工处理成铀产品。
( 4)联合浸矿法
除用堆浸法以外的两种或两种以上的浸矿法
(即地浸法和原地破碎浸出法)联合开采一个矿块的方法叫联合浸矿法。
2 国内外溶浸采铀的发展史和现状
2.1 国外
60年代初,世界各国竞相研究原地浸出采铀技术,并获得迅速发展,首先是 美国 和前苏联 开始研究。
美 国
1957年,美国一位学者提出用地浸法开采铀矿床的想法,
较系统地开展地浸采铀试验研究是 20世纪 60年代初;
1961年,美国犹他州建筑公司和采矿公司( Utar
Construction and Mining Co.)首先在怀俄明州的一个铀矿床系用地浸法进行了半工业试验,并于 1963~1968年组织了小规模生产,月产 U3O8达 3.63t;
1963~1970年,美国用地浸法生产 U3O8达 675t。 1975年,
已步入商业性生产阶段。
70年代后期,地浸采铀在美国得克萨斯州、怀俄明州、科罗拉多州、新墨西哥州及内布拉斯加州等地迅速发展。
90年代后,地浸法已成为美国铀业生产的主要手段,许多常规矿山不断关停,转入用地浸法开采。
1993年,美国只剩下 4座地浸矿山在生产,常规铀矿山全部关停。其中:①核电公司的海兰矿,生产 U3O8340t; ②
Uranerz公司的克萨巴特矿生产 U3O8281t; ③ Cogema公司的艾尔梅斯奎特矿生产 U3O8181t; ④ Cogema公司的艾里加里克斯廷森矿生产 U3O8181t。这 4座矿山共生产 983t U3O8,
占美国年铀总产量的 1542t的 60%以上,其余铀产量来自磷酸厂的副产品。
1996年,地浸法生产的铀产量已占美国年铀总产量的 93%
( 1967t/1739t)。
独联体国家
60年代初开始进行地浸采铀试验研究;
70年代相继进行工业规模生产。特别是哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等加盟共和国,
由于其具有极为丰富的适于用地浸法开采的砂岩铀矿资源,并且具有良好的地质、
水文地质条件。因此,地浸技术发展相当快,它已成为全球的主要产铀大国。
1993年,哈萨克斯坦用地浸法生产 U3O81500多 t,
占该国年铀总产量的 54%;乌兹别克斯坦用地浸法生产 U3O81950t,占该国年铀总产量的 75%。乌兹别克斯坦下设 5个矿务局:北方、南广、中部、
扎拉夫山和第五矿务局; 3个水冶厂,1#水冶厂位于 诺瓦依,2#水冶厂位于扎拉夫山,3#水冶厂位于乌丘库杜克。诺瓦依是一个以铀矿冶和黄金采冶为主的大型联合企业,其年总产值占该国国民经济年总产值 40%左右,乌丘库杜克年产
U3O81000多 t。
捷克斯洛伐克
1967年开始进行地浸采铀半工业试验;
1995年,地浸井场面积已达 800万㎡
左右,日抽液量为 12万 m3,1995年用地浸法生产 U3O81000t左右;
保加利亚
70年代末开展地浸采铀试验。在该国南部的某砂岩铀矿床用地浸法开采。渗透系数
K=0.3~0.8m/d,U品位为 0.02~0.07%,回收率达 75%,1990年用地浸法生产的 U占年总产量的 70%,成本为地下法的 1/2。
其 它 国 家
巴基斯坦、澳大利亚、埃及,也都相继进行了各种类型的地浸采铀试验研究,并收到了较好的效果。
2.2 我国原地浸出采铀研究历史及现状
我国原地浸出采铀研究始于 1969年。原核工业第六研究所是我国最早研究地浸采铀的单位,经过近 20年的艰辛研究,终于在
1986年获得成功。
广 东
1969年,当时在广东河源县砂岩铀矿进行小型探索性试验,施工 7个钻孔,建立了水冶设施,但由于抽液量太小,U浓度也只有
10多 mg/L,于 1973年停止试验。
东北
1978~1981年,原核六所王西文、丁桐森等人在黑龙江牡丹江 501矿床开展地浸采铀条件试验,也是由于钻孔抽量太小而中止试验,但在试验方法、装置等方面积累了许多经验。
云 南
1980年,原核工业第六研究所所长王西文同志从云南腾冲 381矿床取回矿样开始室内实验;
1982年 10月进行现场条件试验,在原十一军 35101部队化工厂的大力支持与配合下,试验获得成功。
1987年 1月通过部级鉴定,荣获部科技进步一等奖。
1991年后连续生产几年,每年产 U3O82~3t。
新 疆
1987~1989年在新疆伊犁 512矿床开展地浸采铀条件试验;
1991年进行 20t/a规模的半工业性试验,92年 6月投产,当年生产
U3O8 9t多,93年产量达 20t,94年达 40t;
1995年进行 50t/a工业试验,当年生产 U3O8100多 t,建成了我国第一座地浸采铀矿山。至今为止,每年 U产量都保持在 200t左右。
511矿床 1995年开始试验,现年产量 U3O8 30 t 。
1998年,在新疆吐鲁番盆地开展条件试验,但由于该矿床地质条件复杂,环境恶劣,试验进展缓慢,目前有所突破,准备建厂。
展望
由于溶浸采矿法在我国同样具有旺盛的生命力,因此,目前我国的常规法铀矿山基本上都已关闭,转入用溶浸法开采。我国的新疆、内蒙、黑龙江、云南等地都有适合于用地浸法开采的铀资源,所以,原地浸出采铀技术在我国具有广阔的前景。
3 铀矿物
3.1 铀矿物的化学特性及分布形式铀广泛分布在地球的岩石和海水中,地壳中平均含量为
4g/t,在海水中达 3.3μg/L。铀的化学活性好,能与很多物质起反应。
1) 铀的价态铀在自然界中一般认为有三价,四价,五价,六价四种价态 。 而较稳定的只有四价铀和六价铀两种 。
2) 铀的氧化物铀属亲氧之素,其氧化物较多,主要有 UO2,U3O8,UO3。
3) 铀酰离子及络合物矿石中的铀都是以铀酰络离子的形式转入浸出液中 。
3.2 铀在地壳中的存在形式
①形成铀矿物如内生矿床中的晶质铀矿、沥青铀矿、沉积岩中的铀石;
②呈吸附状态存在以铀酰离子 UO22+被有机质、磷灰石、粘土等物理吸附或化学吸附,或以超显微粒状的铀矿物混入矿物中。
③与非铀矿物呈类质同象存在,
以 U4+置换其中离子半径大致相等的元素,如在独居石、磷灰石、钛酸盐等矿物就有铀的类质同象存在。
3.3 铀矿物的种类由于各矿床的成因不同,因此,铀矿物的成份复杂的,
种类也相当繁多 。 因此,只介绍几种铀矿物:
① 简单氧化物类
a.铀氧化物类:如沥青铀矿,铀黑等;
b.铀钍氧化物:如晶质铀矿,方钍石等;
② 复杂氧化物类:
如含铀的钛,铌,钽等稀土元素矿物,它们在高温条件下形成;
③ 氢氧化物类:
在酸性条件下,低价铀被氧化成 U6+;在碱性条件下,UO22+
离子则形成次生铀矿;
④ 硅酸盐类:
以铀的硅酸盐或硅酸铀酰形成存在于氧化带中;
我国主要的铀矿石有:沥青铀矿,铀石,钙钛铀矿,钙铀云母,铜铀云母等 。 分为:氧化铀矿 ( 六价铀 ),原生铀矿 ( 四价铀 ),次生铀矿 ( 六价铀 ) 。
4 溶浸采铀的常用名词及专业术语溶浸采铀在我国铀矿冶是一种新工艺、新技术,人们对该技术中所涉及的一些名词和专业术语叫法不一,容易造成误解,为便于工作的开展和学术上的交流,现将溶浸采铀中的名词、术语解释如下:
(1)溶浸剂 —— 用于溶解矿物的化学试剂,如,H2SO4、
NaOH等。
(2)溶浸液 —— 由溶浸剂 +氧化剂 +水 (或尾液 )按一定比例配制而成的溶液,用于注入矿层,溶解矿物的液体。
(3)浸出液 —— 浸出矿石后得到的含有用组分的溶液。
(4)淋洗剂 —— 用于淋剂富含铀的饱和树脂的液体:如 H2SO4+ NaCl+H2O;
(5)沉淀剂 —— 用于沉淀淋洗下来的金属铀的试剂:如 NaOH;
(6)渗透系数 —— 指液体中的水在单位时间内所流经的距离,m/d;
(7)单孔抽液量 —— 单个钻孔在单位时间里抽出的水量;
(8)溶浸死角 —— 在溶浸采矿中,溶浸液没有流到(覆盖)的矿体,叫做溶浸死角;
(9)原矿岩孔隙度 —— 孔隙体积占原矿岩体积的百分比即 nu= ( Qz -Qk ) / Qz × 100%
式中,nu— 整体矿岩孔隙度( %); Qz— 整体矿岩体积; Qk— 原整体矿岩固体部分的体积;
(10)有效孔隙度 —— 在一个多孔体系(矿体)中有两种孔隙存在,一种孔隙间是彼此不连通的,一种孔隙间是彼此连通的,对矿石浸出来说需要利用连通的孔隙进行矿石浸出,这部分孔隙称为有效孔隙,它与体系总体积之比称为有效空隙度。
即 nus=Qus /Qz × 100%
式中,nus— 有效孔隙度( %); Qz— 体系总体积;
Qus— 体系中有效孔隙体积之和。
(11)溶浸液单耗量 —— 单位被浸矿石所消耗的溶浸液的量,用下式表示,
)(
被浸量溶浸液消耗量溶浸液单耗量 tkg /?
(12)矿岩湿度 —— 矿岩含水量。

%1 0 0?
g
gz
W
WW
W
式中,W — 矿岩湿度 ;Wz — 矿岩在自然湿度状态下的质量 ;
W g — 矿石在干燥状态下的质量。