放射性铌铁精矿中铀钍的脱除及分离

通过对国内某企业进口放射性铌铁精矿进行工艺矿物学分析,确定该精矿的主要矿相为烧绿石,同时伴生钛铁矿和白云母,矿石中放射性元素U和Th的含量分别为0.27%和1.03%。针对该铌铁精矿,探索H_(2) SO_(4)-Fe(Ⅲ)、H_(2)SO_(4)-HF-H_(2)O_(2)、H_(2)SO_(4)-HF、H_(2)SO_(4)-HF-H_(2)O_(2)-(NH_(4))_(2)CO_(3)体系中U和Th的浸出及分离效果,最终确定H_(2) SO_(4)-HF-H_(2)O_(2)-(NH_(4))_(2)CO_(3)多段浸出工艺能有效实现U和Th的脱除与分离。U、Th的脱除率分别为100%和80%。基于研究提出了铌铁精矿U、Th脱除及分离工艺流程。

磷酸盐矿物固铀法处理含铀废水研究现状与进展

铀矿及铀-多金属矿采冶过程产生的含铀废水的无害化与资源化是核资源与环境领域的研究热点。综述了磷酸盐矿物固铀法处理含铀废水的研究现状与进展,介绍了可溶磷酸盐固铀、含磷天然矿物固铀、人工合成磷酸盐吸附材料固铀、生物介导有机磷固铀的固化原理及效果。相较于其他矿物固铀工艺,磷酸盐矿物固铀具有效率高、成本低、产物稳定性强的优点。磷酸盐固铀过程中,金属阳离子种类决定着固铀成矿过程及产物种类,在众多金属磷酸盐固铀矿物中,变钙铀云母的溶解稳定性最高,这为磷酸盐矿物固铀法在低浓度含铀溶液中铀的脱除与回收提供了新的思路。

氯化焙烧-水浸法从富铷锂云母矿中提取Li、Rb

由于低铷锂云母中的Rb赋存形态差异较大,且含量低,提Rb工艺参数稳定性差,难以实现工业化生产。本文以澳大利亚富铷锂云母矿为原料,采用NaCl-CaCl_(2)焙烧-水浸法进行了提取Li、Rb的试验研究,考察焙烧温度、配料比、时间和浸出液固质量比、时间、温度对Li、Rb提取的影响。结果表明,在富铷锂云母矿:NaCl:CaCl_(2)的质量比为1:0.6:0.4、焙烧温度为800℃、焙烧时间为1.5 h、水浸温度为25℃、液固比4:1、浸出时间15 min的条件下,Li、Rb浸出效果最佳,Li、Rb浸出率分别达87.8%和94.9%。焙砂及浸出渣的X射线衍射(XRD)分析表明,氯化焙烧后,锂云母中的Li和Rb矿相转化为可溶性的LiCl和RbCl相,同时生成KCl和难溶物CaAl_(2)Si_(2)O_(8)、NaAlSi_(3)O_(8)、CaF_(2)。△GΘT-T和△HΘT-T关系图表明,NaCl-CaCl_(2)与碱金属氧化物的反应顺序为Rb>K>Li;矿石中的SiO_(2)与Al_(2)O_(3)参与对碱金属的氯化反应有促进作用。

CO_(2)+O_(2)地浸采铀脉石矿物与浸矿剂相互作用研究

在CO_(2)+O_(2)地浸采铀应用过程中,浸矿剂不仅与载铀物质发生反应,亦与脉石矿物发生反应。为探索砂岩型铀矿主要脉石矿物与浸矿剂的相互作用,在中性条件下(pH分别为6.20、6.40、6.60、6.80和7.00)对脉石单矿物及天然铀矿石进行高压釜静态浸出试验,对比浸出溶液中各种离子浓度变化和反应后渣样的形貌变化特征。发现:1)方解石溶解可产生HCO_(3)^(-)和Ca^(2+),HCO_(3)^(-)升高能加速铀浸出,而Ca^(2+)浓度升高会增加石膏和方解石沉淀风险;2)黄铁矿与浸矿剂反应易产生H+,阻碍CO_(2)与水反应生成HCO_(3)^(-),不利于铀浸出,但当黄铁矿与方解石同时存在,黄铁矿同浸矿剂相互作用会加速方解石的溶解,故对富方解石的矿石来说,黄铁矿的存在有利于铀的浸出;3)钾长石溶解可形成黏土矿物,对溶出的铀酰离子有一定的吸附性;此外,黏土颗粒细小,在地浸工业应用过程中增加黏土物理堵塞的风险;4)高岭石在浸出过程中会释放其所吸附的其他离子,同时吸附铀酰。渣样矿物学分析结果显示,各种矿物在浸出过程中均发生差异性溶解,其中方解石溶解最明显,表面逐步被侵蚀粗糙,钾长石表面溶蚀微弱;黄铁矿表面随着浸矿剂的作用逐步覆盖一层铁氧化物或者铁的氢氧化物;高岭石的微观形貌变化不明显。

某砂岩型铀矿床矿石柱浸试验

柱浸试验是选择确定新矿床溶浸开采工艺的重要环节。采用某拟开发砂岩铀矿床的矿石,在实验室进行酸、碱法柱浸试验,并进行氧化浸出对比。酸法溶浸剂为6 g/L的硫酸溶液,碱法为3 g/L的碳酸氢铵溶液,氧化剂为300 mg/L的过氧化氢。结果表明,酸法浸出效果优于碱法浸出,氧化浸出优于无氧化浸出;酸度6 g/L+300 mg/L过氧化氢浸出效果相对最好,浸出54 d液计浸出率为87.42%,浸出率达到75%时液固比为2.29,酸耗9.0 kg/t。结合矿石碳酸盐含量较低的特点,建议采用6 g/L酸度的酸法工艺开展现场浸出条件试验,可考虑适量添加氧化剂。

基于第一性原理的Si掺杂磁铁矿稳定性研究

磁铁矿中出现的杂质元素及其赋存形式具有很好的环境指示意义。Si是磁铁矿中常见的杂质之一,尽管Si与Fe在离子半径、化合价、置换能量效应等方面均存在较大差别,但无论磁铁矿的原位成分数据还是湿法化学分析数据均表明,磁铁矿中含有一定数量(热液环境中生成的磁铁矿晶体的SiO_(2)的质量分数可达6.19%)的Si。为探究Si在磁铁矿中是否能稳定存在及其具体存在位置,在VASP中建立Si在磁铁矿中不同位置的模型,然后利用密度泛函理论第一性原理计算Si在磁铁矿晶体中不同位置的形成能,以此判断Si在磁铁矿晶体中的稳定性。结果表明,Si替代磁铁矿八面体中心的Fe的掺杂形成能为-4.13 eV,替代四面体中心的Fe的掺杂形成能为-3.85 eV。值得注意的是,1个磁铁矿原胞内2个Fe^(3+)(四面体中心)全部被Si替代的形成能为-8.87 eV。从掺杂形成能的角度来看,Si在磁铁矿四面体及八面体的中心位置均可存在,但Si代替四面体中心位置的全部Fe^(3+)得到的结构最稳定。

地浸采铀工艺分类方法的探讨

随着地浸技术的发展,一些新工艺很难简单地用传统的酸、碱分类方法进行界定,出现工艺归类与地浸实际工作状态不一致的现象,也造成了技术交流的不便。在综述目前主要地浸工艺及其铀迁移原理的基础上,对地浸采铀工艺分类方法进行了探讨,提出了分别以地浸工作液pH和浸出铀的迁移形式为依据的分类方法。

酸性含Fe^(3+)溶液作用下铀的溶解迁移特征

采用不同Fe^(3+)浓度的酸性溶液,对取自新疆伊犁盆地的砂岩铀矿石进行了溶浸对比试验,探讨了铀在酸性含Fe^(3+)溶液作用下的溶解迁移动力学特征及其与Fe^(3+)的关系。结果表明,在Fe^(3+)的氧化作用下,铀从矿石向溶液的迁移于10小时内快速达到平衡,溶解速度衰减迅速;铀的溶解速度与Fe^(3+)向Fe^(2+)转化速度呈正相关的指数函数关系,当Fe^(3+)向Fe^(2+)转化速度趋近零时,铀的氧化溶解基本停止,溶液中的铀达到平衡浓度;Fe^(3+)向Fe^(2+)浓度达到2g/L可使铀强烈溶解迁移,而溶液酸度增高会弱化铀溶解速度与Fe^(3+)转换速度的关系,但酸度在2g/L^4g/L(对应pH值1.65~1.33)之间变化不会对铀的浸出产生显著影响;保持Fe^(3+)浓度为2g/L、酸度为2g/L(pH值1.65)的水化学条件对铀的溶浸是经济且足够有效的。

某砂岩型铀矿地浸采铀试验溶浸液化学组分运移模拟

在砂岩型铀矿地浸采铀过程中,溶浸液一些化学组分进入含矿含水层,并在地浸结束后继续运移,从而可能给当地地下水环境造成影响。本文以某砂岩型铀矿床地浸采铀试验过程中NO3-离子的运移为例,运用计算机模拟技术,对地浸采铀过程中以及地浸结束后溶浸液化学组分的运移特征进行了研究。模拟结果表明,地浸期间NO3-向外的运移,基本可控制地浸块段周围20～30m的范围之内;地浸结束后,该离子在天然流场条件下,主要向下游方向弥散运移,弥散羽浓度中心运移缓慢,平均速度为0.014m/d,10年后羽缘仍在距离地浸块段130m范围以内,且其中心浓度从地浸结束时的256.9mg/L逐渐衰减至58.9mg/L。

砂岩型铀矿石无氧化剂碱法浸出特征

为研究无氧化剂条件下砂岩铀矿碱法溶浸水岩作用过程及铀浸出特征,在实验室开展了蒸馏水浸泡和无氧化剂碱法浸出试验。结果表明,无试剂的水岩作用盐离子综合体及水中天然溶氧作用,可使铀向水中弱迁移;无氧化剂碱法浸出铀迁移强度与HCO3-浓度正相关,HCO3-浓度700～900mg/L是对浸铀影响相对显著的区间;UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-是无试剂和碱法浸出溶解铀的主要存在形式,两者占比与HCO3-浓度和pH相关。缺少氧化作用的碱法浸铀强度较弱,液固比1.5∶1浸出40d铀回收率17.17%～22.37%,且浸出速度衰减较快,这与矿石中的铀以四价占优有关。尽管如此,在碱性地下水体系尤其是碱法地浸退役采区,长时间内铀的迁移仍不可忽视。

某砂岩型铀矿床矿石微生物浸出试验

对某砂岩型铀矿床的矿石进行了不同酸度和Fe^(3+)浓度的微生物浸出试验,以及与酸法浸出(H_2SO_4浓度5 g/L)的对比试验。结果表明,微生物浸铀在4 g/L酸度、2 g/L Fe^(3+)条件下铀浸出率最高(96.43%),比酸法浸出率高27%;微生物溶浸时Fe^(3+)浓度超过2 g/L对浸铀没有明显的提升作用。

应用粒子示踪模拟技术确定地浸采铀溶浸范围

溶浸范围是铀矿地浸开采经济技术评价的重要考量要素之一。由于溶浸过程发生在地下矿层,溶浸范围的确定往往比较困难。本文以我国某砂岩铀矿地浸单元为例,根据研究区水文地质条件和实际地浸抽注液流量数据,运用地下水模拟软件Visual Modflow粒子示踪技术对溶浸液渗流路径和范围进行了模拟,模拟结果的示踪迹线指示出了溶浸液从注液孔进入矿层后的不同渗流方向、速度及运移路径,沿该迹线的溶浸液流量有所不同,对抽液总流量的贡献率也不同。按贡献率大小从低到高剔除占总贡献率5%的那些低效率的迹线,保留占总贡献率95%的迹线,以此圈定了该地浸条件下的有效溶浸范围,计算得出有效溶浸面积是钻孔所围几何面积的1.51倍。

砂岩铀矿CO_2+O_2地浸初期流场模拟及水化学验证

以新疆某砂岩型铀矿床"六注两抽"的地浸单元为研究对象,采用数值模拟与水化学分析相结合的方法,对CO_2+O_2中性地浸初期流场形成进程及其与溶质运移的关系进行了研究。结果表明,在以抽孔和注孔连线为轴线的纺锤形地浸流场中,地浸溶液前锋用时15d抵达抽液孔。SO_4^(2-)和HCO_3^-浓度变化对地浸初期前锋溶液渗流的反应灵敏而精准,是判断CO_2+O_2中性地浸最初阶段溶液前锋运移理想的天然示踪剂。地浸初期Ca^(2+)、Mg^(2+)的碳酸盐都处于过饱和状态,其运移滞后于溶液渗流并与pH的变化密切同步。渗流模拟、水文地球化学模式计算结果以及实际水化学监测数据之间存在良好的互证性,这些方法的综合应用可使地浸流场分析更为客观和可靠。

地浸采铀抽注平衡关系对溶浸液流失与地下水流入的影响

在地浸采铀过程中,需要尽量减少溶浸液向采区外围流失,并控制采区外围天然地下水向采区的流入量,以提高浸铀效率和减轻对周围地下水环境的影响。以某地浸采铀单元为例,通过设置不同的抽注流量组合进行地浸水动力数值模拟计算,研究地浸抽注平衡关系对溶浸液的流失及地下水流入的影响规律。结果表明,地浸采铀过程抽注流量的平衡关系是影响溶浸液流失量和外围地下水流入量的重要因素,溶浸液流失量随抽注流量比值的增大而减少,外围地下水的流入量则随抽注流量比增大而增加。当抽注流量比≥0.87时,溶浸液流失量可控制在注液流量的15%以下,而抽注流量比≤1.13时,外围地下水流入量不超过抽液流量的14%。模拟结果为合理控制地浸采铀过程中的溶浸液和地下水交换量提供借鉴。

功能化ZIF-90对模拟废液中Co(Ⅱ)的吸附性能

为开发一种兼具高选择性、大吸附容量和快速吸附能力的吸附剂以高效处理放射性废液,本文通过合成后改性,将金属有机框架(MOFs)材料ZIF-90上的游离醛基与硫代氨基脲(TSC)进行缩合,进一步合成了功能化的MOFs材料ZIF-90-TSC。采用扫描电镜、热重分析、N2吸附-解吸、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱对该材料进行了表征,并研究了其对模拟废水中Co(Ⅱ)的吸附性能。结果表明:在初始pH=6.70、温度303 K、Co(Ⅱ)初始浓度500 mg/L条件下,ZIF-90-TSC对Co(Ⅱ)的最大吸附量为151.23 mg/g;在多金属离子溶液中ZIF-90-TSC对Co(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)表现出选择性吸附。热力学和动力学分析表明,ZIF-90-TSC对Co(Ⅱ)的吸附过程是自发、吸热的过程,符合准二级化学吸附和Langmuir单分子层吸附。因此ZIF-90-TSC在吸附处理放射性废液中的Co(Ⅱ)有一定的应用前景。

MT3DMS中混合欧拉-拉格朗日数值解法分析

MT3DMS是地下水溶质迁移模拟软件MT3D家族中较新的版本,其功能在原有版本的基础上有了很大的拓展。它包括了三类主要的溶质迁移求解技术,即：标准有限差分法、基于粒子示踪的混合欧拉-拉格朗日法以及高阶有限差分TVD法。本文在简要介绍几种解法后,重点介绍了MT3DMS中基于混合欧拉-拉格朗日法的MOC、MMOC和HMOC解法,并以实际算例来说明它们在不同条件下求解的差异。

地浸采铀钻孔过滤器对溶液渗流影响的数值模拟

为提高矿体薄、矿砂比小的砂岩型铀矿地浸溶液工作效率,采用数值模拟方法对钻孔过滤器影响溶液在矿层和围岩的流量分布进行了计算,以优化钻孔结构。结果表明,钻孔过滤器向围岩延伸方向及长度,是影响地浸溶液渗流分布的重要因素;采用抽、注孔过滤器分别自矿层向下围岩和上围岩延伸的结构,可以有效增加溶浸液流经矿层的比例;过滤器延伸长度以2～3 m为宜,处于高位的注液孔过滤器延伸长度可略小于低位注液孔,有利于不同方向的均衡浸出。

江西相山铀矿田构造-岩浆演化及其成矿规律

文中研究了相山铀矿田的构造、火山沉积及岩浆岩期后热液成矿作用,提出了矿田地质演化及其铀成矿规律等方面的一些新认识。从145 Ma以来,相山铀矿田的地质演化可划分为3个阶段和与之相对应的3套构造(主要为断裂)体系及2期成矿作用:(1)火山盆地和火山机构形成阶段,是铀成矿的奠基阶段;(2)东、西两部分差异抬升剥蚀阶段,形成的断裂走向总体为SN向,相对应的是早期铀成矿阶段;(3)红盆形成阶段,主要形成NE向断裂带,相对应是晚期铀成矿阶段。第2阶段的构造体系叠加改造第1阶段的构造体系而形成早期铀成矿作用。第3阶段的红盆构造体系对前2阶段构造体系的叠加改造而形成晚期铀成矿作用,晚期成矿作用的强度和规模都要超过早期成矿作用。这3套构造体系相交的降压空间,是找矿的有利部位。

地浸采铀矿山地下水环境修复研究进展

地浸采铀技术已成为世界采铀的主流工艺,采区退役后地下水环境修复亦为人们所关注的热点。文章简要介绍了碱法、中性和酸法三种典型地浸采铀技术的特点,系统分析了地浸采铀对地下水环境的影响,并以酸法地浸铀矿山地下水环境修复技术为例,重点介绍了物理化学修复技术和生物修复技术及其原理与应用,归纳总结了其优缺点,并对未来的研究方向进行了展望。指出下一步应加强在酸性与氧化环境中能使铀固定并长期稳定的新技术,高活性、强适应性修复菌群的选育、驯化技术,地下水异位原位协同生物修复技术,以及放射性核素及重金属在铀矿地浸地下水环境中的吸附解吸、氧化还原、溶解沉淀等行为与机理及其主控因素等方面的研究。

中国铀矿采冶回顾与展望

中国铀矿包括火山岩型、花岗岩型、碳硅泥岩型、砂岩型和煤岩型等多种类型。铀矿采冶始于20世纪50年代,早期以火山岩型和煤岩型铀矿常规地下开采为主,部分埋藏较浅的矿床则以露天开采的方式进行;铀的提取采用破磨搅拌浸出或堆浸工艺。20世纪90年代以来逐步向砂岩铀矿开采转型,以采冶一体的原地浸出方式进行开采和铀的提取,按浸出剂的不同主要分为酸法、碱法、中性(CO_(2)+O_(2))等工艺,其中酸法和中性浸出工艺在中国应用最为广泛。近年来微生物浸出技术在铀矿堆浸和地浸方面均有所突破,部分实现工业应用。清洁、高效和数字赋能是铀矿采冶发展的主要趋势,建设绿色、高效、智能的铀矿大基地也正在成为中国天然铀产业高质量发展的新动能。