独居石优溶渣浸出过程研究

独居石是典型伴生铀、钍的稀土矿资源,通过现有的碱溶转化、优溶等步骤提取稀土后,所得优溶渣是富含铀、钍、稀土的重要二次资源。为与稀土提取保持一致的盐酸体系,研究优溶渣的盐酸浸出过程对整体回收工艺十分关键。采取单因素试验考察浸出过程条件对铀、钍、稀土浸出率的影响。结果表明,使用下述优化参数:盐酸浓度6 mol/L、浸出时间1.5~2 h、浸出温度60℃、液固体积质量比3 mL/g时,优溶渣中铀、钍、稀土的浸出率分别可达90%~95%、92%~93%、>60%,实现了较高的资源回收率。浸出渣的工艺矿物学分析表明,其主要由锆石、钍化合物和石英等脉石矿物组成。剩余的稀土组分则主要集中在未分解的独居石中,其余为少量磷钇矿和褐钇铌矿。试验结果可为独居石优溶渣的综合回收技术提供基础数据和支撑。

氯离子体系铀溶液中铁、钍、稀土的去除研究

采用复盐沉淀法,用硫酸钠同时去除氯离子体系铀溶液中的铁、钍、稀土杂质离子,并研究了硫酸钠用量、反应温度、反应时间、体系pH等对除杂效果的影响。结果表明,反应的最佳条件为:硫酸钠用量为理论量的160%、反应温度95℃、反应时间2 h、体系pH=0.75~1.25。在此优化条件下,铁、钍和总稀土的平均去除率分别达到99.62%、99.42%和98.27%,铀的平均回收率为99.87%。方法具有除杂效果好、铀损失率低、易分离等优点。

鄂尔多斯某砂岩铀矿试验开采过程中地下水流场时空特征

砂岩型铀矿原地浸出过程中,需要向含矿含水层注入溶浸液,抽取含铀地下水,创造一个人工局部流场。该流场控制溶浸液迁移和溶浸范围,因此掌握地下水流场特征有利于地浸采铀井场工艺调控。以鄂尔多斯盆地某地浸铀矿山一个试验开采区为例,分析80口生产井工作8年的地下水流场的时空特征,可以得出:1)在研究区中,30个抽注单元抽液流量总体上约等于注液流量,抽注基本平衡。2)C8-1单元抽水能力最大,水位最低。研究区内水位在1186~1344 m,水流方向主要是由注水井流向相邻抽水井。3)C7-10单元抽井与左上角注井井距过大,造成抽注井之间出现溶浸死角。4)如果各抽注单元流量均衡,各抽注井距相差不大,抽注单元易形成流速适中的流场,溶浸死角较小;如果井场中各井抽或注流量差异大,易形成溶浸死角,且不合理的井距会增加溶浸死角的范围。

新疆洪海沟矿床酸法地浸采铀试验

洪海沟矿床是我国新疆千吨铀矿大基地的重要后备资源。为确立该矿床开发的适宜浸出工艺,在前期实验室研究基础上,开展了“四注一抽”规模的酸法地浸采铀试验。结果表明:该矿床微酸和低酸浸出均未达到预期浸出效果,采用3.0~4.0 g/L酸度酸化、7.0~7.5 g/L酸度浸出是适宜工艺;300 mg/L剂量的H_(2)O_(2)能加速铀的浸出,但受限于溶出的Fe含量较低,氧化剂效能受限;尽管矿床碳酸盐含量不高,但浸出液Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)持续增加易形成石膏沉淀导致抽注流量下降,需要在后续生产中予以关注。

外源Fe^(2+)浓度和矿物粒径对生物浸铀的影响

为改善以往生物浸铀效率不高的缺陷,通过添加外源Fe^(2+)及改变矿物粒径来提高生物对铀的浸出率。研究结果表明:外源Fe^(2+)浓度分别为0、0.5、1.0和2.0 g/L时,铀浸出率分别为87.34%、88.27%、91.23%、89.13%,当浸出体系中Fe^(2+)浓度为1.0 g/L时,铀矿石会产生部分溶解且表面粗糙孔隙明显,有利于铀的浸出,溶浸液中存在适量的Fe^(2+)对生物浸铀的能力具有提升效果。另外,外源Fe^(2+)对铀矿生物浸出符合固体产物层控制模型,浸出过程主要受扩散控制。当粒径<-2 mm和-5 mm时铀浸出率分别为91.23%和83.70%,矿物粒径适当减小可增大颗粒比表面积,同样利于铀的浸出。

基于流固耦合作用的砂岩地浸采铀效果数值模拟分析

为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。研究表明:考虑流固耦合作用下的储层产量会更快进入稳定状态,产量更高;应力敏感性系数越大,有效应力减小对地层渗透率影响越明显。注入压力越大,地层有效应力减小区域下降幅度增大,地层渗透率增大区域升高幅度增大,产量逐渐增多;流固耦合作用下,产量随着初始渗透率增大而增多且增长速度较快;流固耦合作用下,随着井间距的增大,注采井间有效应力减小的影响减弱,注采井间渗透率增大趋势也在下降,产量逐渐降低。结合各因素变异系数变化可得,注入压力对产量效果影响更明显。本研究有助于建立完整的砂岩铀矿地浸采铀生产方案。

地浸采铀过程中含矿层渗透性演化的示踪试验

铀资源既是核军工基石又是核电发展的粮仓,在当前复杂国际形势与大力发展核电的时代,更是一种不可或缺的重要资源。随着内蒙古巴彦乌拉铀矿地浸采铀的运行,矿层堵塞、铀浸出量下降等问题逐渐浮现。为探明地浸采铀过程中含矿层渗透性的演化特征,在巴彦乌拉铀矿床C10采区某试验单元开展了井间示踪试验。试验结果表明,地浸一年后含矿层砂岩孔隙度与渗透性降低,其原因与含矿层砂岩孔隙发生堵塞有关。地浸二年后各方向渗流通道溶浸液流速较地浸一年均有不同程度降低,且下降幅度相较于前一年更大。但在试验单元三个渗流方向即KZ13238-KC13036、KZ13238-KC13038和KZ13238-KC13438方向均产生了优势渗流通道。表明随着采区的运行,含矿层孔隙堵塞情况日益严重,含矿层渗透性不断降低。研究结果可以为地浸中含矿层渗透性演化特征提供示踪证据。

基于机器学习方法预测地浸过程中铀浸出金属量的变化

在地浸采铀过程中,准确预测铀浸出金属量具有重要意义。使用多元线性回归、多层感知机(MLP)和随机森林(RF)多种机器学习方法分别建立预测模型。结果表明:1)相比于传统的多元线性回归算法,MLP和RF两种方法能够得到预测性能更好的模型。2)多层感知机(MLP)模型在预测铀浸出金属量变化的上性能表现最佳(R 2=0.91)。3)在相同的预测精度下,RF模型比MLP模型耗时更短,超参数设置更加简单。4)在以总流量和每平米铀量为铀浸出金属量的关键因素进行分析时,总流量对铀浸出金属量的权重占比为81.6%。

某铀矿井场抽注液控制的数字化技术应用

在地浸采铀生产过程中,控制抽注液平衡和高效识别抽注液异常状态是保障浸出效能和井场的安全重要措施。以内蒙古某铀矿为例,介绍了该铀矿抽注液平衡联动控制与抽注液异常监测方面数字化技术的应用情况,探讨了应用数字化技术前后该铀矿山抽注液管控效能的变化。结果表明,应用数字化技术进行抽注液平衡控制能有效解决抽注液调控过程中人工控制所存在的劳动强度大、调控不及时和精度不足的问题;合理的模型设计能够高效识别抽注液异常状态。建立抽注液数字化管控体系有助于实现精益化管控、提升井场生产效能、降低安全风险。

含铀钍氯化稀土溶液中离子交换法提铀

提出了一种利用铀酰离子与Cl^(-)的络合,从高稀土低铀的含氯体系浸出液中分离提取铀而将大部分的稀土元素和钍留在浸出液中的离子交换法。研究了离子吸附过程中体系pH和氯离子浓度等对吸附效果的影响。结果表明,在反应pH=0~1、Cl^(-)浓度7 mol/L的优化条件下,饱和树脂对铀的吸附量能够达到43.34 mg/g。后续采用7 mol/L HCl溶液酸洗和去离子水淋洗,回收钍和稀土的同时实现了铀的分离提取。该技术不改变传统稀土提取工艺流程,仅增加铀提取工艺技术单元,可实现铀的分离与浓缩,具有工艺流程短、不影响原有稀土提取工艺和矿产最大化利用的特点。

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。

铀钼共生矿加压碱法浸出试验

针对某低品位铀钼伴生矿复杂矿性的特点,开展了加压碱法浸出试验,分析了难处理铀钼伴生矿加压碱法浸出的主要反应原理及反应机理,查明了浸出的主要难点是硫化物包裹体中钼的有效浸出以及胶硫钼矿的有效破解溶解和氧化。试验结果表明,在矿石粒度-0.147 mm、总压0.7 MPa(氧分压0.5 MPa)、碱总用量16%(碳酸氢钠4%、碳酸钠12%)、反应温度110℃、浸出液固比1.5、反应时间3 h的条件下,尾渣中铀和钼的品位分别降至0.009%和0.125%以下,浸出率分别达到89.77%、84.62%以上。解决了包裹型难处理硫化钼的高效分解的难题,实现了铀、钼金属的高效回收,为该类型矿石处理提供了技术路线选择的依据。

新疆某矿石快速酸耗的台阶型特征及其影响

某矿床Ⅶ旋回适合采用低浓度硫酸浸出,矿石搅拌浸出试验表明快速酸耗随浸出剂酸浓度升高呈台阶型特征分布,酸耗台阶型特征与铀浸出率和矿物溶蚀的阶段变化相对应,高酸耗台阶可导致CaSO_(4)沉淀。酸耗台阶对应的酸浓度范围可指导矿床酸化阶段、正式浸出阶段的注液酸浓度选择,并防止矿层渗透性变差。通过现场试验进一步验证了该注液酸浓度范围的界定方法。

地浸采铀矿山洗井废水除砂装置的研制与应用

地浸采铀矿山洗井工艺是提高钻孔水量的重要手段,但洗井废水中的大量泥砂等杂质导致袋式过滤器及吸附塔塔压升高,间接影响了生产进度。运用离心力作用原理,研制了一种地浸采铀矿山洗井废水除砂装置,并在某地浸采铀矿山进行了应用研究。结果表明,其可降低袋式过滤器压力及吸附塔塔压,减少过滤袋更换频次,提升吸附水量,增加产能。该洗井废水除砂装置在地浸采铀矿山钻孔洗井工艺中有一定的推广价值。

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。

利用数值模拟确定地浸采铀过程中溶浸范围

溶浸范围的确定是酸法地浸采铀工艺中的重要一环。以内蒙一个铀采区为例,以水动力模型和溶质运移模型为基础,分别用pH<2、水力梯度趋于自然流场和迹线累积流量贡献率>97%三种方式确定溶浸范围,对比分析三种条件下确定的溶浸范围。可以得到:(1)三种方法确定的溶浸范围均与铀矿溶解范围相近,可以用来表征溶浸范围;(2)三种方法在边缘位置与铀矿溶解范围存在一定差异,其中,pH圈定范围与之最为相近;(3)以pH<2为标准的操作难度较小,其余两种方法数据处理较复杂。pH<2最适合用于表征溶浸范围。

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。

基于渗流-化学-应力多场耦合的砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)地浸开采的数值模拟

为探明不同影响因素对CO_(2)+O_(2)地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO_(2)+O_(2)地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品位对CO_(2)+O_(2)地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明:CO_(2)+O_(2)地浸过程中,抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势;矿层渗透率、铀矿石平均品位、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系,溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系;CO_(2)+O_(2)地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层,同时应该适当加大O_(2)和HCO3-的配加浓度,并控制好溶浸液注入速率,可实现铀资源的高效开采。本研究对CO_(2)+O_(2)地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。

酸法浸铀过程中Fe^(3+)与浸出铀之间关系的数值模拟

为探究酸法地浸过程中Fe^(3+)作为氧化剂时铀的浸出情况,通过使用模拟软件PHREEQE建立模型,观察浸出液各组分的浓度及迁移变化,揭示氧化剂Fe^(3+)与浸出铀之间的关系。结果表明:作为氧化剂的Fe^(3+)促使铀矿的溶解及Fe^(2+)的出现,随着铀的浸出结束,Fe^(3+)的浓度趋于稳定;且铀矿的溶解速率与Fe^(3+)、Fe^(2+)的增长速率密切相关。Fe^(3+)的浓度增长变快时,Fe^(2+)的浓度增长及铀矿的溶解也加快;随着铀矿的溶解速率降为零后,Fe^(2+)的增长速率也趋近于零,氧化剂Fe^(3+)的增长速率也降为零。

爆破作用对低渗砂岩铀矿增渗效果的影响

为探明不同因素对地浸效果的影响规律与机理,建立地浸采铀渗流模型,并用响应面法探究各因素对地浸效果影响的显著性。在此模型中,将具备高效流速的溶浸范围定为有效溶浸范围,通过有效溶浸范围和流量分析爆破范围、注采井压差和井距对地浸效果的影响。研究表明:利用爆破改善矿层渗透性可高效提升地浸效果;在较小爆破范围下增大抽注液井压差,地浸效果提升缓慢,在较大爆破范围中,提升效果较显著;随着井距的增大,有效溶浸范围呈先增后降趋势,流量则是呈逐渐降低趋势;抽注井压差对地浸具有良好的提升效果,流量随压差增大近似呈线性增长,有效溶浸范围根据不同井距具备不同的增长趋势。三种因素对流量的影响较为显著,爆破范围和井距比压差对地浸范围影响更显著,爆破范围和井距的相互作用相比于其他两种对流量的影响更为显著。