新疆某酸法地浸采铀矿山氧气氧化效

第４１卷　增刊
２０２２年１２月铀　矿　冶
ＵＲＡＮＩＵＭＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏｌ．４１　Ｓｕｐｐ
ｌｅｍｅｎｔ
Ｄｅｃ．２０２２
收稿日期：２０２２ ０５ ２３
第一作者简介：陈箭光（１９８１—）
，男，江西九江人，学士，工程师，主要从事地浸采铀研究。

新疆某酸法地浸采铀矿山氧气氧化效果研究
陈箭光，沈红伟，陈　立，范　龙，朱　宁，周家将，赖　磊
（新疆中核天山铀业有限公司，新疆伊宁８３５０００
）摘要：新疆某矿床Ⅶ１旋回矿体还原性强，ΣＦｅ中Ｆｅ（Ⅱ）占比为６０％～７０％，ΣＵ中Ｕ（Ⅳ）
占比为６２％～６３％。

针对酸法地浸，进行了以氧气作为氧化剂，提高浸出效果的研究。

结果表明，加氧后浸出液ρ（Ｆｅ３＋
）由１３４ｍｇ
／Ｌ提升至３６７ｍｇ／Ｌ，有效提高了浸出液铀浓度，加快了矿床开采速度。

关键词：地浸；酸法；氧气；氧化
中图分类号：ＴＬ２１２．１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００ ８０６３（２０２２）Ｓ１ ００１９ ０６犇犗犐：１０．１３４２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｙｋｙ
．２０２２．Ｓ１．００５ 目前地浸采铀主要有酸法浸出、
碱法浸出、中性浸出（ＣＯ２＋Ｏ２）
等工艺［１ ４
］，其中酸法浸出采铀工艺最常用的氧化剂是双氧水［５］，氧气作为氧化
剂主要用于碱法浸出和中性浸出环境中。

向铀矿床地下含矿层中注入空气，
利用空气中的氧气可将矿层中Ｕ（Ⅳ）氧化为Ｕ（Ⅵ）
，然后注入层间水和微量Ｈ２ＳＯ４，完成地浸采铀［６］２３２。

在中国，多个砂岩型铀矿床存在ΣＦｅ低、还原性强的特点，采用碱法浸出时浸出率一般只有３０％～５０％；而采用酸法浸出时，因矿层还原性强，浸出液浓度低、酸耗高，双氧水（氧化剂）的消耗大，开采效
益差［７］１２ １９。

针对这类还原性强的矿床，研究以氧气作为氧化剂提高酸法浸出工艺的浸出效果很有必要。

在新疆某矿床试验块段选择３个抽注单元开展酸法浸出氧气氧化效果研究。

１　试验块段选择及地质状况
１．１　试验块段位置
Ⅶ１旋回试验块段共有６组浸出单元，其中ＳＣＫ ４浸出单元为最早启动的条件试验单元，
其余５组单元较条件试验单元晚启动９个月。

ＳＣＫ ４酸化程度较其余５组单元高，
余酸质量浓度约０．５ｇ／Ｌ，为有效验证氧气在该矿床酸化工艺中的氧化效果，先选ＳＣＫ ４单元开展现场氧气
氧化试验；随后在ＳＣＫ ５、ＳＣＫ ６单元开展试验，以进一步验证氧气氧化效果，具体钻孔布置情况如图１所示。

１．２　试验块段地质概况
试验块段矿体发育于侏罗系西山窑组上段下亚段含矿含水层中，
含矿含水层厚度发育较为稳定，岩性主要为粗砂岩、含砾粗砂岩和中砂岩，分选性较好，以石英、岩屑为主，长石次之，粗砂岩、砂砾岩泥质含量较低，一般为１２．２％；中、细砂岩泥质含量较高，一般为４０．０１％，以泥质胶结为主。

含矿砂体主要为中粗砂岩，大部分区域围岩岩性较矿体岩性差。

试验块段Ⅶ１旋回隔水顶板厚度变化较大，局部未见泥岩，只有粉砂岩。

试验块段钻孔平均涌水量在５．０ｍ３
／ｈ以上，导水系数为９．３７ｍ２
／ｄ，储水系数为１．８５×１０－４，
渗透系数为０．６２ｍ／ｄ
，有利于地浸开采。

２　浸出现状分析
２．１　浸出现状
Ｓ
ＣＫ ４钻孔于２０１９年７月开始条件试验，ＳＣＫ ５和ＳＣＫ ６钻孔于２０２０年１月开始试验，截至２０２１年４月，ＳＣＫ ４钻孔已运行６７０ｄ，ＳＣＫ ５及ＳＣＫ ６钻孔已运行４８６ｄ，浸出液铀浓度、余酸变化情况如图２所示。

图１　试验钻孔平面布置图
犉犻犵．１　犔犪狔狅狌狋犮犺犪狉狋狅犳狋犲狊狋犱狉犻犾犾犻狀犵犺
狅犾
犲图２　犛犆犓 ４、犛犆犓 ５、犛犆犓 ６钻孔铀浓度及余酸变化趋势
犉犻犵
．２　犞犪狉犻犪狋犻狅狀狋狉犲狀犱狅犳狌狉犪狀犻狌犿犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪狀犱狉犲狊犻犱狌犪犾犪犮犻犱犻狀犛犆犓 ４，犛犆犓 ５犪狀犱犛犆犓 ６犫狅狉犲犺狅犾犲狊０２铀　矿　冶第４１卷　
ＳＣＫ ４钻孔自酸化开始运行１４个月后，浸出液铀质量浓度出现峰值（９２．９ｍｇ／Ｌ）；随着试验进行，铀质量浓度开始缓慢下降，２０２１年４月下降至７６．０ｍｇ／Ｌ。

ＳＣＫ ５和ＳＣＫ ６钻孔运行１２个月后，浸出液铀浓度和余酸趋于稳定；在随后７个月的运行过程中，铀浓度变化幅度较小，余酸基本稳定在１．０～１．５ｇ／Ｌ。

２．２　添加氧化剂的必要性
在酸化过程中，ＳＣＫ ４单元的配酸浓度最高至９．０～９．５ｇ／Ｌ，ＳＣＫ ５和ＳＣＫ ６单元的配酸浓度最高至７．０～７．５ｇ／Ｌ；当配酸浓度大于７．０ｇ／Ｌ时，钻孔抽液量均有下降。

室内试验表明，在配酸浓度大于６．０ｇ／Ｌ时，浸出液铀浓度及浸出率变化幅度较小。

试验矿体中铁含量相对较低，酸化完成后浸出液中ρ（Ｆｅ３＋）为１１０～１３０ｍｇ／Ｌ。

补充勘探报告显示，该矿床矿区地下水具有较强的还原性，水中溶解氧为１．５０～４．５１ｍｇ／Ｌ，
ρ（Ｆｅ２＋）／ρ（Ｆｅ３＋）为０．０２～２．００，ρ（Ｈ２Ｓ）为０．０１～１．２３ｍｇ／Ｌ。

因此，为改善浸出环境，提高试验钻孔浸出液铀浓度及浸出效率，需添加氧化剂。

３　氧气的氧化机理
氧气的氧化性强，选择性好，采用氧气作为氧化剂成本较低［８］。

在采用氧气作为氧化剂时，需安装气液混合器提升氧气与液体的混合效果，并将配有氧气的浸出剂采用注液管注入动水位以下。

氧气作为氧化剂，除直接氧化ＵＯ
２
外，大部分的氧气与矿
石中的ＦｅＳ
２
发生反应［９］２０：
ＵＯ２＋０．５Ｏ２＋２Ｈ→
＋ＵＯ２２＋＋Ｈ２Ｏ，２ＦｅＳ２＋７Ｏ２＋２Ｈ２
Ｏ２ＦｅＳＯ４＋２Ｈ２ＳＯ４，
４ＦｅＳＯ４＋２Ｈ２ＳＯ４＋Ｏ
２２Ｆｅ２（ＳＯ
４
）
３＋２Ｈ２Ｏ。

生成的Ｆｅ３＋可直接氧化铀矿石中的Ｕ（Ⅳ），反应产生的Ｆｅ２＋又被氧气氧化为Ｆｅ３＋，如此循环使得反应连续进行。

在浸出铀的过程中，当ρ（Ｆｅ３＋）／ρ（Ｆｅ２＋）＞１且ρ（Ｆｅ３＋）＞２００ｍｇ／Ｌ时，可获得较好的浸出效果［１］２２２。

４　酸法浸出氧气氧化过程控制
４．１　氧气浓度控制
氧气氧化酸法浸出试验分为前期氧化阶段和正常氧化浸出阶段，具体控制步骤：１）测定试验块段地下水溶氧本底值，便于余氧量变化分析；２）在
试验单元注孔内增加４００ｍ注液管进行下注，采用浮子流量计计量氧气加入量；３）控制氧气配加质量浓度为４００～５００ｍｇ／Ｌ，对矿层进行氧化，监测余氧量及各注孔流量变化；４）当余氧质量浓度达到１０ｍｇ／Ｌ时，降低氧气配加质量浓度至２００ｍｇ／Ｌ，进行氧化浸出，并记录浸出液中余氧浓度；５）当余氧质量浓度达到２０ｍｇ／Ｌ时，降低氧气配加质量浓度至１００ｍｇ／Ｌ，进行正常氧化浸出，并记录浸出液中余氧浓度变化情况，及时调节氧气加入量。

试验期间当注液量下降幅度＞３０％时，调小加氧量；若注液量下降幅度＞５０％时，则停止向该孔加入氧气，并及时进行孔口排气，防止地层产生气堵。

４．２　浸出剂酸度控制
该矿床Ⅶ
１
旋回试验区域为最早开始的试验块段，酸法工艺浸出阶段，浸出液余酸质量浓度为１．５～２．５ｇ／Ｌ，浸出剂酸度为５．０～５．５ｇ／Ｌ。

为验证氧气在酸法浸出工艺中的氧化效果，加氧气浸出期间，不调整浸出剂酸度。

５　试验结果分析
５．１　浸出液犉犲３＋浓度变化
ＳＣＫ ４单元于２０２１年４月配加氧气，开展酸法氧气氧化浸出试验。

ＳＣＫ ４单元浸出液铀浓度及Ｆｅ３＋浓度的变化情况如图３所示。

加入氧气２０ｄ后，ＳＣＫ ４单元浸出液中的ρ（Ｆｅ２＋）、ρ（Ｆｅ３＋）同步上升，ρ（Ｆｅ３＋）／ρ（Ｆｅ２＋）由３０％上升至８０％～９０％，ρ（Ｆｅ３＋）由加入前的１３４ｍｇ／Ｌ升至３６７ｍｇ／Ｌ，出现了新的峰值。

加入氧气后，遏制了浸出液中铀浓度的下降趋势，浸出液铀质量浓度较加氧前提升约２２ｍｇ／Ｌ，加入氧气可以提高铀的浸出效率。

５．２　浸出液余氧及电位变化
ＳＣＫ ４单元浸出液铀浓度与余氧浓度关系如图４所示。

可以看出，ＳＣＫ ４单元在开展氧气氧化浸出试验后，浸出液电位最高升至４７０ｍＶ，并呈稳定上升趋势，较加氧前提升约６０ｍＶ。

这说明加入氧气改善了地下浸出环境。

加氧过程中，注液钻孔未出现气堵现象。

在加氧初期余氧质量浓度由１．８ｍｇ／Ｌ提升至３２ｍｇ／Ｌ，稳定后浸出液余氧质量浓度基本在２．０～３．０ｍｇ／Ｌ，氧气配加质量浓度为２００ｍｇ／Ｌ。

１
２
　增刊陈箭光，等：新疆某酸法地浸采铀矿山氧气氧化效果研究
图３　加氧前后浸出液铀浓度与犉犲
３＋
浓度犉犻犵．３　犆犺犪狀犵犲狊狅犳ρ（
犝）犪狀犱ρ（犉犲３＋
）犻狀狆狉犲犵狀犪狀狋狊狅犾狌狋犻狅狀犫犲犳狅狉犲犪狀犱犪犳狋犲狉犪犱犱犻狀犵狅狓狔犵犲
狀图４　加氧前后浸出液铀浓度与余氧浓度变化
犉犻犵．４　犆犺犪狀犵犲狊狅犳ρ（
犝）犪狀犱狉犲狊犻犱狌犪犾狅狓狔犵犲狀犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犻狀狆狉犲犵狀犪狀狋狊狅犾狌狋犻狅狀犫犲犳狅狉犲犪狀犱犪犳狋犲狉犪犱犱犻狀犵狅狓狔犵犲狀 Ｓ
ＣＫ ４单元加入氧气浸出后，浸出液中的犈犺、ρ（∑Ｆｅ）和ρ（Ｆｅ３＋
）同步上升；铀浓度下降趋势被遏制，转为上升并出现了新的峰值。

５．３　浸出情况对比
５．３．１　铀浓度变化情况对比
试验区域共有５个抽注单元，为分析氧气在酸法浸出工艺中的氧化性能，对加氧单元与未加氧单元的铀浓度变化趋势进行对比分析，结果如图５所示。

可以看出：１）在ＳＣＫ ４、ＳＣＫ ５、ＳＣＫ ６单元浸出剂加氧气下注后，遏制了浸出液中铀浓度的下降趋势，铀浓度快速上升并形成新的峰
值；２）结合图１，ＳＣＫ ２、ＳＣＫ ３单元分别有２个注孔与ＳＣＫ ５、ＳＣＫ ６单元共用，ＳＣＫ ２、ＳＣＫ ３单元有部分含氧气的浸出剂参与反应，浸出液中的铀浓度也形成了缓慢上升的趋势；３）ＳＣＫ ２、ＳＣＫ ３单元因２个注液钻孔未添加氧化剂，
铀浓度上升趋势相对较弱。

试验说明在该矿床酸性体系中，氧气有效改善了铀资源浸出环境，提高了资源浸出效率。

５．３．２　浸出液犉犲
３＋
浓度变化情况对比加入氧气后，试验单元浸出液铀浓度变化较为明显，ρ（
Ｆｅ３＋
）浓度上升幅度较大（图６）。

２２铀　矿　冶第４１卷　
图５　浸出液铀浓度对比
犉犻犵．５　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狌狉犪狀犻狌犿犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犻狀狆狉犲犵
狀犪狀狋狊狅犾狌狋犻狅
狀图６　浸出液犉犲
３＋
浓度对比犉犻犵．６　犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犉犲３＋
犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犻狀狆狉犲犵
狀犪狀狋狊狅犾狌狋犻狅狀 由图６可看出，
氧气加入一段时间后，浸出液中ρ（Ｆｅ３＋）呈上升趋势，且ρ（Ｆｅ３＋）大于２００ｍｇ／Ｌ，此现象在ＳＣＫ ４、ＳＣＫ ５和ＳＣＫ ６单元中较为明显。

ＳＣＫ ４初始配氧质量浓度＞３００ｍｇ
／Ｌ，在氧气加入２０ｄ后，浸出液中ρ（Ｆｅ
３＋
）开始快速上升。

ＳＣＫ ６单元初始配氧质量浓度１００ｍｇ／Ｌ，在氧气加入４０ｄ后，ρ（
Ｆｅ３＋
）出现小幅度上升；７０ｄ后快速上升。

ＳＣＫ ５单元因有２个注液钻孔与ＳＣＫ ４单元共用，因此在２０２１年７月份在ＳＣＫ ５单元其余２个注液钻孔加氧下注时，该单元浸出液
ρ（
Ｆｅ３＋
）已出现了快速上升。

未添加氧气的ＳＣＫ ２、ＳＣＫ ３单元，在试验过程中ρ（Ｆｅ
３＋
）变化幅度较小。

试验过程中ρ（∑Ｆ
ｅ）基本稳定，ＳＣＫ ４单元的ρ（Ｆｅ３＋
）／ρ（
∑Ｆｅ）由试验初期的３０％最高升至８０％，ＳＣＫ ５单元的ρ（Ｆｅ３＋
）／ρ（
∑Ｆｅ）由４６％最高升至８３％，ＳＣＫ ６单元的ρ（Ｆｅ３＋
）／ρ（
∑Ｆｅ）由４２％最高升至７６％。

这说明在氧气加入过程中，
氧气有效氧化了地层溶液中的Ｆｅ２＋
，增强了含水层的氧化性，
改善了铀资源的浸出环境。

６　结论
在酸法浸出过程中，加入氧气对于浸出效果有正向作用，
可有效提高浸出液铀浓度。

加入氧气后，氧化了浸出液中的Ｆｅ２＋，提高了ρ（Ｆｅ３＋
），浸出液中ρ（Ｆｅ３＋）／ρ（
∑Ｆｅ）＞８０％，改善了铀资３
２　增刊
陈箭光，等：新疆某酸法地浸采铀矿山氧气氧化效果研究
源氧化浸出环境，提高了铀资源的浸出效率。

该矿床还原性较强，采用氧气作为氧化剂时，前期氧气加入量较大。

在不影响钻孔抽注液量的情况下，在浸出前期提高氧气的加入量可加快含矿含水层的氧化速度；在浸出后期需适当降低氧气加入量，以免造成气体堵塞。

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犛狋狌犱狔狅狀犗狓狔犵犲狀犪狊犗狓犻犱犪狀狋犻狀犪狀犃犮犻犱犐狀 狊犻狋狌犔犲犪犮犺犻狀犵犝狉犪狀犻狌犿犕犻狀犲犻狀犡犻狀犼犻犪狀犵
ＣＨＥＮＪｉａｎｇｕａｎｇ，ＳＨＥＮＨｏｎｇｗｅｉ，ＣＨＥＮＬｉ，ＦＡＮＬｏｎｇ，ＺＨＵＮｉｎｇ，ＺＨＯＵＪｉａｊｉａｎｇ
，ＬＡＩＬｅｉ（ＸｉｎｊｉａｎｇＴｉａｎｓｈａｎＵｒａｎｉｕｍＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣＮＮＣ，Ｙｉｎｉｎｇ８
３５０００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｃｙｃｌｅⅦ１ｕｒａｎｉｕｍｏｒｅｏｆａｄｅｐｏｓｉｔｉｎＸｉｎｊｉａｎｇｉｓｈｉｇｈｌｙｒｅｄｕｃｔｉｖｅ，ｗｉｔｈ６０％～７０％Ｆｅ（Ⅱ）ｉｎΣＦｅａｎｄ６２％～６３％Ｕ（Ⅳ）ｉｎΣＵ．Ａｉｍｉｎｇａｔａｃｉｄｌｅａｃｈｉｎｇ，ｏｘｙｇ
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Ｆｅ３＋
）ｒｉｓｅｓｆｒｏｍ１３４ｍｇ／Ｌｔｏ３６７ｍｇ／Ｌａｆｔｅｒｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｏｘｙｇｅｎ，ｗｈｉｃｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅａｖｅｒａｇ
ｅｕｒａｎｉｕｍｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓｔｈｅｍｉｎｉｎｇｒａｔｅｏｆｔｈｅｕｒａｎｉｕｍｄｅｐ
ｏｓｉｔ．犓犲狔狑
狅狉犱狊：ｉｎ ｓｉｔｕｌｅａｃｈｉｎｇ；ａｃｉｄｍｅｔｈｏｄ；ｏｘｙｇｅｎ；ｏｘｉｄａｔｉｏｎ４２铀　矿　冶第４１卷　。