铀矿加工工艺学杨伯和前言

铀矿加工工艺学
杨伯和
前言
几十年来，美国原子能委员会和国际原子能机构（IAEA）几乎每隔十年就出版一本关于铀的提取工艺学方面的书，总结在此期间铀矿加工工艺的研究成果和生产经验。

但是这些书的内容大多数只涉及国外的情况，很少或几乎没有我国的相关内容。

因此，既不全面也无法从中了解我国在铀矿加工工艺方面的研究成果和生产经验。

中国的铀工业经历了从无到有、不断完善的过程，积累了大量科研和生产的经验。

近年来，随着铀工业的调整，一大批铀矿加工厂关闭或退役，从事铀矿加工工艺研究的技术人员大批退休或转业。

但是，核电的迅速发展必然对铀矿加工工业提出更高的要求，从核燃料立足本国的要求出发，为了向核电站稳定供应高质量、低成本的核燃料，必然要求我国铀矿加工工艺的研究和生产不断发展。

为了适应新形势的要求，以编著《铀矿加工工艺学》的形式，把我国铀矿冶研究院、所和生产厂、矿多年积累的科研成果和生产经验，比较系统、完整、准确地记录下来，具有总结经验和培训年轻人才的双重作用。

铀矿加工工艺采用湿法冶金的方法从矿石中提取铀，通过纯化，制备符合应用要求的铀产品。

因此，铀矿加工工艺是一门综合性的技术，它涉及地质（资源）、采矿、水冶（湿法冶金）、安全、环保等领域，需要分析、材料、设备等各方面的配合。

《铀矿加工工艺学》共十四章，除了第一章“绪论”以外，分为“铀矿资源和浸矿技术”、“从溶液中纯化和回收铀”和“安全防护和环境保护”三部分。

第一部分“铀矿资源和浸矿技术”，共五章。

介绍了世界各国铀资源的概况和主要铀矿物，阐述了铀矿的开采方法和矿石的预处理。

从矿石中提取铀是铀矿加工的主要目的，因此对浸矿技术进行了比较详细的介绍。

浸出矿浆通过固-液分离得到含铀的水溶液，为铀的纯化和铀产品的制备奠定基础。

第二部分“从溶液中纯化和回收铀”，共五章。

以铀的水溶液化学为基础，介绍了铀溶液的纯化方法，分别阐述了离子交换法、溶剂萃取法和沉淀法制备铀产品的化学、化工基本原理和工业应用的设备。

第三部分“安全防护和环境保护”，共三章。

阐述了对铀矿加工过程中产生的废水和废物的处理和管理方法，介绍了铀矿加工企业退役的基本要求。

《铀矿加工工艺学》基本总结了迄今为止国内外铀矿加工工艺的主要成果，重点介绍中国在铀矿加工工艺方面已公开发表的主要科研成果和生产经验，是本书与同类书籍相区别的特点，对国内的铀矿加工工艺研究人员具有更大的实用价值。

《铀矿加工工艺学》在选材方面力求理论与实际相结合，尤其结合中国铀矿资源的实际情况，阐述铀矿加工的主要工艺过程。

例如：我国铀矿需要采用焙烧方法进行预处理的
矿石极少，因此本书只对焙烧知识作简略介绍；但是原地浸出和就地破碎浸出是当前铀矿加工工艺的重要方向，本书详细介绍了原地浸出和就地破碎浸出的原理和方法。

由于原地浸出和就地破碎浸出技术的成功，使铀矿浸出工艺与采矿紧密结合，扩大了铀矿加工工艺的研究范围。

为了反映这个实际情况，《铀矿加工工艺学》对采矿方法作了专门介绍，把铀矿加工工艺的研究范围从原来的由“矿石浸出”开始至“制备铀的化学浓缩物”为止，扩大为从“采矿”开始至“制备四氟化铀”为止，对涉及的相关部分作相应的介绍，形成铀矿加工的新系统。

《铀矿加工工艺学》在工艺方法分类方面力求准确，例如：把原地浸出和就地破碎浸出归入采矿方法，作为一种新的采矿技术；虽然把细菌浸出仍作为一种浸出方法，但更着重介绍细菌在铀矿浸出过程中的间接作用。

作者长期从事铀矿冶的试验研究工作，参与了从矿石浸出液直接制备四氟化铀和赣州铀矿水冶工艺流程的试验研究工作，提出和开发了用有机萃取剂从含铀树脂上解吸铀的新工艺，并应用于离子交换法提取金和从矿石浸出液中分离（分组）稀土，形成“溶剂解吸”的研究领域，出版了专著《有机萃取剂体系中的离子交换》。

长期以来，以专著的形式总结铀矿加工工艺方面的基本成果和实践经验，一直是铀矿冶领域广大科研工作者的愿望，也是作者的愿望。

作者在长期从事铀矿冶试验研究工作的基础上，用两年时间收集、整理有关资料，通过核实、分析、归纳和总结，于2001年3月完成了本书的编写，实现了这个宿愿。

《铀矿加工工艺学》是广大科研工作者、工厂技术人员和工人们长期积累的实际经验的结晶，作者谨把此书奉献给在铀矿冶的科研、生产领域长期艰苦奋斗、努力拼博、默默奉献的人们。

由于他们的不懈努力，才有了中国的铀工业，才有了这本书。

考虑到铀矿加工工艺研究成果存在的保密问题，本书选用的资料均取自公开发行的科技期刊（以“铀矿冶”杂志为主）或其他公开出版物（例如：图书），难免挂一漏万，请读者谅解。

资料截止至2000年第4期“铀矿冶”，因此本书是二十世纪我国科研工作者对铀矿加工工艺进行研究和生产实践的系统、客观、全面的反映。

作者感谢所有对本书的编写给予支持和帮助的人们，包括我的妻子和女儿，感谢她们的支持和理解。

希望这本书能起到抛砖引玉的作用。

欠妥和不足之处，恳请广大读者批评指正。

杨伯和
2002年1月于核工业北京化工冶金研究院
目录
前言
第一章绪论 (1)
1.1 在自然界中的铀 (1)
1.2 铀工业的发展历史和现状 (1)
1.3 铀矿加工工艺概论 (4)
第一部分铀矿资源和浸矿技术
第二章铀资源和铀矿物 (11)
2.1 铀资源 (11)
2.1.1 铀矿的成因 (11)
2.1.2 铀资源的分类 (15)
2.1.3 世界铀资源状况 (19)
2.2 铀矿物 (25)
2.2.1 铀矿物的分类 (25)
2.2.2 铀矿石的加工性质 (33)
第三章铀矿开采 (38)
3.1 铀矿开采的一般原则 (38)
3.1.1 开采过程中的品位控制 (39)
3.1.2 开采过程中的放射性控制 (40)
3.1.3 铀矿开采的技术特点 (43)
3.2 铀矿开采的方法 (44)
3.2.1 露天开采 (44)
3.2.2 地下开采 (47)
3.2.3 特殊矿床的开采 (52)
3.2.4 无轨采矿 (54)
3.3 就地破碎浸出 (55)
3.3.1 就地破碎浸出的定义和工艺方法 (55)
3.3.2 就地破碎浸出的发展历史 (56)
3.3.3 影响就地破碎浸出的主要因素 (57)
3.3.4 就地破碎浸出适用的范围 (59)
3.3.5 就地破碎浸出的技术特点和问题 (61)
3.4.1 原地浸出的定义和工艺方法 (61)
3.4.2 原地浸出的发展历史 (62)
3.4.3 水文地质条件和矿石工艺特性对原地浸出的影响 (63)
3.4.4 影响原地浸出反应速率的因素 (65)
3.4.5 钻井工程和抽注平衡 (73)
3.4.6 环境保护和地下水复原 (79)
3.4.7 原地浸出的技术经济分析 (83)
第四章矿石的预处理 (90)
4.1 破碎 (90)
4.1.1 破碎理论 (90)
4.1.2 破碎机 (92)
4.1.3 破碎流程 (93)
4.1.4 缩分取样 (93)
4.2 磨矿 (94)
4.2.1 磨矿原理 (94)
4.2.2 磨矿机 (96)
4.2.3 磨矿流程 (96)
4.3 筛分和分级 (98)
4.3.1 筛分 (98)
4.3.2 分级 (98)
4.4 选矿 (100)
4.4.1 放射性选矿 (100)
4.4.2 辐射选矿 (114)
4.4.3 重力选矿 (114)
4.4.4 磁性选矿 (116)
4.4.5 浮游选矿 (116)
4.5 焙烧 (117)
第五章浸矿技术 (119)
5.1 浸出的基本原理 (119)
5.1.1 浸出体系的组成 (119)
5.1.2 铀矿浸出的热力学和化学平衡 (122)
5.1.3 铀矿浸出过程的速度和动力学 (128)
5.1.4 铀矿浸出的电化学模型 (134)
5.2 浸出体系的分类 (139)
5.2.1 酸性溶液浸出 (139)
5.2.2 碱性溶液浸出 (145)
5.2.3 盐溶液浸出 (151)
5.3 浸出方法和设备 (162)
5.3.1 搅拌浸出 (163)
5.3.2 地表堆浸和槽浸 (169)
5.3.3 浓酸熟化浸出 (185)
5.3.4 压热浸出 (193)
5.3.5 流态化浸出 (202)
第六章固液分离 (211)
6.1 浓密和逆流洗涤 (211)
6.1.1 重力沉降浓密的原理 (211)
6.1.2 絮凝剂 (216)
6.1.3 浓密机 (218)
6.1.4 连续逆流洗涤（CCD） (221)
6.1.5 流态化洗涤 (223)
6.2 过滤和滤饼洗涤 (225)
6.2.1 基本原理 (225)
6.2.2 过滤的方法和设备 (228)
第二部分从溶液中纯化和回收铀
第七章铀的水溶液化学和化合物 (235)
7.1 铀在元素周期表中的位置 (235)
7.1.1 铀的电子结构和氧化态 (236)
7.1.2 铀的核性质 (236)
7.2 铀的水溶液化学 (237)
7.2.1 铀在水溶液中的氧化-还原反应 (238)
7.2.2 铀离子的水解反应 (241)
7.2.3 铀离子的配位化学 (243)
7.3 铀的化合物 (254)
7.3.1 氧化物 (254)
7.3.2 铀酸盐 (258)
7.3.3 铀盐 (259)
7.3.4 卤化物 (264)
第八章离子交换 (268)
8.1 离子交换和铀矿加工工业 (268)
8.2 离子交换树脂 (269)
8.2.1 离子交换树脂的结构和分类 (269)
8.2.2 离子交换树脂的交换容量和选择性 (278)
8.2.3 离子交换树脂的稳定性 (281)
8.3 离子交换的基本原理 (281)
8.3.2 离子交换速度和动力学 (287)
8.3.3 离子交换法回收铀的基本原理 (290)
8.4 从溶液中回收铀的离子交换工艺 (298)
8.4.1 吸附料液 (298)
8.4.2 用阴离子交换树脂从浸出液中吸附铀 (298)
8.4.3 矿浆吸附和吸附浸出 (310)
8.4.4 从阴离子交换树脂上解吸铀 (311)
8.4.5 离子交换树脂的中毒和再生 (317)
8.5 从溶液中回收铀的离子交换设备 (324)
8.5.1 固定床离子交换设备 (325)
8.5.2 连续逆流离子交换设备 (330)
第九章溶剂萃取 (343)
9.1 溶剂萃取和铀矿加工工业 (343)
9.2 有机溶剂 (344)
9.2.1 有机溶剂的一般性质 (344)
9.2.2 溶剂的分类和互溶性 (346)
9.2.3 溶解度规律和影响萃取的因素 (352)
9.2.4 常用的有机萃取剂 (354)
9.3 溶剂萃取的基本原理 (360)
9.3.1 分配定律和萃取平衡 (360)
9.3.2 溶剂萃取体系的分类 (365)
9.3.3 溶剂萃取的速率 (374)
9.4 从溶液中回收铀的溶剂萃取工艺 (379)
9.4.1 溶剂萃取的工艺过程 (379)
9.4.2 铀矿加工过程中的溶剂萃取工艺 (381)
9.4.3 铀化合物精制过程中的溶剂萃取工艺 (394)
9.4.4 溶剂损耗和有机相回收 (401)
9.4.5 溶剂萃取工艺与离子交换工艺的比较和联合(Eluex) (405)
9.4.6 联合法和液膜法 (408)
9.5 从溶液中回收铀的溶剂萃取设备 (410)
9.5.1 分级式（卧式）溶剂萃取设备 (411)
9.5.2 差级式（塔式）溶剂萃取设备 (416)
9.5.3 离心萃取设备 (419)
第十章沉淀法和铀产品制备 (423)
10.1 铀产品的标准 (423)
10.1.1 铀化学浓缩物的标准 (423)
10.1.2 核纯铀产品的标准 (424)
10.2 制备铀的化学浓缩物 (428)
10.2.1 沉淀法的基本原理 (428)
10.2.2 从酸性溶液中沉淀铀 (431)
10.2.3 从碱性溶液中沉淀铀 (439)
10.3 制备核纯三碳酸铀酰铵 (442)
10.3.1 盐析结晶 (442)
10.3.2 碳酸铵反萃取(三相结晶) (443)
10.4 制备核纯UO2 (445)
10.4.1 从硝酸铀酰（UNH）制备UO2 (445)
10.4.2 从重铀酸铵（ADU）制备UO2 (447)
10.4.3 从三碳酸铀酰铵（AUC）制备UO2 (447)
10.5 制备核纯UF4 (448)
10.5.1 从铀矿浸出液制备UF4 (448)
10.5.2 从UO2制备UF4 (450)
第十一章综合回收 (453)
11.1 从铀矿中回收其它元素 (453)
11.1.1 钼和铼的回收 (453)
11.1.2 锗的回收 (456)
11.1.3 化学盐类的回收 (457)
11.2 从其它资源中回收铀 (458)
11.2.1 从磷酸中回收铀 (458)
11.2.2 从煤中回收铀 (461)
11.2.3 从金矿中回收铀 (467)
11.2.4 从稀土矿中回收铀 (469)
11.2.5 从海水中回收铀 (471)
第三部分安全防护和环境保护
第十二章 废水处理 (477)
12.1 铀矿加工厂废水的来源和特点 (477)
12.1.1 废水的来源 (477)
12.1.2 废水的特点 (478)
12.1.3 废水排放的标准 (478)
12.1.4 镭在铀工艺中的迁移形态 (479)
12.2 铀矿加工厂废水的处理方案 (479)
12.2.1 石灰乳中和法处理废水 (480)
12.2.2 尾矿库废水的处理方法 (481)
12.3 矿山废水的来源和处理方法 (489)
12.3.1 矿山废水的来源 (489)
12.3.2 矿山废水的处理方法 (489)
第十三章固体废物处置 (495)
13.1 固体废物的来源 (495)
13.1.1 采矿过程产生的固体废物 (495)
13.1.2 铀矿加工过程产生的固体废物 (495)
13.2 固体废物的处置方法 (495)
13.2.1 废石场 (495)
13.2.2 尾矿库 (496)
13.2.3 浓密排放法处置尾矿 (498)
13.3 铀矿加工厂尾矿浆的处理和输送 (500)
13.3.1 铀矿加工厂尾矿浆的处理 (500)
13.3.2 处理后尾矿浆的输送 (500)
13.4 尾矿库的管理和环境监测 (501)
13.4.1 尾矿库的管理 (501)
13.4.2 尾矿和库区渗漏的监测 (501)
13.4.3 尾矿的风化和水的循环 (501)
第十四章铀矿冶设施的退役和环境治理 (503)
14.1 铀矿冶设施退役的特点和要求 (503)
14.1.1 铀矿冶设施退役的特点 (503)
14.1.2 铀矿冶设施退役的要求 (504)
14.1.3 铀矿冶设施退役的工作程序 (505)
14.2 氡的析出和退役治理 (506)
14.2.1 氡的析出和影响析出率的因素 (506)
14.2.2 覆盖层的降氡效果 (507)
14.3 铀矿冶设施退役的环境治理 (508)
14.3.1 铀矿山 (508)
14.3.2 铀矿加工厂 (509)。