某铀矿石酸法浸出工艺条件试验研究

某铀矿石酸法浸出工艺条件试验研究
黄永;刘会武;师留印;贾秀敏;杨剑飞;陈天宝;刘忠臣
【摘要】In order to solve the problem of high hardness and slow acid consumption of a uranium ore in northw estern China,the effects of acid dosage,oxidant dosage,ore particle size,stirring time, leaching temperature and liquid-solid volume ratio on the leaching process were studied by agitation leaching conditional test,column leaching test and strengthening test.The results show that the leac-hing rate of the uranium by slag calculation can reach 90% w hen the ore particle size is -200 mesh, the amount of sulfuric acid consumption is 8%,the amount of pyrolusite consumption is 1.5%,the ratio of leaching liquid volume to solid mass ratio is 1:1 mL/g,the leaching time is 2 h and the tem-perature of leaching is
25 ℃.%为了解决我国西北部某铀矿矿石硬度较大、酸耗较慢等问题,通过搅拌浸出条件试验、柱浸条件试验及强化试验,研究了酸用量、氧化剂用量、矿石粒度、搅拌时间、浸出温度、液固体积质量比对该矿石浸出工艺的影响.研究表明:在矿石粒度-200目、硫酸用量(与矿石质量比)8%、软锰矿用量(与矿石质量比)1.5%、浸出液固体积质量比为1:1 mL/g、常温下搅拌浸出2 h的条件下,金属铀渣计浸出率可达到91%.
【期刊名称】《铀矿冶》
【年(卷),期】2018(037)002
【总页数】5页(P88-92)
【关键词】铀矿石;搅拌浸出试验;柱浸试验;强化试验
【作者】黄永;刘会武;师留印;贾秀敏;杨剑飞;陈天宝;刘忠臣
【作者单位】核工业北京化工冶金研究院,北京101149;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;核工业北京化工冶金研究院,北京101149
【正文语种】中文
【中图分类】TL212.12
某铀矿位于我国西北部，其岩石类型主要为含矿角闪岩、含矿硅质角砾岩、含矿大理岩和花岗岩；矿石中主要含有石英、高岭土、云母、白云石、斜长石等脉石矿物和沥青铀矿、黄铁矿和胶状黄铁矿等金属矿物。

地质报告显示该矿石分为上下两部分，上部为氧化矿石，下部分为原生矿石。

氧化矿石钙镁含量低，硅含量高，适合酸法浸出[1]；原生矿石钙镁含量高，硅含量低，适合碱法浸出[2]。

为了经济合理的开发该矿床，决定对上部矿石和下部矿石进行分步开采。

对矿石的水冶试验发现，该矿石硬度较大、酸耗较慢。

本研究主要通过搅拌浸出条件试验、柱浸条件及强化试验对上部氧化矿石进行研究，并提出适合该矿石的水冶浸出工艺流程和参数。

1 试验部分
1.1 试验原料和试剂
试验矿石共计8 t，将其破碎至-20 mm。

对破碎矿石进行混合、缩分和利用实验室颚式破碎机、对辊破碎机及球磨机对矿样进行进一步加工。

矿石的X荧光分析
和化学多元素分析结果分别见表1和表2。

表1 铀矿石X荧光半定量分析结
果 %USiAlCaNaFeMgSMnCeTiPCrSrClVKAsZr0.1137.606.401.310.231.160.65 0.480.010.030.410.120.010.050.020.010.740.030.07
表2 铀矿石主要成分化学分析结
果%UU(Ⅵ)FeFe(Ⅱ)SiO2CaMgAlCF0.1260.0821.2600.21585.4100.9870.673 1.8200.6220.069
试验用试剂：硫酸，分析纯，北京化工厂；软锰矿，二氧化锰质量分数35%，北京化工厂。

1.2 试验设备
φ63 mm×1 200 mm和φ110 mm×2 500 mm PVC实验柱；DW-20型电动搅拌器；RJX-8-13型箱式电阻炉；AR5120电子天平；pH510台式酸度计；
CS101-2E型电热恒温鼓风干燥箱；2XZ-2型真空泵；BT600N型蠕动泵等。

1.3 矿石样品酸耗测定
称取-100目的矿石样品100 g，在液固体积质量比为1∶1 mL/g、常温搅拌条件下，将样品酸浸2 h，并通过滴加浓硫酸，保证其浸出期间pH为1.2。

硫酸滴加量与浸出过程pH变化的关系如图1所示。

从图1可知该矿石的酸耗量(与矿石的质量比，下同)为6.5%。

图1 酸用量与pH关系变化
2 浸出条件试验
2.1 搅拌浸出条件试验
20世纪70年代，对该硅质构造的角砾岩、辉绿岩和蚀变花岗岩3种矿石分别进行了浸出探索试验。

结果表明，该铀矿石属于易浸出矿石，且酸法浸出效果良好。

在此基础上，本研究对该矿石开展系统的酸法浸出试验，并重点考察搅拌浸出参数
的可靠性。

浸出试验条件：矿石粒度为-100目，浸出温度为25 ℃，搅拌浸出时
间为3 h，液固体积质量比为1∶1 mL/g，酸用量为8%(与矿石质量比，下同)。

2.1.1 酸用量对浸出铀的影响
在酸法浸出矿石过程中，随着酸用量的递增，浸出液中有价金属含量也相继增加。

当酸达到一定浓度时，浸出液中有价金属会达到最佳值[3]。

继续增加酸浓度，浸
出效果不但不会有明显增加，反而会浸出不必要的杂质元素和增加后续的纯化成本。

为了得到较好的浸出效果，对矿石酸用量进行研究，以找出最佳酸用量。

试验结果见表3。

表3 搅拌浸出酸用量对浸出铀的影响硫酸用量/%浸出液余酸/(g·L-1)尾渣w(U)/%铀浸出率/%6.0-
0.02679.46.52.650.02580.27.08.200.02580.27.510.100.02480.98.014.000.023 81.79.019.000.02282.5
从表3看出：在该试验条件下，矿石硫酸用量为6%左右；当酸用量为6.5%时，
矿石渣计浸出率达到80.2%；再增加硫酸用量，对浸出率影响不大。

考虑到增加
氧化剂用量可能导致耗酸量增加，初步选定酸用量为8%。

2.1.2 氧化剂用量对浸出铀的影响
氧化剂是确保铀浸出率的关键影响因素，要达到满意的浸出效果需保证充足的氧化剂投加量[4]。

从表1和表2可以看出，矿石中含U(Ⅳ)质量分数占总铀的35%，
而且具有还原性的有机质可以把矿石中的U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)，导致铀浸出率下降。

因而，在浸出时需要加入一定量的氧化剂，把U(Ⅳ)氧化为U(Ⅵ)。

从试剂消耗经
济性综合考虑，选用软锰矿作为氧化剂。

试验结果见表4。

表4 氧化剂用量对浸出铀的影响软锰矿加入量/%浸出液电位/mV尾渣w(U)/%铀
浸出率/%0.02900.073 741.50.83700.024 080.91.04100.017
086.51.24470.012 090.51.55180.008 393.42.05380.008 493.3
从表4看出：随着软锰矿加入量的增加，铀浸出率有明显提高；当软锰矿用量达到1.5%(与矿石质量比，下同)时，铀浸出渣品位可以降至0.008 3%。

因此，所选氧化剂用量为1.5%。

2.1.3 矿石粒度对浸出铀的影响
为了增加浸出剂与矿石接触面积，提高浸出效果和缩短浸出时间，开展了矿石粒度对浸出铀的影响试验。

试验中，氧化剂用量为1.5%，其他浸出条件不变，试验结果见表5。

表5 矿石粒度对浸出铀的影响矿石粒度/目尾渣w(U)/%铀浸出率/%-800.018 985.0-1000.014 488.6 -1500.011 091.3-2000.008 393.4
从表5看出：随着磨矿粒度变小，矿石中铀浸出率随之升高；当矿石粒度为-100目时，铀浸出率达88.6%；当矿石粒度-200目时，铀浸出率达93.4%，浸出渣铀品位可降低至0.008 3%。

因此选定矿石粒度为-200目。

2.1.4 浸出时间对浸出铀的影响
该矿石中铀与黄铁矿密切共生，大部分产于黄铁矿的裂隙中，造成耗酸较慢。

可通过增加矿石浸出反应时间来增加铀的浸出率，试验中，矿石粒度为-200目，氧化剂用量为1.5%，其他浸出条件不变。

试验结果见表6。

表6 搅拌浸出时间对浸出铀的影响搅拌时间/h尾渣w(U)/%铀浸出率/%10.017 686.020.010 491.730.011 191.240.011 291.1
从表6看出：细磨矿石样品浸出反应及扩散速度较快，浸出2 h即可达到浸出平衡，铀浸出率为91.7%。

因此，确定浸出时间为2 h。

2.1.5 浸出温度对浸出铀的影响
在搅拌浸出过程中，随着浸出温度的升高，化学反应速率也不断增加；但温度超过70 ℃时，会加快反应设备的腐蚀，造成浸出成本升高。

通过浸出温度试验找出该矿石适宜的浸出温度，试验中，矿石粒度为-200目，氧化剂用量为1.5%，搅拌浸
出时间为2h，其他浸出条件不变。

试验结果见表7。

表7 浸出温度对浸出铀的影响温度/℃浸出液余酸/(g·L-1)尾渣w(U)/%铀浸出率/%2011.40.010 092.1403.420.011 291.1602.520.011 091.3800.009 092.9
由表7看出：随浸出温度升高，矿石酸耗有所增加；而对铀浸出率无明显影响，铀浸出率在91%左右。

综合考虑铀浸出率和加温过程能量消耗，确定采取常温浸出。

2.1.6 液固体积质量比对浸出铀的影响
在浸出剂和矿石充分接触下，矿浆浓度较大的浸出过程，有利于提高浸出效果；但当浓度过大时，会导致混合不均匀反而不利于浸出。

在该试验中，矿石粒度为-200目，氧化剂用量为1.5%，搅拌浸出时间为2 h，其他浸出条件不变。

试验结果见表8。

表8 液固体积质量比对浸出铀的影响液固体积质量比/(mL·g-1)尾渣w(U)/%铀浸出率/%0.60.010 891.41.00.011 291.11.50.016 586.9
从表8看出：在浸出液固体积质量比为(0.6～1.0)∶1 mL/g时，铀浸出率可达到91%以上。

考虑到低浸出液固比可提高浸出后酸性矿浆过滤的处理效率，因此将浸出液固体积质量比控制在(0.6～1.0)∶1 mL/g。

2.1.7 浸出条件验证试验
根据以上试验结果进行综合验证试验，试验条件：矿石粒度为-200目；矿石酸用量为8%；氧化剂软锰矿用量为1.5%；浸出温度为25 ℃；液固体积质量比为1∶1 mL/g；浸出时间为2 h。

试验结果见表9。

表9 某矿石搅拌浸出条件验证试验编号尾渣w(U)/%铀浸出率/%平均浸出率/%1230.011 20.011 10.010 791.191.291.591.3
从表9看出，在平行试验中，矿石渣品位相差不大，平均浸出率为91.3%。

2.2 柱浸条件试验
针对该矿石硬度较大、不易泥化且浸出时间较短等特点，探索使用堆浸工艺对该矿石进行处理的可行性。

对该不同粒度(-10、-5 mm)矿石及拌酸熟化柱浸条件进行研究。

柱浸条件试验结果见表10。

表10 矿石粒度柱浸试验结果柱号矿石粒度/mm喷淋强度/(L·m-2·h-1)浸出周期/d总酸用量/%拌酸量/%渣中w(U)/%铀浸出率/%1-1015303.200.05754.82-515305.400.02778.63-515256.030.02679.4
试验发现：该矿石渗透性良好， -10和-5 mm的矿石在柱浸全周期中渗透性均保持良好；矿石粒度对矿石浸出率影响较为显著，-5 mm较-10 mm矿石铀浸出率可提高约25%，但浸出率也较低，仅有78.6%；拌酸熟化可提高浸出初期铀浸出率，但随着时间的延长，最终与未拌酸熟化试验铀浸出率相当。

根据搅拌浸出和柱浸条件试验结果可以看出，矿石粒度和氧化剂用量是影响该矿石铀浸出率的关键因素。

一般来说，矿石中金属浸出率与矿石入堆粒度呈线性关系，入堆粒度越小铀浸出率越高[5]；但考虑到破矿成本，一般控制堆浸破碎的经济粒度在3.68～10 mm。

综合该矿石堆浸条件试验结果，通过强化柱浸试验研究矿石粒度为-5 mm的矿样。

在试验柱装入矿石后，用不同浓度硫酸溶液(或清水)喷淋矿样，且每天对浸出液的pH、电位、余酸、铀质量浓度等参数进行测定。

当浸出液的铀质量浓度降至100 mg/L时，加入150～200 g/L硫酸溶液进行柱内熟化，熟化次数为3次。

试验结果见表11、12。

表11 强化柱浸试验结果柱号二氧化锰加入量/%喷淋强度/(L·m-2·h-1)浸出周期/d 总酸用量/%拌酸量/%渣中w(U)/%铀浸出率
/%10303211.30.00.02282.521303712.80.00.02480.93030319.24.00.02282.54 1303812.34.00.02580.251303110.13.50.01885.7
表12 5号柱高酸强化浸出酸用量与浸出率关系拌酸熟化酸用量/%酸耗/%铀浸出率/%矿样熟化浸出3.53.475.0准尾渣第1次熟化1.80.66.5准尾渣第2次熟化
2.40.6
3.6准尾渣第3次熟化2.40.92.5
强化柱浸试验结果表明：加入氧化剂后可显著提高浸出初期铀浸出率，但对最终铀浸出率无显著影响。

通过对准尾渣进行3次高酸强化浸出发现，第1次铀浸出率
提高6.5%，第2次铀浸出率提高3.6%，第3次铀浸出率提高2.5%，浸出渣铀品位降低至0.02%左右；虽然对准尾渣进行了3次高酸强化浸出，但矿石渣中铀含
量并没有降低。

3 结论
1)对于搅拌浸出，需要通过细磨提高铀矿物的解离度，才可获得较为满意的浸出率。

矿石粒度对该矿石浸出影响较为显著，-200目矿石较-100目矿石铀浸出率提高5%左右；同时氧化剂也是影响浸出的关键因素。

2)矿石堆浸，铀浸出率较低，仅78%左右。

通过3次准尾渣高酸强化，浸出尾渣
铀含量可降低至0.02%，但渣中铀含量仍偏高；此外，3次高酸熟化流出液余酸较高(总酸用量10.1%，而熟化前酸耗仅3.4%)，且难以利用。

因此，堆浸工艺对该
矿石不适宜。

3)该矿石在粒度-200目、硫酸用量8%、软锰矿用量1.5%、浸出液固体积质量比为1∶1 mL/g、浸出温度25 ℃、搅拌浸出2 h的条件下，金属铀渣计浸出率可达到91%以上。

综合考虑该铀矿石，适合采用酸法常规搅拌浸出。

参考文献：
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