砂岩型铀矿床地浸采铀工艺方法概述

0 － FeS2 + O2 + H2 SO4 →FeSO4 + S + 2OH
CO
2－ 3
+ H →HCO 或 CO
2－ 3 － 3
+
－ 3
2－ 3
+ H2 O→HCO + OH
－ 3
CO 和 HCO 之间的转换与溶液的 pH 显然， 值密切相关。 目前有 记 载 应 用 的 中 性 浸 出 有 两 种， 一种是 CO2 + O2 浸出， 一种是微酸浸出。 前一种中性浸出 立足于碱性浸出的基础上， 其浸出剂 pH 为中性， 后 pH 呈 弱 酸 性。 一种 则 立 足 于 酸 性 浸 出 的 基 础 上， CO2 + O2 的中性浸出剂主要为 CO2 ， 其反应机理为：
［4 ］
。硫酸与 6 价铀的化学反应如下：
+ UO3 + 2H + →UO2 + H2 O 2 + － + SO2 UO2 2 4 → UO2 SO4
－ 2－ UO2 SO4 + SO2 ［ UO2 （ SO4 ） 2］ 4 → 2－ － 4－ ［ UO2 （ SO4 ） 2］ + SO2 ［ UO2 （ SO4 ） 3］ 4 →
CO2 + H2 O→H + + HCO3－ CO2 + CaCO3 + H2 O→Ca2 + + 2HCO3－
－ CaCO3 起缓冲物的作用， 这里， 而 CO2 和 HCO3 处于一 种 动 态 平 衡。 CO2 注 入 矿 层 后 形 成 碳 酸 氢
氧化硫硫杆菌
FeSO4 + O2 + 2H2 SO4 →2Fe2 （ SO4 ） 3 + 2H2 O 2S + 3O2 + 2H2 O →2H2 SO4 4FeS2 + 15O2 + 2H2 O → 2Fe2 （ SO4 ） 3 + 2H2 SO4 CuFeS2 + 4O2 →FeSO4 + CuSO4
的特性所决定的。 硫酸浸出时， 随着地下水在水力 梯度作用下的运移， 改变矿层的地球化学环境， 使 pH 值变化， 随着 pH 值的变化， 铀从沉淀态变为溶 生成硫酸铀酰， 酸法浸出正是利用铀与酸发生 解态， 化学反应的特性， 将铀溶解在含酸的溶浸液中形成 浸出液， 进而将浸出液抽出送至回收车间。 由于 4 价铀在稀硫酸溶液中的溶解速度大大低于 6 价铀， 因此， 在酸法浸出过程中必须加氧化剂 ， 将 4 价铀氧 化为 6 价
设备和管道。当矿体埋深较大时， 这种方法比较昂 在没有进行环境影响 贵。从环境影响的观点考虑， 硫酸浸出导致地 评价时难以选择哪一种浸出系统， 下水形成几种化合物。 然而， 它们的迁移受酸的中 和限制， 也受与自然衰减有关的其它过程限制。 碳 Se） 进入弱碱性介质中 酸盐浸出使一些物质（ 如 Ra、 能迁移相当长距离的溶液。 综上所述， 酸法浸出作为目前工艺最成熟、 经济 效益最高的开采技术， 是砂岩型铀矿床地浸开采的 首选工艺， 然而当矿床的碳酸盐含量过高 （ ＞ 2% ） 或者矿段埋深较大（ ＞ 400 m ） 时， 因试剂耗量过大， 耐腐蚀材料需求过多， 经济效益大打折扣， 此时， 碱 法浸出则具有更大的优势和合理性； 如果考虑到开 采后的地下水环境治理和恢复问题， 酸法和碱法浸 出均具有较大的弊端， 而中性法浸出可有效的解决 这一问题； 针对某些难浸出和铀矿石品位低的矿床 或矿段， 比如大型铀矿床的翼部矿段， 可考虑微生物 浸出工艺。
［6 ］
。
4
微生物浸出
3
中性浸出（ 无试剂浸出）
针对酸法地浸和碱法地浸的不足， 在溶浸剂方 面开展了中性浸出的研究。 pH 值为中性条件下的 铀浸出称为中性浸出， 中性浸出也可称为中性弱碱 － CO2 性或弱酸性浸出。中性浸出条件下， 3 几乎不存 溶液中碳酸盐全部以 HCO3 形式存在， 实际上是 在，
硫化亚铁硫杆菌 硫化亚铁硫杆菌 氧化硫硫杆菌 氧化硫硫杆菌
硫化亚铁硫杆菌
6
硫化亚铁硫杆菌
采
矿பைடு நூலகம்
技
术
2011 ， 11 （ 4 ）
4FeAsS + 11O2 + H2 O →4FeSO4 + 4H3 AsO3
（ 2 ） 间接作用。微生物在生命过程中氧化矿石 中的硫、 硫化物产生硫酸和硫酸高铁， 而硫酸和硫酸 高铁可作为溶浸剂的主要成份浸出矿石中的有用金 属。例如：
－ － HCO3－ 浸出， CO2 3 和 HCO3 之间的转换平衡为 ： －
微生物冶金技术是利用一类嗜酸性微生物在有 产生强氧化剂和 氧条件下氧化金属矿石中的 FeS2 ， 硫酸， 从而将矿石中的金属溶解进入溶液中 （ 间接 作用原理） ， 同时这类微生物也可直接作用于目标 金属 将 其 氧 化 成 高 价 可 溶 性 形 态 （ 直 接 作 用 原 理）
ISSN 1671 － 2900 CN 43 － 1347 / TD
采矿技术 第 11 卷 第 4 期 Mining Technology，Vol． 11 ， No． 4
2011 年 7 月 July 2011
砂岩型铀矿床地浸采铀工艺方法概述
朱
摘
鹏， 陈建昌， 尉小龙， 徐巧兵， 刘巍平
（ 核工业二○三研究所， 陕西 咸阳市 712000 ） 要：砂岩型铀矿床地浸采铀工艺的合理选择对矿床的开采效率和经济效益具有重要 意义。目前应用最为广泛、 经济效益最高的酸法浸出工艺， 对碳酸盐含量较高或者矿体埋 深较大的矿床并不适用， 碱法浸出具有地下水环境治理困难的弊端 ， 中性浸出以及微生物 浸出越来越多的应用于实际开采中 ， 地浸采铀工艺研究趋于多样性、 合理性的发展。 关键词：地浸采铀工艺； 中性浸出； 地下水环境治理
1
酸法浸出 2
以酸性试剂作为浸出剂的地浸过程称为酸法浸 出， 也称酸浸。目前， 工业生产用的酸性浸出剂为硫 酸。硫酸之所以能被广泛用作地浸浸出剂是由于它
碱法浸出
碱法浸出是基于 6 价铀在弱碱性介质中可形成 + K+、 NH4 + 、 Ca2 + 和 易溶 的 络 合 物 的 原 理。 Na 、
朱
鹏， 等：
砂岩型铀矿床地浸采铀工艺方法概述
5 盐， 其反应式如下：
－ CO2 + CO2 + H2 O→2HCO3－ 3
Me2 + 离子起 阳 离 子 作 用， 而阴离子则以三碳铀酰 ［ UO2 （ CO3 ） 3］ 或二碳酸铀酰［ UO2 （ CO3 ） 2］ 形 式存在。4 价铀化合物在不加氧化剂时用碳酸盐试 剂不能回收， 氧化剂应与碳酸盐一起直接注入矿带 。 － 通过加重碳酸 （ HCO3 ） 盐和二氧化碳气体进行浸 出。二氧化碳与主岩中天然碳酸盐反应生产在中性 ［5 ］ 或略碱性条件下溶解的重碳酸盐和碳酸盐 。 铀 的浸出与钠盐的反应方程式如下 ：
［7 ］
。
嗜酸性微生物中一大类 （ 如氧化亚铁硫杆菌和 产高价铁 氧化硫硫杆菌 ） 可利用含硫化矿物产酸、 而溶浸矿石中的金属， 其作用通常可分有 3 种： 直接 ［8 ， 9 ］ 。 间接作用和联合作用 作用、 （ 1 ） 直接作用。这种作用是指微生物附着在矿 石表面直接氧化矿石中的硫化物， 使其溶解。 以氧 化亚铁硫杆菌为例， 在有氧及水存在的情况下， 该菌 对黄铁矿、 黄铜矿、 砷黄铁矿将会有如下反应：
（ 3 ） 混合作用。细菌溶浸矿物时同时发挥直接 作用和间接作用。 在实际溶浸过程中， 直接作用和 间接作用往往同时存在。 微生物技术地浸过程中， 将根据目标矿石类型、 含矿层渗透性及其厚度等而选择具体作用方式 。仅 就目标矿石黄铁矿含量而言， 若黄铁矿含量较高， 则 则选择以间接作用为 以直接作用为主； 若含量较低， 主直接作用为辅， 对于不适于微生物生存的地下浸 出块段进行地浸， 则仅利用间接作用方式。 微生物地浸技术是在酸法地浸技术基础上以微 在对地浸块段渗流场 生物溶浸液替代化学溶浸液， 研究的基础上， 以与化学地浸相似的工艺所进行的 原地金属提取技术， 在难浸铀矿石或低品位铀矿石 提高浸出率， 当铀矿石 的条件下能缩短铀浸出周期， 中含有黄铁矿时， 还可降低酸耗。 这种技术起步较 晚， 但在适宜条件下， 具有常规酸法地浸所无可比拟 ［10 ， 11 ］ 。 的优越性
浸出剂 pH 应小于 4 ， 酸浓度小于 2 g / L 为宜。 浸出， 既然这是一种利用矿石中碳酸钙的浸出 ， 那么， 碳酸 氢盐的存在及浓度主要取决于矿石中碳酸钙的含 量， 当碳酸钙含量约为 2% 时， 对浸出十分有利； 当 碳酸钙含量大于 3% 时， 耗酸和时间会大大增加， 采 用微酸的中性浸出已不合适。这种类型的中性浸出 目前只用在矿层已被充分氧化， 并且前期用较高浓 度的酸开采一段时间的条件下。该方法浸出液铀浓 度低， 浸出时间长
－ 2－ 生 HCO3 和 CO3 。铀化合物可与这两种离子反应， 2－ 生成 碳 酸 铀 酰 络 合 物 ［UO2 （ CO3 ） 2 ］ 和 ［UO2 4－ （ CO3 ） 3］ 。一般情况下， 要实现这种类型的中性
1 O →UO3 2 2
4－ 2－
+ H2 O→［ UO2 （ CO3 ） 3］ + H2 O→［ UO2 （ CO3 ） 2］
+ 2OH + 2OH
－ －
与酸法浸出相比， 碱法浸出有一定的长处： （ 1 ） 选择型好， Ca、 Me、 Fe、 Al 等元素很难在碱 性浸出环境下溶解； （ 2 ） 腐蚀性小； （ 3 ） 可用于碳酸盐含量相对较高的矿床 ； （ 4 ） 能给氧化剂提供较适宜的环境； （ 5 ） 与酸法相比， 环境污染治理相对容易。 但也存在一些缺点： （ 1 ） 浸出率较酸法浸出低 10% 左右； （ 2 ） 矿石中 FeS2 含量高时不能使用； （ 3 ） 浸出液铀浓度低， 浸出时间长。