李耀國，馮張生，王兆泉

（陜西核工業(yè)地質(zhì)局224大隊，陜西 西安 710024）

偉晶花崗巖型鈾礦石堆浸工藝研究與應(yīng)用

李耀國，馮張生，王兆泉

（陜西核工業(yè)地質(zhì)局224大隊，陜西 西安 710024）

介紹某低品位偉晶花崗巖型鈾礦石礦物特性。研究在混合氧化劑存在條件下的這種難浸礦石的堆浸工藝。500 t半工業(yè)結(jié)果表明：試驗解決了該類型礦石堆浸工藝，達(dá)到了工業(yè)生產(chǎn)要求的技術(shù)指標(biāo)。

鈾礦石；堆浸工藝；研究與應(yīng)用

偉晶花崗巖型鈾礦石是我國近年來發(fā)現(xiàn)的新類型鈾礦石，成礦前景較好，礦石儲量大，但品位較低，使用常規(guī)鈾礦水冶工藝，其礦石浸出時間長、浸出率低，屬于 “呆礦”［1］。為了開發(fā)使用戰(zhàn)略資源，筆者對礦石性質(zhì)進(jìn)行了研究，通過室內(nèi)柱浸選冶試驗，找到了使用混合氧化劑酸浸工藝，通過500 t地表堆浸半工業(yè)試驗驗證，礦石浸出時間短、浸出率高，取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，解決了該類型礦石的選冶工藝。

1 礦石性質(zhì)

1.1 礦石的礦物組成

偉晶花崗巖型鈾礦石產(chǎn)于偉晶花崗巖脈中，主要脈石礦物為長石、石英，含量基本相等，黑云母質(zhì)量分?jǐn)?shù)不定，變化范圍為5%～20%，偶見少量白云母，其次為黃鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、輝鉬礦、鋯石和獨居石。礦石礦物為晶質(zhì)鈾礦， w（U4＋）/w（U6＋）約為 96%，以四價鈾為主。工業(yè)類型屬于高硅酸巖型鈾礦石，摩氏硬度為8～9，礦石堅硬、結(jié)構(gòu)致密。鈾主要以獨立鈾礦物——晶質(zhì)鈾礦的狀態(tài)存在，晶質(zhì)鈾礦呈全自形粒狀結(jié)構(gòu)，浸染狀構(gòu)造，以分散狀或浸染狀分布，當(dāng)?shù)V石中含黑云母時，晶質(zhì)鈾礦絕大部分賦存于黑云母粒間；當(dāng)黑云母含量少時則賦存于斜長石及石英粒間。據(jù)統(tǒng)計，賦存于粒間的晶質(zhì)鈾礦占60%以上，還有少部分賦存于造巖礦物內(nèi)部。另外，尚有不足10%的鈾以硅鈣鈾礦及鈾黑等形式賦存于礦物粒間和巖石裂隙面上［1］。

表1 偉晶花崗巖型鈾礦石多元素分析結(jié)果Table 1 Analytical result of major elements from a pegmatitic granite-type uranium ore

1.2 礦石的化學(xué)成分

礦石的化學(xué)成分如表1所示。

從表1可以看出，SiO2含量較高，鐵、鈣含量較低，適合酸法浸出。

1.3 礦石的粒度特性

晶質(zhì)鈾礦具強放射性，粒徑0.1～0.3 mm，最大1 mm。以立方體與不發(fā)育的八面體聚形為主，少量呈長粒狀、厚板狀或不規(guī)則狀。摩氏硬度為5～6，維拉硬度為348 kg·mm-2，質(zhì)量密度為9.47 g·cm-2，次生變化很弱。

2 礦石可浸出試驗——室內(nèi)柱浸試驗

依據(jù)鈾礦石堆浸浸出液鈾-水系電位－pH關(guān)系，試驗控制浸出液酸堿度pH＝2±0.5、氧化還原電位（550±50）mV［2］。 以柱浸試驗方法通過氧化劑選擇試驗、礦石粒度試驗、氧化劑優(yōu)化組合試驗、離子交換試驗，從而完成該類型礦石的可選性試驗，確定了該類型礦石堆浸工藝流程。

2.1 氧化劑選擇試驗

采用－15 mm礦石粒度，用H2SO4＋氧化劑A、H2SO4＋氧化劑B、H2SO4＋氧化劑C為浸出劑，對氧化劑A、B、C進(jìn)行試驗，從浸出結(jié)果（表2）看，B氧化劑氧化效果優(yōu)于A、C氧化劑。

表2 氧化劑試驗結(jié)果表Table 2 Results of oxidant test

2.2 礦石粒度試驗

用H2SO4＋氧化劑B＋C為浸出劑，對－15 mm、－10 mm、－5 mm礦石粒度試驗41 d，從浸出結(jié)果（表3）看，礦石粒度對浸出率影響極大。

表3 礦石粒度試驗結(jié)果表Table 3 Test results of ore granularity

2.3 氧化劑優(yōu)化組合試驗

以－5 mm礦石粒度進(jìn)行試驗，采用H2SO4＋氧化劑A＋氧化劑B、H2SO4＋氧化劑B＋氧化劑C、H2SO4＋氧化劑A＋氧化劑C試驗 50 d。H2SO4＋氧化劑 A＋氧化劑 B，H2SO4＋氧化劑A＋氧化劑C試驗結(jié)果較好（表4），但浸出結(jié)果差別不大，然而從浸渣中發(fā)現(xiàn)，氧化劑C大量集中于浸出柱底部，說明在礦石中均勻分布的氧化劑C在布液浸出中隨浸出液向堆底流動集中，明顯出現(xiàn)了中上部氧化劑不足、底部過剩的現(xiàn)象，不利于氧化浸出。

表4 氧化劑組合試驗結(jié)果表Table 4 Test results of oxidant combination

2.4 離子交換試驗

歷次浸出液中雜質(zhì)分析結(jié)果（表5）說明，影響201×7離子交換樹脂吸附分離富集、淋洗、沉淀的雜質(zhì)含量極小。采用201×7離子交換樹脂吸附、淋洗，富液用30%NaOH沉淀，控制pH值為6.5～6.8，得到重鈾酸鈉黃色結(jié)晶體——“111”產(chǎn)品， 干基鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞50%，達(dá)到核行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ/T803-93要求。

表5 浸出液中雜質(zhì)質(zhì)量濃度Table 5 Mass concentration of impurities in leaching liquid

2.5 室內(nèi)試驗結(jié)論

該類型礦石粒度對浸出率影響較大，浸出率要達(dá)到80%以上，其粒度必須小于5 mm。采用稀硫酸（3.2%）加兩種氧化劑（A和B）聯(lián)合氧化浸出，浸出性能良好，物耗低。兩種氧化劑的聯(lián)合使用是本次試驗的重大突破。礦石完整、致密，破碎筑堆后礦堆滲透性良好。浸出原液中雜質(zhì)含量低，浸出液后處理工藝簡單。

3 500 t地表堆浸半工業(yè)試驗

3.1 試驗礦石采集

500 t試驗所用的礦石采自礦床主礦體KT-5、KT-7，主要由偉晶花崗巖型、黑云母團(tuán)塊型鈾礦石構(gòu)成，入堆品位為0.088%，與礦床平均品位0.096%基本接近，試驗礦石全分析結(jié)果與礦床礦石全分析結(jié)果（表1）基本相同。因此，試驗樣品能代表該礦床礦石的基本特征。

3.2 試驗工藝流程

根據(jù)室內(nèi)臺架試驗的基礎(chǔ)資料，結(jié)合該礦山實際條件，采用地表堆浸-固定床離子交換-氫氧化鈉沉淀生產(chǎn) “111”產(chǎn)品的工藝流程，具體見圖1。

3.3 結(jié)果與討論

3.3.1 礦石的筑堆和布液

礦石筑堆采用三輪車前進(jìn)式入堆、人工扒平方式，共破碎入堆礦石500 t，堆高2.8～3 m。溶浸液由工業(yè)硫酸、氧化劑、部分吸附尾液和清水配制而成，采用微噴頭間歇式布液并隨時間推移，逐次遞減布液強度。

3.3.2 布液量和固液比

布液為95 d，總布液量為1 079 m3，累計固液比 1∶1.98。

3.3.3 酸耗及氧化劑耗量

試驗用酸的質(zhì)量濃度為5～60 g·L-1，累計酸耗20 kg/t礦。氧化劑試驗第1 d至第4 d用A試劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%～1.25%，累計耗量為1.892 kg/t礦。第5 d至第95 d用B試劑，質(zhì)量濃度為0.01～2 g·L-1，累計耗量為0.398 6 kg/t礦。物耗具有前期高，中、后期迅速下降的特點（圖2、3）。浸出液pH值基本在2.0±0.5范圍內(nèi)，氧化還原電位基本在（550±50）mV 范圍內(nèi)。

3.3.4 浸出特性

由于鈾礦石微裂隙不發(fā)育，擴(kuò)散作用微弱，浸出前期以表面浸出為主，暴露在礦石顆粒表面的鈾礦物被溶解，浸出迅速，浸出液中鈾濃度迅速上升，從浸出曲線（圖2、3）可以看出，第4 d時就出現(xiàn)高峰，最高浸出鈾質(zhì)量濃度為2.05 g·L-1，到第17 d時，浸出率達(dá)到70.37%，固液比1∶0.68，平均鈾質(zhì)量濃度為0.806 g·L-1。礦石顆粒表面的鈾被浸出之后，中后期以礦石內(nèi)部浸出為主，浸出緩慢，曲線迅速下降，曲線平緩，拖尾很長，到第95 d時，浸出率達(dá)到89.05%，固液比1∶1.980， 鈾平均質(zhì)量濃度為 0.368 g·L-1。 第95 d與第17 d相比，浸出天數(shù)增加了78 d，固液比增加了1.30，浸出率僅增加了18.68%，鈾平均質(zhì)量濃度下降了0.438 g·L-1。

3.3.5 礦石粒度對浸出的影響

礦石粒度對浸出率的影響見表6。

表6 不同礦石粒級與浸出率Table 6 Grains of ore and the leaching rate

從表6可知，在0.9～0.28 mm、0.28 mm～160目、-160目粒級區(qū)間內(nèi)，浸出率接近。在＋5 mm、5～0.9 mm、0.9～0.28 mm區(qū)間內(nèi)，不同粒級間浸出率相差較大，并且隨著礦石粒級的逐漸變小，浸出率不斷提高，說明在此粒級區(qū)間，礦石粒級與浸出率的高低關(guān)系密切。如果單純從經(jīng)濟(jì)角度分析，最經(jīng)濟(jì)的礦石最小粒度應(yīng)該是0.28 mm。但從技術(shù)角度分析，如果缺少0.28 mm～160目、-160目兩個粒級，當(dāng)堆場粒級配比較均勻，堆場滲透性太好時，就會加快溶浸液在礦堆中的流速，那就勢必會減少溶浸液與礦石的接觸時間，從而造成部分溶浸液沿礦石孔隙快速流動而形成 “無效布液”。因此，要達(dá)到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，入堆礦石不僅粒度要小于5 mm，而且必須達(dá)到一定的粒級配比。

3.3.6 浸出周期及溫度對浸出的影響

浸出周期：從試驗結(jié)果看，由于中、后期浸出緩慢，如果要達(dá)到較高的浸出率，必然要延長浸出時間，浸出周期以大于95 d為宜。

溫度對浸出的影響：偉晶花崗巖型鈾礦石 w（U4＋）/w（U6＋）約為 96%， 以四價鈾為主，且堅硬致密，微裂隙不發(fā)育，浸出時擴(kuò)散作用不明顯。由表7可見，跟同類試驗相比，在同樣的浸出率條件下，溫度低時試驗物耗高，試驗天數(shù)增加28 d，因此，溫度是影響浸出的重要因素。

表7 溫度與浸出率的關(guān)系Table 7 Relationship between the temperature and the leaching rate

3.3.7 鈾回收工藝試驗

本次試驗的鈾回收工藝，用201×7樹脂固定床離子交換吸附-氫氧化鈉二段沉淀生產(chǎn)“111”工藝。技術(shù)指標(biāo)：浸出率為89.05%，總回收率為82.32%，浸回差為6.73%，“111”干基鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)51.82%。

3.3.8 廢水利用及處理

3.3.8.1 工業(yè)廢水返回利用率試驗

試驗中以30%、50%和80%的不同比例進(jìn)行溶浸液配制、布液，研究不同的尾液返回率對 “111”產(chǎn)品的影響。從而確定最佳的尾液循環(huán)利用率，這樣既可以減少廢水的排放量及環(huán)保壓力，又節(jié)省了水冶生產(chǎn)期清水的使用量，降低生產(chǎn)成本。從表8結(jié)果可以看出，不同循環(huán)率的產(chǎn)品中的雜質(zhì)元素均不超標(biāo)。光石溝鈾礦在進(jìn)行地表堆浸工業(yè)生產(chǎn)時，尾液循環(huán)利用率應(yīng)在80%左右。

3.3.8.2 廢水處理

廢水處理采用鈾水冶廠攪拌中和沉淀法處理，處理結(jié)果見表9，達(dá)到了規(guī)定外排標(biāo)準(zhǔn)。

表8 不同循環(huán)率 “111”產(chǎn)品干基雜質(zhì)組分含量（%）Table 8 Component contents of dry impurity in production No.111 under different circulating rate（%）

表9 廢水處理前后組分含量Table 9 The component concentration before and after waste water treatment

3.3.9 柱浸試驗、500 t半工業(yè)試驗經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比

從表10可以看出，隨著試驗研究程度的提高，浸出成本逐步降低，浸出工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化，液計浸出率達(dá)到89.05%，噸金屬浸出材料成本小于2萬元，500 t試驗取得圓滿成功，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)可作為礦山初步設(shè)計的依據(jù)。

表10 浸出經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)對比表Table 10 Contrast of leaching economic and technical parameters

4 結(jié) 論

以晶質(zhì)鈾礦為主的偉晶花崗巖型鈾礦石，礦石堅硬致密，其浸出條件苛刻。但在一定的粒度和氧化介質(zhì)條件下，其浸出率較高，材料消耗較低。500 t半工業(yè)試驗結(jié)果充分說明，該類型鈾礦石在常溫條件下可以進(jìn)行地表堆浸工業(yè)生產(chǎn)，解決了偉晶花崗巖型鈾礦石的選冶工藝技術(shù)難題。此項研究成果對該鈾礦床的開發(fā)利用，以及同類型鈾礦床的開發(fā)利用和找礦工作都具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

［1］王建國，穆長偉，馮張生，等.陜西省商南縣光石溝鈾礦500噸地表堆浸半工業(yè)試驗研究報告［R］.西安：陜西省核工業(yè)地質(zhì)局 224大隊，2003.

［2］李尚遠(yuǎn)，陳明陽，李從奎，等.鈾、金、銅礦石堆浸原理與實踐［M］. 北京：原子能出版社，1996.

Study on heap leaching technology of pegmatitic granite-type uranium ores and its application

LI Yao-guo， FENG Zhang-sheng， WANG Zhao-quan
（Geological Party No.224， Shaanxi Nuclear Geology Bureau， Xi’an， Shaanxi 710024， China）

Mineral characteristics of low grade ore of a pegmatitic granite-type uranium deposit are introduced and the heap leaching technology is developed for leaching the hard ores with the existence of mixed oxidant.Pilot test result of 500 t ores showed that the heap leaching technology is valid and reached the technical target for industry production.

uranium ore；technology of heap leaching； study and application

TL212

A

1672-0636（2011）02-0089-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.02.005

2011-02-25；

2011-05-10

李耀國（1966—）男，甘肅秦安人，高級工程師，主要從事化驗分析及鈾礦選礦工藝的研究。E-mail:raochaojun123@163.com