陳 振，徐顯義，王學(xué)民

（山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013）

基于某鈾礦的地浸采鈾方法

陳 振，徐顯義，王學(xué)民

（山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013）

簡述了地浸采鈾的主要影響因素，提出了一種基于高礦化度砂巖鈾礦的地浸采鈾工藝——淡化少試劑工藝。此工藝不僅可以有效防止管道堵塞，而且可以提高浸鈾的經(jīng)濟(jì)效益。

地浸采鈾；砂巖；淡化少試劑

地浸是原地浸出采礦的簡稱，主要工藝是利用溶浸液有選擇性地從天然埋藏狀態(tài)下的礦石中浸出有用的成分，并抽取至地表，經(jīng)過多道工藝后生成化合物。地浸是融合地質(zhì)勘查、采礦和選冶于一體的采礦方法［1］。

1 地浸采鈾的主要影響因素

地浸采鈾工藝只可能適用于具有一定滲透性能的礦床，地浸采鈾工作能否順利開展與礦床地質(zhì)和水文地質(zhì)條件密切相關(guān)，主要包括以下因素［2］：含礦層的滲透性能、含礦層頂?shù)装甯羲阅?、含礦層厚度、礦體埋藏深度、礦體產(chǎn)狀和形態(tài)、礦石品位、礦石物質(zhì)組成和化學(xué)成分、礦石中有用組分的存在形式和賦存狀態(tài)、地下水水位和水頭壓力、地下水的化學(xué)成分、礦化度和水溫等。

2 某砂巖型鈾礦淡化少試劑地浸采鈾工藝

2.1 問題的提出

新疆某礦床是一個賦存有豐富鈾資源遠(yuǎn)景儲量的大型砂巖型鈾礦床，由于含礦層地下水礦化度較高（礦化度高達(dá)8～12 g·L-1，國外將含礦層地下水礦化度超過5 g·L-1的砂巖型鈾礦定為不可地浸礦床），滲透性較低，使鈾礦開采難以按傳統(tǒng)的酸法和堿法地浸采鈾工藝進(jìn)行，嚴(yán)重影響了鈾資源的經(jīng)濟(jì)合理開采利用［3］。利用酸法極易產(chǎn)生硫酸鈣沉淀，使含礦層孔隙和抽/注液孔堵塞，地浸采鈾效果不佳；利用堿法在加雙氧水作氧化劑并控制HCO3-濃度條件下硫酸鈣堵塞可以得到暫時緩解，但隨著地浸的不斷進(jìn)行仍有可能會產(chǎn)生大量碳酸鈣沉淀，同樣導(dǎo)致堵塞［4］。

2.2 解決方法

為解決上述存在的問題，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上［5］，提出了利用礦化度相對較低的地下水對含礦含水層地下水進(jìn)行淡化，確保地浸試驗過程中不發(fā)生堵塞；研究開發(fā)出合理的淡化少試劑地浸工藝技術(shù)，達(dá)到提高浸出液鈾濃度的目的。

2.2.1 淡化

通過對淡水資源研究與調(diào)查結(jié)果表明，礦區(qū)周邊地區(qū)第四系含有豐富的淡水，足以滿足地浸采鈾淡化需求。地浸采鈾試驗的尾水與當(dāng)?shù)氐旌系男Ч捎肞HREEQCI地球化學(xué)模式進(jìn)行計算預(yù)測。飽和指數(shù)計算預(yù)測結(jié)果見圖1。

由圖1可見，當(dāng)尾水和淡水的體積比為1:1時，石膏的飽和指數(shù)為0；同時，隨著淡水體積與尾水體積比的不斷增加，石膏的飽和指數(shù)不斷降低，且小于0，基本上不存在石膏沉淀堵塞管道的可能性。與此相對應(yīng)的是，方解石與白云石的飽和指數(shù)變化不顯著，略有下降，飽和指數(shù)總體上大于0；這主要是因為淡水中的pH值偏高和混合水中的Ca2＋含量偏高。而碳酸鹽的碳酸根是中性介質(zhì)中鈾的溶浸劑，因此，為了防止碳酸鹽發(fā)生沉淀，其有效措施只能是降低溶浸液中的Ca2＋含量和pH值。

2.2.2 溶浸液配方的研究

2.2.2.1 去鈣

去鈣不僅可以防止碳酸鈣沉淀，也能防止硫酸鈣沉淀，而且還能為提高溶浸劑（HCO-3）含量提供空間，進(jìn)而提高浸鈾效率。碳酸鈣在水中溶解沉淀的狀態(tài)受HCO-3、pH值和Ca2＋三因素反向聯(lián)合制約。溶浸液中Ca2＋含量越低越好，在較低的pH值和Ca2＋含量條件下，便能在溶浸液配方中提高含量，這樣既保證了溶浸液中有足量的HCO-3濃度以滿足提高浸鈾效率的需要，同時又避免了碳酸鈣沉淀問題。

溶浸液中Ca2＋允許的最高含量應(yīng)根據(jù)浸出液碳酸鈣飽和指數(shù)為0時的 Ca2＋邊界含量和溶浸液及浸出液Ca2＋含量的變化量而定。碳酸鈣飽和指數(shù)為 0時的Ca2＋邊界含量可以根據(jù)浸出液的水化學(xué)成分分析結(jié)果，用地球化學(xué)模式PHREEQCI計算程序計算求得。

溶浸液配方的Ca2＋含量＝浸出液中碳酸鈣不發(fā)生沉淀條件下Ca2＋的邊界含量（Cab）－溶浸過程中（溶浸液在浸鈾體系中一定時間內(nèi)）Ca2＋含量的增高值（即浸出液與溶浸液的Ca2＋含量之差）。

2.2.2.2 HCO-3含量的確定

淡化少試劑浸鈾工藝歸屬于中性碳酸鹽浸鈾方法。使用的溶浸劑主要包括溶解氧和HCO-3。

提高浸鈾效率的主要措施之一是提高溶浸液中的HCO-3含量。在試驗過程中采用重碳酸銨的主要理由是，其介質(zhì)為弱堿性，而且成本較碳酸鈉低。

由于在稀釋淡化過程中已徹底解決了硫酸鈣的沉淀堵塞問題，因此，碳酸鈣沉淀堵塞便是淡化少試劑浸鈾過程中研究防沉淀堵塞的關(guān)鍵和要點。

HCO-3是浸鈾的溶浸劑，但并不是HCO-3含量越高越好。只有當(dāng)它小于碳酸鈣沉淀的HCO-3邊界條件時，才能在溶浸液配方中采用最佳值；反之，只能采用HCO3-邊界條件作為溶浸液配方的依據(jù)。由于加溶浸劑——碳酸鹽后，溶液的pH值為8左右，變成弱堿性，在它與巖石作用過程中，Ca2＋含量將增高，將導(dǎo)致碳酸鈣沉淀。為了安全起見，筆者采用補充CO2氣體來降低溶浸液的起始pH值。為了防止碳酸鈣沉淀，浸出液的pH值最好小于6.8，溶浸液pH值設(shè)定在6～6.5之間，在確定溶浸液的pH值和Ca2＋含量后，便可確定HCO3-含量的邊界值和溶浸液配方中的HCO3-質(zhì)量濃度的最佳值（圖2）。

由圖2可見，HCO3-浸鈾最佳質(zhì)量濃度為860 mg·L-1，CaCO3沉淀的邊界質(zhì)量濃度為1 220 mg·L-1。

3 結(jié) 論

通過對新疆某高礦化度砂巖型鈾礦的研究，提出了適應(yīng)于高礦化度砂巖型鈾礦床地浸采鈾的方法。用淡化少試劑地浸采鈾不僅可以有效防止硫酸鈣和碳酸鈣的沉淀，避免了管道堵塞，而且，通過有效溶浸液以及溶浸液中HCO3-含量的控制，提高了浸鈾的經(jīng)濟(jì)效率，該方法是在高礦化礦床地區(qū)進(jìn)行地浸采鈾的一種行之有效的方法。

［1］王昌漢編譯．溶浸采鈾（礦）［M］.北京：原子能出版社，1998.

［2］姚益軒，劉乃忠，霍建黨，等.砂巖鈾礦床原地浸出開采條件評價［J］.鈾礦冶， 2002， 21（4）:169-175.

［3］史維浚，孫占學(xué)．應(yīng)用水文地球化學(xué)［M］.北京：原子能出版社，2005.

［4］馬 飛，張書成，潘 燕，等譯．酸法地浸采鈾工藝手冊［M］.北京：原子能出版社，2003.

［5］Finch W I.Geology of epigenetic uranium deposits in sandstone in the United States［M］. Washington D C:U.S.Government Printing Office，Geol.Surv.Prof.1967.

The method for the in-situ leaching of a uranium mining

CHEN Zhen， XU Xian-yi， WANG Xue-min
（Geophysical and Geochemical Exploration Institute of Shandong，Ji’nan， Shandong 250013， China）

The paper reviews the main factors of in-situ leaching for uranium mining.A kind of technique called dilution with few reagent is put forward to the in-situ leaching of sandstone-type uranium deposit with high TDS.This technique can not only effectively prevent the pipe plug，but also can improve the economic benefits.

in-situ leach of uranium mining； sandstone； dilution with few reagent

TL212.1＋2

A

1672-0636（2011）04-0237-03

10.3969/j.issn.1672-0636.2011.04.009

2011-05-10；

2011-09-02

陳 振（1982—），男，工程師，碩士研究生，山東菏澤人，主要從事水、工、環(huán)地質(zhì)方面的研究工作。E-mail:gischenzhen@163.com