刘率帅1，王清良1，胡鄂明1，李  乾1，桂增杰1，王星星1，阳奕汉2，张  勇2，张青林2

（1．南华大学核资源工程学院，湖南衡阳421002；2．中核新疆天山铀业有限公司，新疆伊宁835000）

摘要：根据CO2+O2地浸采铀工艺技术特点，选取新疆某铀矿山取得的砂岩岩芯铀矿石，自行设计了CO2+O2加压滚瓶浸出试验装置，并进行了室内CO2+O2加压滚瓶浸出试验。结果表明，当CO2+O2总压为2.0 M Pa，液固比10：1时，金属铀浸出率达到70%，采用多级浸出和后期加氧化剂强化浸出，铀浸出率达90%以上。说明该矿床铀矿石适合CO2+O2浸出工艺，试验结果可为CO2 +O2现场浸出试验和工程设计提供依据和指导。

关键词：CO2+O2；地浸采铀；滚瓶试验；加压浸出

中图分类号：TD868文章编号：1004-4051(2016)06-0100-04

 砂岩铀矿原地浸出一般采用酸或碱作为浸出剂，酸法浸出的优点是浸出速度快，浸出率高；缺点是选择性差，地下水治理费用高，对含碳酸盐高的矿床不适合。碱法浸出的优点是选择性好，对地下水污染程度低，适合于碳酸盐含量高的铀矿床；缺点是浸出率相对低，浸出时间长等。

 针对酸法和碱法地浸存在的不足，国外已经在浸出剂的选择上进行了新的探索。美国Highland铀矿是西方产量最大的地浸采铀矿山之一，采用CO2+O2浸出取得很好效果。此方法对一些碳酸盐含量高、渗透性差的铀矿石以及地下水矿化度高的铀矿床具有很强的实用性。随着我国对绿色环保和节能减排型矿山建设的日益重视，CO2+O2地浸采铀工艺技术因具备试剂消耗少、对仪器设备及材料的腐蚀性小、浸出液铀浓度稳定、不破坏矿石的天然渗透性、开采后地下水治理简单等优点，已成为砂岩铀矿床地浸采冶技术发展的重要方向。根据地浸采铀工艺技术特点，用自行设计加工的CO2+O2加压滚瓶试验装置，对新疆某地浸铀矿山所取的岩芯砂岩铀矿，进行CO2+O2加压滚瓶浸出的不同压力、不同液固比、不同浸出时间和多级浸出等试验，试验结果可为CO2+O2地浸采铀工程的矿山设计和现场条件试验提供依据与指导。

1  材料与方法

1.1  矿石样品制备

 试验样取自新疆某铀矿两个矿床钻孔岩芯岩矿样（矿床编号为1#，2#）。采用手选、破碎、缩分等方法对矿石样品进行制备。共制备了8个铀矿石样，进行岩石矿物学分析、化学成分分析、粒级筛析和浸出试验等。

1.2试剂

试验所用试剂见表1。

1.3仪器设备

试验所用仪器设备见表2。

1.4试验装置

 CO2 +O2加压滚瓶试验装置，是根据实验要求先进行设计，再委托有高压容器制造资质的某核工业机械有限公司加工制造。由加压反应罐、振荡器、CO2气瓶和O2气瓶组成。罐体直径89mm，高160mm，罐顶盖上有进气阀、排气阀、排液阀和压力表。装置按图1连接。

1.5试验方法与步骤

 本次浸出试验主要内容包括：CO2 +O2不同压力浸出试验、不同液固比浸出试验、不同浸出时间浸出试验和多级浸出试验。自行研制的加压滚瓶浸出设备，使用前先空载试压试漏，然后组装链接带水试压；调试达到要求后进行试验。试验步骤如下所述。

 1)打开反应罐顶盖，将准确称量的矿石样加入反应罐内，按设计的液固比加入自来水，用玻璃棒搅拌均匀，然后盖上反应罐顶盖，拧紧螺栓，确保密封不漏。

 2)把反应罐固定在振荡器上，按图1所示将设备连接。

 3)向反应罐缓慢加入O2，待其压力达到试验设计总压的二分之一(试验总压为2.0MPa，先缓慢加入O21.0MPa)，同时启动振荡器，待压力稳定后停止加入O2，关闭O2阀门。

 4)向反应罐缓慢加入CO2气体，操作方法同O2，总压达到2.0MPa，达到稳定后，停止加入，关闭CO2阀门。

 5)开始振荡，定期观察反应罐内压力，达到预定时间后，停止震荡，打开排气阀，取出反应罐，倒出浆体，过滤、洗涤。

 6)取滤液分析U、pH值、HCO3-及CO32-含量；滤渣烘干分析U。

2  结果及讨论

2.1岩石矿物鉴定

 对1#，2#矿床的两个铀矿样进行了岩石矿物鉴定，制作矿样砂薄片，进行正交叉镜照片和镜下观察，结果见图2和图3。

 鉴定结果如下所述。①岩芯矿样岩石为铁质-钙质-黏土质-石英屑和不等粒复成分砂屑-岩屑。矿样屑砂岩型，主要由石英岩、硅质岩、石英砂岩和钙质砂岩屑等组成。其中，矿石中矿物主要为石英（质量分数为62%～72%，平均为67%）、玻屑凝灰岩岩屑（8%～18%，平均为13%）、方解石(3%～4%，平均为3.5%)、不透明钛铁氧化物(12%～21%，平均为16. 5%)。②该矿床矿石中铀的存在形式有铀矿物、吸附铀及含铀矿物，独立铀矿物难以发现，主要存在形式为吸附铀，存在于含铀矿物中的铀很少。

2.2  矿样化学成分分析

 取1#，2#化学分析样，对主要元素进行分析，分析结果见表3。

 从表3可知：①矿样U品位较低，约0. 035%，1#中U4+占铀总量的46%，2#中U4+占铀总量的35%，说明该矿石浸出过程中需要加入氧化剂；②两个矿样的化学成分及含量均相近，矿样中Ca、Al、CO2含量较高，Ca O含量为0.8%～2.0%，Al2O2含量为7.7%～9．0%，CO2含量为1.5%～3.2%，SiO2含量则大于80%，说明该矿石耗酸大，不适合采用酸法浸出。

2.3粒级筛析试验

 取1#和2#试验矿石样进行粒级筛析，结果见表4。

 粒级筛析和U分析结果可知：两个矿样粒级组成相近，以0. 45mm粒度为界，上下粒级矿石质量各占50%左右；不同粒级矿石U品位分布规律不明显。

2.4 CO2 +O2滚瓶浸出试验

 称取1#矿石样100g，铀品位0.034%，化学成分见表3，采用CO2+O2浸出，液固比为10：1，浸出时间24h。试验时先通入O2，再通入CO2。为了比较，还进行了NH4HCO3+H2O2对比浸出试验。试验结果见表5。  

由表5可以看出：①pH在6～7时，水溶液中CO3几乎不存在，溶液中的碳酸盐以HCO3形式存在，而铀的浸出过程实际是HCO3的浸出；②用CO2+O2浸出时，铀浸出率为43. 6%～62. 8%，与低质量浓度的NH4HCO3溶液浸出比较，铀浸出率较高。

2.5不同液固比浸出试验

 称取1#矿石样50g，CO2压力1.0MPa，O2压力1. 0MPa，总压2.0MPa，液固比为3:1和10：1，浸出时间为1d、2d、3d、4d、5d和6d，浸出结果见图4。

 由图4可知，浸出从第一天到第四天，浸出率逐步升高，但随后浸出率不再有明显变化；增大液固比，在一定程度上能够提高铀的浸出率。

2.6 CO2 +O2加压多次浸出试验

 称取1#和2#两种矿石样各50g，液固比3：1，CO2压力1.0MPa，O2压力1.0MPa;每级浸出时间为24h;第五次和第六次各加入5mL双氧水，浸出结果见图5。

 从图5可以看出，加压多级浸出，从第一级到第四级，单级浸出率逐级递减，但第五级加入双氧水后，铀浸出率出现较大幅度增加，铀总浸出率达到90%左右。结果表明，采用多级搅拌浸出且后期加入氧化剂强化浸出的方式，可以获得较好的浸出效果。加入氧化剂使得矿石中U(Ⅳ)被氧化为UⅥ)后浸出，这与化学分析结果U(Ⅳ)占铀总量的30%～40%相吻合。

3结  论

 1)两个铀矿床的矿石样矿物组成和化学成分相差不大，采用CO2+O2浸出，铀浸出速率较慢，短时间内铀浸出率不高。

 2)两矿样中U(Ⅳ)含量分别为46%和35%，加入双氧水可以氧化U(Ⅳ)为U(Ⅵ)，提高铀的浸出率；采用CO2+O2加压多级浸出且后期加氧化剂强化浸出，铀浸出率可达到90%。

 3)CO2+O2加压滚瓶浸出试验装置自行研制，方便实用、稳定可靠，可以满足砂岩铀矿浸出试验要求。