某砂岩型铀矿中铀形态及其可浸出性的分析研究

周春风 马 强 冯志刚

（1.湖南省有色地质勘查局 245 队，湖南 吉首416007；2.南华大学 核资源工程学院，湖南 衡阳421001）

原地浸出采铀是一种集采矿、选矿、冶金于一体的新型采矿理论和采矿方法，经过30 多年的研究与生产实践，地浸采铀技术已成为我国铀矿开采的重要技术手段，据统计地浸采铀生产量占全世界铀总产量的20%，地浸产量已占我国铀总产量的30%左右。但是，也应认识到，钻孔施工技术有待改进和提高，薄壁套管的应用需要探索，液态氧和二氧化碳的使用需要尝试，地下水治理技术的研究和应用应得到应有重视，基础理论研究期望加强[1-5]. 本论文针对目前国内外地浸采铀研究现状[6-24]，将逐级化学提取技术应用于地浸采铀工艺，旨在指导地浸采铀工艺，对地浸采铀工艺中溶浸剂的选择和浸出率阈值的确定有重要的参考价值，同时对地浸砂岩型铀矿储量估算的合理性予以评价。

1 材料和方法

1.1 样品的采集及预处理

采集新疆某地浸砂岩型铀矿不同孔深和孔号的矿芯试样10 件，对所取的每个矿芯样进行破碎、混匀、缩分等工艺流程处理后，从大量矿石中筛选出具有代表性的铀矿石烘干并磨至74 μm 以下( 200 目) ，制成分析试样。为了分析讨论方便，试验地区样品用A 表示。

1.2 试验分析方法

1.2.1 铀矿物中铀形态的提取方法

本文借鉴文献[25-26]将试样中铀元素的形态分为可交换离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和结晶态共五种形态，操作流程如图1。

1.2.2 试样酸法浸出试验

平行称取三份3.00 g 编号为1 号的分析试样，分别置于100mL 的锥形瓶中，以液固比为8:1 分别加入10g/L、20g/L、30g/L 的硫酸浸出液，手动摇匀，用橡胶塞塞住瓶口，放入恒温水浴摇床，以20℃条件下，恒温振荡6 h，浸出结束后。用定量滤纸过滤不溶物，用2%稀硫酸溶液洗涤锥形瓶和不溶物多次，洗涤液一并收集于100 mL 容量瓶中，分析液计浸出率。按照上述试验步骤对2 号—10 号进行硫酸浸出试验，提取流程如图2。

1.2.3 固样铀品位和各形态提取液铀的测定

固样中总铀含量采用三氯化钛还原/钒酸氨氧化滴定法测定[27]，各形态提取铀含量采用5-Br-PADAP 吸光光度法测定[28]

图1 .逐级化学提取流程图Fig.1 The flow chart of Sequential chemical extraction

图2 .硫酸浸出试验流程图Fig.2 The flow chart of sulfuric acid leaching test

2 结果与讨论

2.1 试样中各形态铀的分布特征

试样中各形态铀占总量铀的比例分布如图3所示，从柱形图3可以看出，无论是试样间还是同一试样内，铀的形态分布特征都存在明显，可能反映了试样类型、矿化机制的不同。

图3 . 试样中各形态铀含量与总量铀（分步提取法）比值Fig.3 Ratio distribution of each uranium speciation to total uranium Contents (Fractional extraction) in samples.

2.2 硫酸浸出试验结果与逐级化学提取结果比较

（1）观察表1，发现溶浸液酸度对金属铀浸出率有较大影响，随着溶浸液酸度增加，金属铀浸出率升高；若为了得到高浸出率，需要较高的酸度。考虑到地浸采铀生产过程中浸出液的余酸质量浓度较高，溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子易与硫酸结合生成微溶的化合物CaSO4、MgSO4覆盖于矿石表面也影响浸出，因此合适的酸度应根据地浸生产的实际，铀价格和环保要求而定。

表1. A 区试样硫酸浸出试验结果Table 1 Results of sulfuric acid leaching test of area A

30 83.53 前五个形态和 结晶态8 号 0.188 9 号 0.174 10 号 0.012 10 71.7 前五个形态和 结晶态20 77.02 前五个形态和 结晶态30 81.86 前五个形态和 结晶态10 68.62 前四个形态和 硫化物及有机物结合态20 75.52 前五个形态和 结晶态30 83.74 前五个形态和 结晶态10 57.85 前四个形态和 硫化物及有机物结合态20 65.29 前四个形态和 硫化物及有机物结合态30 71.07 前五个形态和 结晶态

（2）液计浸出率与逐级化学提取试验结果比较关系见图4 首先计算出每个编号试样的液计浸出值，在逐级化学提取中，浸出形态由易到难的顺序依次为：可交换离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态、结晶态，通过液计浸出值与各个形态铀的质量分数对比。从图4 可以得出，10g/L 硫酸大部分可以浸出到前四个形态（可交换离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态），20g/L 的硫酸大部分可以浸出到前四个形态和前五个形态，30g/L的硫酸大部分可以浸出到前五个形态。同时表明，结晶态铀是原生矿物中铀最重要的组成部分，对于结晶态铀所占比例较高的铀矿石，铀的浸出阈值是较低的，在地浸采铀过程中，依靠提高溶浸剂的酸度和增加氧化剂对提高浸出率是无益的。

图4 .液计浸出率与逐级化学提取试验结果比较关系Fig.4 The comparing diagram of liquid leaching result and sequential chemical extraction result

3 结 论

（1）随着硫酸酸度的提高，铀的浸出率也升高，但是较高的酸度易于溶液中的Ca2+、Mg2+等阳离子易与硫酸结合生成微溶的化合物CaSO4、MgSO4覆盖于矿石表面也影响浸出。因此合适的酸度应根据地浸生产的实际，铀价格和环保要求而定。

（2）通过取逐级化学提取试验和硫酸浸出试验，试验结果表明:10g/L 的硫酸浓度就可以浸出到硫化物及有机物结合态和结晶态。硫化物及有机物结合态通过添加H2O2等氧化剂，可以破坏硫化物以及有机物的结构，进而浸出铀。

（3）结晶态铀是原生矿物中铀重要的组成部分，它们一般赋存在原生、次生硅酸盐和其它一些稳定矿物中，结晶态铀含量代表了原岩矿物的背景值。对于结晶态铀所占比例较高的铀矿石，铀的浸出阈值是较低的，在地浸采铀过程中，依靠提高溶浸剂的酸度和增加氧化剂对提高浸出率是无益的。

[1]苏学斌,杜志明.我国地浸采铀工艺技术发展现状与展望[J].中国矿业,2012,21(9):79-83.

[2]施祖远.我国铀矿开采技术成就与发展对策[J].铀矿冶, 2011,30(4):175-179.

[3]王海峰.地浸采铀技术在我国应用中存在的问题[J].铀矿业,2008,27(3):112-117

[4]阙为民,王海峰,田时丰,张泽贵,姚益轩.我国地浸采铀研究现状与发展[J].铀矿冶,2005,24(3):113-117 .

[5]王正邦.国外地浸砂岩型铀矿地质发展现状与展望[J].铀矿地质,2002,18(1):9-21.

[6]高柏,孙占学,史维浚.地浸过程中铀迁移特征及条件的实验研究[J].地质论评,2003,49(3):316-321.

[7]史维浚,高柏,王国华.砂岩型铀矿地浸过程中的溶质迁移机理[J].东华理工学院学报, 2004,27(1):24-32.

[8]王清良,史文革,万利平,等.新疆某铀矿床矿石碱法地浸室内试验研究[J].铀矿冶,2004,23(1):25-30.

[9]王清良,胡鄂明,李锦鹏.等.地浸采铀细菌浸出试验研究[J].矿冶工程,2010,30(4):5-8.

[10]王海峰,武伟,汤庆死.等. 新疆某铀矿床地浸开采水文地质试验[J].铀矿冶,2005,24(2):66-70.

[11]王海峰,武伟,汤庆四,等.新疆某矿床碱法地浸采铀试验[J].铀矿冶,2007,26(4):169-173.

[12]王海峰,郭宁,谢延婷,等.地浸采铀地下水稀释对浸出液铀质量浓度的影响[J].铀矿冶, 2012,31(1):9-13.

[13]苏学斌,韩青涛,谭亚辉,等.新疆某铀矿床CO2地浸采铀试验研究[J].铀矿冶, 2005,24(3):129-134.

[14]苏学斌,刘乃忠,沈红伟,等.新疆某铀矿空气预氧化矿层地浸采铀现场试验[J].金属矿山,2006,12:33-36.

[15]刘玉龙,谭凯旋,胡鄂明,等.表面活性剂在硬岩型铀矿石浸出中试验研究[J].金属矿上,2008,(1):32-36.

[16]王伟,李小春.低渗透砂岩型铀矿床增渗方法及其可行性研究[J].岩土力学,2009,30(8):2309-2314.

[17]刘金辉,孙占学,周义朋,等.适合十红滩铀矿床地浸采铀的水文地球化学条件[J].金属矿山,2010,(3):77-79.

[18]齐海珍,谭凯璇,曾晟,等.应用表面活性剂进行低渗透砂岩铀矿床地浸采铀的实验研究[J].南华大学学报(自然科学版),2010,24(4):19-23.

[19]姚益轩,刘乃忠,霍建党,等.砂岩铀矿床原地浸出开采条件评价[J].铀矿冶,2002,2(4):169-175.

[20]刘成东,吴翠莲,刘超,等.云际矿床铀矿石工艺矿物学研究[J].铀矿冶,2010,29(4):185-191.

[21]史文革,蔡萍莉,胡凯光.某砂岩铀矿石室内工艺矿物学研究[J].现代矿业,2010,8(8):115-117.

[22]谭凯旋,王清良,胡鄂明.砂岩铀矿成矿动力学研究及其对地浸采铀的意义[J].矿物岩石地球化学通报,(23)增刊: 63.

[23]李晓敏,彭晓蕾.元素赋存状态研究对于矿产资源勘探开发之重要意义[J].吉林地质,2001,20(3):46-49.

[24]魏冠辉,贾恒,陈宏斌.砂岩铀矿铀的存在形式及其地质地浸意义[J].铀矿地质,2006,32(2):11-15.

[25]Tessier A,Campbell P.G.C,Bison M. Sequential Extraction Procedure for the speciation particulate trace Metal [J].Anal.Chem,1979,51:844-851.

[26]武朝晖,郭冬发,张彦辉,等.电感耦合等离子体质谱法测定砂岩型铀矿样品中分步提取的铀[J].铀矿地质,2007,23(6):371-379.

[27]张建梅,王洪波,李风.P256 强碱性阴离子树脂分离富集-5-Br-PADAP 分光光度法测定铀矿石中微量铀结果不确定评定[J].岩矿测试,2008,27(3):215-218.