溶浸采铀

从“挖”铀到“泡”铀说起开矿，很多人会联想到深挖矿井，派人到暗无天日的井下釆挖矿石，再用矿车送到地面。

但供给核电站所用燃料的铀矿怎么开采呢？很多人都知道，铀可是有放射性的，处理不慎会危及采矿工人的健康和环境安全。

我国目前铀矿开釆使用先进的地浸开采工艺，只需要向地下“注水”就能把铀“泡”出来。

公开资料显示，我国铀矿冶工业始创于1956年，经过几十年的发展，已经在十几个省市自治区建起了几十座铀矿山、铀水冶厂、铀矿采冶联合企业，为我国核军工、核电事业的发展与核技术应用提供了可靠的铀原料。

可是，铀是一种极为稀缺的放射性金属元素，在整个地壳中的含量不到百万分之二，且还会释放（、、等射线以及与铀伴生的放射性气体氡。

因此，把这宝贝疙瘩从地下数百米的矿层中安全高效地“请出来”，还真不容易。

传统采铀分地下和露天两种铀矿石开采的方式跟其他矿石相似，主要有地下开采和露天开采两种。

露天开采，就是先剥离矿体上方的表土和覆盖岩石，然后再采挖铀矿。

露天开采的基建设施少很多，因此，工期短、成本低，无需人员下井，安全性好。

不过，这要针对埋藏较浅、剥采比适中的含铀矿床才能使用露天开采。

比如澳大利亚，作为世界上探明铀矿储量第二丰富的国家（仅次于加拿大），由于埋藏较浅、品味高、剥采比适中，绝大部分都可以实现露天开采。

地下开采，通过掘进地下井巷，从矿体中采出矿石。

它的工艺比露天开采复杂，分三个步骤：开拓、采准和回采。

开拓是从地面到矿床开掘巷道，使其间形成完整的运输、通风、排水等必要的系统，以便在矿床内进行采矿准备;采准是在开拓好的矿床范围内，根据矿体和围岩的特点选择采矿方法，对矿体掘进一系列井巷，如运输井巷、通风井巷、人行井巷及放矿井巷等，以便采出矿石;回采是在采准好的采场内通过凿岩爆破、装运矿石、支护壁顶及空场处理等把矿石采下运走的过程。

然而，与其他大多数如煤炭、铜等矿产资源不同，铀矿石难以靠肉眼鉴别，而且有放射性，不断释出、、射线及衰变的氡，这对采矿人员的身体健康和周边环境都会产生巨大危害。

提取铀的方法提取铀是一项非常关键的工艺，用于将天然铀从矿物中分离出来，以供核能发电和其他应用。

以下是提取铀的10种方法以及其详细说明。

1. 采用浸出法提取浸出法是一种常用的提取铀的方法，它通过将铀矿物浸泡在化学试剂中，从而将铀溶解出来。

该方法通常使用盐酸、硫酸或碳酸钠溶液作为化学试剂。

随着时间的推移，铀将从矿物中溶解出来，随后可以通过过滤和析出等方法分离和回收。

2. 采用浮选法提取浮选法是一种基于矿物密度和表面水化特性的物理方法，用于分离矿物。

这种方法也可以用于提取铀，其中矿物被浸泡在添加了气泡的水中。

气泡会吸附在更密集的矿物表面上，将其提起并让其浮上水面。

铀矿物可以与其他矿物分离，并通过沉淀等方法实现提取。

3. 采用溶胶凝胶法提取溶胶凝胶法是一种新兴的提取方法，基于铀通过溶解和凝胶作用分离。

该方法使用某些物质，如三氯化铝和硝酸铵，将铀矿物分解为小颗粒，随后将铀分散在凝胶结构中。

最终，通过干燥、高温等方法，将铀从凝胶中分离并回收。

4. 采用萃取法提取萃取法是将某些物质从混合物中提取出来的一种方法。

该方法可以将铀从石墨、石英和其他矿物中提取出来。

该方法使用一种称为有机萃取剂的化学物质将铀从矿物中萃取出来，随后通过干燥等方法将有机物质分离并回收铀。

5. 采用氧化还原法提取氧化还原法是一种通过氧化和还原过程将铀从矿物中提取出来的方法。

在这种方法中，将铀矿物暴露在空气或氧气中，从而使铀氧化。

随后，使用还原剂将氧化铀还原成纯铀，随后可以通过沉淀等方法将铀分离并回收。

6. 采用强化磁场选矿法提取强化磁场选矿法是一种利用磁力将铀和其他矿物分离的方法。

该方法使用高强度磁场将铀和其他矿物分离，随后可以通过干燥等方法将铀从矿物中分离并回收。

7. 采用压缩空气筛选法提取压缩空气筛选法是一种利用压缩空气将铀和其他矿物分离的方法。

该方法使用压缩空气将铀和其他矿物分离，并通过筛子将铀和其他矿物分离。

随后可以通过沉淀等方法将铀从矿物中分离并回收。

铀矿浸出铀矿浸出(leaching of uranium ores)用浸出剂把矿石中的铀选择性溶解到溶液中而能与大部分伴生杂质分离的铀提取过程。

这是铀提取的一道重要工序。

浸出方法按所用浸出剂，分为酸浸出和碱浸出；按浸出矿块的大小和浸出方式，分为搅拌浸出、堆浸和就地浸出等。

通常要根据矿石的特性和技术经济条件选择浸出方式。

常规铀矿石的浸出通常属搅拌浸出。

铀在矿石中以正四价和正六价的化合物形态存在，无论是用酸浸出还是碱浸出，铀都必须先氧化成正六价后才能被溶解，因此浸出时需添加氧化剂。

铀的浸出速度受扩散过程控制，与试剂浓度、浸出温度、矿粒表面积以及矿粒内铀离子通过溶液到固体表面的扩散速度成正比。

酸浸出常用稀硫酸溶液作浸出剂，也可以用硝酸或盐酸溶液。

硫酸具有浸出能力强、价廉、可浸出较粗矿粒、浸出温度低、浸出时间较短的特点，但浸出液含杂质较多。

用硫酸溶液浸出时，铀以铀酰离子的形式转入溶液，与硫酸根形成多种配离子：铀矿石中一般都伴生有铁的化合物，酸浸出过程中只需加入适量的氧化剂，使Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+便能将UO2氧化成[UO2]2+而转入溶液。

工业生产中常用二氧化锰(软锰矿)或氯酸钠作为氧化剂。

当控制浸出液中的氧化还原电位在-400～-500mv及Fe3+浓度超过0.5g/L时，铀几乎全部氧化成六价：铀矿的酸浸出通常是在几台串联的搅拌槽(见浸出槽)中进行的。

将铀矿磨细至小于0.5mm的粒级，在矿浆的液：固≈1、pH≈1、浸出温度约333K的条件下，浸出3～6h，铀浸出率在90%以上。

为减少酸用量可采用两段逆流浸出(见连续浸出)、或低酸(恒酸)长时间浸出。

难处理铀矿有时采用加压酸浸出(见加压浸出)或在浸出前经过焙烧预处理。

含硫化物的铀矿细泥可采用加水自氧化加压浸出。

碱浸出常用碳酸钠或碳酸铵作浸出剂。

在氧化条件下，铀以[U02(C03)3]4-形态转入溶液，同时产生0H-：0H-的增高会使部分[U02(C03)3]4-重新转入沉淀，造成铀的损失。

第４３卷　第２期２０２４年５月铀　矿　冶ＵＲＡＮＩＵＭＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ．４３　Ｎｏ．２Ｍａｙ２０２４收稿日期：２０２３ １２ ０４基金项目：中核集团青年英才项目（地浸采铀新型地表固液分离系统研发及应用）。

第一作者简介：王亚安（１９９４—），男，山西介休人，博士，高级工程师，主要从事地浸采铀和化工机械科研工作。

通信作者简介：程威（１９７９—），男，河南郑州人，学士，正高级工程师，主要从事铀矿地浸技术研究。

中性地浸采铀全流程溶液中颗粒粒径分布及过滤建议王亚安１，原　渊１，程　威１，李光辉２，张　欢２，赵利信１，邹玉涵１，霍建党１（１．核工业北京化工冶金研究院，北京１０１１４９；２．中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古呼和浩特０１４０１０）摘要：掌握中性地浸采铀全流程溶液中颗粒大小，对调控浸出过程、优选过滤器、确定除固位置、缓解矿层堵塞、恢复抽注液量和减轻树脂床层板结等具有指导意义。

以内蒙古纳岭沟矿床中性地浸采铀全流程溶液为对象，基于激光粒度仪测试数据，获取了全流程溶液中颗粒粒径分布规律。

结果表明，浸出液中颗粒粒径频率分布曲线呈非对称性，累计分布曲线呈“Ｓ”型，粒径分布范围窄，最大颗粒粒径＜１００μｍ；树脂床层对颗粒物有较强的过滤作用，吸附尾液过滤器的滤袋精度应根据树脂粒径大小和系统压力确定；中性体系中加入的Ｏ２或ＣＯ２对颗粒粒径影响微弱；淋洗合格液和沉淀罐中母液的颗粒粒径频率分布曲线均呈“双峰”型，贫液中颗粒粒径频率则呈正态分布；母液槽中颗粒最大粒径约为４０μｍ。

建议该矿床原液袋式过滤器的滤袋精度选用１０～５０μｍ，同时在母液槽与淋洗剂配制罐之间增加１０～２０μｍ精度的过滤器。

关键词：中性地浸采铀；全流程；粒径；频率分布；累计分布；地表过滤中图分类号：ＴＤ８５３；ＴＱ０２８；ＴＬ２１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００ ８０６３（２０２４）０２ ００３９ ０８犇犗犐：１０．１３４２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｙｋｙ．２０２３．１２．０２ 砂岩铀矿是中国主要的天然铀资源类型，原地浸出采铀（简称地浸采铀）是砂岩铀矿开发的首选工艺［１ ２］。

如何预防地浸采铀地下水污染-环境保护论文-社会学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——地浸采铀是通过钻孔工程，借助化学试剂，把砂岩型矿石中的铀从天然埋藏条件下溶解出来，而不使矿石产生位移的集采、选、冶于一体的铀矿开采方法。

与传统的采矿工艺相比，地浸采铀具有生产成本低、建设周期短、环境友好（其对地面干扰很小，不产生尾矿与废石，更不会形成地面塌陷和次生环境污染）、节约大量矿山建设用地等优点，促使其在世界天然铀产量中所占份额逐渐增加，2014年已升至46%.目前，采用地浸生产铀产品的国家主要包括哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、俄罗斯、美国、澳大利亚、巴基斯坦和中国。

作为世界最大铀生产国的哈萨克斯坦，其天然铀生产几乎全部来自地浸采铀。

独联体国家地浸铀矿山基本上采用了H2SO4体系的酸法或微试剂浸出，美国地浸铀矿山全部采用污染小的碱法（中性）浸出工艺。

我国地浸采铀技术目前也已获得重大突破，CO2+ O2中性地浸采铀技术已得到大规模工业化应用。

这项技术在我国北方地区的应用，盘活了数万吨复杂砂岩型铀资源。

预计到2016 年，应用该技术生产的天然铀产品将占我国年生产量的50%[1],已成为我国主要的铀矿采冶技术。

与常规铀矿开采相比，地浸采铀虽然是一种环境友好采矿方法，但地浸铀矿山同样存在环境保护问题，最主要的环境顾虑是避免开采单元周围及上下含水层的地下水受到污染。

随着人们环境保护意识的提高，对地浸采铀污染的预防、控制和治理越来越受到重视，尤其是日益严峻的地下水资源状况对地浸采铀提出了更高的环保要求。

本文从地浸采铀源头上的地下水污染预防控制到末端的污染治理方面的措施进行了探讨，对于我国地浸采铀企业提升环境保护水平、完善环境管理制度、促进可持续发展具有参考意义。

1 地浸采铀的地下水污染影响。

地浸开采时由于溶浸剂向含矿含水层的注入，使含矿含水层的水文地球化学环境发生变化，浸出反应在地下进行，注入的溶浸剂除了与铀矿物反应外，还会与造岩矿物发生反应，从而导致含矿含水层水质发生变化，因此地浸采铀过程中不可避免地对采区局部矿层地下水环境造成污染。

溶浸采铀（矿）技术教案第四章浸出液中金属的提取在溶浸采矿中，经过浸出，矿石中的有用组分进入浸出液中，有用组分的含量均较低。

通常，铀的含量为每升十到几百毫克，高的也不过几克；铜的含量为每升几克到十几克，高的也只有几十克，而杂质的含量却较高，如游离的硫酸及铁、磷、、铝、锰、钒、钙、镁、硅、钼等。

此外，还有泥质，羟类有机质等。

浸出液中有用组分的提取，其实质是创造条件使溶液中各种离子不稳定，通过一定的工艺手段，使有用组分和混在一起的有害杂质分开，并予以清除。

这些手段包括加人某种试剂，铁、锌等置换，离子交换树脂吸附，活性炭吸附，溶剂萃取或者对电极施加电压通以电流等。

这些手段随浸出液的性质不同而分别采用，现分述之。

1 铀的提取从铀的浸出液中提取铀的方法有化学沉淀法、离子交换法和有机溶剂萃取法。

化学沉淀法存在生产工序多，工艺复杂，生产效率低，化学试剂和材料消耗量大，回收率低及化学浓缩物中铀含量不高(一般20％～40％)等缺点，目前除处理碱浸液尚有应用外，工业生产中已被离子交换法和有机溶剂萃取法所代替，这两种方法技术是经济而有效的，并成为标准工艺。

离子交换法，又称树脂吸附法。

它是浸出液中某种离子与固体离子交换剂(树脂)的可交换离子之间的化学置换过程。

它的优点是：①选择性好。

能获得纯度较高的铀化学浓缩物；②既能从清液中提取铀，也可从矿浆中提取铀，这很适用于溶浸采铀法的吸附；③离子交换树脂能反复使用；④化学试剂和材料消耗量少；⑤吸附尾液可返回使用。

有机溶剂萃取法，简称萃取法。

它是用一种与水不相混溶的有机溶剂与含铀的浸出液相互接触，将浸出液中的铀提取到有机溶剂中，与浸出液中的杂质分开，以达到提取和纯化铀的目的。

萃取法与离子交换法一样，对铀的选择性能好，同时对铀的萃取速度，容量和纯度(一定条件下)方面超过树脂吸附法，但只适用于清液、富液和杂质含量低的浸出液。

两种提取方法的选择原则是：一是浸出液中铀浓度的高低；二是浸出液的性质，即是清液还是矿浆。

铀的浸取技术有哪些原理
铀的浸取技术主要有溶剂浸取技术和熔盐浸取技术两种。

1. 溶剂浸取技术：
溶剂浸取技术是利用有机溶剂与铀矿石中的铀化合物发生化学反应，并通过相溶液分配系数差异，将铀从矿石中转移到有机相中的一种分离提取技术。

常用的有机溶剂有二酮类化合物、萘和醇等。

该技术的原理是通过有机溶剂与铀矿石中的铀化合物发生络合反应，形成络合物，从而实现铀的提取和分离。

2. 熔盐浸取技术：
熔盐浸取技术是利用铀矿石在高温下与熔盐反应溶解，然后通过浸出液中铀的物理和化学性质的差异，实现铀的提取和分离的一种技术。

常用的熔盐体系有氯化钠-氯化钇、氯化铵等。

该技术的原理是利用熔盐中的化学反应溶解矿石中的铀化合物，然后通过化学反应、离子交换等过程将铀从熔盐中转移到其他溶液中，最终得到纯铀。

这些技术都是通过合理选择溶剂和熔盐，利用溶剂或熔盐与铀矿石中的铀化合物发生化学反应，从而实现铀的提取和分离。

细菌浸矿因成本低、投资少又无环境污染而引起了国内外研究者的广泛关注，已成为当今非常活跃的研究领域，特别是在回收低品位、难处理金属矿方面，细菌浸出具有其独特优势。

在铀矿石浸出工艺中通常采用硫酸浸出，双氧水常被用作氧化剂以达到强化浸出的目的，但由于其费用昂贵、具有腐蚀性等缺点而逐步被别的氧化剂代替。

细菌由于能够氧化黄铁矿产生硫酸，不仅能作氧化剂，还能节省部分硫酸而被广泛研究。

本文针对某硬岩铀矿品位低、浸出率不高、浸出时间长的特点，在我国首次进行了铀矿原地破碎细菌浸出现场试验研究，用细菌代替双氧水作氧化剂进行了强化浸出，取得了良好的试验结果。

一、材料（一）菌种试验所用菌种从铀矿山酸性矿坑水中取得，经过不断筛选、驯化得到。

（二）矿石试验所用矿石的类型为隐爆角砾岩型、花岗岩型和安山岩型，其中隐爆角砾岩型为矿床的主要矿石类型，占矿床总储量的95%以上。

矿石共生组合有铀-黄铁矿、铀-赤铁矿、铀-萤石、铀-方解石、铀-绿泥石等，矿石化学成分见表1。

表1中数据表明，试验所用矿石含有黄铁矿，有利于细菌的生长、繁殖，对浸出有利；但矿石中F－含量较高，对细菌浸出造成不利影响，应考虑细菌的驯化培养。

二、细菌浸出机理现场扩大试验是用放大的设备和试验规模对小型试验中得到的工艺参数进行考察和验证。

在室内硫酸、双氧水、细菌对比浸出试验所得到的试验结果基础上开展现场试，室内浸出试验结果见表2。

现场试验一方面利用细菌在地表将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋；另一方面，利用经过驯化培养的细菌注入矿体，使细菌粘附于矿石微粒上，并氧化矿石中的黄铁矿，产生硫酸高铁和硫酸。

两方面共同作用，从而提高金属铀的浸出率、缩短浸出时间，节省部分硫酸。

现场试验方法是将驯化培养好的菌种与溶浸液一同注入矿体，参与矿石的浸出过程。

主要化学反应方程式为：浸出率/%浸出条件液计渣计10g/LH2SO476.9 77.3 10g/LH2SO4＋0.4g/LH2O298.7 99.5 10g/LH2SO4＋细菌98.2 99.4三、试验方法原地破碎浸出采铀工业试验中，通过计算机模拟，装入适量炸药，采用原地爆破将铀矿石破碎至一定粒度（－150mm粒级约占75%），形成自然矿堆，将含有微生物的溶液喷淋到矿堆顶部，溶液渗入矿堆中，浸出矿石中的金属铀。

酸法和碱法地浸采铀技术现状核工业北京化工冶金研究院溶浸采矿研究所2002.11报告编写人：王海峰胡柏石姚益轩霍建党目录1 概述 (1)2 地浸采铀技术的发展及应用 (2)2.1 酸法地浸采铀技术的起源 (2)2.2 碱法地浸采铀技术的起源 (2)2.3 酸法地浸及碱法地浸的对比 (3)2.4 酸法地浸采铀技术的应用 (3)2.5 碱法地浸采铀技术的应用 (4)3 地浸采铀技术上的突破 (5)4 国外地浸采铀技术水平 (5)4.1 美国地浸采铀技术水平 (5)4.2 独联体国家地浸采铀技术水平 (6)5 我国地浸采铀技术的起源及发展 (6)5.1 我国地浸采铀技术的起源 (6)5.2 我国酸法地浸矿山生产 (7)5.3 我国碱法地浸技术的研究及开发 (10)5.4 我国地浸采铀技术水平 (11)6 我国地浸采铀技术的应用 (11)6.1 硝酸盐淋洗 (11)6.2 溶浸范围控制及井场自动监控 (12)6.3 钻孔施工及成井工艺 (13)6.4 潜水泵提升 (14)6.5 地浸铀矿床评价 (14)7 地浸矿山经济效益分析 (14)7.1新疆737地浸矿山经济效益分析 (14)7.2 新疆511地浸工程经济效益分析 (15)7.3 地浸铀矿山生产成本分析 (15)8 酸法及碱法地浸科研投入 (15)8.1 “九五”科研投入 (15)8.2 “十五”科研投入 (18)9 存在问题 (19)9.1 实验室及试验设备 (19)9.2 技术人员专业配备 (19)9.3 试验基地 (20)9.4 可地浸砂岩铀矿床 (20)9.5 国际交流 (21)9.6 新技术的引进 (21)10 “十五”及“十一五”科研规划 (21)10.1 概述 (21)10.2 酸法浸出技术研究及开发 (22)10.3 碱法浸出技术研究及开发 (25)1 概述原地浸出采铀(地浸采铀)作为一种采矿方法的分支，从研究、开发、应用至今已有几十年的历史。

溶浸采铀过程中铁的不同形态化合物对铀的吸附机理研究溶浸采铀工艺目前通常采用过氧化氢、氧气等做氧化剂,氧化剂首先将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,再由Fe3+氧化U4+为UO22+。

由此可见,铁的行为在溶浸采铀中起着重要作用。

铁在溶浸采铀中充当氧化剂的同时,还会与溶浸剂(无论是酸性、碱性、中性)发生化学反应,并在一定的温度与压力作用下,生成含铁元素的化合物,经过分析,主要为Fe(OH)3胶体和水合氧化铁。

含铁化合物可能对铀矿物产生包裹,影响溶浸液与矿物界面的接触和反应,影响铀的浸出速度和浸出率。

同时,可能附着在矿石表面,影响铀的浸出和矿层渗透性。

本文在实验室条件下模拟制备了Fe(OH)3胶体和水合氧化铁,研究其对铀的吸附机理,主要研究内容和成果如下:(1)在混合溶剂中模拟制备得到氢氧化铁胶体,进行铀酰离子吸附实验,研究了p H值、初始铀浓度及吸附时间等对Fe(OH)3胶体吸附铀的影响。

采用准一级、复合二级与Elovich动力学模型对数据进行了动力学计算与分析,结果表明Elovich动力学方程更适合描述Fe(OH)3胶体对铀的吸附行为;采用Freundlich与Langmuir等温吸附方程对实验数据进行了热力学分析和拟合,结果表明Freundlich模型更适合描述Fe(OH)3胶体对铀的吸附行为。

综合两种模型的结论推测,推测Fe(OH)3胶体对铀的吸附属于不均匀表面的单层物理吸附。

根据激光粒度分析与SEM图分析结果,推测Fe(OH)3胶体对铀具有较强的吸附性能,吸附主要是表面吸附。

(2)以Fe SO4·7H2O为主要原料模拟制备水合氧化铁,进行了铀酰离子吸附实验,得出在p H=5时,水合氧化铁的吸附作用发挥到最大。

在吸附一小时内,水合氧化铁对铀具有很高的吸附速率,并在5小时后达到吸附平衡。

对吸附行为进行动力学拟合,发现准二级动力学方程最适合用来描述铀在水合氧化铁上的吸附行为,拟合相关系数R2为0.994,推算平衡吸附量为55.40 mg·g-1与实验数据52.78 mg·g-1相吻合。