地浸采铀中过氧化氢氧化性能研究.pdf

2 0 1 3 年第1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p I l y s y l ，b g r i m r a ．c a d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．1 2 ．0 0 7 地浸采铀中过氧化氢氧化性能研究 焦学然1 ’2 ，孙占学3 ，史维浚 1 ．中国地质大学 北京 ，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．河南城建学院，河南平顶山4 6 7 0 4 4 ； 3 ．东华理工大学，江西抚州3 4 4 0 0 0 摘要以过氧化氢作为氧化剂溶浸新疆某砂岩型铀矿石，考察溶浸条件对铀浸出率的影响。结果表明， 碳酸氢铵为溶浸剂时，过氧化氢可有效氧化浸出矿石中四价铀。铀浸出总量随着过氧化氢加入量的增 加而增加。当溶解氧加入总量为6 0 0m g ／L 时，5 回次溶浸的铀浸出总量为7 6 ．4 0 ％，能满足地浸采铀工 艺要求。 关键词过氧化氢；地浸采铀；氧化剂 中图分类号T L 2 1 2 ．1 2 ；P 6 1 9 ．1 4文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 1 2 - 0 0 2 1 0 4 ，2 1 S t u d yo fO x i d i z i n gP r o p e r t yo fH y d r o p e r o x i d ei nU r a n i u mI n - s i t uL e a c h i n g J I A OX u e - r a n ‘“，S U NZ h a n - x u e 3 ，S H IW e i ～j u n 3 1 ．C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ；2 ．H e n a nU n i v e r s i t yo tU r b a nC o n s t r u c t i o n ， P i n g d i n g s h a n4 6 7 0 4 4 ，H e n a n ，C h i n a ；3 ．E a s tC h i n aI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，F u z h o u3 4 4 0 0 0 ，J i a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t W i t hh y d r o p e r o x i d ea so x i d a n tt oi n f i l t r a t i o nl e a c has a n d s t o n e - t y p eu r a n i u md e p o s i t si nX i n ji a n g ， t h ee f f e c t so fi n f i l t r a t i o nc o n d i t i o n so nu r a n i u ml e a c h i n gr a t ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e i n s o l u b l eU I V o ft h eo r ei ss a t i s f a c t o r i l yo x i d i z e da n dl e a c h e dw i t hh y d r o p e r o x i d ei nN H { H C 0 3l e a c h i n g s o l u t i o n ．T h et o t a lu r a n i u ml e a c h i n ga m o u n ti n c r e a s e sw i t hi n c r e a s eo fd o s a g eo fh y d r o p e r o x i d e ．T h et o t a l u r a n i u ml e a c h i n gr a t ei s7 6 ．4 0 ％w i t hd i s s o l v i n go x y g e nc o n c e n t r a t i o no f6 0 0m g ／La f t e rf i v e r o u n d t r i p l e a c h i n g ，w h i c hc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fi ns i t ul e a c h i n gp r o c e s s ． K e yw o r d s h y d r o p e r o x i d e ；u r a n i u mi n s i t ul e a c h i n g ；o x i d a n t 地浸采铀是一种通过钻孔将溶浸液注入含矿岩 层中。使之选择性溶解铀矿并随后从钻孔中提取含 铀溶液的集采、选、冶于一体的新型铀矿开采方 法2 1 。地浸采铀需使用溶浸剂和氧化剂。前者是 将矿石中的易溶U 6 从固相进入液相溶解出来；后 者是将难溶U 抖氧化为易溶U “，提高浸出铀浓度 和浸出效率，保证良好的浸出效果。目前地浸采铀 使用的氧化剂有氧气、过氧化氢、硝酸盐、细菌等。 氧气价廉、无副作用、选择性好、氧化效率高，但需要 加压系统，且在注液孔附近有可能引起气堵∞。1 。硝 酸盐价廉易得、溶解性好，但在矿层中产生积累，对 地下水具有污染威胁[ 5 。6 ] 。细菌氧化作用是把溶浸 液中F e 计氧化为F e ”，利用F e 3 十把U 4 十氧化为 U 6 ，但细菌生长需要适宜的温度，并且要求环境 p H 小于2 ，否则会产生铁沉淀。对地浸采铀不 利口_ 8 ] 。过氧化氢是地浸采铀中常用的氧化剂，其氧 化能力强、速度快、使用方便、无副作用，还原产物为 水，不污染环境，可以在非常低的温度和较宽的p H 收藕日期2 0 1 3 0 5 2 2 基金项目国家自然科学基金资助项目 4 0 8 7 2 1 6 5 ；国家高技术研究发展计蛔 8 6 3 计划 项目 2 0 1 2 A A 0 6 1 5 0 4 ；辩技部国际合作项目 2 0 1 1 D F R 6 0 8 3 0 作者简介J 羲学然 1 9 8 1 ．男，安徽阜阳人，讲师，博士研究生；通信作者孙占学 1 9 6 2 一 ，男。江西修水人。教授，博士生导师． 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h l t p l ／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年第1 2 期 范围内发挥氧化剂作用。因此过氧化氢作铀矿浸出 的氧化剂优点十分突出D ] 。但在地浸采铀过程中， 未发现关于过氧化氢使用量与铀浸出量关系的报 道。因此研究过氧化氢作为氧化剂浸出低品位铀矿 的最佳浸出条件有重要的实际意义。 1试验部分 1 ．1 原料与仪器 溶浸液为过离子吸附柱尾液加入助溶剂 N H 4 H C 0 3 至H C 0 3 一浓度13 0 0m g ／L ，充入C O z 至p H6 ．0 0 ，溶浸液组分浓度 m g ／L H C O 。一 13 2 0 ．6 1 、C a 2 2 8 4 ．2 3 、M 9 2 十1 0 1 ．9 0 、S O 。2 一 l0 8 5 ．1 2 、F e 2 0 ．0 1 9 、C l12 0 5 ．6 5 、A l ”0 ．1 2 1 、 S i O 。9 ．8 5 、U2 ．0 0 。矿样取自新疆某矿[ 1 0 ] ，主要组 分 ％ U 4 0 ．0 1 36 、U 6 0 ．0 0 39 、F e O1 ．5 3 、 F e 2 0 31 ．Z 9 、S 2 0 ．4 3 、C a OZ ．9 7 、M g O1 ．4 7 、C 0 2 1 ．5 6 。 采用图1 所示的自制密封溶浸试验装置和溶解 氧取样装置。 图1自制密封溶浸试验装置和溶解氧 取样装置 F i g ．1 S e l f - m a d es e a l i n gl e a c h i n g t e s te q u i p m e n ta n dd i s s o l v i n go x y g e n s a m p l i n ge q u i p m e n t 1 ．2 试验条件和分析方法 将按一定条件配制的溶浸液和矿样加入到图1 所示密封试验装置中，然后分别加入不同量的分析 纯过氧化氢 3 1 ％ ，间隔一定时间取样测定体系中 的铀和溶解氧浓度，具体试验编号和试验条件如下。 试验A 溶浸液15 0 0m L ，矿样1k g ，不加过氧 化氢； 试验B 溶浸液15 0 0m L ，矿样1k g ，分别加入 过氧化氢至溶解氧含量为5 0 、8 5 、1 2 0 、1 5 5 、1 9 0 m g ／L ，在浸泡第4 天补加过氧化氢至溶解氧含量分 别为2 5 0 、3 5 0 、4 5 0 、5 5 0 、6 5 0m g ／L ； 试验C 溶浸液15 0 0m L ，矿样1k g ，分别加入 过氧化氢至溶解氧含量5 0 、8 5 、1 2 0 、1 5 5 、1 9 0m g ／L ； 试验D 溶浸液3 0 0m L ，矿样Ik g ，分别加入过 氧化氢至溶解氧含量分别为2 0 、4 0 、7 0 、1 0 0 、1 3 0 m g ／L ； 试验E 溶浸液3 0 0m L ，矿样1k g ，分别加入过 氧化氢至溶解氧含量分别为2 0 、4 0 、7 0 、1 0 0 、1 3 0 m g ／L 。 采用三氯化钛还原一钒酸铵氧化滴定法测定 铀，高浓度溶解氧采用改进的碘量化学滴定法测 定[ 1 1 | ，低浓度溶解氧 0 ～2 0r a g ／L 采用碘量化学滴 定法测定。 2 结果与讨论 2 ．1 过氧化氢质量浓度对氧化四价铀的影响 为减少矿样中六价铀对试验的干扰，试验A 在 不加过氧化氢条件下，采用溶浸液把18 ～5 * 矿样 中六价铀溶解出来。试验B 、C 、D 、E 分别为加入不 同量过氧化氢，用溶浸液依次反复溶浸上述1 “～ 58 矿样，不同时间取样分析溶解氧浓度和铀浓度， 试验B 、C 的结果见表1 。 表1 试验B 和C 的1 8 ～5 。矿样溶解氧浓度与 反应时间的关系 T a b l e1 D e p e n d e n c eo fd i s s o l v e do x y g e no i l r e a c t i o nt i m eo fN o ．1t oN o ．5s a m p l e si n e x p e r i m e n tBa n dC 从表1 可看出，试验B 各矿样中加人不同量的 过氧化氢。其分解的溶解氧1 ～2 天消耗殆尽；第4 万方数据 2 0 1 3 年第1 2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 3 天补加过氧化氢后，溶解氧消耗速度减慢，这是因为 矿样中易耗氧物质前期消耗溶解氧速度大于后期消 耗溶解氧速度。试验C 中溶解氧的消耗速度明显 减慢，5 天基本消耗尽，说明矿样中耗氧物质量减 少。图2 为试验B 和C 矿样浸出铀浓度与反应时 间的关系。 图2 试验B a 和试验C b 矿样浸出铀浓度与反应时间的关系 F i g ．2D e p e n d e n c eo fu r a n i u mc o n c e n t r a t i o no nr e a c t i o nt i m eo fN o ．1t o N o ．5s a m p l e si ne x p e r i m e n tB a a n dC b 从图2 可知，试验B 和C 中铀浓度随溶浸时间 延长而增加，并且随着加入过氧化氢量的增加而增 加，说明氧化四价铀过程是渐进过程；试验C 比试 验B 浸出铀浓度和铀浸出量高，这可能是矿石中存 在比四价铀更易于被氧化的物质，当矿石被氧化到 一定程度达到熟化期时，四价铀被氧化为六价铀，铀 浓度增加。 2 ．2 铀累计浸出量和浸出率 1 8 ～58 矿样经过5 次溶浸后的试验结果如表 2 所示。 表21 8 ～5 8 矿样经过5 次溶浸后的试验结果 T a b l e2 L e a c h i n gr e s u l t so fN o ．1t oN o ．5s a m p l e sa f t e rf i v er o u n d t r i pl e a c h i n g 矿样号 浸铀量／m g 试验A试验B试验C试验D 试验E 累计浸铀累计浸铀溶解氧加入总量 量／m g 率／％ ／ r a g L - 1 4 0 ．1 9 9 4 4 ．1 6 1 4 4 ．9 0 7 4 5 ．5 4 0 4 6 ．2 6 0 1 3 ．9 4 4 1 5 ．7 5 6 1 5 ．7 2 6 1 0 ．4 3 4 1 3 ．8 7 8 1 2 ．6 6 0 1 2 ．0 4 4 1 0 ．8 2 6 8 ．1 4 0 9 ．7 4 1 1 2 4 ．8 3 4 1 2 8 ．7 9 6 1 3 3 ．7 0 8 1 2 9 ．7 3 6 1 3 0 ．8 8 8 3 9 0 6 0 0 8 3 0 10 6 0 I2 9 0 从表2 可知，对于18 ～5 。矿样，试验A 、B 、C 铀 浸出量均大于2 6m g ，试验B 和C 加入氧化剂过氧 化氢以后溶浸效率明显提高，试验D 、E 铀浸出量均 小于1 6m g 且逐渐减小，各回次铀浸出量先增加后 减小，说明过氧化氢能够提高溶浸效果。经过5 次 溶浸后，铀累计浸出量随着过氧化氢加入总量的增 加而增加，当加入溶解氧总量从3 9 0m g ／L 增加到 6 0 0m g ／L 时，铀累计浸出率从7 1 ．3 3 ％增加到 7 3 ．6 0 ％，随着溶解氧量增加，铀累计浸出率增加速 度减小，因此当加入溶解氧总量为6 0 0m g ／L 时，铀 浸出效果较好。 3结论 1 过氧化氢作为溶浸氧化剂可有效浸出砂岩型 铀矿中四价铀，经5 回次溶浸后，铀浸出率大于 7 1 ．3 3 ％。 2 由于矿样中含有有机物等耗氧物质，溶浸试 验消耗大量的过氧化氢，当矿石被氧化到一定程度 时，氧消耗速度明显减慢，矿石达到熟化期，铀才能 更加有效浸出。 3 5 回次溶浸试验表明，试验B 和C 加入过氧 化氢后铀浸出量均大于2 6m g ，试验D 、E 铀浸出量 均小于1 6m g 且逐渐减小，各回次铀浸出量先增加 后减小，说明过氧化氢能够提高溶浸效果。 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．e n 2 0 1 3 年第1 2 期 4 铀累计浸出量随着过氧化氢加入总量的增加 而增加，随着溶解氧量增加，铀累计浸出率增加速度 减小，当加入溶解氧总量为6 0 0m g ／L 时，铀浸出效 果较好。 参考文献 [ 1 ] 王海峰，谭亚辉，杜运斌，等．原地浸出采铀井场工艺 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 2 1 - 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