1、地电化学在地浸采铀中应用可能性的探索第 24 卷第 1 期2005 年 2 月铀矿冶URANIUMMININGANDMETALLURGYVo1.24NO.1Feb.2005地电化学在地浸采铀中应用可能性的探索吴培生,张宝恩,郑英,齐静(核工业北京化工冶金研究院,北京 lOl149)摘要:首次开展利用地电化学法地浸采铀的实验室探索 .不加任何试剂,利用含盐地下水为电解液,电解浸出矿石中的铀.初步研究了地磁场对地电化学法浸铀的影响.在地电化学法浸铀过程中由于浸出液中铀存在形式的特殊性,只依靠铀离子的电迁移还不足以使铀尽快地离开浸出区,电解液流动性对铀的浸出还有重要的影响.通过 3 个月的一维恒流试
2、验,铀浸出率达到 19.O5.实验室试验结果表明,地电化学法地浸采铀是可能的.关键词:地电化学;地浸采铀;地磁场;含盐地下水中图分类号:TL212.12 文献标识码:A 文章编号:10008063(2005)01005004地堆浸为主的铀矿采冶技术得到大力发展,新技术,新材料的应用,大幅度降低了采铀成本,满足了经济发展的要求.但是,我国砂岩型铀矿中有些矿富含碳酸盐,有的地下水富含钙,有的渗透性差,这些矿石中的铀难于应用现有的地浸方法来提取.对这类矿石的利用需要探索新的地浸方法.对此,首先考虑到的是放射化学家杨承宗先生的“利用地电效应取得铀“ 的设想(杨承宗,利用地电效应取得铀(手稿),1966
3、).地电化学现象是在地球中发生的电化学过程.地电化学反应的实质是电化学反应,反应得到的产物为离子,依靠离子电迁移可以达到移动的目的 uj.这样的话,铀的提取不依赖地下水移动来输送化学试剂,溶解的铀通过电迁移,离开化学反应区到达抽液泵附近,通过抽液泵从地下到地面达到富集的目的.含盐地下水恰是一种液体导体,铀酰离子等可以在地下水中迁移.这种想法如能实现即可避开铀矿床中因地质和水文地质因素带来的地浸采铀的困难,盘活因地质和水文地质因素造成难于地浸开采的铀矿藏.地质勘探在应用地电化学寻找隐伏矿藏方面很有成效.我国地矿部门在应用地电化学勘探法找矿方面也做了大量工作 j,但是地电化学在湿法冶金方面的应用迄
4、今没有见到报道,亦未见有在地浸采铀中的应用.为此,对地电化学在地浸采铀中应用的可能性作了实验室探索试验.l 试验方法首先确定了地电化学法采铀浸出管式试验装置,通以 05V 直流电,试验中电解液始终处于静止状态.目的在于观察在试验电场条件下溶解后的铀的运移能力.试验用矿样的化学组成及各组分质量分数列于表 1.表 1 试验矿样各组分的质量分数%uSiO2CaMgCO2FeAIS0.077772.21.671.401.151.823.541.18取样静态试验每周取溶液样 1 次,流动性试验每 d 取溶液样 1 次,测定其 pH 和氧化还原电位值;送样分析铀质量浓度,定期分析溶液中杂质含量.浸出渣的处
5、理参照常规浸出试验方法,地电化学浸出试验渣用 3g/LHzSO 溶液(pH 一1.5)分 3 次洗涤,每次液固体积质量比为 1L/kg,每次洗涤时间 10min.处理后分析铀质量浓度.电解液流动性试验开展后,从数据分析发现,酸化水洗渣也具有浸出作用;电解液流动条件下的浸出过程中没有发现铀在浸出区滞留,更没有发现六聚铀酰阳离子分解沉积.据此,与地浸收稿日期:200404 一 Ol作者简介:吴培生(1939 一),男,浙江海宁人,研究员级高级工程师,长期从事铀矿浸出方法研究.第 1 期吴培生,等:地电化学在地浸采铀中应用可能性的探索 51实际相比,改变操作过程,不洗渣.浸出后直接过的 4.7 倍.
6、滤,加工送分析.3.2 地磁场对电极室中铀质量浓度的影响2 电解液为地下水的地电化学法浸铀在考察诸如电解质组成,电解质浓度及电解液 pH 等一般条件对矿石中铀的浸出影响效果后,用地下水为电解液对铀矿石进行了地电化学法浸铀的探索.根据我国某些铀矿石中碳酸盐含量高,渗透性差,个别地下水中 Ca 含量高的特点,确定以含盐地下水为电解液的研究重点.以新疆某矿山的地下水的含盐量为标准,配制人工地下水进行地电化学法浸铀试验.地下水(pH 为 6.8)组分质量浓度见表 2.表 2 某矿地下水组分的质量浓度,rig/,L得到的试验结果为:渣铀品位 0.052,电极室铀浸出率 0.76.表明,以地下水为电解液,
7、不另加试剂,通以直流电条件下,不仅能溶解矿石中铀,而且溶解的铀可以电迁移到被纱网隔开相距 40mm 以外的电极室.这初步说明地电化学确实具有阳极氧化和电迁移离子的作用.该试验是颇有意义的探索.3 地磁场对地电化学法浸铀的影响考虑地电化学法浸铀可能与地磁场方向有相关关系,进行了和地磁场方向相关的试验.3.1 地磁场对地电化学采铀浸出率的影响重点进行了电场垂直于地磁场(通俗说法为东西向)和电场平行于地磁场(通俗说法为南北向)的试验 .试验结果列于表 3.表 3 地磁场对地下水为电解液的地电化学采铀浸出率的影响电场朝向电场垂直于地磁场电场平行于地磁场电极室的铀浸出率 3.55O.76表 3 数据表明
8、,地磁场对地下水为电解液的地电化学采铀的浸出过程有明显的影响.电场垂直于地磁场的液计铀浸出率是电场平行于地磁场地磁场对地下水为电解液的地电化学法浸铀的影响还表现在电极室 ID(U)变化上.试验中每周取样 1 次,分析 ID(U),数据列于表 4.表 4 地磁场对地电化学法浸出液中p(u)的影响 mg/L电场平行于地磁场电场垂直于地磁场阳极室阴极室阳极室阴极室表 4 数据表明,溶解的铀的电迁移程度受地磁场影响,是否还有其它影响因素尚不清楚.“中国磁偏角等值线图“ 表明 ,全国各地地磁场要素均不完全相同.从现场试验需要看,要关注试验所在地的磁偏角问题,使地电场垂直于地磁场,以减少对地电化学反应的影
9、响.4 电极距对地电化学采铀的影响为了了解现场井间距条件下,电极距对地电化学采铀的影响,把装矿管长度从 2.5m 延长到15m,装矿质量增加到 17.3kg,电场朝向等其它条件保持不变.试验开始显示出电流降低;阳极ID(U)逐渐降低并达 1mg/L,阴极 ID(U)逐渐上升.试验结果列于表 5.表 5 数据表明,电解液静止条件下,电极距延长,对铀浸出率有明显影响.试验条件下极间距延长,电阻变大,电流变小,铀的电解率降低.增加矿段面积能否减小电阻,提高电流有待进一qqqqqqqqH卯嬲嬲123122126121盯锶嬲4112211t152 铀矿冶第 24 卷步研究.表 5 电极距对地电化学采铀的
10、影响5 电解液流动性对地电化学采铀浸出率的影晌在电解液为静止状态下的浸出试验中,浸出区域滞留的铀量较多,直接降低了铀的浸出率.为观察电解液流动性对铀浸出率的影响,设计了电解液流动试验装置,其它条件与静态电解液地电化学浸铀相同.试验结果见表 6.表 6 电解液状态对地电化学采铀浸出率的影响%流量为 100mL/d.表 6 数据表明,在装矿管子长度,电场强度相同,浸出时间均为 3 个月的条件下,当电解液处于静止状态,电场与地磁场平行时液计铀浸出率仅为 0.76,电场与地磁场垂直时则为 3.55;当电解液处于流动状态,电场垂直于地磁场时液计铀浸出率达 19.05.由于溶解的铀以六聚铀酰阳离子形式存在
11、,该基团较大,而实际的电场牵引力弱,说明溶解的铀只靠弱电场的迁移还不足以达到充分的程度,因此电解液流动性对铀浸出是很有利的.电解液流动性试验中浸出液 P(U)与浸出时间关系曲线见图 1.从图 1 可以看出,该关系曲线与常规地浸采铀相应曲线一致.经过 3 个月地电化学溶解的铀,从阴极室获得的浸出液中铀质量占总铀质量的 19.05,平均 P(U)为 40mg/L.这说明用地电化学法直接从矿石中提取铀是可能的.若地电化学法地浸采铀获得成功,还将显示如下优越性:不必添加试剂,如酸,碱及氧化剂;采铀装置简单,易操作,对设备耐腐蚀要求不高;浸出过程电耗低;有利于地下水复原和环境保护.图 1 浸出液 10(
12、U)与浸出时间的关系曲线6 结论进行了包括一般工艺条件,以含盐地下水为电解液,地磁场的影响以及电解液流动性试验在内的一系列地电化学采铀的实验室探索试验.试验结果表明,应用地电化学法直接从矿石中浸出铀是可能的.由于现场地浸条件比实验室模拟条件复杂得多,因此地电化学采铀能否成为具有实用价值的技术还必须经过现场条件的考验.参考文献:1苏雷斯 IOC.地电化学勘探法M.张肇元,崔霖沛译.北京:地质出版社,1986.2费锡铨.电提取离子法在几个矿区的试验结果J.物探与化学,1984,8(3):162 169.3 北京大学地球物理教研室,中国科技大学地球物理教研室.地磁学教程M.北京:地震出版社,1986
13、:176177.4王西文.原地浸出采铀研究J.铀矿冶,1987,6(2):6 一】O第 1 期吴培生,等:地电化学在地浸采铀中应用可能性的探索 53STUDYoNPoSSIBILITYoFAPPLICATIoNoFGEoELECTRICCHEMISTRYMETHoDININSITULEACHINGoFURANIUMWUPeisheng,ZHANGBaoen,ZHENGYing,QIJing(BeijingResearchInstituteofChemicalEngineeringandMetallurgy,CNNC,Beijing101149,China)Abstract:Thelabstud
14、yontheapplicationofgeoelectricalchemistrymethodininsituleachingofuraniumiscarriedout.Uraniumis1eachedfromtheorewithgroundwatercontainingsalt(aselectrolyte).Theeffectofgeomagneticfieldonleachinguraniumwithgeoelectricchemistrymethodisstudled.Becausethestateofuraniuminleachingsolutionhasspecialcharacte
15、risticsintheprocessofleach-inguraniumwiththismethod,theleacheduraniumcannotquicklyflowoffleachingfieldonlydependingontheelectricmigrationofuraniumion.Theflowabilityofelectrolytehasimportanteffectonleachingofuranium.Theleachingefficiencyofuraniumreaches19.05throughthreemonthsonedimensionconstantdisch
16、argetest.Thetestresulthasshownthatitispossibleusingthegeoelectricchemistrymethodininsituleachingofuranium.Keywords:geoelectricchemistry;insituleachingofuranium;geomagneticfield;groundwatercontainingsalt*+t-一卜 *卜档一*41-廿*44-忏卜卜+RI-件剞*“一* 卜廿 稍拍一 41-*一*俄罗斯红石矿冶联合体铀矿务局考察情况简介受俄罗斯红石矿冶联合体邀请,中国核工业集团公司金原铀业公司组团
17、于 2004年 11 月 1O 日至18 日赴俄罗斯考察该矿冶联合体及其矿井通风降氡技术.红石矿冶联合体位于俄罗斯远东区赤塔州红石市,隶属于俄罗斯核燃料局(拥有该联合体 51 股份),1968 年开始建设,1971 年投产,至今已运行 36a.以开采天然铀为主,19861988 年天然铀(以 U计)产量达到最高约 6000t/a,目前为 3000t/a 左右.红石矿冶联合体下辖 3 个铀矿务局(分别为 1 号,2 号和深部矿务局,另有几个铀钼,铀金共生小矿床未开采)和水冶厂,热电厂,硫酸厂,软锰矿(露天),石灰生产厂(包括石灰石矿),大型机修厂(自产矿山机械设备,如气压,液压钻机,1.8m12
18、0m 联合钻井设备,电动无轨铲运机等)各1 座(个 ),以及专有铁路和矿山建设公司等.除树脂依赖从英国和乌克兰进口外,红石矿基本形成了一个完备的天然铀生产体系,最终产品为 U.os.拥有员工约 12000 人,其中采矿工人约 4000 人.矿山为竖井平巷联合开拓系统,中段高度为 60m,深部矿井竖井深度达 960m,开采深度 720m,矿石平均品位为 0.17,开采的边界品位为 0.03.以下向胶结充填采矿法为主,电动式无轨设备作业;正在进行原地爆破浸出试验,浸出率为 7O 左右,浸出周期 1a.水冶为常规工艺.对品位为 0.1 左右的矿石贝 0 采用地表堆浸,矿石粒度150mm, 筑堆高度达 12m,采用硫酸溶液浸出,浸出率为 75左右.3 个矿井全部采用压入式通风方式,对角式通风系统.巷道总长度 300km,主扇风机为 4.5m的离心式风机,电机功率 4000kW,风量 55O600m./s, 风压 5.88kPa.设有专门的辐射安全技术机构,负责矿井通风系统调整和个人剂量监测.井下工作时间一般为 7h,采场氡活度浓度小于 400Bq/m.,辐射剂量以丫外照射为主,占 8O,氡,氡子体和粉尘只占 2O.(李先杰供稿)
