中性地浸采铀方法和系统与流程

1.本发明涉及采矿领域，特别是一种中性地浸采铀方法和系统。


背景技术：

2.截至2021年底，国内天然铀产能90％以上来源于地浸采铀工艺方法，地浸采铀工艺已成为我国当前天然铀生产的主流工艺，依据所采用的浸出剂类别可分为：酸法浸出(h2so4 h2o2或h2so4 o2)、碱法浸出(nahco3 na2co3)和中性浸出(co2 o2或co2 o2 nahco3或co2 o2 nh4hco3)。目前，我国采用地浸采铀工艺方法生产的天然铀，约有30％～35％来自酸法浸出工艺，65％～70％来自中性浸出工艺，无采用碱法浸出工艺的地浸铀矿山。
3.中性地浸采铀工艺一般适应于含矿层中碳酸盐含量较高(以co2计，含量＞2％)或含矿含水层中地下水hco
3-浓度＞800mg/l的砂岩铀矿床，同时含矿岩层中的黄铁矿平均含量应＜2％。我国大部分砂岩型铀矿床的矿层水hco
3-浓度达不到中性浸铀的要求(＞800mg/l)，一般仅为150～250mg/l。在中性地浸采铀时可以加入中性浸出剂“co2 o
2”，co2与碳酸盐矿物发生化学反应生成ca(hco3)2或mg(hco3)2等，使矿层水中的hco
3-浓度升高，达到800mg/l以上时，铀可逐步被浸出。
4.但也存在两种情况：一是由于含矿层中的碳酸盐矿物为白云石、铁白云石等类型时，与中性浸出剂co2反应极为缓慢，矿层水中的hco
3-浓度不能显著提升到800mg/l，铀的浸出缓慢，迁移能力不强；二是采区浸采中后期，随着方解石类碳酸盐矿物的溶解，矿层水中的hco
3-浓度逐渐由原来较高水平降低至800mg/l以下，铀的浸出和迁移能力均减弱。针对此问题，可以直接在溶液体系中配加nh4hco3或nahco3，但每吨成本增加约2000～3000元，并且由于引入了新的离子组分而使采区退役治理难度增大。
5.针对中性地浸采铀浸出过程中hco
3-浓度低、而直接配加nh4hco3或nahco3成本高等问题，需要设计和发明一种经济、无害的提高中性地浸采铀浸出剂碳酸氢根浓度的方法，以加快铀的浸出，缩短采区服务年限。


技术实现要素：

6.本发明的实施例提供一种中性地浸采铀方法和系统，能够经济有效地提高中性地浸采铀效率。
7.根据本发明的一个方面，提供一种中性地浸采铀方法，包括：
8.a.将铀提取后的采铀尾液与反应塔中的二氧化碳和石灰石进行第一化学反应，生成碳酸氢根浓度高于所述采铀尾液的回收浸出剂：
9.co2 h2o caco3→
ca(hco3)210.b.将氧气加入所述回收浸出剂得到富氧浸出剂；
11.c.将所述富氧浸出剂注入含铀砂岩矿层，在ph值为6.5～7.5的中性条件下，与铀矿石发生第二化学反应生成含铀浸出液：
12.uo2 0.5o2 2hco
3-→
uo2(co3)
22- h2o
13.d.所述含铀浸出液在铀提取之前和/或之后与浸泡池中的二氧化碳和石灰石进行所述第一化学反应以提高碳酸氢根浓度。
14.优选地，在任意实施例中，
15.步骤a中二氧化碳的浓度为200～600mg/l。
16.优选地，在任意实施例中，
17.步骤b中氧气的浓度为50～300mg/l。
18.优选地，在任意实施例中，
19.当步骤a中所述采铀尾液的注入压力增至1.6mpa时，冲洗所述反应塔。
20.优选地，在任意实施例中，
21.当所述反应塔中的二氧化碳的压力超过1.6mpa时，进行排气。
22.优选地，在任意实施例中，
23.步骤a执行多次后再执行步骤b。
24.根据本发明的另一方面，提供一种中性地浸采铀系统，包括：
25.反应塔，其具有上方的进液口、下方的排液口、设置在所述进液口与所述排液口之间的石灰石反应层、和通入所述石灰石反应层中的二氧化碳进气口，其中，从所述进液口进入的采铀浸出剂与在所述石灰石反应层中与二氧化碳和石灰石进行第一化学反应生成碳酸氢根浓度更高的回收浸出剂从所述排液口排出；
26.浸泡池，其装容石灰石，供流出含铀砂岩矿层的含铀浸出液与二氧化碳和石灰石进行第一化学反应生成碳酸氢根浓度更高的含铀浸出剂。
27.优选地，在任意实施例中，
28.所述反应塔包括多个串联连接的反应塔。
29.优选地，在任意实施例中，
30.所述反应塔包括多组并行处理的反应塔，每组反应塔包括多个串联连接的反应塔。
31.优选地，在任意实施例中，
32.所述反应塔的石灰石反应层中包括石英砂，其中石灰石和石英砂的配比为3:1～2:1。
33.通过本发明的实施例提供的中性地浸采铀方法和系统，可以提高液相体系中的碳酸氢根浓度，能够经济有效地提高中性地浸采铀效率。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。
35.图1是根据本发明的实施例的中性地浸采铀方法的流程图。
具体实施方式
36.以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚完整描述，显然，所描述
的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中所述的实施例，本领域普通技术人员在不需要创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都在本发明所保护的范围内。
37.本发明的实施例提供一种中性地浸采铀方法和系统，能够经济有效地提高中性地浸采铀效率。
38.根据本发明的一个方面，提供一种中性地浸采铀方法，包括：
39.a.将铀提取后的采铀尾液与反应塔中的二氧化碳和石灰石进行第一化学反应，生成碳酸氢根浓度高于所述采铀尾液的回收浸出剂：
40.co2 h2o caco3→
ca(hco3)241.b.将氧气加入所述回收浸出剂得到富氧浸出剂；
42.c.将所述富氧浸出剂注入含铀砂岩矿层，在ph值为6.5～7.5的中性条件下，与铀矿石发生第二化学反应生成含铀浸出液：
43.uo2 0.5o2 2hco
3-→
uo2(co3)
22- h2o
44.d.所述含铀浸出液在铀提取之前和/或之后与浸泡池中的二氧化碳和石灰石进行所述第一化学反应以提高碳酸氢根浓度。
45.这样，采铀尾液在反应塔中与二氧化碳和石灰石进行第一化学反应以提高液相中的碳酸氢根浓度，满足中性地浸采铀工艺的要求(碳酸氢根浓度大于800mg/l)，浸出剂注入含铀砂岩矿层发生第二化学反应后生成的含铀浸出液(在铀提取之前和/或之后)在浸泡池中与二氧化碳和石灰石再次进行第一化学反应以提高液相中的碳酸氢根浓度，最终得到碳酸氢根浓度较高的采铀尾液。由此循环操作，不仅能够通过与二氧化碳和石灰石的化学反应经济有效地提高液相中的碳酸氢根浓度以满足中性地浸采铀工艺要求，而且采铀尾液能够循环再利用，可节约材料成本。
46.此外，在反应塔中加入二氧化碳并保持较大压力，可以促使溶解反应(即，第一化学反应)加速进行，同时在压力下溶液流动速度较快，不会造成多余钙离子的沉积。
47.另外，在浸泡池中利用浸出液中的残余co2·
h2o可进一步提高二氧化碳的使用效率，同时利用浸出液在浸泡池中较长的停留时间，在不加压的情况下也能够显著增加溶液体系中的碳酸氢根浓度。
48.由此可见，通过本发明的实施例提供的中性地浸采铀方法和系统，可提高液相体系中的碳酸氢根浓度，以加快铀的浸出，缩短采区服务年限，从而能够经济有效地提高中性地浸采铀效率。
49.可选地，在任一实施例中，步骤d中所述在浸泡池中进行第一化学反应为：含铀浸出液在铀提取之前与浸泡池中的二氧化碳和石灰石进行第一化学反应以提高碳酸氢根浓度。然后高碳酸氢根浓度的含铀浸出液可进行铀提取(例如通过吸附塔进行铀吸附)，铀提取之后的贫铀尾液可返回步骤a进行处理实现循环利用。
50.可选地，在任一实施例中，步骤d中所述在浸泡池中进行第一化学反应为：含铀浸出液在铀提取(例如通过吸附塔进行铀吸附)之后产生贫铀尾液，贫铀尾液与浸泡池中的二氧化碳和石灰石进行第一化学反应以提高碳酸氢根浓度。然后高碳酸氢根浓度的贫铀尾液可返回步骤a进行处理实现循环利用。
51.优选地，在任意实施例中，步骤a中二氧化碳的浓度为200～600mg/l(该浓度可基
于溶液体积设定)。
52.优选地，在任意实施例中，步骤b中氧气的浓度为50～300mg/l(该浓度可基于溶液体积设定)。
53.所述反应塔可以过滤采铀尾液中的细小泥质颗粒、吸附有机质、含硅含铁胶体等杂质，起到拦截杂质净化溶液的作用。在实际使用中，反应塔中的石灰石反应层中的石灰石颗粒和石英砂颗粒均可吸附溶液中的有机质和含硅含铁胶体物质。另外，液体从外部管道流入反应塔中的具有多孔结构的石灰石反应层中，流速减缓，也可起到一定的沉降作用以利于去除溶液中的杂质。
54.有鉴于此，因而需要定期对反应塔进行冲洗以消除从溶液中去除的杂质，以确保净化溶液的功效。
55.优选地，在任意实施例中，当步骤a中所述采铀尾液的注入压力增至1.6mpa时，冲洗所述反应塔。
56.可选地，在任一实施例中，通过高压清水冲洗反应塔。
57.可选地，在任一实施例中，冲洗反应塔的冲洗压力为2.0～5.0mpa。
58.优选地，在任意实施例中，当所述反应塔中的二氧化碳的压力超过1.6mpa时，进行排气。
59.可选地，在任一实施例中，如果反应塔由于堵塞需要冲洗，则在排气之后进行冲洗。
60.优选地，在任意实施例中，步骤a执行多次后再执行步骤b。
61.可选地，在任一实施例中，步骤a的总执行时间可至少为30分钟。
62.根据本发明的另一方面，提供一种中性地浸采铀系统，包括：
63.反应塔，其具有上方的进液口、下方的排液口、设置在所述进液口与所述排液口之间的石灰石反应层、和通入所述石灰石反应层中的二氧化碳进气口，其中，从所述进液口进入的采铀浸出剂与在所述石灰石反应层中与二氧化碳和石灰石进行第一化学反应生成碳酸氢根浓度更高的回收浸出剂从所述排液口排出；
64.浸泡池，其装容石灰石，供流出含铀砂岩矿层的含铀浸出液与二氧化碳和石灰石进行第一化学反应生成碳酸氢根浓度更高的含铀浸出剂。
65.这样，采铀尾液(或采铀浸出剂或回收浸出剂)在反应塔中与二氧化碳和石灰石进行第一化学反应以提高液相中的碳酸氢根浓度，以满足中性地浸采铀工艺要求(碳酸氢根浓度大于800mg/l)；浸出剂注入含铀砂岩矿层发生第二化学反应后生成的含铀浸出液(在铀提取之前和/或之后)可在浸泡池中与二氧化碳和石灰石再次进行第一化学反应以提高液相中的碳酸氢根浓度，最终得到碳酸氢根浓度较高的采铀尾液。由此循环操作，不仅可通过与二氧化碳和石灰石化学反应经济有效地提高液相中的碳酸氢根浓度以满足中性地浸采铀工艺要求，而且采铀尾液能够循环再利用，可节约材料成本。
66.由此可见，通过本发明的实施例提供的中性地浸采铀方法和系统，可提高液相体系中的碳酸氢根浓度，以加快铀的浸出，缩短采区服务年限，从而能够经济有效地提高中性地浸采铀效率。
67.优选地，在任意实施例中，所述反应塔包括多个串联连接的反应塔(例如三个反应塔串联设置)。这样，采铀尾液(或采铀浸出剂或回收浸出剂)依次在多个反应塔中进行第一
化学反应以逐级提高碳酸氢根浓度，特别适合于流量较大的应用情况。应理解，反应塔的尺寸和大小以及数量，可以根据所需流量相应设置。
68.优选地，在任意实施例中，所述反应塔包括多组并行处理的反应塔，每组反应塔包括多个串联连接的反应塔。这样，能够进一步增强溶液处理能力。
69.为了防止反应塔和浸泡池可能的结垢问题，可在石灰石中掺入一定比例的骨架支撑材料颗粒(例如石英砂、细陶粒、或其它非活性颗粒等等)，可构成骨架结构支撑石灰石，避免其随化学反应发生泥化，从而使石灰石层保持较好的孔隙度和渗透性能，以利于持续进行第一化学反应。
70.优选地，在任意实施例中，所述反应塔的石灰石反应层中包括石英砂，其中石灰石和石英砂的重量配比为3:1～2:1。
71.可选地，在任一实施例中，反应塔的石灰石反应层中的石灰石和石英砂的粒径为2～5mm。
72.可选地，在任一实施例中，浸泡池中设置石英砂。
73.可选地，在任一实施例中，浸泡池中石灰石和石英砂的重量配比为5:1～3:1。
74.可选地，在任一实施例中，浸泡池中的石灰石和石英砂的粒径为2～5mm。
75.可选地，在任一实施例中，反应塔底部设置粗砾石垫层，粗砾石垫层与其上方的石灰石反应层之间分开预定距离。
76.可选地，在任一实施例中，反应塔的粗砾石垫层与其上方的石灰石反应层之间通过网格状隔板分开。
77.可选地，在任一实施例中，反应塔的塔底设置废液排放管，用于将反应塔冲洗后的废水排出至废液回收池。
78.图1是根据本发明的实施例的中性地浸采铀方法的流程图。
79.在图1所示实施例中可见一种中性地浸采铀方法，包括：
80.步骤110.将铀提取后的采铀尾液与反应塔中的二氧化碳和石灰石进行第一化学反应，生成碳酸氢根浓度高于所述采铀尾液的回收浸出剂：
81.co2 h2o caco3→
ca(hco3)282.步骤120.将氧气加入所述回收浸出剂得到富氧浸出剂；
83.步骤130.将所述富氧浸出剂注入含铀砂岩矿层，在ph值为6.5～7.5的中性条件下，与铀矿石发生第二化学反应生成含铀浸出液：
84.uo2 0.5o2 2hco
3-→
uo2(co3)
22- h2o
85.步骤140.所述含铀浸出液在铀提取之前和/或之后与浸泡池中的二氧化碳和石灰石进行所述第一化学反应以提高碳酸氢根浓度。
86.在一个优选实施例中，一种中性地浸采铀方法包括：
87.(1)将二氧化碳气体(例如可液态储存)通入装容“石英石 石英砂”的碳酸盐反应塔(即所述反应塔)中，加入量为200～600mg/l。
88.(2)采铀尾液(可来自尾液回收池)在反应塔中与二氧化碳和石灰石发生第一化学反应：
89.co2 h2o caco3→
ca(hco3)2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式1)
90.通过化学反应使采铀尾液中的碳酸氢根浓度提升(在实践中第一化学反应可重复
多次以逐级提升碳酸氢根浓度)，形成回收浸出剂输送至采区注液集控室。
91.在三个反应塔串联反应的情况下，应保证三塔串联溶液与石灰石的总接触时间≥30min；反应塔的尺寸和大小以及反应塔的数量，根据所需流量进行设计，处理流量较大时，可采用多排(多组)三塔串联的形式。
92.反应塔采取“石灰石 石英砂”混合方式填充，粒径2～5mm，石灰石与石英砂的配比为3:1～2:1；反应塔塔底填充的为粗砾石垫层，在垫层与上部细粒“石灰石与石英砂”之间，是网格状隔板。
93.除发生公式1的第一化学反应外，该反应塔还可以过滤尾液中的细小泥质颗粒、吸附有机质、含硅含铁胶体等杂质，起到净化溶液的作用；因反应塔具有拦截尾液中的杂质作用，所以需要定期对反应塔进行冲洗。
94.(3)将氧气(例如可液态储存)通入各注液井的注液支管，加入浓度为50～300mg/l。
95.(4)将富含碳酸氢根及氧的富氧浸出剂注入到含铀砂岩储层，在ph值为6.5～7.5的中性条件下，发生第二化学反应：
96.uo2 0.5o2 2hco
3-ꢀ→ꢀ
uo2(co3)
22
‑ h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式2)
97.铀矿物被氧化并被络合浸出，在注液井到抽液井的路径上不断累积，得到浓度较高的含uo2(co3)
22-浸出液；含铀浸出液经抽出井抽出至地表，汇聚至采区抽液集控室，经过自流或注液泵输送至浸出液集液池。
98.(5)浸出液在浸泡池中与石灰石发生第一化学反应(如公式1所示)。浸出液中有大量co2·
h2o存在，浸出液中的碳酸氢根浓度得到提升。
99.通常，中性地浸采铀的浸出液集液池仅用于收集和贮存各采区抽出的浸出液，本发明的实施例中，将粒径为2～5mm的石灰石和石英砂按5:1～3:1比例混合，铺垫至浸出液集液池底部，铺垫厚度为20cm～50cm，形成区别于一般中性地浸采铀矿山的浸出液集液池，故称为碳酸盐浸泡池。在浸泡池中，浸出液与石灰石保持一定比例流入和流出，但池中一直保持有3～5倍石灰石体积的浸出液，因此，在石灰石浸泡池中，浸出液碳酸氢根浓度能得到较大幅度的提升(例如可由400～600mg/l提升至900～1100mg/l)。
100.浸出液从浸泡池中通过注液泵输送至水冶厂各吸附塔，进行铀的吸附，得到贫铀的尾液注入尾液回收池。
101.应理解，本发明所述的石灰石浸泡工序(浸泡池)也可以设在尾液池，同样可以提高尾液的碳酸氢根浓度，可以依据应用矿山的便利情况而定。
102.以下通过三组室内试验进一步说明和验证本发明的效果。
103.分别将200mg/l浓度的二氧化碳通入盛有200ml蒸馏水、50g方解石 200ml蒸馏水、50g石灰石 200ml蒸馏水的3个烧杯中，分别以6h、12h取样2次，测定溶液中的hco
3-浓度、ca
2
浓度，分析方法分别为js/fx/8.2-04/n/2004，jy/t015-1996。
104.其中，方解石粒径为1～2mm，石灰石粒径为2～5mm。
105.实验结果及分析如表所示：
[0106][0107]
室内试验表明，采用低浓度二氧化碳可在较短时间内与方解石、石灰石发生溶解反应，其中石灰石的溶解速度更快，因此在现场应用中可优先考虑石灰石。
[0108]
同时，为了防止反应塔和浸泡池可能带来的结垢问题，可在石灰石中掺入一定比例的石英砂以保持较好的孔隙度和渗透性能。在反应塔中加入二氧化碳并保持较大压力，可促使溶解反应加速进行，同时溶液流动速度较快，不会造成多余钙离子沉积。浸泡池中利用浸出液中的残余co2·
h2o，可以进一步提高co2的使用效率，同时利用浸出液在浸泡池中的停留时间，增加了溶液体系中的碳酸氢根。
[0109]
在某中性地浸采区，若浸出液中的碳酸氢根为550mg/l，在通过本发明所述方案可提升至800～1000mg/l，满足铀矿石浸出的较优络合条件，从而可以加速铀的浸出。
[0110]
针对采区浸采中后期含铀砂岩储层中碳酸盐含量下降或原始砂岩储层中碳酸盐含量不足的情况，需要补充碳酸盐提高溶液体系中的碳酸氢根浓度。在能够提高碳酸氢根浓度的化合物材料中，石灰石的主要成分是碳酸钙，价格约为40～150元/吨，仅为nh4hco3或nahco3的1/20，因而可作为传统材料的替代物，是一种经济有效的选择。
[0111]
本发明通过碳酸盐浸泡池和碳酸盐反应塔中的化学反应提高了中性地浸采铀溶液中的碳酸氢根浓度，在不增加和改变中性浸出溶液体系中离子组分的条件下，实现了中性地浸采铀溶液体系中的碳酸氢根浓度提升，能加快铀矿石的溶解和迁移，提高铀的浸出速率，缩短采区服务年限。
[0112]
此外，本发明采用尽可能贴近天然条件下的碳酸盐补充方式(即，石灰石)增加溶液体系中的碳酸氢根浓度，既不是如现有技术那样添加“nh4hco
3”，因而对地下水污染小，减少后期采区退役的治理成本；也不是如现有技术那样采用添加“nahco
3”的方式，因而不会引起粘土矿物膨胀。
[0113]
通过本发明的实施例提供的中性地浸采铀方法和系统，可以提高体系中的碳酸氢根浓度，能够经济有效地提高中性地浸采铀效率。
[0114]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅用于将一个实体或
操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或设备不仅包括这些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0115]
本文中对多个元件的描述中，以“和/或”相连的多个并列特征，是指包含这些并列特征中的一个或多个(或一种或多种)。例如，“第一元件和/或第二元件”的含义是：第一元件和第二元件中的一个或多个，即，仅第一元件、或仅第二元件、或第一元件和第二元件(二者同时存在)。
[0116]
本发明中所提供的各个实施例均可根据需要相互组合，例如任意两个、三个或更多个实施例中的特征相互组合以构成本发明的新的实施例，这也在本发明的保护范围内，除非另行说明或在技术上构成矛盾而无法实施。
[0117]
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。