PAGEPAGE106核燃料的提取和純化4.1鈾礦資源及其特點4.2鈾的浸取4.3鈾的提取與濃縮4.4鈾水冶工藝發(fā)展?fàn)顩r4.5鈾的純化與轉(zhuǎn)化4.6釷的提取與純化4.1鈾礦資源及其特點4.1.1鈾在自然界的分布地球由地殼、地幔和地核三部分構(gòu)成。?地殼厚度為(0－35)km，但地殼厚度極不均勻，最薄的海洋地殼厚僅5km，最厚的大陸地殼（我國的青藏高原）厚度在65km以上，地殼主要由硅和鋁組成。?地幔在地殼以下直到2900km的深度，成分以硅、鎂、鐵為主。?地核位于地幔下面，其厚度為(2900－6371)km，主要成分是鐵和鎳。鈾集中在地殼，往下顯著減少。地球各圈層中的鈾含量除地殼的近地表面部分可以直接取樣確定外，其余各圈層中的鈾含量均不能直接測定，與只能通過其隕石以及從其它行星采集來的樣品中的鈾含量進(jìn)行比較而間接確定。因此，地殼中的鈾含量就是地殼中各種巖石中鈾的平均含量：2.5×10-6；地幔的鈾含量相當(dāng)于石隕石中鈾的豐度值：0.012×10-6；地核的鈾含量相當(dāng)于鐵隕石中鈾的豐度值：0.003×10-6。鈾在地殼中的平均含量叫鈾的克拉克值?？死酥凳菫榧o(jì)念美國分析化學(xué)家克拉克（F.W.Clarke）而命名。一種元素的克拉克值是以其在地殼總重量中所占的百分?jǐn)?shù)表示，稱為重量克拉克值。例如地殼總重量為2.6×1019t，地殼中鈾的總重量為6.5×1013t，則鈾的重量克拉克值是2.5×10-4%。因此，鈾并不稀少，它在地殼中的平均含量為2.5×10-4%，即每噸巖石中含有2.5g鈾，比砷、鎢、鉬、銻、汞、銀、碘、鉍、金等元素的平均含量都高，但其分布極為分散，這是鈾資源分布的一個顯著特點。鈾在各種巖石中的含量也很不均勻，以富含SiO2，K2O成分的巖石中含鈾量為高，如每噸花崗巖平均含有3.5g鈾，這樣，1km3的花崗巖就含有9000-10000t鈾。鈾不僅分布于巖石中，在海水、河水、湖水中也有不少，全球海水中估計含有40-50億噸鈾。比目前探明的陸地儲量多幾千倍，但其濃度很低，海水含鈾量一般穩(wěn)定在0.3×10-6~3.3×10-6g/L，平均為1.3×10-地殼中的鈾，以鈾礦物、類質(zhì)同象（形成含鈾礦物）和吸附狀態(tài)的形式存在。?由于鈾的化學(xué)性質(zhì)活潑，容易與其他元素化合，所以不存在天然的純元素。?地殼中鈾元素特別容易與氧結(jié)合，大部分鈾礦石物是鈾的簡單氧化物或復(fù)雜氧化物，如常見的晶質(zhì)鈾礦、含瀝青鈾礦等，至今尚未發(fā)現(xiàn)鈾的硫化物。?鈾在自然界中以四價和六價兩種價態(tài)化合物形式存在。?四價鈾的離子特征與釷和稀土元素相似，故常與這些元素共生。所謂與非鈾礦物類質(zhì)同象形式，是指U4+取代離子半徑與它大致相等的元素而進(jìn)入其它礦物的晶格里，即類質(zhì)同象置換，如鈾存在于獨居石，磷灰石及鈮鉭酸鹽等礦物；?六價鈾多以鈾酰離子（UO22+）形式存在，可與多種絡(luò)陰離子形成鈾酰絡(luò)合物或被層狀構(gòu)造礦物所吸附，所謂呈吸附狀態(tài)形式的含鈾礦物，是指鈾酰離子被有機(jī)質(zhì)、粘土礦物、氫氧化鐵等以物理或化學(xué)方式吸附共存。目前世界上已發(fā)現(xiàn)的鈾礦物和含鈾礦物有170種以上，其中只有25-30種鈾礦物具有實際的開采價值。中國已發(fā)現(xiàn)的59種鈾礦物中，工業(yè)上重要者有：含四價鈾的晶質(zhì)鈾礦（含瀝青鈾礦）、鈾石、鈦鈾礦及含六價鈾的硅鈣鈾礦、釩鈣鈾礦、鈣鈾云母、銅鈾云母、鉀釩鈾礦等。如前所述，地殼中鈾礦床含鈾量一般在百分之幾至萬分之幾，大多數(shù)鈾礦石中的平均含量小于1%，鑒于鈾作為戰(zhàn)略物質(zhì)的特殊地位及人們對核能源需求的不斷增加，各國均在大力開采鈾礦石，有的甚至從品位為0.01%的礦石中提取鈾。我國已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床主要屬花崗巖中的脈型和火山巖型。當(dāng)前正在盡力擴(kuò)大可地浸砂巖型的鈾資源，因為此類鈾礦床雖然礦石品位低（一般僅為0.02%-0.05%金屬鈾），但資源量很大，用地下浸出技術(shù)采鈾，其生產(chǎn)成本足可與高品位（>2%金屬鈾）的富大鈾礦床相競爭。已在新疆地區(qū)落實了一定數(shù)量。各種物質(zhì)中的典型鈾含量列于表4-1。表4-1各種物質(zhì)的鈾含量物質(zhì)名稱典型分析（U3O8）%ppm高品位礦脈30-70脈狀礦石0.2-1.0砂巖礦石0.05-0.4偉晶巖礦石0.05-0.1達(dá)科他州褐煤礦（美國）0.2-0.3含鈾碳?xì)浠衔?.001-0.1含鈾磷酸鹽0.005-0.03明礬頁巖（瑞典）0.02-0.03金礦石（南非）0.015-0.06查塔努加頁巖（美國）0.006海相海色頁巖0.001-0.02含鈾花崗巖15-100普通花崗巖5地殼3鈾礦水5-15銅的堆浸液1-12海水0.002-0.003主要鈾礦物及其特征目前已知的鈾礦物和含鈾礦物近200種。這些礦物化學(xué)組成的主要特點是均含有氧，而不含硫、鹵素或氮。?在自然界沒有發(fā)現(xiàn)有金屬鈾礦，鈾在礦物中可分別以四價或六價狀態(tài)存在，也可能以兩種價態(tài)同時共存。?在自然界僅含四價而不含六價鈾的礦物是很少見的，因為鈾在放射性衰變過程中會產(chǎn)生自氧化作用。為了研究方便，從不同角度將鈾礦物分成幾種類型。?按鈾的存在形式及含量，分為鈾礦物和含鈾礦物；?按鈾在礦物中的化合價來分，有四價鈾形成的礦物、四價鈾和六價鈾共生的礦物和六價鈾形成的礦物；?按礦物中的化學(xué)組成劃分，有簡單氧化物類、復(fù)雜氧化物類、氫氧化物類、鈾云母類和碳酸鹽類等。?按礦的成因來分，鈾礦物可分成原生礦物和次生礦物兩大類。下面即按上述最后一種分類法進(jìn)行討論。1．原生鈾礦物（1）瀝青鈾礦瀝青鈾礦分布十分廣泛，它是工業(yè)價值最高的原生鈾礦物。相對密度為6.6-7.7，硬度在5.42-6.29（莫氏）之間，顏色有瀝青黑色、淡褐色或綠黑色。從礦物的化學(xué)成分看，瀝青鈾礦屬簡單氧化物類型，其化學(xué)式可表示為kUO2·lUO3·nPbO3，其中鈾的含量約占0-76%。瀝青鈾礦的典型化學(xué)成分列于表4-2。表4-2瀝青鈾礦的化學(xué)成分成分，%樣品序號12345UO261.8022.1641.1444.4946.10UO322.251.2940.7438.0737.10PbO3.180.395.443.920.49ThO20.210.100.0180.00520.002Re2O8-0.210.380--Na2O--0.45--K2OMgO0.011.340.24痕量0.12CaO1.754.253.535.3811.9BaOMnO0.190.320.5750.40-總鐵1.67>0.980.752.71-Al2O30.081.150.37--TiO21.10-0.00--SiO22.7212.572.950.604.71P2O50.27--ZnO0.74CuO0.13SO2-痕量-0.99-CO2--0.62--F其它2.405.123.002.29-（2）晶質(zhì)鈾礦晶質(zhì)鈾礦也是一種原生鈾礦，與瀝青鈾礦有相同的結(jié)晶構(gòu)造，但礦物成分和形態(tài)顯著不同，最主要的差別是晶質(zhì)鈾礦物含有釷和稀土元素，其一般化學(xué)式為k(U，Th)O2·UO3·mPbO，這種礦物常產(chǎn)于偉晶巖中，與硫化物、螢石、釷、稀土、鈮、鉭等共生。晶質(zhì)鈾礦分布雖廣，但工業(yè)價值較小，至今尚未發(fā)現(xiàn)由該礦床富集而成的工業(yè)鈾礦床。不過在與稀有元素及其共生礦床中，它具有綜合利用的價值。典型晶質(zhì)鈾礦的化學(xué)成分列于表4-3。表4-3晶質(zhì)鈾礦的化學(xué)成分成分，%樣品序號12345UO259.9553.0965.7156.7836.96UO328.8512.4813.9829.5038.25ThO26.360.055.023.920.063Re2O20.510.953.621.383.17PbO1.5811.242.194.177.37Na2O-0.13--0.38K2O-0.93--0.05MgO0.130.32--1.49CaO0.758.301.20-0.80MnO0.040.11總鐵0.582.905.200.280.80Al2O3痕量2.950.31-5.18SiO2痕量0.832.131.15-TiO2-0.11ZrO2P2O5-0.513--1.97S--其它1.154.411.803.342.65（3）復(fù)雜氧化物這一類礦物是指含鈾的鈦、鈮、鉭礦物，其成分復(fù)雜而且變化不定，?主要元素有鈮、鉭、鈦、鐵、錳、鈣、鈉、鈾和釷；?次要元素有鉀、鎂、鋁、鋇、硅、鉛、鍶、銻、鉍、鋅、磷等。?這些元素之間廣泛地形成類質(zhì)同象結(jié)構(gòu)。這些礦物性質(zhì)相似，一般都具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，相對密度（4.5-8.3）和硬度（5-7）都較大，難于水冶加工處理，但具有綜合利用的工業(yè)價值。屬于這類礦物的有：鈦鈾礦(U，Ca，F(xiàn)e，Y，Th)3Ti5O16黑稀金礦(Y，U)(Nb，Ti)2O6等。2．次生鈾礦物次生鈾礦物比原生鈾礦物多，大部分產(chǎn)于鈾礦床的氧化帶，主要是由原生鈾礦物及含鈾巖經(jīng)氧化分解形成的。鈾黑鈾黑是瀝青鈾礦或晶質(zhì)鈾礦原地氧化生成的，一般存在于瀝青鈾礦或晶質(zhì)鈾礦的表面。?其主要化學(xué)組成為：UO3>9.8－40.4%，UO2微量－11.7%，ThO2<3%。?若是晶質(zhì)鈾礦氧化后生成的鈾黑，則礦物中ThO2含量高于3%。鈾黑相對密度為3.1-4.8，硬度變化范圍較大（1-4），外表呈土狀或粉末狀，光澤暗淡不透明，通常顯黑色或深灰綠色。常產(chǎn)于礦床氧化帶下部，與鈾的磷酸鹽、硫酸鹽、砷酸鹽共生。鈾黑也是提取鈾的重要原料，通常與原生鈾礦物一起開采。鈾云母類礦物這類礦物雖不屬于典型的層狀云母結(jié)構(gòu)，但外表特征與云母相似，故以“云母”命名，其化學(xué)通式為：R(UO3)2·(MO4)2·nH2O式中，R——Ca，Cu，F(xiàn)e，Ba，K等元素M——P，As，V等元素n——礦物結(jié)合水分子的數(shù)目由此可見，鈾云母類礦物是六價鈾的磷酸鹽、砷酸鹽或礬酸鹽。常見的鈾云母類礦物有：鈣鈾云母Ca(UO2)2[PO4]2·(10-12)H2O鐵鈾云母Fe(UO2)2[PO4]2·(8)H2O銅鈾云母Cu(UO2)2[PO4]2·(10-12)H2O翠砷銅鈾礦Cu(UO2)2[AsO4]2·(10-12)H2O礬鉀鈾礦K(UO2)2[VO4]2·(3)H2O礬鈣鈾礦Ca(UO2)2[VO4]2·(5-8)H2O鈾的含水氧化物此類礦物是由瀝青鈾礦或晶質(zhì)鈾礦經(jīng)氧化作用和水合物作用形成的。主要為六價鈾的礦物，個別礦物中也含有四價鈾。常見的礦物有：水鈾礦UO3·nH2O水斑鈾礦U(UO2)5O2[OH]10·nH2O橙水鉛鈾礦Pb[(UO2)7O2(OH)12]·6H2O紅鈾礦Pb[(UO2)4O2(OH)6]·4H2O此類礦物常產(chǎn)于鈾礦床的氧化帶，離原生礦物很近，往往和原生礦物一起開采。3．含鈾礦物除了鈾礦物之外，還有種類繁多的含鈾礦物，據(jù)初步統(tǒng)計，我國已發(fā)現(xiàn)70余種。根據(jù)鈾在含鈾礦物中的存在形式，可將含鈾礦物分為兩類。?一類是鈮、鉭、鈦復(fù)雜氧化物類礦物，鈾是礦物的固定組分，往往以類質(zhì)同象形式存在。?另一類礦物是在一般情況下含鈾量很低，而只在特定條件下，即鈾元素相對富集的地區(qū)才含有較多的鈾，因此這類礦物的含鈾量變化范圍較大。大多數(shù)含鈾礦物不具有單獨開采的工業(yè)價值，僅具有地質(zhì)和找礦意義，其中一部分礦物，如含鈾礦的復(fù)雜氧化物類、磷酸鹽類等具有綜合利用價值。鈾礦石特性與提取方法的關(guān)系由于鈾礦石的品位低（約為0.1%左右），而對最終產(chǎn)品的純度要求高，因此鈾的冶煉不能像普通金屬如煉鐵那樣，經(jīng)過一步過程就從礦石得到金屬。天然鈾的冶煉一般分為三個階段：?把鈾礦石加工成為鈾化學(xué)濃縮物（又稱黃餅）；?把鈾化學(xué)濃縮物精制成核純產(chǎn)品；?還原為金屬鈾或轉(zhuǎn)化為六氟化鈾。由于鈾礦石加工過程多采用濕法化學(xué)處理，習(xí)慣上常稱之謂鈾的水冶。鈾的提取工藝過程（常用水冶方法）與礦石類型、脈石性質(zhì)、鈾的品位等因素有關(guān)。與礦石類型關(guān)系在原生礦石中，鈾礦物有完整的晶格構(gòu)造，顆粒較粗，密度、硬度也較大，一般可用選礦富集，但鈾難以浸取，常需加氧化劑，使四價鈾氧化成六價鈾。次生礦石則相反，不適宜用選礦富集，但由于這種礦物中鈾大多數(shù)呈六價，因而易于浸取。與脈石性質(zhì)的關(guān)系脈石即礦石中無用礦物的總稱。它們的成分不同，對確定鈾的提取工藝也有相當(dāng)大影響。脈石主要分為硅酸鹽型、硫化物型、碳酸鹽型、磷酸鹽型、鐵氧化物型和可燃有機(jī)物型等。?硅酸鹽型、硫化物型礦物一般用酸法浸取。?碳酸鹽型用堿法浸取。?磷酸鹽型礦物可在酸法生產(chǎn)磷肥時提取鈾。?鐵氧化物型和可燃有機(jī)物型浸取前需先進(jìn)行焙燒處理。4.2鈾的浸取從鈾礦山開采出的礦石，經(jīng)過選礦富集便得到鈾精礦。鈾精礦通常送到附近的水冶廠進(jìn)行化學(xué)處理。鈾水冶的第一步是浸取分離，即在一定的工藝條件下，借助于一些化學(xué)溶劑或其它手段，將礦石中有價值的組分，選擇性地溶解出來，叫做浸取。?浸取鈾礦石的主要任務(wù)是將鈾從礦石轉(zhuǎn)入溶液。由于浸取劑的的選擇性溶解作用，浸取過程也是鈾與雜質(zhì)元素的初步分離過程。因此在鈾的浸取過程中，不僅要求高的浸取率，同時還應(yīng)盡量減少雜質(zhì)的溶解。?鈾的浸取率是指被浸取鈾礦石經(jīng)過浸取后轉(zhuǎn)入溶液的鈾量與浸取前礦石中的總鈾量的百分比。?鈾礦石的浸取反應(yīng)是在固相和液相的兩相界面上發(fā)生的多相反應(yīng)，它包含物理擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)兩個過程。?浸取時，浸取劑首先向固體顆粒的外表面擴(kuò)散，然后再滲入到顆粒內(nèi)表面與鈾礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的生成物再從顆粒的內(nèi)表面擴(kuò)散到外表面，而后轉(zhuǎn)入溶液中。?浸取過程的速度取決于擴(kuò)散速度和化學(xué)反應(yīng)速度，哪種速度起決定作用，視具體反應(yīng)而定。一般情況下化學(xué)反應(yīng)速度比擴(kuò)散速度快。由于鈾礦石的品位低，若從品位為0.1%的礦石提取1t鈾，就必須處理1000t以上的鈾礦石，這就需要龐大的生產(chǎn)設(shè)備和消耗大量的化學(xué)試劑。浸取過程的生產(chǎn)費用約占整個鈾水冶生產(chǎn)費用的40-50%，因此鈾的生產(chǎn)成本在很大程度上決定于浸取工序的費用。而在浸取過程的生產(chǎn)費用中，浸取劑的消耗又占了將近70-80%。因此合理地選擇浸取劑，盡量減少試劑消耗，對降低浸取過程的生產(chǎn)費用具有重要意義。在工業(yè)生產(chǎn)上選用浸取劑時，除了首先考慮礦石的性質(zhì)外，其主要的要求是成本低，對設(shè)備的腐蝕性小，浸出液要適合后續(xù)工序的處理要求等。在目前的鈾提取工藝中，浸取法主要有兩種：即酸法浸取和堿法浸取。酸法浸取過程可能選用的浸取劑有硫酸、硝酸和鹽酸。?鹽酸因價格較貴，對設(shè)備材料的腐蝕性強(qiáng)而很少采用。?硝酸有很強(qiáng)的氧化能力，在浸取含四價鈾的礦石時，不需另加氧化劑，對鈾的溶解能力強(qiáng)，在鈾工業(yè)發(fā)展初期曾用它來浸取高品位的富鈾礦。但硝酸同鹽酸一樣具有價格較高、腐蝕性強(qiáng)的缺點，目前也很少采用。?硫酸是較理想的常用酸法浸取劑，其價格便宜，對鈾的浸取效率高，對設(shè)備材料的腐蝕性也比硝酸和鹽酸小。堿法浸取過程可選用的浸取劑有碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸銨。?雖然這些試劑對設(shè)備材料的腐蝕性都不強(qiáng)，但相對說來碳酸銨的價格較貴，而且在50℃?工業(yè)上通常選用碳酸鈉或碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合液作浸取劑。本節(jié)將主要討論鈾礦石的硫酸浸取和碳酸鈉浸取過程。鈾礦石的焙燒預(yù)處理對于某些鈾礦石，在破碎之后、磨礦之前，往往需要進(jìn)行焙燒預(yù)處理，其目的主要有兩個，?一是改善有用礦物的浸取性能和降低雜質(zhì)的溶解度；?二是改善礦粒的物理性質(zhì)，以利于礦粒分級和后續(xù)的固液分離。常用的焙燒方法有氧化焙燒、加鹽焙燒和改善物理特性的焙燒等。1．氧化焙燒氧化焙燒就是在空氣中高溫焙燒鈾礦石，其主要目的有：將礦石中的鈾從難溶狀態(tài)轉(zhuǎn)為易溶狀態(tài)前已述及，鈾在礦石中常以四價或六價氧化狀態(tài)存在，有時也以二者的混合形式（即U3O8）存在，但只有六價鈾才易與硫酸或硫酸鹽反應(yīng)，四價鈾則很難直接作用。通過氧化焙燒，四價鈾便氧化為易于浸取的六價鈾，其反應(yīng)式為：發(fā)生這二個反應(yīng)的最適宜的溫度范圍是500-600℃。上述反應(yīng)生成的UO3，還能與礦石許多金屬氧化物相互作用，形成易溶于稀硫酸或碳酸鹽溶液的將雜質(zhì)轉(zhuǎn)變成難溶狀態(tài)鈾礦石中含硫化物，如黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）較多時，碳酸鹽浸取會消耗試劑，很不經(jīng)濟(jì)；若用硫酸浸取不僅增加酸耗，且有大量鐵進(jìn)入溶液，增加后續(xù)工序的困難。但經(jīng)過氧化焙燒后，硫化物可以轉(zhuǎn)化為稀硫酸中難溶的氧化物：當(dāng)?shù)V石中同時含有硫化物和碳酸鹽時，在一定的溫度下焙燒，將發(fā)生中和反應(yīng)：從而使浸取過程的酸耗大大減少。此外，鈾礦石中的大量脈石，如Al2O3、Fe2O3、FeO、SiO2等經(jīng)過焙燒后，對酸或堿的作用將變得穩(wěn)定。特別是對FeO，焙燒后變成Fe2O3，大大減少了鐵的溶解量。去除有機(jī)物含鈾褐煤和含鈾頁巖等礦物中，鈾常與有機(jī)物共生。有機(jī)物的存在不僅因吸附鈾而影響其浸取率，而且會給后續(xù)的過濾、沉降、洗滌工序帶來困難。為此礦石必須進(jìn)行氧化焙燒，以除去有機(jī)物。對于頁巖，實驗表明焙燒溫度為500-600℃時，能獲得最高的浸取率。高于或低于這個溫度范圍，浸取率都明顯下降。其原因是溫度低于500℃時，礦石中的碳未能完全灰化；而高于回收其它有用元素對含輝鉬礦（MoS2）和硫化鎢（WS2）的鈾礦石，為了浸取鈾的同時提取鉬和鎢，通過氧化焙燒，可將它們轉(zhuǎn)變成易于綜合回收的氧化物形式，其焙燒反應(yīng)式分別為：2．加鹽焙燒用添加食鹽到礬鉀鈾礦類型的礦石中進(jìn)行焙燒，是浸取前預(yù)處理這類礦石的一種有效方法。直接用碳酸鈉浸取礬鉀鈾礦時，盡管鈾的浸取率較高，但因礦石中存在著不易與碳酸鈉反應(yīng)的礬礦物，使釩難于浸取。加鹽焙燒能破壞這類礬礦物的結(jié)構(gòu)，有利于礬的回收。經(jīng)典的加鹽焙燒法是將磨細(xì)到約~10目的礦石與占總物料量6-10%的氯化鈉混合，然后將混合物置于多膛焙燒爐內(nèi)，在825-850℃加鹽焙燒時主要生成可溶于水的礬酸鈉，其反應(yīng)式為：2NaCl+V2O5+H2O→Na2O·V2O5+2HCl2NaCl+V2O5+1/2O2→Na2O·V2O5+Cl2↑反應(yīng)生成的礬酸鈉能與鈾化合物進(jìn)一步反應(yīng)而生成易溶于碳酸鈉溶液的礬酸鈾酰鈉。因為這個反應(yīng)是可逆的，所以焙燒礦石必須盡可能快的冷卻，以防止礬酸鈾酰鈉再轉(zhuǎn)化成礬酸鈉和不溶性鈾絡(luò)合物。如果礦石中的礬含量不足以與鈾生成礬酸鈾酰鈉絡(luò)合物，則需在焙燒前另外加入礬。焙燒溫度應(yīng)控制在750-850℃3．改善物理特性的焙燒當(dāng)鈾礦石含有容易觸變性礦泥的某些類型的水合粘土?xí)r，在浸取、沉降和過濾階段經(jīng)常發(fā)生很大的困難。在300-600℃的溫度下焙燒可使這樣的粘土脫水，從而達(dá)到改善礦石物理性質(zhì)的目的。焙燒溫度高于600除粘土礦物的脫水外，焙燒對礦石其它物理性能的影響還包括改善礦粒的孔隙度，促進(jìn)細(xì)顆粒的燒結(jié)或破壞被瀝青類物質(zhì)束縛住的頁巖礦物顆粒之間的聯(lián)系等，因此焙燒對礦石的破磨也有幫助。鑒于目前絮凝劑的廣泛應(yīng)用，專為改善液固分離而進(jìn)行焙燒在經(jīng)濟(jì)上不一定是最有利的。酸法浸取鈾礦石種類繁多，成分復(fù)雜，但依照其所含脈石的不同，大體上可歸納為硅酸鹽礦和碳酸鹽礦。前者適宜用酸法浸取，后者適宜用堿法浸取。（一）酸浸過程的化學(xué)原理1．鈾酸浸過程的化學(xué)反應(yīng)在以硫酸作浸取液劑的酸浸過程中，礦石內(nèi)的六價鈾可以鈾酰離子（UO22+）的形式直接轉(zhuǎn)入溶液，生成硫酸鈾酰（UO2SO4）和其它絡(luò)合陰離子。其反應(yīng)式為：對于含有四價鈾的礦石，或者通過前面介紹的氧化焙燒法，將鈾在浸取之前就從難溶的四價狀態(tài)轉(zhuǎn)為易溶的六價鈾；或者是在浸取過程中，直接往浸取設(shè)備中加入氧化劑（如軟錳礦或氯酸鈉等）把四價鈾氧化到六價。但廉價的軟錳礦（主要含MnO2）直接氧化鈾的速度較慢（固-固反應(yīng)），一般是用軟錳礦將浸取液中的硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵（固-液反應(yīng)），硫酸鐵再將四價鈾氧化成六價鈾，這樣分兩步反應(yīng)，速度反而加快。其反應(yīng)過程分別是：MnO2+2FeSO4+2H2SO4→Fe2(SO4)3+MnSO4+2H2OUO2+Fe2(SO4)3→2FeSO4+UO2SO42．雜質(zhì)元素的浸取行為在浸取過程中，酸除消耗在與鈾氧化物反應(yīng)外，絕大部分酸消耗在與雜質(zhì)反應(yīng)及保持浸出液的剩余酸度上。二氧化硅的溶解在浸取時盡管SiO2的溶解量一般不超過它在礦石中含量的1%，但因它溶解后生成膠體狀的多硅酸，使得后續(xù)的礦漿澄清和過濾產(chǎn)生一定的困難。反應(yīng)過程可用下式表示：鋁釩土的溶解鋁釩土在硫酸浸取過程中的反應(yīng)為：Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O此反應(yīng)進(jìn)行比較困難，通常轉(zhuǎn)入溶液中的量不超過原礦石中含量的3-5%。鐵氧化物的溶解稀硫酸不易溶解氧化鐵，其溶解量一般不超過礦石中含量的5-8%。但氧化亞鐵容易與稀酸反應(yīng)，轉(zhuǎn)入溶液的量可達(dá)總量的40-50%。它們的溶解反應(yīng)式分別為：Fe2O3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+3H2OFeO+H2SO4→FeSO4+H2O浸出液中有氧化劑存在時，硫酸亞鐵可進(jìn)一步氧化生成硫酸鐵：4FeSO4+O2+2H2SO4→2Fe2(SO4)3+2H2O若浸出液中剩余酸度太低，三價鐵會發(fā)生水解，生成難于過濾的氫氧化鐵沉淀，鐵的沉淀反應(yīng)為：因此整個浸取過程保持足夠的酸度是必要的。鈣、鎂氧化物及碳酸鹽的溶解鈣、鎂氧化物及碳酸鹽與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鈣和硫酸鎂，如CaCO3+H2SO4→CaSO4↓+CO2↑+H2OMgCO3+H2SO4→MgSO4+CO2↑+H2O硫酸鈣的溶解度約為0.015mol/l，而硫酸鎂可以全部溶解。鈾礦石中的鈣、鎂化合物是耗酸的主要成分，若它們的含量超過礦石總量的10%時，一般認(rèn)為采用酸法浸取便是不經(jīng)濟(jì)的，為此需通過選礦除去這類化合物或改用堿法浸取流程。磷酸鹽和硫化物的溶解磷酸鹽和硫化物在稀硫酸中發(fā)生下列反應(yīng)：2PO43-+3H2SO4→2H3PO4+3SO42-S2-+H2SO4→H2S↑+SO42-若礦石中含有鉬，則生成MoO42-或[MoO2(SO4)n]2(n-1)-。有礬時，可能生成VO43-、V2O74-或[VO2(SO4)n]2(n-1)-等絡(luò)離子。從以上的化學(xué)反應(yīng)過程可以看出，浸取不僅是鈾從礦石轉(zhuǎn)入溶液的溶解過程，也是鈾與雜質(zhì)元素實現(xiàn)初步分離的過程。（二）影響浸取過程的主要因素礦石粒度從動力學(xué)的觀點看，礦石磨得越細(xì)，比表面越大，使鈾礦物暴露越充分，從而大大加快了分子的擴(kuò)散速度，有利于提高鈾的浸取率。?但礦石磨得太細(xì)，需增加磨礦時間，相應(yīng)地也就降低了磨礦機(jī)的生產(chǎn)能力，多消耗了動力，增大了酸耗及雜質(zhì)的溶解量，不利于后續(xù)工序的操作，因此對磨礦粒度有一定要求。?具體的指標(biāo)要根據(jù)礦石特性和浸取工藝條件來定。?如美國進(jìn)行酸浸的大部分鈾礦石，磨到30-40%達(dá)到~200目，就能使鈾礦物充分暴露；?但對于加拿大和澳大利亞含有鈦鈾礦或鈾鈦磁鐵礦的礦石，則需要磨到~200目占55-65%，才能使鈾礦物得到滿意的浸出效果。（2）礦漿液固化礦漿液固化是指礦漿中液體和固體之間的重量比。?顯然，液固比越小，液相的體積越少，在設(shè)備容量一定時，將提高浸出液中的鈾濃度，降低酸耗量。?但液固比太小會延長浸取時間，妨礙礦漿的攪拌和輸送。?酸法浸取時，液固比一般取為0.6-1.2。（3）酸的用量和剩余酸度所謂酸的用量是指浸取時加入的酸量占礦石重量的百分?jǐn)?shù)。?增加酸的用量，能強(qiáng)化浸取過程，提高鈾的浸取率。?但到一定程度時，再繼續(xù)增加酸的用量，對提高鈾的浸取率無明顯效果（如圖4-1所示），反而增加雜質(zhì)的溶解及后續(xù)中和工序的石灰用量，經(jīng)濟(jì)上造成浪費。?酸的用量太低時，影響鈾的浸取率，不能保證浸出液中有足夠的剩余酸度，從而使浸出液中的鈾化合物可能發(fā)生水解而轉(zhuǎn)入渣中，造成鈾不必要的損失。所謂剩余酸度是指經(jīng)浸取后留在浸出液中還未與其它物質(zhì)發(fā)生作用的那部分酸（剩余酸）的濃度。?表4-4列出了鈾酰離子和四價鈾離子可與各種陰離子在硫酸溶液中產(chǎn)生沉淀的pH值。表4-4鈾與各種陰離子在硫酸溶液中產(chǎn)生沉淀的pH值離子pH范圍氫氧根磷酸根砷酸根碳酸根UO22+3.8-6.01.9-2.51.3-1.73.5-6.0U4+2.5-6.0<1.2<1.2-為了防止發(fā)生鈾的再沉淀，必須根據(jù)被浸取礦石的特點控制好酸的用量，保持浸出液中有適當(dāng)?shù)氖Ｓ嗨岫取?對易浸礦石，剩余酸度一般控制在0.03-0.08mol/l（pH為1.5～1.1）；?對難浸礦石，剩余酸度一般控制在0.30-0.41mol/l（pH為0.5～0.39）。?世界上大多數(shù)的鈾水冶廠，處理每噸礦石的酸耗量為27-50kg硫酸。?在美國若同時要從礦石中提取礬時，每噸礦石的酸耗量達(dá)到136kg。?對于某些氧化鈣含量高的礦石，每噸礦石可能消耗182kg（4）氧化劑為了得到較高的鈾浸取率，在浸取時，維持適當(dāng)?shù)难趸瘲l件在重要性上僅次于控制酸濃度。?在酸浸過程中使用的主要氧化劑是二氧化錳（或它的礦物軟錳礦）和氯酸鈉。?利用空氣氧化是可能的，但由于氧在溶液中的溶解度低，因而在大氣壓力下作用相當(dāng)緩慢。?氯氣也可以使用，但它的腐蝕性太強(qiáng)。?硝酸鉀在熱礦漿中也能起氧化作用。?此外，硝酸、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、過氧化氫、氯酸鉀等都具有很強(qiáng)的氧化性能，但因其價格太貴，限制了它們在酸浸系統(tǒng)中的應(yīng)用。鈾礦石浸取過程中常用氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)氧化-還原電位列于表4-5，它們在浸出液中的實際電位值可根據(jù)具體工藝參數(shù)，按能斯特（Nernst）公式進(jìn)行計算。表4-5鈾礦石浸取過程常用氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)電位電極過程標(biāo)準(zhǔn)電極電位*，V氧化態(tài)還原態(tài)MnO2+4H++2e=Mn2++2H2O1.23Fe3++e=Fe2+0.771ClO3-+3H++2e=HClO2+H2O1.21O2+4H++4e=2H2O1.229NO3-+4H++2e=NO+2H2O0.96NO3-+3H++2e=HNO2+H2O0.94O2+2H2O+2e=4OH-（在堿性介質(zhì)中）0.410*表中電極電位均為氧化電位??溶液中三價鐵與二價鐵的比值會影響UO2的溶解；?當(dāng)Fe3+量不變時，浸取率隨著二價鐵量的增加而下降。實踐表明，游離三價鐵的最小需要量約為8.95×10-3mol/l(如圖4-2所示，約為0.5g/l)。當(dāng)未絡(luò)合的三價鐵濃度小于該值時，經(jīng)過18h的浸取，UO2在稀硫酸溶液中的溶解量仍然很少。圖4-3表示了三價鐵濃度對晶質(zhì)鈾礦在酸性溶液中溶解反應(yīng)速度的影響。?圖4-3表示了三價鐵濃度對晶質(zhì)鈾礦在酸性溶液中溶解反應(yīng)速度的影響。?浸取速度隨Fe3+濃度的增加而增加說明這是一種表面化學(xué)反應(yīng)，吸附在礦物表面上的三價鐵離子的濃度決定著反應(yīng)速度。?對一般礦石，在通常浸取操作條件下，可用8.95×10-3mol/l（0.5g/l）或更高一點濃度的游離三價鐵得到較好溶解速度。?由于在浸出液中有從磨礦帶進(jìn)的金屬鐵或由溶解礦石得到的鐵離子，因此一般不需要再添加鐵（或鐵離子）。在初始的酸與金屬或硫化物反應(yīng)基本完成之前，通常不往酸化的浸出礦漿中加入氧化劑。?因為這時放出的一些還原性氣體（H2和H2S），會造成氧化劑不必要的消耗。?因此最好在加酸之后，從第二個浸取設(shè)備加入氧化劑，若用軟錳礦作氧化劑，在美國每噸礦石消耗1.36-3.18kgMnO2(按100％MnO2計)，?而在南非每噸礦石平均要用4.5kgMnO2。?加拿大和美國的某些鈾水冶廠也使用NaClO3作氧化劑，每噸礦石用量為1.36kg(5)溫度和時間溫度和時間在鈾的酸浸過程中是互相依賴的因素，提高浸取的操作溫度可以減少反應(yīng)時間，因而增加設(shè)備的處理能力，并提高難浸礦物的提取率。?在美國好幾個鈾水冶廠采用高酸度和高溫度（80℃?高溫浸取的缺點是不但增加了設(shè)備的腐蝕和試劑的消耗量，而且使雜質(zhì)元素的溶解量也明顯增加。?酸法浸取的操作溫度一般控制在60-90℃浸取時間的選擇受到前面討論過的許多因素，如酸度、礦石特性及其暴露情況、攪拌程度等的影響。?每一種礦石存在一個最優(yōu)的浸取時間，超過此值再繼續(xù)增長時間必然會降低設(shè)備的生產(chǎn)能力和增大雜質(zhì)的溶解量。?雖然提高溫度可以減少浸取時間，但通常比較經(jīng)濟(jì)的辦法是選擇較長的浸取時間以保證較低的操作溫度。?在增加浸取設(shè)備比較困難的地方，這種選擇為以后通過提高溫度來增加設(shè)備的處理能力創(chuàng)造了條件。(6)攪拌強(qiáng)度攪拌浸取時，攪拌強(qiáng)度是影響浸取率的重要因素。?一般說來，增大攪拌強(qiáng)度，礦漿與硫酸接觸均勻，浸取效果好。?但攪拌太大時，動力消耗大，同時也增加了礦漿對設(shè)備的磨損。?表4-6給出了攪拌速度與晶質(zhì)鈾礦溶解速度的實驗室研究結(jié)果。?表4-6攪拌速度對鈾溶解速度的影響浸取劑濃度，mol/l0.01(H2SO4)，0.009(Fe3+)溫度，℃15攪拌速度，r/min鈾的溶解速度，mg/（cm2·min）1001.99×10-22002.00×10-24002.22×10-25002.30×10-27002.20×10-2（三）酸浸設(shè)備這里簡要介紹兩種通常使用的酸浸設(shè)備，一種是機(jī)械攪拌槽，另一種是空氣攪拌槽（又稱巴秋卡槽，Pachucatank）。機(jī)械攪拌槽的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。它分為單槳攪拌和多槳攪拌兩種。圖4-4機(jī)械攪拌浸取器1－殼體；2－防酸層；3－進(jìn)料口；4－排氣孔圖4-4機(jī)械攪拌浸取器1－殼體；2－防酸層；3－進(jìn)料口；4－排氣孔5－主軸；6－人孔；7－溢流口；8－循環(huán)泵；?槽體為圓筒形，可用木制，也可用碳鋼內(nèi)襯橡膠或耐酸瓷磚；槽底為圓球形或平底；中央設(shè)有循環(huán)筒。?攪拌槳葉輪一般為碳鋼襯膠，攪拌器裝在循環(huán)筒下部。?攪拌器的形式有：槳式、螺旋槳式、錨式和渦輪式。?最常用的是螺旋槳式。?通常，把螺旋槳式攪拌器的直徑取為槽體直徑的0.25-0.30。典型的槽直徑與攪拌槳直徑之間的關(guān)系列于表4-7。表4-7典型的攪拌槳尺寸槽直徑，m攪拌槳直徑范圍，m3.971.07-1.224.271.22-1.374.881.526.101.83-2.44?槽身為圓柱體，底部呈圓錐形，礦漿與硫酸從進(jìn)料口進(jìn)入浸取槽，壓縮空氣從槽體進(jìn)入中央循環(huán)筒，該循環(huán)筒起空氣泵或空氣升液器的作用。?槽身為圓柱體，底部呈圓錐形，礦漿與硫酸從進(jìn)料口進(jìn)入浸取槽，壓縮空氣從槽體進(jìn)入中央循環(huán)筒，該循環(huán)筒起空氣泵或空氣升液器的作用。?操作時礦漿沿該筒上升，通過循環(huán)孔流向筒外。由于壓縮空氣與料液的對流，造成礦漿上下反復(fù)循環(huán)。在不斷進(jìn)料的情況下，筒內(nèi)部分礦漿被空氣提升溢流到槽外。?國外許多鈾水冶廠在酸浸中選用空氣攪拌槽代替機(jī)械攪拌槽，部分原因是這種設(shè)備比機(jī)械攪拌設(shè)備的運行費用低，而且操作和維修都比較簡單。

（四）典型的酸浸流程1．普通攪拌浸取盡管目前已采用的鈾礦酸浸流程種類繁多，但大部分均使用或聯(lián)合使用圖4-6和圖4-7所示的流程。圖4-6示出的是酸浸系統(tǒng)和堿浸系統(tǒng)都用得很多的圖4-6示出的是酸浸系統(tǒng)和堿浸系統(tǒng)都用得很多的串聯(lián)流程。?磨細(xì)后的礦漿加入系統(tǒng)，物料通過一組串聯(lián)的浸取槽而不循環(huán)。?為了滿足礦漿浸取所需要的停留時間，在此類流程中要有足夠數(shù)量的浸取槽（一般為3-14個），以免部分礦漿因短路而以小于設(shè)計的平均停留時間通過流程。圖4-6串聯(lián)浸取流程圖4-6串聯(lián)浸取流程浸出礦漿酸和氧化劑浸取磨礦礦石水浸出液礦石水圖4-7兩段逆流酸浸流程溶液循環(huán)尾礦礦漿礦漿浸出液礦石水圖4-7兩段逆流酸浸流程溶液循環(huán)尾礦礦漿礦漿礦漿水或循環(huán)的溶液磨礦第一段浸取第二段浸取固液分離浸取固液分離浸取酸和氧化劑脫水圖4-7示出的是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的圖4-7示出的是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的兩段逆流浸取流程，其具體操作方法是將酸加入到第二浸取段，以維持礦石浸取的高酸度，有利于分解難浸礦石。?第一浸取段浸取后的礦漿經(jīng)液固分離，濃礦漿送第二浸取段，清液輸?shù)胶罄m(xù)工序提取鈾。?第二浸取段產(chǎn)出的礦漿再經(jīng)液固分離后棄去；濾液則送回第一浸取段，以利用其余酸對新加入的礦石進(jìn)行浸取。?這種分段逆流浸取方式的優(yōu)點是：既能保證難浸礦石在第二浸取段有強(qiáng)酸條件，又能不加試劑即可調(diào)節(jié)最終浸出液的酸度，是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的酸浸法。?它的不足之處是在兩段浸取工序之間要增加一套液固分離裝置；對碳酸鹽含量較高的礦石，可能使第一浸取段浸出液的pH值偏高而產(chǎn)生鈾的再沉淀。橡膠襯里的鋼制浸取槽D=4mH=4.5m橡膠襯里的鋼制浸取槽D=4mH=4.5m渦輪攪拌器破碎到直徑<25.4mm的礦粒~1.18×10-3mol/lU3O850-75ppm固體GUTpH=0.9-1.2150-200ppm固體GUTCO2、H2、H2SpH=0.6-0.7逆流傾析Φ36m、h=5m底流H2SO4過濾后浸出液（至溶劑萃取或離子交換系統(tǒng)）濾餅細(xì)尾礦渣細(xì)泥()溢流絮凝劑從溶劑萃取系統(tǒng)來的萃余液粗尾礦渣49-6043-5443-54≈水蒸汽NaClO3細(xì)泥水蒸汽97-98%通過28目篩（0.59mm）70％通過150目篩（0.1mm）水0.2%U3O80.01%－0.03%MoO2，V2O50.05%－0.20%2－5%CaO礦石破碎浸取1浸取2浸取14棒磨水力旋流器分級器1≈≈分級器5≈≈濃密機(jī)6濃密機(jī)2濃密機(jī)1澄清加壓過濾器（F=58m2圖4-8美國格蘭茨鈾水冶廠的酸浸流程圖格蘭茨廠的酸浸流程屬串聯(lián)浸取流程，該廠生產(chǎn)能力約5600t（礦石）/d。?處理對象主要是含鈾礦物的砂巖，其中U3O8、MoO2和V2O5的重量百分?jǐn)?shù)分別為0.2%、0.01-0.03%和0.05-0.20%。?鈾和鉬可通過浸取回收，鈾的回收率在97%以上，礬也能部分浸取回收。?此外，礦石中還含有大量的鈣，折合成CaO約為2-5wt%，它是浸取過程中消耗硫酸的主要組分。如圖4-8所示，破碎到直徑小于25.4mm的礦粒，在棒磨機(jī)上磨細(xì)到97-98%的礦粒通過28目篩，而70%的礦粒通過150目篩。?棒磨得到的礦漿借助重力連續(xù)地流經(jīng)14個橡膠襯里的鋼制浸取槽。?這些槽的直徑為4m、高4.25m?礦漿在14個浸取槽中的總停留時間約為4.5h。?棒磨后的礦漿首先進(jìn)入第1個浸取槽，與含有礦粒的循環(huán)水、蒸氣和硫酸混合。?這個槽的溫度為43-54℃，pH=0.6-0.7?一些氣體產(chǎn)物，如CO2、H2、H2S等也從此槽中釋放出來。為了溶解含有四價的難浸礦物，第2個浸取槽的溫度保持在49-60℃之間，并加入氯酸鈉，維持氧化-還原電位為-0.47至-0.51V；當(dāng)氧化-還原電位為－0.51V時，鐵離子與亞鐵離子在溶液中的平衡比值0.52?鐵離子的存在將對四價鈾的氧化起催化作用。?不在第1個浸取槽加入氯酸鈉，是為了避免它與磨礦帶進(jìn)的金屬鐵或與第1個浸取槽中釋放出的還原性氣體（如H2或H2S等）發(fā)生反應(yīng)，造成價格較貴的氯酸鈉的過多消耗。在熱、酸和氧化劑的作用下，礦漿經(jīng)過13個浸取槽，難溶的鈾和鉬基本上都溶解完了。當(dāng)?shù)V漿離開第14個浸取槽時，它的溫度已降到43-54℃從第14個浸取槽流出的粒度約為150目的礦漿，在兩個平行的水力旋流器中進(jìn)行初步分離。從水力旋流器得到的底流液連續(xù)地通過5個分級器，并用從溶劑萃取系統(tǒng)來的萃余液對逆流洗滌礦粒進(jìn)行對礦粒進(jìn)行逆流洗滌。從水力旋流器得到的溢流與從第1個分級器來的溢流混合后，也用上述萃余液，在6個直徑為36m、深5m的大型傾析濃密機(jī)中進(jìn)行逆流洗滌。?在分級器和濃密機(jī)中的洗滌率分別為2.5-3.0％和3.0-4.0％。?從第5個分級器出來的粗尾礦大約含有75％（體積）的固體；而從第6個濃密機(jī)得到的細(xì)尾礦大約只含有31％（體積）的固體。?通過濃密機(jī)的固體礦粒約占總數(shù)的25％。?在洗滌尾礦過程中，可溶性鈾的損失僅占鈾水冶廠料液含鈾量的0.2％。?第1個濃密機(jī)的溢流液含有150-200ppm的固體，借助于外加絮凝劑的作用，在一個大的澄清槽中澄清。?通過澄清可使溶液中的固體含量減少到50-75ppm。?從澄清槽得到的細(xì)殘渣再返回到第1個浸取槽。澄清槽的溢流經(jīng)過6個平行的過濾面積為58m2?處理每噸礦石，過濾器要用預(yù)涂層材料0.055kg，要往被過濾的料液中加入0.19kg的助濾劑。?過濾器的操作周期取決于澄清槽溢流液的固體含量，一般在4-24h之間，濾餅再返回第2個或第3個濃密機(jī)。經(jīng)過濾的浸出液，含1.18×10-3mol/l，它既是浸取系統(tǒng)的產(chǎn)品，也是溶劑萃取系統(tǒng)（或離子交換系統(tǒng)）的料液。上述格蘭茨鈾水冶廠酸浸流程的主要特點是：1）由于礦石中除含鈾外，還含有一定數(shù)量的鉬和礬，必須考慮它們的綜合回收。因而該廠流程采取了增長浸取時間（串聯(lián)14個浸取槽）和加溫操作等強(qiáng)化措施，以保證幾種元素都能獲得較高的浸取率。2）浸出礦漿不是直接進(jìn)行洗滌，而是先經(jīng)過一個水力旋流器把它粗分成粗、細(xì)（礦漿粒度）兩部分，然后再進(jìn)行逆流洗滌，這樣比較便于選擇合適的工藝條件和操作控制。3）分別利用后續(xù)的溶劑萃取系統(tǒng)的萃余液作浸出礦漿的洗滌液，既可保持整個洗滌過程的pH值低于1.5，避免了產(chǎn)生鈾的沉淀損失；又能節(jié)省酸的用量。4）為了協(xié)調(diào)各工序設(shè)備處理能力的差異和增大總的生產(chǎn)能力，該流程采用了雙線操作方式（圖上未注出），即在破碎工序之后，浸出液加壓過濾工序之前的所有工序均分成A、B兩線進(jìn)行平行操作。2．其它酸浸法(1)攪酸熟化法攪酸熟化是一種強(qiáng)化浸取手段，整個工藝過程分為攪酸和熟化兩個主要工序。?攪酸時將礦石干磨到10目以下，用水濕潤到含水量達(dá)10％，噴入濃硫酸拌合均勻或壓成團(tuán)塊，然后靜置或加熱數(shù)小時至一晝夜進(jìn)行熟化，使礦石中的鈾轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒蛉跛岬牧蛩徕欟?，使鐵、鋁的硫酸鹽盡量分解，從而降低浸出液中的雜質(zhì)含量。?當(dāng)?shù)V石中存在四價鈾時，可在用水濕潤過程中加入一定量的氧化劑，把四價鈾氧化成六價鈾。攪酸熟化法與普通酸浸法的工藝參數(shù)比較列于表4-8。表4-8攪酸熟化法與普通酸浸法的比較指標(biāo)攪酸熟化普通酸化礦石粒度－3m—28目硫酸耗量，kg/t6265鈾浸取率，％93.088.0沉降速度，mm/min4.12.3濃密后礦漿密度，％（固體）35.021.3壓縮機(jī)濾餅含水量，，％33.048.4液固分離回收率，％98.688.4浸出率的總回收率，％91.777.4浸出液中鈾濃度，mol/l1.54×10-31.31×10-3?表列數(shù)據(jù)說明，攪酸熟化法具有避免細(xì)磨、浸出液中鈾濃度高、礦漿性能好、酸耗較低等優(yōu)點。?存在問題是：干磨時粉塵大、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重和不易實現(xiàn)連續(xù)操作等。這種方法適宜于處理難分解的礦石，美國、法國和日本都在研究這種流程，目前法國已實現(xiàn)了工業(yè)化。(2)加壓水浸法對于含有硫化物的鈾礦石，可以在高溫、高壓和不加浸取劑（氧除外）的情況下，直接用水進(jìn)行浸取。這種方法是50年代提出來的。將硫化物加到不含硫化物的鈾礦石中，也可使這種礦石加壓水浸。加壓水浸時，硫化物與氧發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鐵與硫酸，然后這些生成物再去浸取鈾。比如在處理含黃鐵礦和瀝青鈾礦的礦石時，其反應(yīng)為：2FeS2+7.5O2+H2O→Fe2(SO4)3+H2SO4UO2+Fe2(SO4)3→UO2SO4+2FeSO44FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2(SO4)3+2H2O由于高壓下氧在溶液中的溶解度增大，故這些反應(yīng)在高溫和高壓下進(jìn)行得更快。在此條件下，鐵與其它成分（如鈦和鉬）往往發(fā)生水解并從溶液中沉淀出來。如三價鐵即可發(fā)生下列反應(yīng)生成氫氧化鐵、氧化鐵的水合物或堿式硫酸鐵：Fe2(SO4)3+6H2O→2Fe(OH)3↓+3H2SO4Fe2(SO4)3+(3+x)H2O→Fe2O3·xH2O↓+3H2SO4Fe2(SO4)3+(2+2x)H2O→2Fe(OH)SO4·xH2O↓+H2SO4加壓水浸法與普通浸取法相比，具有提取率高，運行費用低，浸出液中雜質(zhì)和游離酸量少以及浸取礦漿過濾性能好等優(yōu)點。該法的缺點是設(shè)備材料的腐蝕性強(qiáng)和維修費用高。此法目前雖尚無工業(yè)應(yīng)用，但在一些國家越來越受到重視。加壓水浸法典型的實驗結(jié)果列于表4-9。表4-9加壓水浸法的實驗結(jié)果礦石來源加拿大安大略省普倫托礦南非蘭德礦加拿大雷帕斯礦澳大利亞鈾銅礦品位，U3O8%0.170.020.091.17(含Cu7.3%)-200目，%55608570溫度，℃130130140160150160浸取時間，h654254氧氣分壓，Pa68.7137.468.7274.710368.7最終pH值1.01.01.01.21.4固體含量，%6565656560-40U3O8提取率，%959595949194(7％Cu)堿法浸取與酸法浸取相比，鈾的堿法浸取具有選擇性好、產(chǎn)品溶液較純、對設(shè)備的腐蝕性小、剩余堿能部分返回利用等優(yōu)點。目前世界上多數(shù)鈾水冶廠采用酸法浸取，少數(shù)采用堿法浸取，個別廠礦同時采用酸、堿兩種浸取流程。堿法浸取的缺點是：常壓下對鈾的浸取速度慢、浸取率低，特別是當(dāng)?shù)V石中含有四價鈾時，需要量采取許多強(qiáng)化浸取措施才能獲得滿意的浸出效果。通常情況下，礦石中氧化鈣含量小于8%時，采用酸法浸??；氧化鈣含量大于12%時，采用堿法浸取。堿浸過程的化學(xué)原理1．鈾堿浸過程的化學(xué)反應(yīng)堿性過程的浸取劑通常是碳酸鈉，它能選擇性地溶解礦石中的鈾氧化物，使鈾以三碳酸酰離子[UO2(CO3)3]4-的形式轉(zhuǎn)入溶液，其化學(xué)反應(yīng)式為：UO3+3Na2CO3+H2O→Na4[UO2(CO3)3]+2NaOHUO2+3Na2CO3+0.5O2+H2O→Na4[UO2(CO3)3]+2NaOHU3O8+9Na2CO3+0.5O2+3H2O→3Na4[UO2(CO3)3]+6NaOH正常的堿浸過程是pH值在9-10.5范圍內(nèi)進(jìn)行的。當(dāng)pH>10.5時，發(fā)生Na4[UO2(CO3)3]分解反應(yīng)，生成重鈾酸鈉沉淀。其反應(yīng)過程為：2Na4[UO2(CO3)3]+6NaOH→Na2U2O7↓+3H2O+6Na2CO3為防止上述反應(yīng)的發(fā)生，在浸取劑中要有一定量的碳酸氫鈉存在，以中和鈾溶解過程中產(chǎn)生的OH-，通過下式抑制pH值的上升：2．雜質(zhì)元素的浸取行為（1）二氧化硅的溶解在通常加熱浸取條件下，二氧化硅的溶解速度很慢；但在高溫浸取條件下反應(yīng)加快，生成的Na2SiO3冷卻時將影響礦漿的澄清和過濾速度。二氧化硅的溶解反應(yīng)為：SiO2+2Na2CO3+H2O→Na2SiO3+2NaHCO3（2）鈣、鎂硫酸鹽的反應(yīng)堿浸過程中鈣、鎂的硫酸鹽是耗堿的主要脈石成分，其反應(yīng)過程為：CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4MgSO4+Na2CO3→MgCO3↓+Na2SO4反應(yīng)生成的硫酸鈉，若濃度較高，冷卻時會析出結(jié)晶，從而妨礙浸出液的輸送和過濾。（3）硫化物的反應(yīng)在氧化劑的存在時，鈾礦石中的硫化物（如黃鐵礦等）能與碳酸鈉發(fā)生下列反應(yīng)：2FeS2+8Na2CO3+7.5O2+7H2O→2Fe(OH)3↓+4Na2SO4+8NaHCO3?反應(yīng)生成的碳酸氫鈉可抑制浸出液的pH值上升，對鈾的浸取有利。?但碳酸氫鈉在比較高的溫度下還會分解成碳酸鈉和二氧化碳，從而增加了堿耗。?因此一般情況下，礦石中含有0.2%的黃鐵礦就足以獲得碳酸鈉浸取液中所需要的0.12-0.24mol/l的碳酸氫鈉，多余的硫化物必須用浮選法除去，以免上述問題的發(fā)生。（4）釩、磷氧化物的反應(yīng)礦石中少量釩和磷的五價氧化物能與碳酸鈉反應(yīng)，生成可溶性的釩酸鹽和磷酸鹽：P2O5+3NaCO3→2Na2PO4+3CO2↑V2O5+NaCO3→2Na2VO3+CO2↑在大多數(shù)硅酸鹽和氧化礦物中，除預(yù)先加熱焙燒外，釩的溶解量不大，但在浸出液中處在少量釩時，對鈾的純化過程帶來很大影響。（5）鈣、鎂碳酸鹽及鐵、鋁氧化物碳酸鈣、碳酸鎂與碳酸鈉不發(fā)生反應(yīng)，礦石中含有碳酸鈣時，在浸取前沒有必要煅燒，因為煅燒生成的石灰（CaO）會與碳酸鈉反應(yīng)。鐵、鋁的氧化物與碳酸鈉的反應(yīng)極其緩慢，它們在浸出液中的濃度只有萬分之幾?？偟恼f來，堿法浸取時雜質(zhì)轉(zhuǎn)入浸出液的量是比較少的。（二）影響堿浸過程的主要因素與酸浸相比，堿浸時因為碳酸鈉對鈾礦物的溶解速度緩慢，因此要求把礦石磨得更細(xì)一些，以便盡可能讓礦石中的鈾礦物充分暴露出來，擴(kuò)大兩相接觸面積。與酸浸相比，堿浸時因為碳酸鈉對鈾礦物的溶解速度緩慢，因此要求把礦石磨得更細(xì)一些，以便盡可能讓礦石中的鈾礦物充分暴露出來，擴(kuò)大兩相接觸面積。一般要求把礦石磨細(xì)到100-200目即可。圖4-9表明了粒度對浸取速率的影響?？梢姡６仍叫?，浸出速度越快。（2）礦漿液固比與酸浸時一樣，液固比不宜過大，以免降低浸出液中的鈾濃度和增大堿的耗量。但也不能太小，否則會影響礦漿的攪拌和輸送。堿浸時的液固比通常取為0.8-1.4左右。（3）碳酸鈉與碳酸氫鈉的用量前已述及，在堿浸過程中為了防止鈾的部分沉淀，浸出液中必須存在一定濃度的碳酸氫根離子。?所需碳酸氫鈉的最初濃度與礦石類型有關(guān)，因為浸取時可能消耗也可能產(chǎn)生碳酸氫根。（與二氧化硅、硫化物等反應(yīng)時）?從經(jīng)濟(jì)角度看，浸出液中的最終碳酸氫鈉濃度應(yīng)該盡可能低，這是由于在鈾沉淀之前必須先用苛性鈉中和存在的過量碳酸氫根。試驗表明，碳酸氫鈉無論是最初加入的還是與硫化物反應(yīng)生成的，在浸取過程中加入少量CO2會在一定時間內(nèi)提高鈾的浸取率。圖4-10和圖4-11表示在95℃及0.707MPa的氧壓下，改變Na2CO3和NaHCO3濃度時，對UO2?這些曲線表明，不管試劑是碳酸鹽還是碳酸氫鹽，隨著濃度的增加浸取速度普遍得到提高；?但要獲得一定的浸取速度，至少0.05mol/l的NaHCO3是需要的。（4）溫度和壓力在0.5mol/lNa2CO3和0.5mol/lNaHCO3溶液中，溫度和氧分壓的變化對二氧化鈾溶解速度的影響示于圖4-12。??圖中壓力是以氧分壓的平方根標(biāo)繪的，溶解速度與它幾乎成正比。?在固定的壓力下，溫度每增加10℃，反應(yīng)速度幾乎增加一倍?但增加氧分壓比增加溫度對反應(yīng)速度有更大的影響。（三）堿浸設(shè)備由于堿的腐蝕性小，所以堿浸設(shè)備對材料的要求比酸浸設(shè)備低，一般設(shè)備和管道材料可用鑄鐵和碳鋼，也不要求內(nèi)襯防腐材料。?常壓堿浸時，通常采用的設(shè)備是巴秋卡槽。?加壓堿浸時則采用臥式壓煮器。臥式壓煮器的結(jié)構(gòu)如圖4-13所示。?每臺壓煮器有三個機(jī)械攪拌槳。?中間一個系蝸輪型攪拌器，它的作用是分散通入壓煮器中的空氣；?兩邊的攪拌槳用來保持壓煮器中礦漿固體顆粒的懸浮狀態(tài)。在我國有的鈾水冶廠采用哨式空氣攪拌加壓釜，其結(jié)構(gòu)如圖4-14所示。??礦漿自釜下端進(jìn)入，與沿其垂直方向進(jìn)入的壓縮空氣進(jìn)行混合。?然后，空氣與礦漿一起通過旋蝸哨從噴嘴進(jìn)入釜內(nèi)并呈紊流狀態(tài)在釜內(nèi)上升，最后從出料管噴出。?一般與礦漿成逆向流動的蒸氣或水夾套進(jìn)行釜內(nèi)的加熱和冷卻。經(jīng)加壓釜浸取后的礦漿。送下一工序處理時必須降到常壓，這就需要有減壓裝置（也叫自蒸發(fā)器），其結(jié)構(gòu)如圖4-15所示。??為防止礦漿對自蒸發(fā)器底部的磨損，在底部的礦漿排出口裝有堵頭和襯板。?礦漿和加壓空氣從進(jìn)料口進(jìn)入自蒸發(fā)器，在體內(nèi)高速噴出并膨脹，壓力很快下降到常壓。?由于壓力降低，迅速生成的蒸氣吸收能量，從而使礦漿的溫度也降低了。?氣體夾帶的液體經(jīng)篩孔板進(jìn)行分離后，再經(jīng)分離器將液體進(jìn)一步分離，分離液體后的氣體從排氣管排出，它可用去預(yù)熱礦漿。（四）典型的堿浸流程圖4-16為典型的堿法浸取流程示意圖。其操作步驟為：?首先將鈾礦石在循環(huán)的浸出液中磨細(xì)，要求小于200目的礦粒達(dá)到70-80%，磨細(xì)的礦漿在濃密機(jī)中脫水至含固體50-60%后可作為浸取段進(jìn)料。如果礦石中含有較多的硫化物，在脫水前需通過浮選把它除去。浮選出的硫化物精礦可用酸法浸取回收鈾。洗滌液貧溶液洗滌液貧溶液CO2循環(huán)溶液試劑配制≈尾棄礦漿水蒸氣空氣硫化物精礦浮選尾礦破碎礦石固液分離浸取磨礦浮選密度控制浸取再碳酸化沉淀固液分離浸取洗水浸出液NaOH產(chǎn)品圖4-16典型的堿法浸取流程?浸取設(shè)備可采用常壓或加壓的巴秋卡槽，也可采用攪拌槽或壓煮器。一般說來，加壓設(shè)備的浸取效率比常壓設(shè)備要高得多。?浸取礦漿經(jīng)液固分離后的清液，可用不同的辦法（如萃取、離子交換、化學(xué)沉淀等）作進(jìn)一步純化鈾的處理。如果采用沉淀法提取鈾，母液中必然含有剩余碳酸鈉、過量氫氧化鈉及少量的鈾，因而這部分母液在工業(yè)生產(chǎn)中常需經(jīng)再碳酸化加以回收利用。?再碳酸化是將含有二氧化碳的煙道氣通入沉淀母液中，隨后產(chǎn)生如下的反應(yīng)：2NaOH+CO2→Na2CO3+H2ONa2CO3+CO2+H2O→2NaHCO36NaHCO3+Na2U2O7→2Na4UO2(CO3)3+3H2O碳酸化后的溶液可用作礦漿液固分離的洗滌液。在堿浸流程的操作中，下面幾點是需要注意的。1）由于堿浸流程是閉路運行的，故必須嚴(yán)格控制系統(tǒng)中水和試劑的平衡。從圖4-16可看出，礦渣和產(chǎn)品從流程中帶走的水由洗滌礦渣的清水來補(bǔ)充；試劑的平衡則通過沉淀工序加入的過量氫氧化鈉來完成。2）堿浸中鈾的損失主要是由礦渣夾帶造成的。為了減少這種損失，可采用過濾法脫水，以提高液固分離效率，進(jìn)而減少礦渣帶走的溶液量。3）為提高系統(tǒng)的總效率，還可采用蒸發(fā)除去鈾溶液中部分水分的辦法。但由此得到的效益必須和蒸發(fā)引起的能耗增加進(jìn)行綜合考慮。此外，在回收鈾時，若全部用氫氧化鈉中和浸出液中的碳酸氫鈉和沉淀鈾，將會造成碳酸鈉在溶液中的積累，使部分有用的含鈾溶液不得不排棄掉。為解決此問題，可用石灰水代替部分氫氧化鈉，石灰水與碳酸氫鈉的反應(yīng)為：Ca(OH)3+2NaHCO3→CaCO3↓+Na2CO3+2H2O反應(yīng)生成的碳酸鈣可再返回浸取系統(tǒng)以回收它夾帶的鈾，而且石灰的價格也比氫氧化鈉便宜。下面再用工廠的實際流程來進(jìn)一步分析堿法浸取的一些特點。圖4-17是美國格蘭茨鈾水冶廠的堿法浸取流程。?該流程的生產(chǎn)能力為3178t（礦石）/d，處理對象與圖4-8所示的酸浸流程基本相同。?礦石類型為砂巖，礦石中的主要有用成分為0.21wt%的U3O8及少量的礬、鉬和硒。?如圖所示，礦石首先破碎到粒度小于12.7mm，破碎后的礦石用再循環(huán)的含有碳酸鈉、碳酸氫鈉和一些鈾的過濾器的洗液，在兩個錐形球磨機(jī)上磨細(xì)，球磨機(jī)與一個螺旋分級器組閉路循環(huán)，分級器把超過標(biāo)準(zhǔn)尺寸的大礦粒不斷返回球磨機(jī)。?分級器的溢流液含固體礦粒10-20%，其中95%的礦粒粒度必須小于48目。這個要求顯然比前面分析過的酸浸流程的礦粒更細(xì)一些。?磨細(xì)的礦漿分別進(jìn)入兩套相似的浸取系統(tǒng)進(jìn)行處理。當(dāng)?shù)V漿通過水力旋流器和澄清槽后，被濃密到含礦粒52-54%，澄清槽的溢流液再返回到磨礦工序。?然后將礦漿預(yù)熱到63℃，并加入碳酸鈉和碳酸氫鈉，使它們在溶液中的濃度分別為0.33-0.35mol/l和0.08mol/l。接著再把礦漿泵入壓力為0.45MPa?礦漿連續(xù)地通過兩條由4個壓煮器聯(lián)成的生產(chǎn)線。壓煮器的直徑為3.7m，高4.9m。器內(nèi)溫度大約為95℃。運行中往壓煮器內(nèi)通入空氣以氧化四價鈾。礦漿在壓煮器中總的停留時間約為4.5h?此外，有少量的可溶性礦物，還需在85℃?采用逆流洗滌的三級過濾工序，使含鈾溶液與浸取后的固體殘渣相分離。每一個過濾級均由幾個轉(zhuǎn)鼓真空過濾器組成，過濾器采用間歇操作。?第1過濾級的濾餅用第3過濾級的濾液來洗滌，第1過濾級的濾液和洗滌液合并組成浸出液，其中含U3O8為3.56×10-3—4.16×10-3mol/l，這顯然比前面列舉的酸浸液的鈾濃度(1.18×10-3mol/l)要高(3-4倍)。?第1過濾級的濾餅制漿后送入第2過濾級，這一級的濾餅經(jīng)洗滌后，再用碳酸鈉溶液來制漿并轉(zhuǎn)入第3過濾級；該級含少量鈾的濾液和洗滌液送回到磨礦工序。?第3過濾級的濾餅用從尾礦池來的稀碳酸鈉溶液進(jìn)行洗滌，濾液和洗滌液再用去洗滌和漿化第1過濾級的濾餅。?該級的濾餅經(jīng)再漿化后，排入尾礦池。經(jīng)浸取和洗滌后尾礦中的U3O8含量將到大約0.01%。VV2O5→NaVO3與黃餅等量Na2CO3Na2U2O7↓NaOH+Na2CO3Na2CO30.33-0.35mol/lNaHCO30.08mol/l3175t礦石/d8.91×10-3mol/lU3O84.9×10-3mol/lU3O8(3.56-4.16)×10-3mol/lU3O8比酸浸高3-4倍礦石（0.21%U3O8+少量V2O5、MoO3、SeO2、CaO）8600.5h再循環(huán)的黃餅(5份)制成碳酸鈉漿粒度<12.7mm洗液濾液純的黃餅（85%U3O8）(0.2-0.8%V2O5)(~7.5%Na)礬酸鈉溶液H2O浸取礬不純黃餅（75-77%U3O8）(5-6%V2O5)745hNaOH浸出液(1份)8536h9個大槽浸取少量可溶性礦物4.5×105Pa95℃4.5hΦ3.7m、h=4.9m的壓煮器，四個6395%小于48目底流(含礦粒52-54％)礦渣~0.01%U3O8洗液濾液洗液濾液加空氣和過量碳酸鈉（使溶液pH＝11）空氣（氧化四價鈾）Na2CO3和NaHCO3溶液破碎濃密機(jī)預(yù)熱加壓浸取球磨常壓浸取過濾洗滌1沉淀器攪拌圖4-17美國格蘭茨鈾水冶廠的堿浸流程圖過濾洗滌2過濾洗滌3從尾礦池來的洗滌液(稀碳酸鈉漿)澄清槽過濾焙燒冷卻過濾干燥煙道氣碳酸化濾餅2NaOH+CO2→Na2CO3+H2ONa2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3?從第1過濾級得到的浸出液，在濃密機(jī)內(nèi)澄清后，與其鈾含量約5倍于它的再循環(huán)黃餅混合，然后在攪拌槽內(nèi)加熱至74℃?黃餅再循環(huán)使浸出液中可溶性的鈾濃度從大約4.9×10-3mol/l增加到8.91×10-3mol/l，這對于改善下一步鈾的沉淀性能是必須的。?鈾的沉淀反應(yīng)使為：2Na4UO2(CO3)3+6NaOH→Na2U2O7↓+6Na2CO3+3H2O?這個反應(yīng)要加足夠量的NaOH才能完成，反應(yīng)后過剩的NaOH濃度應(yīng)保持在0.125×10-3mol/l以上。?反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾后得到含有雜質(zhì)的固體Na2U2O7及含有NaOH和Na2CO3的濾液。這個溶液用煙道氣再酸化后，返回浸取系統(tǒng)用作第2過濾級的洗滌液。?不純的Na2U2O7中含有5-6%的V2O5，它是與鈾一起共沉淀。?這種雜質(zhì)可用下列方法將它轉(zhuǎn)化為可溶性的NaVO3，即在焙燒爐內(nèi)加入與不純黃餅等量的Na2CO3，在860?除去釩的黃餅經(jīng)干燥后，大約含85%的U3O8、0.2—0.8%的V2O5和相當(dāng)于7.5%的鈉。以上簡述了格蘭茨鈾水冶廠的堿浸流程，其主要特點表現(xiàn)在：1）與圖4-16所示的原則流程相比，工藝過程基本上是類似的，但格蘭茨鈾水冶廠采用了加壓、高溫等強(qiáng)化浸取手段。此外，為了提高浸出液中的鈾濃度，改善下一步鈾的沉淀性能，該廠還在浸出液過濾工序?qū)⒉糠贮S餅進(jìn)行再循環(huán)。2）與前面介紹的酸浸流程（圖4-8）比較，處理的礦石組成基本相同，但因礦石中碳酸鹽含量較高（CaO含量可達(dá)5%），因而這種礦石既可用酸法浸取，也可用堿法浸取。表4-10列出了兩種浸取流程的主要工藝參數(shù)比較。表列數(shù)據(jù)表明，對于處理該廠的礦石，兩種浸取方法各有利弊，不能得出簡單的優(yōu)劣結(jié)論。至于在一般情況下，究竟選用那一種浸取流程更好，應(yīng)根據(jù)礦石特點和其它條件作具體分析。表4-10格蘭茨鈾水冶廠兩種浸取流程的工藝參數(shù)比較工藝參數(shù)酸浸流程堿浸流程礦石粒度99%—28目95%—48目浸取劑H2SO4Na2CO3+NaHCO3氧化劑NaClO3空氣設(shè)備材料碳鋼襯橡膠碳鋼浸取時間，h4.540浸取溫度，℃43-6085-95浸取壓力，常壓常壓—0.45MPa浸出液中含鈾，mol/l4.2×10-314.7×10-3鈾的浸取率，%>97~95不論酸法或堿法浸取，為了使溶解鈾的反應(yīng)進(jìn)行得比較迅速、完全，都要控制一定的工藝參數(shù)，如溫度、時間、酸堿度、礦漿的固液比等。?處理不同性質(zhì)的礦石所用的工藝參數(shù)也不相同。?酸法浸取通常在40-80℃下浸出3~8h，難浸出的礦石的浸取時間可長達(dá)十幾甚至幾十小時，需要消耗大量的硫酸，鈾的浸出率可達(dá)85%—酸法或堿法浸取流程的選擇是個重要的問題，需要綜合考慮礦石的性質(zhì)、鈾的浸出率、化學(xué)溶劑的消耗量、設(shè)備的費用等許多因素。?酸法用得最多，它能從含硅酸鹽礦石中浸取鈾，浸出率比堿法高大約5%—10%，而且硫酸價格比堿性浸取劑便宜得多；?缺點是選擇性差，設(shè)備需耐腐蝕。?當(dāng)?shù)V石含有較多的可溶于酸的金屬氧化物（如氧化鈣及碳酸鹽）時，則宜采用堿法。?一般根據(jù)礦石中碳酸鹽組分含量的高低而定：碳酸鹽含量低于8%時可采用酸法；高于12%時采用堿法；介于兩者之間時視其他條件而定，但最后的選擇還要根據(jù)試驗的結(jié)果。礦石中氧化鈣含量小于8%時，采用酸法浸??；氧化鈣含量大于12%時，采用堿法浸取。4.2.4從貧鈾礦和其他資源中回收鈾由于世界上可用普通浸取法提取鈾的礦石遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足核工業(yè)迅速發(fā)展的需要，因而許多國家都很重視從貧鈾礦和其他資源中回收鈾的開發(fā)工作。下面簡要介紹目前國內(nèi)外使用或研究較多的一些方法。1．從低品位鈾礦石中回收鈾所謂低品位鈾礦石(貧鈾礦石)沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)，通常是泛指用普通方法進(jìn)行開采和加工在經(jīng)濟(jì)上無利可圖的一類礦石。統(tǒng)計資料表明，世界上這種貧鈾礦石的儲量比可用普通方法加工的礦石儲量要多得多，所以研究和開發(fā)適合于處理這類鈾礦石的浸取方法具有重要意義。目前各國在處理低品位鈾礦石時，廣泛采用的方法是堆浸法，也有少數(shù)國家采用的是地下浸取法或細(xì)菌浸取法。(1)堆浸法堆浸法是濕法冶金處理礦石的經(jīng)典方法之一。?在國外曾用此法處理大量的銅礦石（氧化礦）及某些礬礦石，?近年來，國內(nèi)外又將此法用于處理鈾礦石和含鈾表外礦石。堆浸法的設(shè)備和操作都比較簡單，其基本過程是：首先將采出礦石適當(dāng)破碎，并選擇合適的場地，按照一定要求把礦石堆成礦堆；然后從礦堆上部噴灑浸取劑，從礦堆下部收集浸出液。?這種方法的原理是基于毛細(xì)作用和化學(xué)反應(yīng)。礦石在破碎時受強(qiáng)烈沖擊，產(chǎn)生無數(shù)裂紋，這些裂紋的毛細(xì)作用就是浸取劑滲入礦石內(nèi)部及溶質(zhì)隨浸取劑向外擴(kuò)散的動力，故堆浸法又稱為“毛細(xì)管浸取法”。?堆浸法常用的浸取劑為稀硫酸，靠空氣中的氧把礦石中的鈾氧化，進(jìn)而使四價鈾轉(zhuǎn)變成硫酸鈾酰鹽進(jìn)入溶液。圖4-18示出了法國西部礦業(yè)公司所用的堆浸流程示意圖。圖4-18法國西部礦業(yè)公司的堆浸工藝流程示意圖圖4-18法國西部礦業(yè)公司的堆浸工藝流程示意圖表4-11列出了我國郴州礦表外礦石的堆浸試驗結(jié)果。表4-11郴州礦表外礦石的堆浸試驗結(jié)果表外礦石鈾品位，%0.014礦石粒度，mm<30酸耗，%1浸取周期，d50-60堆礦高度，m3-6尾渣含鈾，%0.007-0.01浸取率，%>50表列數(shù)據(jù)表明，堆浸是一種具有吸引力的、費用很低的方法，因為它省去了磨礦和液固分離等許多工序，而所有這些工藝過程的基建費和生產(chǎn)費都是很高的。像選礦方法一樣，堆浸法還不能得到高的回收率。?當(dāng)然，欲擴(kuò)大其應(yīng)用，要進(jìn)一步改進(jìn)堆的結(jié)構(gòu)、噴淋系統(tǒng)和操作方法，使溶浸劑與礦石更好地接觸，更有效地控制介質(zhì)pH值和氧化條件，以及避免硫酸鈣和粘土的干擾等還需做更多的研究工作。?此外，還必須找出解決環(huán)境污染問題的方法（包括堆浸結(jié)束后如何處置廢礦堆等問題）。(2)地下浸取礦石不運出地面而在地下進(jìn)行浸取操作的過程稱為地下浸?。ɑ蚝喎Q“地浸”）。地浸有兩種方式，一種是地下直接浸取，也叫做“溶液采礦”或“化學(xué)采礦”；另一種是地下堆浸。地下堆浸的操作過程與地面堆浸的操作過程基本類似，這里不再重述。所謂溶液采礦法是把合適的浸取劑直接引進(jìn)礦體以浸取有用礦物的方法。該法可用于處理那些礦床地質(zhì)條件適宜，但距現(xiàn)有鈾水冶廠較遠(yuǎn)而又不宜另建新廠，或用普通浸取方法不經(jīng)濟(jì)的零散小礦山的礦石。要成功的應(yīng)用這種方法，必須具備某些先決條件。?首要的條件是礦床的礦物學(xué)特性必須適合于這種方法，即礦體必須是水平狀沉積巖且有良好的滲透性。?同時礦體的上、下底盤要有相應(yīng)的不透水層，以保證浸取在規(guī)定的作業(yè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行。?其次，除含鈾礦物外，其他礦物由于對巖層的滲透性可能有影響，因此它們的溶解性也是很重要的。??浸取劑通過注入井進(jìn)入礦體，含鈾浸出液則通過回收井抽出。?此外還設(shè)置了監(jiān)測井，用來觀測靜止水位，以保證注入溶液與回收溶液之間的流量平衡。我國從1966年起開始溶液采礦的試驗研究工作，金屬回收率達(dá)到73.2%，所生產(chǎn)出的黃餅成本明顯降低。圖4-19鈾溶液采礦的礦井布置圖圖4-19鈾溶液采礦的礦井布置圖利用溶液采礦（或地下堆浸）顯然大大縮短了從礦石中提取鈾的工藝流程，降低了鈾的生產(chǎn)成本，并且使浸取過程對環(huán)境的影響限制在低水平上。溶液采礦的主要問題有：1）浸取時間長、效率低，特別是對難浸礦石，不易得到滿意的效果。2）礦井的滲透性不穩(wěn)定，不溶化合物（如CaCO3）的沉淀或粘土的膨脹都可能引起礦井的堵塞。浸取劑的選擇對防止礦井滲透性的降低或消失起重要作用。目前多數(shù)廠礦的地浸用碳酸銨-碳酸氫銨作浸取劑、過氧化氫作氧化劑。(3)細(xì)菌浸取細(xì)菌浸取是利用某些細(xì)菌的生物化學(xué)作用為浸取鈾提供有利條件的浸取過程，并非指細(xì)菌能和鈾直接發(fā)生作用；而實際上是利用細(xì)菌的氧化作用，少用或不用硫酸，從礦石中浸出鈾的一種方法。人們發(fā)現(xiàn)，礦坑水中生存的細(xì)菌種類很多，但只有氧化硫桿菌、氧化鐵硫桿菌及氧化鐵桿菌對一般硫化礦物及其它礦物的浸取具有活性。細(xì)菌浸取中常用的菌種及其生化作用列于表4-12。表4-12細(xì)菌浸取菌種及其主要生化特性細(xì)菌名稱主要生化作用最佳pH值氧化鐵硫桿菌Fe2+→Fe3+，S2O32-→SO42-2.5-5.3氧化鐵桿菌Fe2+→Fe3+3.5氧化硫鐵桿菌S→SO42-，F(xiàn)e2+→Fe3+2.8氧化硫桿菌S→SO42-，S2O32-→SO42-2.0-2.5原生硫桿菌S→SO42-，H2S→SO42-2.0-4.0對細(xì)菌在浸取過程中的作用曾進(jìn)行過不少研究，但至今尚未得到統(tǒng)一的結(jié)論。目前多數(shù)人認(rèn)為，細(xì)菌對礦物及礦石中的有用金屬不能直接起浸取作用，但它們可以促使礦石中的硫化物或硫氧化生成硫酸，并將亞鐵離子氧化為三價鐵離子，從而為鈾的浸取提供浸取劑（硫酸）和氧化劑（三價鐵離子）。常用于氧化含鐵硫化礦的菌種有氧化硫桿菌和氧化鐵硫桿菌。?兩者都屬于自養(yǎng)菌，其中氧化鐵硫桿菌在鈾礦石細(xì)菌浸出中應(yīng)用廣泛，這種單細(xì)胞微生物的特征為：端圓，直徑為0.25-0.5μm，長1.0-1.5μm，好氣，生長溫度為15-40℃，生長pH值為1.5-4.0，最佳為1.8-3.5?氧化鐵硫桿菌在鈾礦石浸出中主要起間接催化作用，促進(jìn)黃鐵礦和硫酸亞鐵的氧化，基本反應(yīng)如下：?從式（1）得到的含高鐵菌液作為浸出劑，可按式（3）將U(Ⅳ)氧化到U(Ⅵ)后轉(zhuǎn)入溶液。菌液中的亞鐵離子按式（2）借助細(xì)菌再生為高鐵，返回用于浸出鈾礦石。?細(xì)菌浸出鈾可降低酸耗，不需另加氧化劑；既可用于堆浸、地下浸出和滲透浸出，也可用于常規(guī)攪拌浸出，以獲得較高的鈾浸出率。在工業(yè)實踐中，細(xì)菌浸取通常和堆浸、溶液采礦等浸取方法聯(lián)合使用，有的國家還探索了將細(xì)菌引入普通浸取工藝的可能性。加拿大、南非等國家和地區(qū)將細(xì)菌浸取法用于處理難浸礦石，結(jié)果既提高了鈾的浸取率，又降低了硫酸和錳礦的用量。表4-13列出了對我國郴州鈾礦進(jìn)行細(xì)菌浸取的試驗結(jié)果。該試驗結(jié)果與普通酸浸比較，節(jié)約95%的硫酸，減少了對設(shè)備和場地的腐蝕，勞動條件也明顯改善，不足之處是浸取率較低。表4-13郴州鈾礦的細(xì)菌浸取結(jié)果工藝參數(shù)指標(biāo)使用細(xì)菌氧化硫鐵桿菌礦石品位，%0.016-0.025浸出液pH值1.5-2浸取率，%礦粒<30mm50礦粒<100mm39礦粒<200mm252．從磷酸中提取鈾含鈾磷礦中鈾品位一般在0.02-0.03%之間，有的高達(dá)0.05%。隨著磷肥工業(yè)的發(fā)展，從含鈾磷礦中提取鈾，不僅具有很大的經(jīng)濟(jì)價值，而且對減少農(nóng)田的放射性污染也有重要意義。據(jù)80年代初統(tǒng)計資料估計，世界上每年從磷酸工廠中能回收4380t鈾。生產(chǎn)磷肥一般用濕法，即用硫酸分解磷礦石。?得到含鈾的磷酸溶液，這時約有70-90%的鈾轉(zhuǎn)入磷酸溶液中。?直接從磷酸鹽礦或化肥中回收鈾目前還是不經(jīng)濟(jì)的，?因此從含鈾磷礦中回收鈾，實際上都是從磷酸溶液中提取。從磷酸中提取鈾