PAGE4PAGE溶浸采礦技術講義第一章概述本章內(nèi)容包括四個部分：1、溶浸采鈾的內(nèi)涵及分類；2、國內(nèi)外溶浸采鈾的發(fā)展及現(xiàn)狀；3、鈾礦物的特性及種類；4、溶浸采鈾相關名詞及專業(yè)術語；1溶浸采鈾的內(nèi)涵及分類1.1溶浸采鈾的內(nèi)涵溶浸采鈾是當今世界上最先的一種鈾礦采冶新工藝。它是一種集采（礦）、選（礦）、冶（金）于一體的新型鈾礦開采方法。它涉及的學科較多，包括水文、地質、采礦、化工、分析、冶金、機電、自動化等。這種新型采礦方法的誕生、研究直到成功應用，是對世界傳統(tǒng)的常規(guī)采鈾（礦）方法的一次大革命。從而使許多采用常規(guī)方法開采的鈾礦山被迫關停而轉入溶浸法開采，這種新工藝具有強勁的競爭力和旺盛的生命力。因為它具有其突出的優(yōu)點：投資少、工藝簡單、生產(chǎn)成本低、投資見效快、資源利用率高和環(huán)境污染小等。1.2溶浸采礦法的分類：由于溶浸采礦（鈾）法是一種新工藝，所以目前對其稱謂比較混亂，各種叫法都有，教材中是根據(jù)其溶浸機理及地點因素分為“溶解法”和“溶浸法”兩大類。溶解法：顧名思義，即在浸出過程中不改變物質成分，只是通過簡單的物理溶解作用，將礦物溶解成液體而抽出地表。如巖鹽、芒硝（Na2SO4）、硫礦質、鉀堿的溶解開采。溶浸法（浸出法）：這種方法則是將選擇好的化學試劑溶液注入含礦層（或噴向礦堆），化學溶液與礦物充分接觸，發(fā)生化學反應（氧化、溶解作用），從而將礦物溶解（在地下水中）出來。如溶解在地下水中，將其抽出地表，然后加工處理成所需產(chǎn)品，這種方法叫做溶浸采礦法。溶浸采礦法按其浸出機理和方法不同又分為：堆浸法、地浸法、原地破碎浸出法和聯(lián)合浸礦法四種。堆浸法先用常規(guī)法采出礦石，然后進行筑堆浸出金屬。堆浸法按其工藝特點又分為兩種：a.非筑堆浸出法——向露天排矸場或廢石直接噴淋浸出；b.筑堆浸出法——即要對礦石先進行筑堆，然后再噴淋浸出。筑堆浸出法又分為：地表堆浸法和井下堆浸法兩種。（2）原地浸出法（簡稱：地浸法）所謂原地浸出采鈾（礦）法，是指礦石處于天然埋藏條件下，沒有經(jīng)過任何位移，而是通過注液鉆孔將配制好的溶浸液注入含礦層中，溶浸液與鈾礦物充分接觸，發(fā)生氧化、溶解作用，從而將固相鈾轉變?yōu)橐合噔檯R入含礦含水層中，經(jīng)抽液鉆孔抽至地表，經(jīng)水冶廠處理成所需鈾產(chǎn)品。（3）原地破碎浸出法這種方法即是在露天或井下，利用補償空間采用爆破手段將礦體崩落、破碎至合適塊度，并形成自然礦堆，再對礦堆進行布液、噴淋、浸出，浸出的含鈾溶液經(jīng)集液系統(tǒng)收集后，送到水冶廠加工處理成鈾產(chǎn)品。（4）聯(lián)合浸礦法除用堆浸法以外的兩種或兩種以上的浸礦法（即地浸法和原地破碎浸出法）聯(lián)合開采一個礦塊的方法叫聯(lián)合浸礦法。2國內(nèi)外溶浸采鈾的發(fā)展史和現(xiàn)狀2.1國外60年代初，世界各國競相研究原地浸出采鈾技術，并獲得迅速發(fā)展，首先是美國和前蘇聯(lián)開始研究。美國：1957年，美國一位學者提出用地浸法開采鈾礦床的想法，但較系統(tǒng)地開展地浸采鈾試驗研究是20世紀60年代初。1961年，美國猶他州建筑公司和采礦公司（UtarConstructionandMiningCo）首先在懷俄明州的一個鈾礦床采用地浸法進行了半工業(yè)試驗，并于1963~1968年組織了小規(guī)模生產(chǎn)，月產(chǎn)U3O8達3.63t，1963~1970年，美國用地浸法生產(chǎn)U3O8達675t。1975年，已步入商業(yè)性生產(chǎn)階段。到70年代后期，地浸采鈾在美國得克薩斯州、懷俄明州、科羅拉多州、新墨西哥州及內(nèi)布拉斯加州等地迅速發(fā)展。90年代后，地浸法已成為美國鈾業(yè)生產(chǎn)的主要手段，許多常規(guī)礦山不斷關停，轉入用地浸法開采。到1996年，用地浸法生產(chǎn)的鈾產(chǎn)量已占美國年鈾總產(chǎn)量的93%（1967t/1739t）。1993年，美國只剩下4座地浸礦山在生產(chǎn)，常規(guī)鈾礦山全部關停。其中：①核電公司的海蘭礦，生產(chǎn)U3O8340t;②Uranerz公司的克薩巴特礦生產(chǎn)U3O8281t;③Cogema公司的艾爾梅斯奎特礦生產(chǎn)U3O8181t;④Cogema公司的艾里加里克斯廷森礦生產(chǎn)U3O8181t。這4座礦山共生產(chǎn)983tU3O8，占美國年鈾總產(chǎn)量的1542t的60%以上，其余鈾產(chǎn)量來自磷酸廠的副產(chǎn)品。獨聯(lián)體：60年代初開始進行地浸采鈾試驗研究，70年代相繼進行工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。特別是哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等加盟共和國，由于其具有極為豐富的適于用地浸法開采的砂巖鈾礦資源，并且具有良好的地質、水文地質條件。因此，地浸技術發(fā)展相當快，它已成為全球的主要產(chǎn)鈾大國。1993年，哈薩克斯坦用地浸法生產(chǎn)U3O81500多t，占該國年鈾總產(chǎn)量的54%；烏茲別克用地浸法生產(chǎn)U3O81950t，占該國年鈾總產(chǎn)量的75%。烏茲別克斯坦下設5個礦務局：北方、南方、中部、扎拉夫山和第五礦務局；3個水冶廠：1#水冶廠位于諾瓦依，2#水冶廠位于扎拉夫山，3#水冶廠位于烏丘庫杜克。諾瓦依是一個以鈾礦冶和黃金采冶為主的大型聯(lián)合企業(yè)，其年總產(chǎn)值占該國國民經(jīng)濟年總產(chǎn)值40%左右，烏丘庫杜克年產(chǎn)U3O81000多t，詳情將在應用實例中介紹。捷克斯洛伐克：該國于1967年開始進入地浸采鈾半工業(yè)試驗，1995年，地浸井場面積已達800萬㎡左右，日抽液量為12萬m3，1995年用地浸法生產(chǎn)U3O81000t左右；保加利亞：70年代末開展地浸采鈾試驗。在該國南部的某砂巖鈾礦床用地浸法開采。滲透系數(shù)K=0.3~0.8m/d，U品位為0.02~0.07%，回收率達75%，1990年用地浸法生產(chǎn)的U占年總產(chǎn)量的70%，成本為地下法的1/2。巴基斯坦、澳大利亞、埃及，也都相繼進行了各種類型的地浸采鈾試驗研究，并收到了較好的效果。2.2我國原地浸出采鈾研究歷史及現(xiàn)狀：我國原地浸出采鈾研究始于1969年。原核工業(yè)第六研究所是我國最早研究地浸采鈾的單位，經(jīng)過10多年的艱辛研究，終于在1986年獲得成功。廣東：1969年，當時在廣東河源縣砂巖鈾礦進行小型探索性試驗，施工7個鉆孔，建立了水冶設施，但由于抽液量太小，U濃度也只有10多mg/L，于1973年停止試驗。東北：1978~1981年，原核六所王西文、丁桐森等人在黑龍江牡丹江501礦床開展地浸采鈾條件試驗，也是由于鉆孔抽量太小、且無隔水頂板而中止試驗，但在試驗方法、裝置等方面積累了許多經(jīng)驗。云南：1980年，王西文同志去云南騰沖381礦床取回礦樣做室內(nèi)實驗，82年10月到現(xiàn)場開展條件試驗，在原十一軍35101部隊化工廠的大力支持與配合下，試驗終于獲得成功。1987年元月通過部級技術鑒定，被評為部科技進步一等獎。1991年后連續(xù)生產(chǎn)幾年，每年產(chǎn)U3O82~3t。新疆：1987~1989年在新疆伊犁512礦床開展地浸采鈾條件試驗，91年進行20t/a規(guī)模的半工業(yè)性試驗，92年6月投產(chǎn)，當年生產(chǎn)U3O89t多，93年產(chǎn)量達20t，94年達40t，95年進行50t/a工業(yè)試驗，當年生產(chǎn)U3O8100多t，建成了我國第一座地浸采鈾礦山。至今為止，每年U產(chǎn)量都保持在200t左右。511礦床95年試驗，現(xiàn)年產(chǎn)量30t/U3O8。1998年，在新疆吐魯番盆地十紅灘開展地浸條件試驗，但由于該礦床地質條件復雜，環(huán)境惡劣，試驗進展緩慢，據(jù)說目前有所突破。由于溶浸采礦法在我國同樣具有旺盛的生命力，因此，目前我國的常規(guī)法鈾礦山基本上都已關閉，轉入用溶浸法開采。我國的新疆、內(nèi)蒙、黑龍江、云南等地都有適合于用地浸法開采的鈾資源，所以，原地浸出采鈾技術在我國具有廣闊的前程。3鈾礦物3.1鈾礦物的化學特性及分布形式鈾廣泛分布在地球的巖石和海水中，地殼中平均含量為4g/t，在海水中達3.3μg/L。鈾的化學活性好，是一種非常活潑的元素。它幾乎能與所有的非金屬作用，也可與金屬生成金屬化合物。它也能與酸、堿、鹽起反應。因此，鈾化合物化學內(nèi)容非常豐富。鈾的價態(tài)：鈾在自然界中一般認為有三價、四價、五價、六價四種價態(tài)。而較穩(wěn)定的只有四價鈾和六價鈾兩種。三價鈾呈紫紅色，非常不穩(wěn)定，極易氧化；五價鈾只有學術上的意義，因為它在水溶液中發(fā)生歧化反應。四價鈾呈藍綠色，較穩(wěn)定，但也易氧化，只有在還原介質中能穩(wěn)定存在；六價鈾呈黃綠色，最穩(wěn)定，如沒有還原性介質存在，它能穩(wěn)定地存在于液相、固相和氣相中。但在天然鈾礦物中，鈾多以四價形式存在，如瀝青鈾礦等。鈾的氧化物：鈾屬親氧元素，與氧形成牢固的氧化物。鈾的氧化物較多，其中UO2,U3O8,UO3與堆浸工藝密切相關。是黑褐色粉末，UO3不溶于鹽酸、稀硫酸、稀硝酸，但溶于濃硝酸中。UO2常以結晶的形式存在于瀝青鈾礦中。鈾為兩性元素，可處于任何介質中，與酸堿作用均能生成相應的化合物。鈾酰離子及絡合物：在浸出階段用硫酸還是純堿或碳酸銨作溶浸劑時，礦石中的鈾都是以鈾酰絡合離子的形式轉入浸出液中，即使在純化濃縮階段，鈾也是以鈾酰絡合離子的形式被樹脂吸附，或被有機溶劑萃取。鑒于鈾具有上述特性，所以它在地殼中有三種存在形式：①形成鈾礦物：如內(nèi)生礦床中的晶質鈾礦、瀝青鈾礦、沉積巖中的鈾石；②呈吸附狀態(tài)存在：以鈾酰離子UO22+被有機質、磷灰石、粘土等物理吸附或化學吸附，或以超顯微粒狀的鈾礦物混入礦物中。③與非鈾礦物呈類質同象存在：以U4+置換其中離子半徑大致相等的元素，如在獨居石、磷灰石、鈦酸鹽等礦物就有鈾的類質同象存在。3.2鈾礦物的種類：由于各礦床的成因不同，因此，鈾礦物的成份是復雜的，種類也相當繁多。因此，只介紹幾種鈾礦物：①簡單氧化物類：鈾氧化物類：如瀝青鈾礦、鈾黑等；b.鈾釷氧化物：如晶質鈾礦、方釷石等；②復雜氧化物類：如含鈾的鈦、鈮、鉭等稀土元素礦物，它們在高溫條件下形成；③氫氧化物類：在酸性條件下，低價鈾被氧化成U6+；在堿性條件下，UO22+離子則形成次生鈾礦；④硅酸鹽類：以鈾的硅酸鹽或硅酸鈾酰形成存在于氧化帶中；我國主要的鈾礦石有：瀝青鈾礦、鈾石、鈣鈦鈾礦、鈣鈾云母、銅鈾云母等。分為：氧化鈾礦（六價鈾）、原生鈾礦（四價鈾）、次生鈾礦（六價鈾）。4溶浸采鈾的常用名詞及專業(yè)術語溶浸采鈾在我國鈾礦冶是一種新工藝、新技術，人們對該技術中所涉及的一些名詞和專業(yè)術語叫法不一，容易造成誤解，為便于工作的開展和學術上的交流，現(xiàn)將溶浸采鈾中的名詞、術語解釋如下：①溶浸劑——用于溶解礦物的化學試劑，如：H2SO4、NaOH……②溶浸液——由溶浸劑+氧化劑+水（或尾液）按一定比例配制而成的溶液，用于注入礦層，溶解礦物的液體。③浸出液——溶浸液在礦層與礦物充分接觸后，將礦物由固相轉變?yōu)橐合喽鴧R入地下水中，經(jīng)抽液孔抽出地表，且富含鈾金屬的液體叫做浸出液；堆浸則是淋浸下來的含鈾液體。④淋洗劑——用于淋洗富含鈾的飽和樹脂的液體：H2SO4+NaCl+H2O；⑤沉淀劑——用于沉淀淋洗下來的金屬鈾的試劑：如NaOH；⑥滲透系數(shù)——指礦層中的水在單位時間內(nèi)所流經(jīng)的距離：m/d；⑦單孔抽液量——單個鉆孔在單位時間里抽出的水量；m3/h；⑧溶浸死角——在溶浸采礦中，溶浸液沒有流經(jīng)到（覆蓋）的礦體，叫做溶浸死角；⑨原巖礦孔隙度——孔隙體積占原礦巖體積的百分比Q2—QkQQ2—QkQ2式中：nu—整體巖礦孔隙度（%）；Q2—整體巖礦體積；Qk—原整體巖礦體積固體部分的體積；QusQusQ2即nus=×100%式中：nus—有效孔隙度（%）Q2—體系總體積；Qus—體系中有效孔隙體積之和；浸出液中U濃度×浸出液體積被浸礦石品位×被浸礦石量浸出液中U濃度×浸出液體積被浸礦石品位×被浸礦石量12自然安息角——礦石在崩落過程中形成自然礦堆，自然坡面與水平面的夾角稱為自然安息角。作業(yè)題：1、溶浸采礦的含義是什么？2、溶浸采礦分為哪幾類？浸出采礦法分為哪幾種？

第二章溶浸采鈾的物理化學基本原理1鈾的應用——核能（原子能）原子由帶正電荷的原子核和核外帶負電荷的電子組成。普通化學反應的熱效應來源于外層電子重排時鍵能的變化，而原子核及內(nèi)層電子并沒有變化。另外還有一類反應的熱效應卻來源于原子核的變化，這類反應叫核反應。核反應可分為核衰變、核裂變和核聚變?nèi)箢悺?g鈾—235(92235U)發(fā)生裂變時釋放能量為8×107kJ，相當于2.7噸煤完全燃燒時釋放的能量，（1g煤完全燃燒時釋放的能量僅為30kJ），1g氘(12H)發(fā)生聚變時釋放的能量是6×108kJ，。相當于20噸煤完全燃燒時釋放的能量。核反應過程中由于原子核的變化，而伴隨著巨大的能量變化，所以核能也叫原子能。認識核反應和研究核能的利用就成為處理能源問題時必須考慮的一個方面。1.1核衰變在1896年法國科學家BecquerelH發(fā)現(xiàn)了鈾鹽的天然放射性現(xiàn)象，他的同事Marie和PierreCurie夫婦在1898年鈾礦中發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釙(Po)和鐳(Ra)，開創(chuàng)了天然放射性和放射化學研究的新領域。他們3人共同獲得1903年的諾貝爾物理學獎。1894年4月，瑪麗結識了巴黎理化學校物理實驗室主任皮埃爾·居里，以物理學碩士第一名的優(yōu)異成績從巴黎大學畢業(yè)。由于對科學事業(yè)的強烈共鳴，兩人產(chǎn)生了感情，第二年成婚?，旣悺に箍屏_夫斯卡改稱瑪麗·居里，即居里夫人。他們成婚后不僅是終身的伴侶，而且是攻克科學堡壘的親密戰(zhàn)友。1896年，瑪麗在物理學家貝克勒研究“放射性”的啟發(fā)下，對當時已知的80種元素，逐個進行了“放射性”實驗，除證實了鐳的放射性，還發(fā)現(xiàn)了釷的放射性。同時，她還發(fā)現(xiàn)了瀝青鈾礦和輝銅礦的放射性比推算的結果要更強。為此，她在皮埃爾的支持下，夫婦倆共同對瀝青鈾礦進行了艱巨而又繁重的研究工作。他們夫婦在十分簡陋的條件下（冬天象冰窖，夏天象火爐），終于發(fā)現(xiàn)了瀝青鈾礦中除含有鈾、釷元素以外，還含有鉍、銅、鉛等元素，并且在1898年7月還發(fā)現(xiàn)了放射性很強的新元素?，旣悶榱思o念她的祖國——波蘭，將新發(fā)現(xiàn)的元素命名為Polonium(Po，中譯名為釙)。居里夫婦在瀝青鈾礦的進一步富集研究中，又發(fā)現(xiàn)了另一種新的放射性元素，并且命名為Radium(Ra，中譯名為鐳)，其含義是射線。1902年他們還在幾萬公斤瀝青鈾礦殘渣中提取了0.1克的氯化鐳，終于完成了化學元素發(fā)現(xiàn)史上最艱巨的偉大壯舉。電影《居里夫人》中對此進行了介紹，為了分離鐳和鋇，他們采用當時可能采用的方法——逐步結晶，花費了整整四年時間，進行了5677次試驗，最終得到了純凈的氯化鐳。1903年6月，36歲的瑪麗·居里在巴黎大學獲得了物理學博士學位。由于居里夫婦和貝克勒在發(fā)現(xiàn)放射性方面所作出的巨大貢獻，1903年同時授予他們?nèi)豢茖W家諾貝爾物理學獎(居里夫婦于1905年6月才領取此獎)。1906年4月19日，居里不幸死于車禍（電影《居里夫人》：巴黎大學為了表彰他們所做出的巨大貢獻，準備送給他們一個新實驗室，并計劃舉行隆重的贈送儀式。為此，瑪麗·居里特意穿上了以前舍不得穿的晚禮服，并征求皮埃爾的意見，皮埃爾認為瑪麗·居里的晚禮服如果配上一副漂亮的耳綴看起來更漂亮，于是出去為瑪麗·居里購買耳綴，在回來的路上被馬車撞到在地。）?，旣惒粌H是失去了一位親人，而且失去了一位科學事業(yè)上志同道合的戰(zhàn)友?，旣愂且晃皇謭詮姷娜耍粋€人繼續(xù)承擔起了兩個人未了的事業(yè)。后來她制備了20mg的鐳，放在巴黎國際度量中心，作為度量放射性新單位的衡器。為了紀念皮埃爾·居里，把這個新單位定名為居里(Ci)?，旣愡€測定了鐳的性質，并完成了她的名著《論放射性》。為了表彰瑪麗發(fā)現(xiàn)釙和鐳，以及在鐳的應用方面所作出的貢獻，1911年瑞典科學院授予她諾貝爾化學獎。至此，她已兩次獲此殊榮，可見瑪麗科學造詣之深，貢獻之大?，旣惏岩簧I給了科學事業(yè)，對榮譽和報酬卻看得十分淡漠。世界杰出的科學家愛因斯坦曾這樣贊譽瑪麗“在所有的名人中，居里夫人是少有的不為榮譽所傾倒的人?！本永锓驄D從不以取得的科研成果去索取報酬。居里夫人認為，“那樣做，是違反科學精神的?！币蚨麄円恢边^著清貧的生活。居里夫婦不愧是思想品德高尚的科學家。U，Po，Ra等這類原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)地放出輻射，而變成另一種原子核，這種過程叫核衰變。天然放射性元素鈾所放出的輻射，在電磁場作用下可以分為三個部分：α輻射、β輻射和γ輻射，如圖2—1所示。圖2-1天然放射性輻射1.2核裂變、原子彈、核電站1938年HahnO和StrassmanF研究中子轟擊U—235的產(chǎn)物時，想發(fā)現(xiàn)新元素的愿望雖未實現(xiàn)，但卻發(fā)現(xiàn)了另一類核反應——裂變。92235U原子核受高能中子轟擊時，分裂為質量相差不多的兩種核素，同時又產(chǎn)生幾個中子，還放出大量的能量，裂變產(chǎn)物的組成很復雜。①核素是指質子數(shù)和中子數(shù)都相同的一類原子。凡質子數(shù)相同而中子數(shù)不同核素則互為同位素。②放射性核素壽命的長短，常用半衰期(t1／2)表示，即衰減一半所需的時間。不同的放射性核素半衰期差別很大，如92238UU的半衰期為4.5×l09年，1532C的半衰期為5720年，1532P的半衰期為14.26天。圖2-2中子誘發(fā)U-235裂變形成鏈式反應連續(xù)核裂變釋放出巨大的核能，若人工控制使鏈式反應在一定程度上連續(xù)進行，產(chǎn)生的能量加熱水蒸氣，推動發(fā)電機，這是建設核電站的基本原理；若讓裂變釋放出的能量不斷積聚，最后則可以在瞬間釀成巨大的爆炸，這是制造原子彈的原理。隨著二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，核裂變的研究被吸引到制造原子彈的工作中去了，自1939年起，美國政府撥出巨款，設立機構，動員各方面力量投入龐大的原子能研究。經(jīng)過6年多的研究，1945年7月16日在美國新墨西哥州的沙漠中第一顆原子彈試爆成功，同年8月6日和8月9日先后在日本廣島和長畸投下原子彈，在人類歷史上寫下了令人難忘的一頁，受害的日本人民的痛苦至今猶在。原子彈的結構原理如圖2—8所示。原子彈里的炸藥就是92235U(或94239Pu)。在天然鈾礦中，U—235只占0.7％，其余是U—238，它不能發(fā)生連續(xù)裂變。因此這兩種核素的分離是首要問題?？茖W家們是利用六氟化鈾(UF6)氣體擴散速度不同進行提純，使U—235富集到93％，這是一項非常艱巨的分離工作。其次為了使原子彈在需要的時候才爆炸，一顆原子彈中有兩塊U—235，每塊質量都不太大，連續(xù)裂變時所釋放的能量不足以引起爆炸，但當兩塊鈾合在一起時，便能在瞬間發(fā)生強烈爆炸。所以在原子彈之中還用一個普通的小炸彈作為引爆裝置，它的爆炸使兩塊鈾擠壓在一起發(fā)生爆炸。在鈾塊外面還有中子反射體，作為減少中子外逸的保護層。一個原子彈的爆炸威力相當于10萬噸昔通炸藥(三硝基甲苯，簡稱TNT)。（能維持鏈式反應鈾塊的最小體積叫臨界體積，其質量叫臨界質量。臨界質量與鈾快的形狀和純度等多種因素有關?，F(xiàn)在已知在有中子反射層的情況下，U-235的臨界質量約為10kg。原子彈重兩塊鈾都小于臨界質量，當合在一起時則大于臨界質量。）核電站的中心是核燃料和控制棒組成的反應堆，其關鍵設計是在核燃料中插入一定量的控制棒，它是用能吸收中子的材料制成的，如硼(B)、鎘(Cd)、鉿(Hf)等是合適的材料。利用它們吸收中子的特性控制鏈式反應進行的程度，U—235裂變時所釋放的能量可將循環(huán)水加熱至300℃，高溫水蒸氣推動發(fā)電機發(fā)電。由此可見核電是一種清潔的能源，它沒有廢氣和煤灰，建設投資雖高，但運行時就沒有運送煤炭、石油這樣繁重的運輸工作，因此還是經(jīng)濟的。所以發(fā)展核電是解決當前電力缺口的一種重要選擇。據(jù)最新消息報道，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源短缺日趨嚴重，核電已列入我國的發(fā)展規(guī)劃，計劃到2006年我國核電占到總發(fā)電量的4%，而目前僅為1%。但有兩個問題總是令人擔憂，一是保證安全運行，二是核廢料的處理。國際上曾發(fā)生過兩次重大的核電事故。1979年3月28日美國賓夕法尼亞州三里島核電站，因反應堆冷卻系統(tǒng)失靈，使堆心部分過熱，致使部分放射性物質逸入大氣。但事故得到及時處理，沒有引起爆炸，對人傷害不很嚴重，只是核電站受到一定程度的破壞。1986年4月26日在前蘇聯(lián)烏克蘭基輔市北部的切爾諾貝利核電站，因人為差錯和違章操作發(fā)生猛烈爆炸，反應堆內(nèi)放射性物質大量外泄，造成大面積的環(huán)境污染，人畜傷亡慘重。放射性傷害，輕者有白血球減少、惡心、嘔吐、脫發(fā)等癥狀，重者則有出血、潰瘍、遺傳失常、癌癥等。所以核技術單位都有嚴格的防護措施以確保工作人員的安全。在核電站建設中必須堅定不移地執(zhí)行安全第一的方針，站址要設在地質結構穩(wěn)定的巖石層，能承受地震、洪水、颶風等各種自然災害的侵襲，反應堆的外殼要充分考慮各種可能產(chǎn)生的高壓高溫情況，操作人員必須經(jīng)過嚴格培訓和考核才能上崗。國際原子能委員會還組織專家對各核電站進行評審，確保安全?？傊四艿拈_發(fā)，安全必須先行。我國自1982年起決定要穩(wěn)妥而積極發(fā)展核電，笫一座自行設計的30萬千瓦核電站，建在浙江省海鹽縣秦山腳下，地質構造良好，靠山臨海。1995年7月正式通過國家驗收。第二期工程兩臺60萬千瓦機組將動工，第三期工程亦在計劃中。此外在廣東大亞灣引進兩臺90萬千瓦的核電站已經(jīng)建成，嶺澳核電站已經(jīng)通過驗收，遼寧建新核電站也已開始籌建。預計到2000年我國將有200多萬千瓦的核電能力。核電站廢料的處理也是非常棘手的事情。U—235裂變產(chǎn)生的碎核料都具有放射性。反應堆工作一定時間后，必需更換新燃料，卸下的放射性廢料就存在著如何處理、運輸、掩埋的問題。早期曾將廢料直接埋人地下，但即使掩埋較深，久而久之地下水總會使這些放射性物質擴散。后來又將廢料裝在金屬桶里，外面加一層混凝土或瀝青，棄于海底，在大西洋北部和太平洋北部都有這些廢料的“墓地”。經(jīng)多次國際會議商討，現(xiàn)在認為對用過的核燃料中還有未燃盡的鈾，應盡量回收，這樣既可提高資源的利用率又減少廢料的放射性。廢料中還有些有使用價值的放射性物質和非放射性物質，也應提取分離，這些過程統(tǒng)稱為“后處理”。其他放射性廢料應裝入特制容器，它具有防震、防腐、防泄漏等特性。然后將容器深埋在荒無人煙的巖石層里，使它長期與生物界隔離，其放射性禁錮于容器內(nèi)而不擴散核污染。隨著核電的發(fā)展，核廢料的處理是必須認真對待的重要問題。在反應堆的運行過程中和核燃料的后處理過程中有許多化學問題值得深入研究。1.3核聚變和氫彈由2個或多個輕原子核聚合成一個較重的原子核的過程叫核聚變，這時也將釋放很大的能量。每克氘聚變時所釋放的能量為5.8X108kJ，大于每克U—235裂變時所釋放的能量(8.2X107kJ)。從能源的角度考慮，核聚變有幾個方面比核裂變優(yōu)越：其一，聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，沒有放射性污染產(chǎn)生，沒有難于處理的廢料；其二，聚變原料氘的資源比較豐富，在海水中氘和氫之比為1.5X10-4：1，地球上海水總量約為1018噸，其中蘊藏著大量的氘，提煉氘比提煉鈾容易得多。遺憾的是這個聚變反應需要非常高的溫度，以克服兩個帶正電的氘核之間的巨大排斥力(從理論計算，要克服這種庫侖斥力需要109℃的高溫)。氫彈的制造原理，就是利用一個小的原子彈作為引爆裝置，產(chǎn)生瞬間高溫引發(fā)上述聚變反應發(fā)生強烈爆炸。氫元素的幾種同位素之間能發(fā)生多種聚變反應，這種變化過程存在于宇宙之間，太陽輻射出來的巨大能量就來源于這類核聚變。但我們目前尚沒有辦法在地球上利用這類核聚變發(fā)電，怎樣能取得這樣高的溫度?用什么材料制造反應器?怎樣控制聚變過程等各種問題尚無答案。核科學家并未放棄核聚變的研究，另外一個反應溫度低些的聚變反應已引起人們的關注。它以氘和鋰(Li)為原料，在特定的強磁場中，可以發(fā)生聚變反應。此外等離子體、可控熱核反應，激光技術引發(fā)核聚變等方面的研究都有一定成果。至于是否能利用核聚變的能量發(fā)電，目前還處于實驗室的初探階段。從能源發(fā)展的角度春，核電將逐漸成為電力工業(yè)的一個重要支柱。此外，核技術在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)境等領域也有廣泛的應用。1.4溶浸采鈾工藝1）工藝流程圖1溶浸采鈾(礦)工藝流程溶浸采鈾(礦)過程包括：1．浸出2．回收浸出過程就是靠加入某種溶浸液溶解礦物，使金屬離子穩(wěn)定在溶液中。其中的物理化學問題是很復雜的，主要是反應平衡與反應速度問題，前者屬浸出過程的熱力學，后者屬浸出中的動力學。2）鈾的特性鈾的化學活性高，是一種非常活潑的元素。它幾乎能與所有的非金屬作用，也可與金屬生成金屬互化物。它也能與許多酸、堿、鹽起反應。因此，鈾化合物化學的內(nèi)容非常豐富，已有許多專著。這里介紹的僅僅是與鈾堆浸工藝有關的一些鈾化合物化學的最基本的知識。一般認為鈾存在三價、四價、五價、六價四種價態(tài)。三價鈾呈紫紅色，非常不穩(wěn)定，極易氧化。五價鈾只有學術上的意義，因為它在水溶液中發(fā)生歧化反應，故常見的只有四價和六價鈾離子和化合物。四價鈾呈藍綠色，較穩(wěn)定，但也易氧化，只有在還原性介質中能穩(wěn)定存在。六價鈾最穩(wěn)定，呈黃綠色，除非有還原劑存在，否則六價鈾能穩(wěn)定地存在于溶液、固相或氣相中。但在天然鈾礦物中，鈾多以四價形式存在，如瀝青鈾礦等。而在浸出及轉化工藝中，絕大部分工序又要利用六價鈾的特性，故四價和六價鈾對堆浸生產(chǎn)和研究有著重要價值。鈾常有多種氧化態(tài)存在，已發(fā)現(xiàn)的有U(Ⅲ)、U(Ⅳ)、U(V)和U(Ⅵ)四種。鈾的主要化合物有硫酸鈾[U(SO4)2]、硫酸鈾酰[UO2SO4]、碳酸鈾酰[UO2（CO3）3]4-和重鈾酸鹽[U2O7]2-。（書中p23式2-22有誤）3）鈾的浸出電位、pH溶浸液欲與鈾氧化物發(fā)生化學反應，它必須具備兩個條件：一是要具有一定的氧化—還原電位，使低價鈾氧化成高價鈾；二是要具有一定的酸度(當用酸法浸出時)，即溶液中反應物和生成物的濃度是隨電極電位和酸度而變化的。浸出過程外擴散過程——溶浸液從溶液主體(相對于礦石顆粒表面的液膜而言)經(jīng)過液膜外面對流擴散和通過液膜內(nèi)的分子擴散抵達顆粒表面；（溶浸液從液體到固體顆粒表面。）內(nèi)擴散過程——溶浸液從顆粒的外表面通過顆粒的毛細孔和裂隙以分子擴散到顆粒內(nèi)表面；（溶浸液從固體顆粒外表面到內(nèi)表面）化學反應過程——擴散到內(nèi)表面上的溶浸液與鈾金屬發(fā)生化學反應，同時生成反應生成物。此過程包括化學變化和固相變化。（化學反應）內(nèi)擴散過程——生成物從顆粒的內(nèi)表面擴散到外表面散過程——生成物從顆粒外表面擴散到外表面。（溶浸液從固體顆粒內(nèi)表面到外表面）外擴散——生成物從顆粒外表面擴散到溶液主體。影響浸出速度的因素：物理因素——礦石塊度、礦石內(nèi)部結構（節(jié)理列隙）；化學因素——酸（堿）濃度、氧化劑、溫度。

第三章礦物的浸出用溶浸液將礦石中有用組分選擇性地溶解到溶液中的過程，稱為浸出。如前章所述，浸出是一個物理化學過程，即由物理擴散和化學反應兩個過程所組成。對溶浸而言，浸出速度由物理擴散速度控制的較多。本章重點討論鈾礦石的浸出，同時也將扼要地介紹銅、金、銀等礦石的浸出。1鈾的浸出按溶浸液的性質分為酸法浸出和堿法浸出兩種。前者適用于硅酸鹽類的礦石，常用的溶浸劑為硫酸；后者適用于碳酸鹽類礦石，常用的溶浸劑為碳酸氫鈉和碳酸鈉的混合溶液。按浸出工藝和方法如第一章所述分為原地浸出、就地破碎浸出、堆浸和聯(lián)合浸出等。在工業(yè)生產(chǎn)中采用哪種方法，當然要根據(jù)試驗最終結果來確定，主要是考慮以下幾點：1)礦石性質，如滲透性、塊度、泥含量、硅酸鹽含量、碳酸鹽含量、硫化物含量、有用組分在礦石中的分布特點，礦石浸出性能等。2)浸礦劑價格要低，易于生產(chǎn)和獲得。3)浸出液便于后續(xù)工序處理。4)工藝溶液能循環(huán)使用和再生。5)浸出率和生產(chǎn)率高。6)對環(huán)境污染小，浸出結束后易于地下水復原和恢復生態(tài)平衡。1.1酸法浸出鈾的化學過程酸法浸出鈾礦石，硫酸、硝酸、鹽酸都可以作為浸礦劑，但工業(yè)上絕大多數(shù)使用硫酸浸出鈾礦石，這是因為硫酸不僅有較強的浸出能力，與鈾反應生成穩(wěn)定的硫酸鈾酰絡離子，而且價格低、運輸方便、腐蝕性較小、浸出液便于后續(xù)工序處理等優(yōu)點，所以在工業(yè)上廣泛應用。用硫酸浸出鈾礦石時，由于四價鈾浸出較難，浸出過程中需要先把四價鈾氧化為六價鈾，而鈾礦石中四價鈾往往占有一定比例，所以在鈾礦的浸出工藝中往往需要加入氧化劑。雜質：二氧化硅、鐵氧化物、氧化鋁、鈣鎂化合物、磷酸鹽、鉬、釩等1.2堿法浸出常用的溶浸劑為碳酸氫鈉和碳酸鈉的混合溶液，能選擇性地溶解礦石中的鈾氧化物。堿法浸出中的雜質浸出堿法浸出是利用鈾酰離子與碳酸根的強絡合作用，浸出過程中對鈾有較好的選擇性，雜質轉入浸出液中的較少。酸法浸出可用硫酸、硝酸和鹽酸。鹽酸價格高，對設備、材料等腐蝕性很強，故一般不用，硝酸氧化性強，浸出四價鈾時不需另加氧化劑，對鈾溶解能力大，但價格較高，且稀硝酸對浸出設備和材料要求很嚴，特別是在地浸中應用，井孔內(nèi)設施一旦遭到腐蝕和破壞，維修和恢復十分困難，甚至引起鉆孔報廢，故一般很少使用。硫酸則如前所述，是一種優(yōu)點較多的較為理想的浸礦劑。濃硫酸可用碳素鋼容器轉運和儲存，浸礦設備和材料可用不銹鋼、耐酸陶瓷和塑料等制造。前蘇聯(lián)主要用酸法，我國目前也以酸法為主。2銅的浸出2.1銅的主要化合物銅的化學活性比金高，它與硫、氧、鹵素、硝酸、熱的濃硫酸起反應；但與鈾相比，銅的化學活性就低，人們一般把銅歸結為化學活性低的元素。鈾、金、銅在化學活性方面的差異，與它們在自然界存在的礦物形態(tài)是一致的。自界的鈾礦物都以化合物形式存在，從未發(fā)現(xiàn)單質鈾；而金則主要是以自然金的形態(tài)出現(xiàn)，很少以化合物形式存在；銅主要是以化合物形式存在，只有少量的自然銅出露于礦石中。2.2銅的價態(tài)銅存在一價和二價兩種價態(tài)。一價銅在溶液中不穩(wěn)定，只有溶液中存在能與一價銅絡合的離子(如CN—，C1—等)時，才是穩(wěn)定的。Cu*在溶液中會產(chǎn)生歧化反應，但固態(tài)銅化合物中，銅往往是一價的。2.3銅的氧化物銅的氧化物有氧化銅(CuO)和氧化亞銅(Cu2O)。天然礦物中也存在這兩種物質，按它們所具有的顏色，前者被稱為黑銅礦，后者稱赤銅礦。氧化銅(CuO)不溶于水，易溶于稀的無機酸，生成相應的銅鹽。氧化銅是堿性氧化物，不與堿發(fā)生化學反應，但由于銅能與氨形成穩(wěn)定的銅氨絡離子，因此，氧化銅能溶解于氨水—碳酸銨溶液中。2.3銅的硫化物自然界存在的銅的硫化物相當多，是人類獲取銅的主要原料。CuS不溶于水、稀硫酸、鹽酸、硝酸中。它不溶于無機酸(稀)中的這一特性，常被人們用來從其他金屬元素中分離和提純銅。2.4銅鹽銅鹽的種類繁多，在天然的銅礦物中存在有碳酸鹽類的孔雀石CuCO3·Cu(OH)2。和藍銅礦2CuCO3·Cu(OH)2，硅酸鹽類的硅孔雀石CuSiO3·2H2O和透視石CuSiO3·H20，硫酸鹽類的膽礬和水膽礬CuSO4·5H20和CuSO4·3Cu(OH)2，此外還有氯銅礦CuCl2·3Cu(OH)2等。與堆浸工藝有關的銅鹽，最重要的是硫酸銅，因為從古到今的銅礦堆浸均采用硫酸作為溶浸劑，礦石中的銅均以硫酸銅的形式轉移到浸出液中，從浸出液中分離，提純，直至得到市售產(chǎn)品，都借助于硫酸銅的化學、物理性質來實現(xiàn)。此外，硫酸銅是除電解銅以外，市場上最多的銅產(chǎn)品。硫酸銅易溶于水，其水溶液呈弱酸性；它的溶解度與溫度有關：浸出液中的銅經(jīng)分離、提純和富集后，往往經(jīng)加熱蒸發(fā)，然后冷卻結晶出五水硫酸銅CuSO4·5H20，它在93—99℃時轉變?yōu)镃uSO4.H20，而于150C時變?yōu)闊o水硫酸銅CuSO4。2.5銅的絡合物3金、銀的浸出金、銀礦石的浸出，普遍使用氰化物作浸礦劑，但氰化物劇毒，對環(huán)境污染一直是人們關注的問題。國外尋找了新的浸取金、銀的浸礦劑，如碘及碘化物。碘對金、銀有氧化作用和絡合作用，低濃度時還有消毒作用，但碘資源不豐富，不能大量應用?，F(xiàn)在仍在研究新的金銀浸礦劑，目前應用較廣的還是氰化物。

第四章浸出液中金屬的提取在溶浸采礦中，經(jīng)過浸出，礦石中的有用組分進入浸出液中，有用組分的含量均較低。通常，鈾的含量為每升十到幾百毫克，高的也不過幾克；銅的含量為每升幾克到十幾克，高的也只有幾十克，而雜質的含量卻較高，如游離的硫酸及鐵、磷、、鋁、錳、釩、鈣、鎂、硅、鉬等。此外，還有泥質，羥類有機質等。浸出液中有用組分的提取，其實質是創(chuàng)造條件使溶液中各種離子不穩(wěn)定，通過一定的工藝手段，使有用組分和混在一起的有害雜質分開，并予以清除。這些手段包括加人某種試劑，鐵、鋅等置換，離子交換樹脂吸附，活性炭吸附，溶劑萃取或者對電極施加電壓通以電流等。這些手段隨浸出液的性質不同而分別采用，現(xiàn)分述之。1鈾的提取從鈾的浸出液中提取鈾的方法有化學沉淀法、離子交換法和有機溶劑萃取法。化學沉淀法存在生產(chǎn)工序多，工藝復雜，生產(chǎn)效率低，化學試劑和材料消耗量大，回收率低及化學濃縮物中鈾含量不高(一般20％～40％)等缺點，目前除處理堿浸液尚有應用外，工業(yè)生產(chǎn)中已被離子交換法和有機溶劑萃取法所代替，這兩種方法技術是經(jīng)濟而有效的，并成為標準工藝。離子交換法，又稱樹脂吸附法。它是浸出液中某種離子與固體離子交換劑(樹脂)的可交換離子之間的化學置換過程。它的優(yōu)點是：①選擇性好。能獲得純度較高的鈾化學濃縮物；②既能從清液中提取鈾，也可從礦漿中提取鈾，這很適用于溶浸采鈾法的吸附；③離子交換樹脂能反復使用；④化學試劑和材料消耗量少；⑤吸附尾液可返回使用。有機溶劑萃取法，簡稱萃取法。它是用一種與水不相混溶的有機溶劑與含鈾的浸出液相互接觸，將浸出液中的鈾提取到有機溶劑中，與浸出液中的雜質分開，以達到提取和純化鈾的目的。萃取法與離子交換法一樣，對鈾的選擇性能好，同時對鈾的萃取速度，容量和純度(一定條件下)方面超過樹脂吸附法，但只適用于清液、富液和雜質含量低的浸出液。兩種提取方法的選擇原則是：一是浸出液中鈾濃度的高低；二是浸出液的性質，即是清液還是礦漿。對于濃度低的礦漿宜用離子交換法。因在這種情況下若用萃取法，萃取劑損耗量大，且礦漿中固體顆粒對萃取劑有吸附作用，增加有機相損失。而離子交換法既適用于清液，也適用于礦漿，對地浸的浸出液中鈾濃度低的條件尤為適用。若從浸出液中生產(chǎn)鈾的核純產(chǎn)品，特別是對鈾濃度低和雜質含量少的浸出液，首先用離子交換法富集和初步純化，然后再用萃取法進一步提取純化。此處推薦的淋萃流程所得鈾產(chǎn)品純度高，使用淋洗劑和反萃取劑理論消耗為零，吸附尾液可以循環(huán)使用，產(chǎn)品成本較低，是一個很好的工藝流程。1.1離子交換樹脂離子交換樹脂是一種含有活性基團(又稱官能團)能與其他物質進行離子交換的高分子聚合物。按其基團性質可以分為陽離子和陰離子交換樹脂；按基團酸堿性強弱，又可分為強酸性、弱酸性、強堿性、弱堿性四類。1）離子交換樹脂有以下特性：(1)樹脂直徑一般為0.6～1.2mm的球狀體，顆粒越小，其表面積越大，交換反應越容易進行，但過小不利于溶浸液分離。(2)樹脂難溶于水溶液，且交聯(lián)度越大就越難溶解。(3)樹脂泡水后，將水分子吸入其內(nèi)產(chǎn)生膨脹，質量增加，201×7型樹脂含水量一般為40％～50％，交聯(lián)度大，膨脹性小。(4)樹脂密度有干密度和在水中膨脹后的密度(濕密度)，201×7型樹脂的密度為1.09—1.13g／mL。(5)交換容量：一般以單位質量克干樹脂或濕樹脂吸附溶液中離子當量數(shù)表示，如毫克量／克干樹脂或毫克當量／升濕樹脂?，F(xiàn)在實際生產(chǎn)中用得最多的是后者。交換容量有以下三種：1)全容量：根，裾樹脂所有活性基團總數(shù)計算，其大小與被交換離子種類、介質、pH值及交換過程無關，是一個常數(shù)。2)穿透容量：指浸出液通過樹脂層(或吸附塔)后，流出液中出現(xiàn)了被交換離子的容量。對含鈾浸出液，流出液中鈾含量達5mg／L前的容量稱為穿透容量。3)操作容量：也稱為飽和容量，指某一條件下，被交換離子流出的濃度與原液中濃度相等時的樹脂容量。主要與浸出液性質、pH值、吸附溫度等因素有關。(6)選擇性：樹脂對溶液中所存在的各種陰離子的親合力是不同的，某些離子比另一些離子結合更緊密，這種性質叫做樹脂的選擇性。因此通過吸附后，能去掉大部分雜質，將浸出液中的鈾提取出來。離子交換樹脂吸附鈾的化學機理2）浸出液中鈾的存在形態(tài)鈾在水溶液中通常呈鈾酰離子(U022+)狀態(tài)存在，它能與多種陰離子結合成多種鈾絡合離子和絡合物。在硫酸浸出液中，有主要以硫酸鈾酰形式存在；在碳酸鹽浸出液中，鈾的存在形式以碳酸鈾酰形式存在。3）離子交換樹脂吸附機理用硫酸浸出時，硫酸浸出液中的陰離子，除鈾酰絡離子外，還有硫酸根、硫酸氫根及鉬、磷、砷、鐵、釩等絡陰離子，這些陰離子都有可能被樹脂，吸附，但這些陰離子除鉬以外，對樹脂的親合力都比鈾酰絡陰離子小，所以，在吸附過程中得到分離。在浸出液中還含有大量陽離子雜質如K+，Na+，Ca+，Mg2+，F(xiàn)e2+，Ni2+，Co2+，Cu2+等，當用201×7型陰離子交換吸附鈾時，這些離子不被吸附，只要控制得好，對鈾的吸附影響不大。201×7型陰離子交換樹脂吸附硫酸浸出液中的鈾的反應式為：2R4NX+[UO2(SO4)2]2———(R4N)2UO2(S04)2+2X-4R4NX+[U02(SO4)3]4———(R4N)4UO2(S04)3+4X-式中： X——樹脂上的可交換離子，如N03—，C1—。碳酸鹽浸出液中，鈾主要以鈾酰離子形式存在，仍然可用201×7型陰離子交換樹脂吸附其中的鈾，其反應式為：硫酸根變?yōu)樘妓岣?。樹脂上的陰離子和浸出液中的鈾酰絡陰離子是以化學當量進行交換的反應是可逆的。當交換達到動態(tài)平衡時，則從浸出液進入樹脂和從樹脂轉入浸出液的鈾酰絡陰離子的量相等，此時認為樹脂吸附達到飽和。達到飽和的樹脂，用淋洗劑進行淋洗和轉型，樹脂又恢復吸附能力。在酸性浸出液中影響樹脂吸附有以下六個因素。(1)硫酸濃度和pH值隨著溶液酸度增加，樹脂吸附鈾容量下降，主要是HS04—競爭的結果。工藝過程對pH控制在2左右為宜。(2)鈾濃度隨著鈾濃度的增加，樹脂吸附容量也增加，但濃度過高，不宜用樹脂離子交換法。(3)鐵的含量鐵在浸出液中以Fe(Ⅱ)或Fe(Ⅲ)存在，F(xiàn)e(Ⅱ)不被吸附，而Fe(Ⅲ)形成硫酸鹽絡合陰離子，其先被樹脂吸附，后逐漸被鈾置換，故鐵的存在對鈾的吸附影響不大。(4)鉬的影響在硫酸溶液中，鉬可形成絡陰離子或鉬酸根離子；容易被陰離子交換樹脂吸附，使樹脂吸附鈾的容量下降。(5)氯根和硝酸根的影響氯根和硝酸根對樹脂有很強的親合力，占據(jù)交換基團，還可以與鈾酰離子生成陽離子和中性絡合物，從而降低溶液中可吸附的硫酸鈾酰陰離子絡合物的濃度。(6)溫度的影響提高浸出液吸附時的溫度，可加強鈾絡陰離子擴散到樹脂內(nèi)部，對吸附有利，但溫度不宜過高，否則影響樹脂的熱穩(wěn)定性，一般不宜超過50℃。堿性溶液中影響樹脂吸附有以下四個因素。(1)鈾和碳酸根及碳酸氫根的相對濃度：因為碳酸氫根濃度增大時，生成鈾陰離子絡合物的傾向減弱，而且碳酸氫根離子也會與鈾的吸附競爭，從而降低了鈾的吸附。(2)pH值：吸附浸出液的pH值從10．0變到9．0時，鈾的吸附容量下降50％以上。(3)氯根、硝酸根的存在將會降低鈾的吸附容量，當淋洗劑含有這兩種離子時，應嚴格控制它們的含量。(4)有機質(有機酸鈉)能使樹脂中毒。1.2清液吸附：固定床吸附；連續(xù)逆流吸附在鈾生產(chǎn)工藝上，用強陰離子交換樹脂吸附鈾時，根據(jù)樹脂與吸附液的運動狀態(tài)，清液吸附分為：固定床吸附：吸附洗滌淋洗脫淋轉型連續(xù)逆流吸附（流化床）：吸附淋洗1.3萃取萃取反萃2銅、金、銀的提取2.1置換沉淀法回收銅置換沉淀法是根據(jù)浸出液中金屬離子的電化順序，用某一種金屬置換另一種金屬，并使之沉淀出來的方法。如用鐵置換沉淀浸出液中的銅，除鐵以外的其他金屬，如鉛、鋅，都可以用來置換沉淀銅，但費用昂貴，因此鐵是唯一適用的金屬置換劑。置換過程中浸出液的pH值實踐證明，鐵屑置換時，浸出液pH值控制在2左右合適。pH<2時，鐵屑白白消耗在析氫上面，鐵屑消耗量通常是理論值的2～4倍。酸度過低同樣不好，因為會導致鐵的堿式鹽和氫氧化物的同時沉淀，降低海綿銅的品位。置換用的鐵，應有較大的比表面積，且比較純和無油質、氧化等污染。最常用的有車床鐵屑、白鐵皮和海綿鐵。白鐵皮可來自罐頭盒、制造廠廢品、車床鐵屑，罐頭盒應切碎，以增加比表面積。使用前應除去銹、漆、油等非鐵雜質。此外，還可應用鋅粉置換銅、鎘、鈷、鎳；用鋅置換金、銀；用鎳粉置換銅。置換沉淀法雖然存在效率較低，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定等不足之處，但由于設備簡單，操作容易，不耗用化學試劑，動力消耗少，所以世界各國在從稀溶液中回收銅時都采用它。若有些礦山的最終產(chǎn)品不是海綿銅，而是用蒸發(fā)的方法得到五水硫酸銅(CuSO，·5H20)產(chǎn)品，則不用鐵置換法。2.2吸附法回收金從氰化物浸出液中回收金、銀，過去多用鋅置換沉淀法。用這個方法對吸附液的條件要求較高，而且金銀等貴金屬損失量較大，所以近年來較多用活性炭吸附和樹脂吸附方法，對吸附液可以不需凈化和固液分離，金損失量少，成本低，投資省，對含金量低于1.4g／t的貧液尤為適宜?；钚蕴课椒ɑ厥战鸬墓に嚵鞒虨椋夯钚蕴课椒謨刹?，即吸附與解吸。2.3電解沉積法經(jīng)過不同凈化手段，如離子交換，溶劑萃取，置換沉淀或活性炭吸附等所獲得產(chǎn)品或富液，其中金屬含量或金屬離子濃度以及雜質含量均已達到入電積工序前的規(guī)定標準情況下，為了獲得最終產(chǎn)品，必須進行電解沉積。由此可見，電解沉積時，金屬沉積速度僅與電流大小有關，與溫度、壓力、濃度無關。此外，電解沉積時，金屬的沉積晶粒的大小與致密程度取決于晶粒的形成與晶體成長兩個過程速度之比，當過程由擴散控制時，界面上金屬離子的濃度，晶核形成速度超過晶體成長速度，沉積金屬成粉末狀。而當其過程由化學反應控制時，則相反，沉積金屬易形成較粗的晶粒。除了前面所介紹的離子交換法、有機溶劑萃取法、置換沉淀法、活性炭吸附法、電解沉積法等提取方法以外，還有水解提純法，硫化沉淀法，高壓氫還原等提取方法，本書不作介紹。

第五章細菌浸鈾1概述利用細菌的生物化學作用進行鈾（礦）的浸出，叫做細菌浸鈾（礦），細菌浸礦又稱細菌冶金，現(xiàn)在還有微生物浸礦等幾種稱謂。細菌浸礦是用浸礦微生物將礦石或精礦中有用組份轉化為可溶化合物。并有選擇性地浸出來，得到含金屬的溶液，實現(xiàn)有用組份與雜質組份的分離，最終達到回收有用金屬的目的。細菌浸出鈾礦石最早被葡萄牙的“鐳公司”應用。他們從1953年開始進行鈾礦石的自然浸出研究，利用鈾礦石中存在的或外加的黃鐵礦（FeS2）在水和空氣的作用下產(chǎn)生Fe3+和SO42-，使鈾氧化為UO22+而溶解出來。16世紀，匈牙利人才知道從礦坑水中回收銅。美國在1888年才開始從蒙大拿州波約特銅礦的礦坑水中制取海綿銅，并于1947年在礦坑水中分離出化學自養(yǎng)細菌——氧化鐵硫桿菌，同時，研究微生物在浸出礦石中的生物化學作用，使細菌浸出跨入了新的發(fā)展階段，逐步完善了其工藝流程，成功地回收了不少的銅、鈾、金和銀。我國早在漢朝就有使用細菌參與浸銅技術的記載。采礦界和微生物界對該技術也極為重視。1962年著手研究，1965年在冶金部銅窟山銅礦用細菌浸礦法成功地回收了殘留的銅礦。中國微生物研究所、核工業(yè)北京化冶院和711礦聯(lián)合開展了含鈾貧礦細菌浸出試驗，并于1968年寫出了試驗報告。之后因各種原因一直處于停滯狀態(tài)。1988—1991年，核工業(yè)711礦在主礦帶130m中段33#礦房內(nèi)試驗了“殘留淋浸采礦法”，率先在生產(chǎn)中應用細菌浸鈾取得成功。2細菌的生物化學特性浸礦細菌是一種特殊性質的微生物。①它生長在普通微生物不能存在的環(huán)境中—礦坑內(nèi)強酸性甚至有重金屬離子存在的水中。據(jù)報道它有數(shù)十種之多。目前已用人工培殖了許多種菌種，用于工業(yè)生產(chǎn)的主要有：氧化硫硫桿菌、聚生硫桿菌、氧化鐵硫桿菌、氧化鐵桿菌和氧化硫桿菌等。它們是單細胞微生物，φ0.25~0.6μm，長1~2μm。一般在pH=2~4，溫度為30~35℃條件下生長良好、繁殖速度快，60℃不能生長，低溫條件下會死亡或活動能力差。對于銅和鈾浸出工藝最有價值的為氧化鐵硫桿菌，能氧化金屬硫化物、硫酸亞鐵、硫代硫酸鹽以及元素硫。氧化硫硫桿菌為化能自氧菌，它把元素硫氧化生成硫酸，利用這一反應生成的能量作為其生活能源，以CO2和氨為原料合成菌體進行繁殖；氧化鐵硫桿菌和氧化鐵桿菌，以Fe3+作為能源在含有礦物鹽類強酸性介質中生長。2.1種類4種：①氧化亞鐵硫桿菌；②氧化硫硫桿菌；③排硫硫桿菌；④蝕陰溝硫桿菌。2.2特性①氧化亞鐵硫桿菌：該菌在含亞鐵的培養(yǎng)基中由于能將亞鐵氧化成高鐵，而使培養(yǎng)基由淺綠色變?yōu)榧t棕色，最后由于Fe3+水解生成氫氧化物或鐵礬而產(chǎn)生沉淀。生長條件：pH值1.5~3.5（2.0最佳）。溫度16—40℃（30—35℃最佳）②氧化硫硫桿菌：該菌的亞鐵培養(yǎng)基保持清澈，由于三價鐵的產(chǎn)生，迅速由琥珀色轉為紅褐色。生長條件：pH=1.4~6.0能生長，但最佳值為pH=2.5~5.8，最適溫度為25~30℃。③排硫硫桿菌：該菌靠氧化硫代硫酸鹽成硫酸鹽獲得能量：Na2S2O3Na2SO4生存條件：pH=4.5~7.8能生長，最佳值pH=6.6~7.2，最適溫度：28℃。④蝕陰溝硫桿菌：該菌與氧化硫硫桿菌相類似，但它可以利用硝酸鹽或氨離子作氮源，不能利用亞硝酸鹽。3細菌浸鈾（礦）的基本原理自20世紀50年代發(fā)現(xiàn)浸礦微生物以來，經(jīng)過許多人的研究和試驗，人們已基本掌握了微生物浸出過程的規(guī)律和作用原理，細菌浸礦的機理主要有直接作用、間接作用以及復合作用三種理論。也有學者提出了破硫膜作用學說。直接作用理論：所謂細菌直接浸出是指不依賴于Fe3+的觸媒作用，細菌的細胞和金屬硫化礦固體之間直接緊密接觸，通過細菌細胞內(nèi)特有的鐵氧化酶和硫氧化酶直接氧化金屬硫化物，使金屬溶解出來。間接作用理論：由于氧化硫硫桿菌、氧化鐵鐵桿菌等浸礦細菌具有氧化低價鐵和元素硫生成高價鐵和硫酸的能力，人們則利用這些細菌所生成的氧化產(chǎn)物硫酸高鐵和硫酸對瀝青鈾礦等主要鈾礦物進行溶解和氧化。Fe2（SO）3能將不溶于水的四價鈾氧化成溶于水的六價鈾，從而達到浸出的目的。復合作用理論：是指在細菌浸出過程中，既有細菌直接作用，又有通過Fe3+氧化的間接作用。有時以直接作用為主，有時則以間接作用為主，但兩種作用都不可排除，這是至今為止絕大多數(shù)學者所贊同的觀點。破硫膜作用：有的學者認為，在浸礦過程中，礦石塊表面覆蓋著硫的薄膜，阻礙了溶浸液與礦石塊表面的直接作用，若有細菌存在，可以將硫薄膜氧化或破壞，使金屬得以繼續(xù)浸出。4微生物培養(yǎng)基培養(yǎng)基是指用人工方法配制的專供微生物生長繁殖的營養(yǎng)混合物。用于細菌浸礦的主要微生物培養(yǎng)基有以下三種：①液體培養(yǎng)基是指營養(yǎng)物質以溶質狀態(tài)溶解于液體中，使微生物能更充分地接觸和利用養(yǎng)分，因而也能更好地積累代謝產(chǎn)物。液體培養(yǎng)基：在實驗室：主要用于生理代謝研究及獲得大量菌體。在生產(chǎn)中：用于大規(guī)模生產(chǎn)及發(fā)酵。②半固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入0.2~0.5%的瓊脂作凝固劑，就可得到半固體培養(yǎng)基。半固體培養(yǎng)基呈現(xiàn)出在容器倒放時不致流下，但在劇烈振動后能破散的狀態(tài)。半固體培養(yǎng)基在微生物實驗中有許多獨特的用途，如可觀察細菌的穿刺接種、觀察細菌的運動能力、各種厭氧菌的培養(yǎng)及菌種的保藏等。絕大多數(shù)浸礦細菌是運動的，可通過這種方法來鑒定菌種。③固體培養(yǎng)基即在液體培養(yǎng)基中加入1~2%瓊脂或者5~12%明膠作凝固劑，就可制成遇熱可融化，冷卻后則凝固的固體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基主要用于菌種的分離、菌種的保藏、菌種鑒定等。細菌培養(yǎng)基與細菌數(shù)量直接相關，細菌數(shù)量的多少與浸礦效果有直接的關系。因此，我們要研究最適于細菌繁殖的“培養(yǎng)基”。氧化亞鐵硫桿菌使用的培養(yǎng)基（見書P55表5.2）；聚硫桿菌使用的培養(yǎng)基（見書P55表5.3中）。5菌種的保藏活性優(yōu)良菌種應及時進行保藏，菌種的保藏要達到不死亡、不變異兩個要求。因此，要達到這兩點必須使菌種處于不活躍狀態(tài)。長期保藏菌種的方法很多，但對浸礦菌種來講，采用砂土——黃鐵礦保藏法和冰凍干燥法較為有效。6細菌的馴化培養(yǎng)是指用某一特定因素長期處理某微生物的群體，同時不斷地對它們進行接種傳代，以達到逐步適應其環(huán)境→適應環(huán)境→生長繁殖的目的。例如，在裝有一定體積培養(yǎng)基的三角瓶中加入較低濃度的金屬離子，然后接入要馴化的細菌進行恒溫培養(yǎng)，開始細菌不適應，要較長時間才能生長，待細菌適應并能正常生長后，再將它轉移到會有更高濃度金屬離子的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)。以此類推，叫做細菌馴化。7細菌浸出的影響因素7.1礦石的性質礦石的透氣性、礦石的物理化學性質影響細菌與礦物的作用，一般來說，如礦石堆越高，或泥含量多，堆內(nèi)孔隙率越小，細菌存活所需的氧氣就越少，影響細菌的活性，對浸出不利。7.2礦石的粒度礦石粒度越細，接觸面越大，對浸礦越有利。7.3溫度溫度是影響細菌生長的重要條件之一，溫度太高或太低都不利于細菌的生長、繁殖。7.4pH值浸礦用的氧化亞鐵硫桿菌是一種產(chǎn)酸又嗜酸的細菌，環(huán)境酸度對細菌生長有明顯的影響，有資料報道細菌氧化Fe2+最合適的pH為1.5~2.5。7.5培養(yǎng)基成分有研究結果表明：礦物金屬的浸出速度和浸出介質中的細菌濃度成正比。要想獲得礦物浸出的高速度，則必須保持細菌生長繁殖高速度。7.6通氣量浸礦細菌一般為好氧菌，靠大氣中的CO2作為碳源，所以在這類細菌的培養(yǎng)和浸出作業(yè)中，充分供氣是很重要的。7.7鐵離子在細菌生長環(huán)境的各種金屬中，鐵離子是特別重要的，F(xiàn)e2+是氧化亞鐵硫桿菌的能源，細菌將Fe2+氧化成Fe3+而獲得能量，F(xiàn)e3+是金屬礦物的氧化劑。7.8光線所有微生物對紫外線都很敏感，所以可用紫外線滅菌。而對于浸礦的細菌如直接暴曬在陽光下，細菌會繁殖很慢甚至死亡。因此，在黑夜與白天陽光兩種不同的條件下，細菌浸出的效果顯然是不一樣的。所以，我們對配液池（池中有細菌）和生物反應器加蓋，或搭棚子，以避免強陽光的直接照射。7.9氨離子濃度氨離子（NH4+）是所有細菌生長所必需的。在用氧化硫硫桿菌浸出黃銅礦和用氧化鐵鐵桿菌浸出黃銅礦時證明，氨離子的濃度對細菌的繁殖有明顯的影響。7.10其他影響因素實踐證明，振蕩能促進細菌繁殖，用空壓機向培養(yǎng)池子通氣，既供氧又起攪拌作用。

第六章堆置浸礦（堆浸）1堆浸的內(nèi)涵及發(fā)展史1.1堆浸的內(nèi)涵即是在礦石堆中將礦石中的有用成份進行浸出。也就是說，礦石堆中某些礦物與化學試劑發(fā)生作用，礦物中的一些成份以離子或絡合離子的形式從固相（礦石）轉入到液相的過程叫堆浸。堆浸的一個最明顯的特點是：礦石必須先進行位移，而后再進行浸出。1.2堆浸的發(fā)展史國外大多數(shù)學者把1752年西班牙人在里奧廷國（RioTinto）旁發(fā)現(xiàn)的酸性氧化銅礦石堆中有銅浸出的現(xiàn)象，作為堆浸歷史的起點。也有人把16世紀中葉匈牙利人從流經(jīng)銅礦堆的廢水中回收銅作為堆浸的淵源。其實最早發(fā)現(xiàn)堆浸的是中國人，即公元前六七世紀的《山海經(jīng)》中就有記載，其文字大意是：酸性氧化銅礦石堆，用水灌注，流出的水集于池中，帶有銅和鐵離子的顏色?？梢?，中國人對堆浸現(xiàn)象的認識比西班牙人還早1000多年。中國從唐朝開始應用銅礦堆浸技術，到宋朝發(fā)展極盛。而西方國家到19世紀初才廣泛開展應用堆浸技術來處理露天開采的斑巖銅礦石和氧化銅礦石。現(xiàn)在西方國家已大規(guī)模采用堆浸→萃取→電積工藝來開發(fā)低品位銅礦石。1952年，葡萄牙人首先發(fā)表了鈾礦石堆浸方面的文章，報道了他們用堆浸法處理鈾礦石的工藝流程和一些主要技術參數(shù)。此后，美國、前蘇聯(lián)、法國、加拿大等國家都為鈾礦堆浸技術的發(fā)展和應用做了許多工作。1963年我國知名放射化學家楊承宗教授在國內(nèi)首次提出“堆置浸出”概念，并建議開展研究。核工業(yè)北京化冶院、核工業(yè)第六研究所分別于1964、1966年開始研究鈾礦堆浸技術，至1972年，核六所在堆浸方面已取得成功經(jīng)驗。1987年，核工業(yè)719礦進行了萬噸級鈾礦堆浸試驗獲得成功，并獲得1990年度國家科技進步一等獎。至1990年，我國鈾礦堆浸已占鈾總產(chǎn)量的10.4%

,但江西719礦的堆浸已占鈾礦石總產(chǎn)量的34.17%。后來，還有陜西的794礦、浙江的771礦等，相繼試驗成功，并投入大規(guī)模生產(chǎn)。堆浸的優(yōu)點：（與常規(guī)水冶法相比而言）投資少，見效快；（是常規(guī)法的1/3左右）工藝簡單，成本低；（是常規(guī)法的1/3左右）耗H2SO418.6kg/t礦石；金礦耗氧化鈉：常規(guī)法1.5kg/t礦石，堆浸法0.56kg/t礦石。根據(jù)礦床條件、特點、堆浸可在地表（露天），也可在井下進行，且廢料可用來作充填料；對環(huán)境污染小；資源利用率高（貧礦、殘礦、偏遠小礦點）；堆浸的缺點：浸出率低：比攪拌浸出低5~15%；如在露天堆浸，其生產(chǎn)則受氣候（風、雨）的影響，生產(chǎn)不均衡；浸出周期長，一年左右，對資金周轉不利；對堆浸礦石不易采取強化手段浸出；2堆浸法的分類、技術研究特點及應用條件2.1堆浸法的分類：按浸出準備條件不同，分為非筑堆浸出法和筑堆浸出法兩大類。而按浸出地點的不同，又分為地表堆浸法和井下堆浸浸出法。如按液體在礦堆的流動形態(tài)，而分為池浸、槽浸和制粒浸出三種。a.非筑堆浸出法：非筑堆浸出法是指沒有經(jīng)過專門筑堆（如露天或井下鈾礦石品位0.01~0.03%廢石堆）的浸出法。如露天排矸場的廢石要進行浸出，則事先要對其底板進行處理，以便回收浸出液。這種浸出法管理簡單，能回收流失的金屬，成本低，經(jīng)濟效益好，而且有利于保護環(huán)境，減少污染。b.筑堆浸出法：所謂筑堆浸出法，即是先將礦石堆好堆再進行浸出。但該法必須先將礦石加工破碎成一定的幾何形狀（φ20mm以下），然后再進行布液浸出。c.地表堆浸法：在地表進行浸出，如小礦山挑來的礦石，或廢石堆的浸出。d.井下堆浸法：利用井下的峒室，天井、采空區(qū)、巷道對礦石筑堆浸出。e.池浸法：將礦石放入事先處理好的（防腐、防漏）池子中進行浸出。f.槽浸法：槽浸法是池浸法的改進。如槽子體積較大（200—1000m3）則用鋼筋砼結構，并進行防腐（玻璃布環(huán)氧樹脂）處理才行。g.制粒浸出法：這種浸出法一般針對粉礦或泥質含量較高的礦石。其滲透性、透氣性都較差，并且容易結垢，采用制粒堆浸法可收到較好效果。還有脫泥堆浸法、防垢堆浸法、逆流串堆堆浸法及分層堆浸法等。（簡單介紹）2.2堆浸的技術內(nèi)容、特點及適用條件堆浸的技術內(nèi)容特點主要為以下三點：①礦石堆——主要有堆的幾何性質（形狀、高度、體積、容重、安息角等）；堆中礦石的粒級及分布狀態(tài)，孔隙度、滲透性；礦石的酸堿性、氧化程度；主要金屬元素的價態(tài)和品位；伴生的有益及有害雜質元素的種類及含量等。②溶浸液——主要指溶液的種類、濃度、酸堿性或pH值、氧化還原性、揮發(fā)性、腐蝕性；溶浸劑在水溶液中的離解度，以及由此而產(chǎn)生的陰離子、陽離子，特別是陰離子與欲浸出的金屬離子的絡合能力等。③溶浸液與礦石堆的相互作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象及其規(guī)律的描述、探求。一般來說，要根據(jù)礦石中的礦物性質，遵照物理化學的基本原理，采用試驗手段優(yōu)化溶浸液的配方；探索浸出率與礦石粒級、浸出率與浸出時間、浸出率與礦堆幾何性質——高度、安息角等基本關系，同時要研究溶浸液通過礦石堆的流型和狀態(tài)，以便使液固兩相更好地、更充分地接觸；考察礦石堆中的孔隙度和礦石內(nèi)部的毛細孔隙度對溶浸液擴散的傳質速度的影響；采用預防和消除浸出過程中的結垢現(xiàn)象的措施，促使主金屬元素與溶浸液快速發(fā)生作用，同時要減少不需要的伴生元素的浸出。堆浸的適用條件：①礦石易浸；②品位低，且儲量大的易浸礦床；③品位高而儲量小、交通不便、分散的小礦點易浸礦石。3堆浸浸礦法的工藝流程及方法3.1非筑堆浸出法這種方法一般用于露天廢石堆場中，由于廢石堆有的處于山坡，有的處于山谷中，因此，其堆的形狀、大小都各不相同，有的如駝峰、有的象扇形，有的象巨大的錐形，還有的如山峰起伏等等。由于這些廢石堆都是經(jīng)礦車裝卸形成的。所以它有一個石塊自然分級的過程，一般堆底大塊較多，孔隙度大，通風好，氧化程度較高，同時滲透性肯定好些。許多實踐證明：由于大堆比小堆便于分淋和收集浸出液，所以大堆比小堆的浸出效果更好。如果打算將廢石堆的金屬進行回收，則事先考慮便于浸出回收的一些相關因素：如簡單的防腐、防漏底板（黃泥）、浸出液流向的自然坡度等等。由于該浸出法用得較少，所以只作簡單介紹。3.2堆浸法的工藝流程：如圖所示。3.3堆浸前期研究工作筑堆浸出法的工藝流程前面已作介紹，下面講解堆浸生產(chǎn)前的試驗、研究工作及堆浸法的基本工藝。（1）研究內(nèi)容（共9方面）a.工藝礦物學——主要是指與浸出效果有直接影響的，如礦石的物質成份（碳酸鹽、Fe、Ca、Mg、Si、Al、U……），有用組份的賦存狀態(tài)及泥含量，同時還需研究礦床的成因、礦石的結構、形狀以及氧化情況。b.被浸礦石破碎最佳粒度；c.合理的溶浸劑選擇及配方；d.堆場的底板結構——既經(jīng)濟又實用；e.筑堆方式、規(guī)模及形狀；f.布液及噴淋方式；g.礦石的滲透性；h.金屬浸出率；i.浸出液的回收方式。（2）研究方法a.取樣：取樣的基本要求是所取的樣品必須具有代表性（礦樣的巖性、組分、品位等），取樣時最好要有地質專業(yè)的人員參加，要做好詳細的巖性編錄（特別是礦體所取位置）。樣品的數(shù)量要能滿足實驗的需要。圓柱狀樣還需在現(xiàn)場用蠟封好，以免氧化和損壞。b.樣品分析：樣品分析主要是對礦石進行物理化學鑒定，測定其所含的各種組分及其各種組分所占的百分比；c.工藝試驗：工藝試驗分為：攪拌浸出實驗、堆浸實驗、條件試驗及半工業(yè)性（擴大試驗）試驗。攪拌浸出實驗——有的叫杯皿實驗，通過該實驗大概了解礦石的浸出性能、溶浸劑的消耗量及金屬浸出率等，具體操作實驗課再講。柱浸實驗——即是將礦石裝入事先制作好的圓柱（有機玻璃筒）中，然后用溶浸液進行浸出，其裝置見圖示。柱浸實驗的目的、內(nèi)容：進一步驗證攪拌實驗所獲得參數(shù)的可靠性；了解溶浸液通過該礦石的滲透性能；進一步測取不同礦石粒度對浸出率的影響；金屬浸出率與浸出時間的關系；不同溶劑濃度的浸出液與浸出時間的關系；不同溶劑濃度的浸出液與浸出液中金屬濃度的變化曲線，確定選擇合適的溶浸劑等等。柱浸實驗的方法：樣品混合、取樣、樣品稱重、加工（磨碎）、裝柱、淋洗礦柱浸出。③現(xiàn)場條件試驗——在現(xiàn)場用100~500t礦石進行筑堆浸出，驗證柱浸實驗所獲取的參數(shù)。④半工業(yè)性試驗——即擴大試驗，驗證條件試驗所獲參數(shù)，并可獲取小部分產(chǎn)品。⑤鈾金屬浸出率的計算方法a、渣汁浸出率如果原礦樣重與浸后渣重變化不大時：如果原礦樣重與浸后渣變化較大時，則：式中：——渣汁浸出率（%）——原礦鈾品位（%）——浸后渣鈾品位（%）——原礦樣干重量（kg）——浸后渣干重量（kg）b、液汁浸出率：式中：——液汁浸出率（%）；——浸出級數(shù)；——第n級浸出液U濃度（g/L）；——第n級浸出液體積（L）；——原礦石鈾品位（%）；——原礦石干重量（kg）。c、液渣汁浸出率：式中：——液渣汁浸出率（%）；——渣重量（kg）；——渣鈾品位（%）；其它符號同前。3.4堆浸法的基本工藝堆浸法的基本工藝過程包括：礦石加工、堆場、筑堆、布液及浸出等五大部分。3.4.1堆場的建立1、堆場場地的選擇原則就近——礦區(qū)坑口附近，以減少礦石的運輸工作量；地勢較平坦——地表呈2—10°坡度，以減少場地的平整工作量；場底基實——無裂隙，以免浸出液滲漏；不占耕地——盡量利用廢地或采空區(qū)；避免匯水處——以防山洪及滑坡事故的發(fā)生；水、電、路三通方便；遠離居民生活區(qū)；2、堆場面積的確定堆浸場地面積的大小取決于礦山的年生產(chǎn)能力、地形及筑堆高度等因素。單堆底面積的計算：式中：s——單堆底面積（㎡）；δ——礦石的松散容量（t/m3）；q——單堆礦石量（t）；KK——堆場系數(shù)，堆場處于平地，取1.25~1.40；堆場一面靠山時取1.20~1.30；堆場二面靠山時取1.00~1.15；堆場三面靠山時取0.85~1.10。堆場單位個數(shù)的計算：式中：——堆場上的礦石量(t)；ns——堆場單堆個數(shù)（個）；q——單堆礦石量(t)；3、堆場底板的建筑（四種形式）堆場的底板墊層結構有粘土型、地膜型、瀝青混凝土型及復合型幾種。堆場底板墊層的基本要求：有足夠的抗壓能力，能承受礦石的重力和施工設備給予的壓力；有一定的坡度（2~10°），能及時排出礦堆中的浸出液；滲透性低，一般小于1×10-7㎝/s；與浸出液不起化學反應，也不會對被浸出液離子起物理或化學吸附作用；使用周期長，能經(jīng)受各種自然條件變化的考驗；對人體健康不會產(chǎn)生影響；施工方便，易于掌握；成本低，材料來源廣；粘土型墊層結構：方法：在壓實了的地基上，分層鋪設粘土層，為確保質量，則往往加入3~5%澎潤土，然后分層壓實。即先用盤式耕作機在不加水的情況下混合粘土，然后按要求噴水，當水分達到要求后，再用振動壓路機往返至少通過9次，以壓實粘土。粘土層分層厚度約等于95%的粘土通過的篩子尺寸的3-5倍。粘土層總層厚度一般約等于95%的粘土通過的該篩孔尺寸的10-12倍，如下表：表6-1粘土底墊層厚度選擇95%粘土通過篩孔尺寸（mm）粘土底墊層總厚度（mm）粘土底墊層層數(shù)<12.7304.8219.1304.8325.4304.8338.1457.2350.8609.64>50.8不及作底墊層使用——一般分層粘土厚約150-180mm。地膜底墊層結構：地膜是指各種不同種類、不同厚度的聚氯乙烯、高密度聚乙烯軟板等有機合成材料。這類材料的滲透性低，可達1×10-13㎝/s，但是人們一般擔心的是其抗壓、抗刺破能力。表6-2地膜底墊層材料試驗結果地膜材料材料厚度（mm）保護層材料-40目尾礦-8mm破碎石英-10mm篩分爍石-10mm粉礦PVC0.5PP-BF-TF-T0.75PF-TF-TF-T-B1.00PF-B-TF-TF-T-B1.25PPF-TF-T-B.PHDPE1.00PPPP1.25PPPP1.50PPPP2.00PPPP2.50PPPP注：PVC——聚氯乙烯；HDPE——高密度聚乙烯；P——合格、未刺破小孔的；F——損傷、至少出現(xiàn)一個小孔；T——從頂部刺破；B——從底部刺破。試驗方法：覆蓋層厚度100mm，試驗時從底墊層施加壓力80KN，產(chǎn)生2000Kpa接觸應力，保持時間為2min所獲取的數(shù)據(jù)。※從表6-2說明：1mm厚PVC作底墊層材料，再加粗砂作保護層，效果是可以的。若用-10mm的篩分礫石保護層，即使采用1.25mm厚的PVC也是不行的；但用1mmHDPE作底墊層，則在所有試驗保護層材料下，試驗效果好！※江西719礦：在堆浸中采用3mm厚的PVC軟板，可多次重復使用；新疆沙樂布拉克和雙王金礦：采用1.2mm厚PVC軟板，礦石粒度-40mm，堆高7m，已證明可多次重復使用。目前鈾礦大多采用1.0mmPVC軟板，成本為25元/㎡左右。瀝青混凝土低墊層底板：其滲透率為10-8~10-10㎝/s，它的滲透性介于粘土和地膜之間，但它的抗壓、抗刺破能力遠超過它們，可經(jīng)受15t卡車往返通行，不受任何筑堆的限制，可一次性投資很大，只有在長期使用的、高堆、大型堆才采用。其它墊層底板：在我國有些采用三合土——砂子、石灰、粘土均勻混合以后，用人工夯實，作底板，目前沒有作滲透性測量，估計達不到1×10-10㎝/s?！憬斯I(yè)771礦的尾礦堆浸場，最早是采用在混凝土上澆一層熱瀝青作底板。3.4.2筑堆及其設備礦石筑堆是堆浸法的一項重要工藝。筑堆質量的好壞與浸出效果有直接的關系。礦堆的任何形狀及尺寸，取決于礦石的性質、塊度、堆場面積、堆場規(guī)模及地形地貌等因素而定。3.4.2.1筑堆設備常用的筑堆設備有：推土機、大型后卸式汽車、皮帶運輸機、鏟運機、弧形筑堆機、還有前端式裝載機、電扒等。3.4.2.2筑堆方法筑堆方法有多種叫法，教材中講的有：多堆法、多層法、斜坡法、移動橋式吊車法四種，我們根據(jù)其工藝特點、步驟、重點講述如下三種：（1）后退式筑堆法及設備：（即書中的多堆法）如下圖示目前，在一些大型的堆浸場一般采用后退式筑堆法較多，這種方法的特點是：先從距供礦點距離最遠處開始筑堆，而逐漸筑起的礦堆則慢慢向供礦點靠近。如下圖所示。筑堆的步驟、方法：①將礦石從供礦點用機械輸送到堆場最遠端部下，即開始筑堆。用于輸送的設備主要有：后卸式汽車、前端式裝載機、皮帶運輸機、弧形筑堆機，還可以使用小的雙輪手堆車等。②當堆場的一部分堆達到設計高度后，輸送礦石的機械開始后退，并緊靠著礦堆繼續(xù)卸礦，如此依次后退卸礦、筑堆，從而使礦堆不斷延伸擴大形成一個符合設計要求的堆場為止。后退式筑堆法的優(yōu)點是：1、可以避免或減輕礦堆被機械或人工的反復行走而壓實；2、可以減少礦石的離析作用（皮帶運輸例外）；3、能保持礦堆自然形成的特性，特別是滲透性。（2）前進式筑堆法及設備：（即書中的斜坡道筑堆法相似）這種筑堆方法一般用于中小型堆場或少數(shù)的大型堆場。這種方法的特點是筑堆設備需在已筑好的部分礦堆