CN115612869B - 一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，涉及原地浸出采铀技术领域。本发明以CO2为催化反应介质，KI、NaNO2和NaVO3中的一种或几种为催化剂，O2为氧化剂制备强化浸出剂，对含铀砂岩储层进行二次强化浸出，提高含铀浸出液中的铀浓度。本发明能够解决中性地浸铀矿山浸采中后期铀浓度低、资源回收率低的问题，优化地浸采铀技术。
Description
技术领域
本发明涉及原地浸出采铀技术领域，具体涉及一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法。
背景技术
原地浸出技术体系的建立，不仅将过去一直视为“呆矿”的我国北方低品位砂岩型铀矿床，转型为具有可经济开采价值的铀资源，而且也克服了低渗透、高碳酸盐、高矿化度砂岩型铀资源的高效、安全和绿色开采问题。同时，促进了铀矿勘探和采冶的技术进步和结构调整，创造了重大的国防、环保、经济和社会效益，为我国大量低品位、低渗透、高碳酸盐、高矿化度砂岩型铀矿资源的经济开发利用提供了新技术。
经过数十年的生产实践，地浸矿山在开发过程中，受矿床勘探程度偏低、勘查工程间距不合理、资源级别不准确、矿层划分及圈连不合理、储量估算参系数不合理、开采工艺问题、压减成本等多方面因素影响，普遍存在资源利用率(矿山企业实际采出量/地勘单位提交量)过低的问题，对保持产能稳定、提高天然铀供应保障能力带来不利影响。这些问题的直观表现是：(1)处于中后期的采区，浸出原液铀浓度下降速率显著加快，低浓度维持时间很长，亦即，浸出中后期“拖尾”现象非常严重；(2)在吸附回收过程，由于浸出液浓度降低，直接造成离子交换树脂的饱和容量显著降低；(3)后续饱和树脂淋洗合格液的铀浓度低，造成沉淀效率低、产品过滤难度增大。伴生的问题还有，产品动力成本大幅上升，约为初期的6倍，中期的3～4倍；水冶工艺的试剂消耗大，工艺废水量增加。
以上这些问题的核心是浸出单元或采区的资源未能有效开采、铀浓度及浸出率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，本发明能够解决中性地浸铀矿山浸采中后期铀浓度低、资源回收率低的问题，优化地浸采铀技术。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，包括以下步骤：
(1)使地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量≥800mg/L；
(2)向注液主管道中注入CO2和O2，得到包含CO2和O2的浸出剂；
(3)将催化剂溶液注入含有浸出剂的注液主管道中，得到强化浸出剂；所述催化剂溶液中的催化剂包括KI、NaNO2和NaVO3中的一种或几种；
(4)将所述强化浸出剂注入含铀砂岩储层，进行化学反应，得到含铀浸出液。
优选地，步骤(2)所述CO2的注入压力高于注液压力0.1～0.2MPa；所述CO2的加入浓度为300～800mg/L。
优选地，步骤(2)所述O2的注入压力高于注液压力0.1～0.2MPa；所述O2的加入浓度为200～600mg/L。
优选地，步骤(3)所述强化浸出剂中催化剂的浓度为200～600mg/L。
优选地，步骤(3)所述催化剂溶液的注入压力为1.0～1.5MPa。
优选地，得到含铀浸出液后还包括：将所述含铀浸出液进行离子交换吸附处理，得到铀和地浸铀矿山水冶吸附尾液。
优选地，当所述含铀浸出液中催化剂的浓度和步骤(3)注液主管道中催化剂的浓度持平时，停止加入催化剂溶液，二次强化浸出过程结束。
本发明提供了一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，包括以下步骤：
(1)使地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量≥800mg/L；(2)向注液主管道中注入CO2和O2，得到包含CO2和O2的浸出剂；(3)将催化剂溶液注入含有浸出剂的注液主管道中，得到强化浸出剂；所述催化剂溶液中的催化剂包括KI、NaNO2和NaVO3中的一种或几种；(4)将所述强化浸出剂注入含铀砂岩储层，进行化学反应，得到含铀浸出液。在本发明中，当中性地浸铀矿山运行至中后期，采区铀浓度低于10mg/L、浸出率未达到设计值，面临退役时，CO2既作为浸出剂又作为催化反应介质，KI、NaNO2和NaVO3中的一种或几种为催化剂，O2为氧化剂制备强化浸出剂，对含铀砂岩储层进行二次强化浸出，提高含铀浸出液中的铀浓度。本发明能够增加资源回收率，增加天然铀供给。
附图说明
图1为本发明中性地浸铀矿山二次强化浸出的工艺流程图；
图2为实施例1的A采区实施效果图；
图3为实施例2的B采区实施效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，包括以下步骤：
(1)使地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量≥800mg/L；
(2)向注液主管道中注入CO2和O2，得到包含CO2和O2的浸出剂；
(3)将催化剂溶液注入含有浸出剂的注液主管道中，得到强化浸出剂；所述催化剂溶液中的催化剂包括KI、NaNO2和NaVO3中的一种或几种；
(4)将所述强化浸出剂注入含铀砂岩储层，进行化学反应，得到含铀浸出液。
本发明使地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量≥800mg/L。本发明将吸附尾液中的HCO3 -含量控制在上述范围，能够保证铀酰离子络合反应的进行。在本发明中，中性地浸铀矿山采用二氧化碳加氧气浸出工艺开采中后期，采区平均铀浓度低于10mg/L，浸出率低于设计值时，进行二次强化浸出。
在本发明中，当地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量低于800mg/L时，向地浸铀矿山水冶吸附尾液中补加NH4HCO3或NaHCO3，使地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量≥800mg/L。
本发明向注液主管道中注入CO2和O2，得到包含CO2和O2的浸出剂。本发明优选通过采区气体供应站向二次强化浸出采区的注液主管道中注入CO2和O2。
在本发明中，所述CO2的注入压力优选高于注液压力0.1～0.2MPa；所述CO2的加入浓度优选为300～800mg/L，更优选为400～600mg/L。
在本发明中，所述O2的注入压力优选高于注液压力0.1～0.2MPa；所述O2的加入浓度优选为200～600mg/L，更优选为400～450mg/L。在本发明的具体实施例中，以地面井口位置为基准，O2通过加氧软管直接插入注入井的井内100～200m处。
在本发明中，所述包含CO2和O2的浸出剂的pH值优选小于6.5。
得到包含CO2和O2的浸出剂后，本发明将催化剂溶液注入含有浸出剂的注液主管道中，得到强化浸出剂。在本发明中，所述强化浸出剂中催化剂的浓度优选为200～600mg/L，更优选为250～400mg/L。
本发明优选通过管道加液装置注入催化剂溶液。在本发明中，所述催化剂溶液中的催化剂包括KI、NaNO2和NaVO3中的一种或几种，更优选为NaNO2和NaVO3，或者KI和NaNO2。在本发明中，所述催化剂溶液的溶剂优选为吸附尾液及含矿含水层层间水。在本发明中，所述催化剂溶液的注入压力优选为1.0～1.5MPa，更优选为1.2MPa。
在本发明中，所述含有浸出剂的注液主管道优选为二次强化浸出采区的注液主管道。
得到强化浸出剂后，本发明将所述强化浸出剂注入含铀砂岩储层，进行化学反应，得到含铀浸出液。在本发明中，所述化学反应的具体过程包括：
浸出剂中的O2作为氧化剂氧化U(Ⅳ)形成U(VI)的反应为：
UO2(s)+O2→UO2O→UO3
反应过程涉及气液固三相，其反应速率受氧气在溶液中的溶解度影响较大，致使反应速率较慢。因此在浸出中后期，多数采区存在低浓铀(<10mg/L)运行。
催化剂的加入，在CO2溶解所提供的弱酸环境下，使得氧气以一种氧化性能更强的形式存在，加快了铀氧化浸出反应速率，即加快了O2氧化U(Ⅳ)形成U(VI)速率，进一步提高铀浸出率及反应速率。
在本发明中，得到含铀浸出液后优选还包括：将所述含铀浸出液进行离子交换吸附处理，得到铀和地浸铀矿山水冶吸附尾液。在本发明的具体实施例中，所述离子交换吸附处理优选在铀水冶厂中进行。
在本发明的具体实施例中，在进行二次强化浸出过程中，CO2和O2、催化剂溶液持续通入注液主管道中，注入含铀砂岩储层，进行正常的地浸采区抽注作业，对各抽出井和采区集合样进行取样分析，分析项目为“铀浓度”和“催化剂浓度”。抽出井的浸出液样每天取样1次，或每2～5天取样1次，分析浸出液中铀浓度及催化剂浓度，统计一段时间内(至少30d)各浸出单元(抽液孔和注液孔组成的抽注单元，一个采区有若干个抽注单元)铀浓度和催化剂的变化趋势，研究不同浸出单元对二次强化浸出的响应情况；对采区集合样每天取样1次，分析含铀浸出液中铀浓度及催化剂浓度，分析变化趋势。
在本发明中，当所述含铀浸出液中催化剂的浓度和注液主管道中催化剂的浓度持平时，停止加入催化剂溶液，二次强化浸出过程结束。
本发明的方法已应用于中性地浸铀矿山待退役终采区中，应用后，浸出液中铀浓度提高15％以上，进一步提升了资源利用率，实现了二次强化浸出。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
某中性地浸铀矿床A采区，自2014年投产运行至今，处于开采中后期。浸出条件为：地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -为2500mg/L，浸出剂中配制的二氧化碳浓度为600mg/L，氧气浓度为400mg/L。浸出过程中，铀浓度由浸出初期的61.5mg/L下降至10mg/L以下，浸出率为65.3％。前期通过提高氧气注入量至600mg/L、二氧化碳的注入量至800mg/L方式，开展初步强化浸出，效果并不明显。采区继续运行成本则不断升高，已无经济效益；若直接退役又造成残余铀资源浪费，采用本发明的方法进行二次强化浸出：
第一步，在采区注液主管道中注入二氧化碳，其中二氧化碳的注入压力高于注液压力0.1～0.2MPa，调节其加入浓度为600mg/L；同步注入氧气，其中氧气的注入压力控制在高于注液压力0.1～0.2MPa，调节其加入浓度为400mg/L；二氧化碳和氧气加入注液主管道中得到浸出剂；
第二步，通过管道加液装置，将溶解的催化剂NaNO2和NaVO3，通过1.2MPa压力注入到含有浸出剂的注液主管道中，得到强化浸出剂，其中NaNO2的浓度为300mg/L，NaVO3的浓度为100mg/L。
第三步，进行正常的地浸采区抽注作业，对各抽出井和采区集合样进行取样分析，分析项目为“铀浓度”和“催化剂浓度”。针对采区集合样进行每天取样，分析铀浓度，如图2所示，运行第7天，含铀浸出液中铀的浓度出现上升，第19天，含铀浸出液中铀的浓度上升至21.1mg/L。
实施例2
某中性地浸铀矿床B采区，自2010年投产运行至今，处于开采中后期。浸出条件为：地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -为680mg/L，浸出剂中二氧化碳浓度为500mg/L，氧气浓度为300mg/L。2019年初，浸出液铀浓度由21.5mg/L下降至5mg/L以下，浸出率为45.3％。随后通过改变氧气注入方式、提高氧气注入量及二氧化碳加入量等方式，开展强化浸出，效果并不明显。低铀浓度导致采区运行成本较高，没有经济效益，提高残余铀资源利用率，采用本发明的方法进行二次强化浸出，如图1所示：
第一步，向尾液回收池中补加一定量的碳酸氢铵，使尾液回收池中HCO3 -浓度至800～1000mg/L。
第二步，在采区注液主管道中注入二氧化碳，其中二氧化碳的注入压力高于注液压力0.1～0.2MPa，调节其加入浓度为600mg/L；同步注入氧气，其中氧气的注入压力控制在高于注液压力0.1～0.2MPa，调节其加入浓度为450mg/L；二氧化碳和氧气加入注液主管道中得到浸出剂；
第三步，向含有浸出剂的注液主管道中加入催化剂KI和NaNO2，得到强化浸出剂，并经注入井注入含铀砂岩储层，控制注液压力在1.0～1.2MPa，其中，KI的浓度为100mg/L，NaNO2的浓度为200mg/L。
第四步，进行正常的地浸采区抽注作业，对各抽出井和采区集合样进行取样分析，分析项目为“铀浓度”和“催化剂浓度”。针对采区集合样进行每天取样，分析铀浓度，如图3所示，运行第7天含铀浸出液中铀的浓度出现上升，第17天，含铀浸出液中铀的浓度上升至16.1mg/L。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，包括以下步骤：
(1)使地浸铀矿山水冶吸附尾液中的HCO3 -含量≥800mg/L；
(2)向注液主管道中注入CO2和O2，得到包含CO2和O2的浸出剂；
(3)将催化剂溶液注入含有浸出剂的注液主管道中，得到强化浸出剂；所述催化剂溶液中的催化剂为NaNO2和NaVO3，或者KI和NaNO2；
(4)将所述强化浸出剂注入含铀砂岩储层，进行化学反应，得到含铀浸出液。
2.根据权利要求1所述的中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，其特征在于，步骤(2)所述CO2的注入压力高于注液压力0.1～0.2MPa；所述CO2的加入浓度为300～800mg/L。
3.根据权利要求1所述的中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，其特征在于，步骤(2)所述O2的注入压力高于注液压力0.1～0.2MPa；所述O2的加入浓度为200～600mg/L。
4.根据权利要求1所述的中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，其特征在于，步骤(3)所述强化浸出剂中催化剂的浓度为200～600mg/L。
5.根据权利要求1或4所述的中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，其特征在于，步骤(3)所述催化剂溶液的注入压力为1.0～1.5MPa。
6.根据权利要求1所述的中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，其特征在于，得到含铀浸出液后还包括：将所述含铀浸出液进行离子交换吸附处理，得到铀和地浸铀矿山水冶吸附尾液。
7.根据权利要求1所述的中性地浸铀矿山二次强化浸出方法，其特征在于，当所述含铀浸出液中催化剂的浓度和步骤(3)注液主管道中催化剂的浓度持平时，停止加入催化剂溶液，二次强化浸出过程结束。
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