CN116240406A - 一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地浸采铀技术领域，尤其涉及一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法。所述方法为：液态CO2及液态O2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散CO2及O2；气态分散CO2及O2和溶浸液混合；CO2气体大部分溶解于溶浸液中，O2少部分溶解，大部分以O2气泡形式存在，形成含有毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液；所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液进行微纳米气泡处理，使弱酸性溶浸液中的毫米级O2气泡形成微纳米气泡，得到含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂；所述含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂注入矿层内，实现铀矿物浸出。本发明提高了氧气的利用效率及铀矿层氧化效果，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及地浸采铀技术领域，尤其涉及一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法。
背景技术
当前地浸采铀主流工艺分为酸法地浸(硫酸+双氧水)和中性浸出(CO2+O2浸出)两种工艺，CO2+O2浸出工艺因其环保效益好而成为优先采用的浸铀工艺，对碳酸盐含量高、地下水矿化度高的砂岩铀矿开发有很强的适用性。在中性浸出过程中，试剂中的CO2和O2均为气态，需要溶于水才能与铀矿石发生化学反应。CO2的作用是调节浸出剂的pH值，同时促进矿层中碳酸盐矿物的溶解；O2或者CO2及O2混合物的加入，是通过在地表建立的CO2和O2液化气体站及配套的加气管道，随同注入液一起通过注液钻孔注入含矿层，形成含CO2和O2的浸出剂。CO2的加入量一般为100～1000mg/L，O2的加入量一般为100～500mg/L；CO2加入及溶解都相对容易，O2的加入和溶解受注液流量和注液压力的影响，溶解度差，氧气气泡的大小约为毫米～微米之间，易析出，O2在该浸出工艺中存在较大浪费，对矿层的氧化效果较差，严重影响了砂岩铀的氧化浸出。针对上述问题，提高O2的利用效率，为砂岩铀矿提供一种强化氧化浸出方法十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，提高了采铀过程中氧气的利用效率及铀矿层氧化效果。
本发明提供了一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，包括以下步骤：
步骤S1：液态CO2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散CO2；
液态O2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散O2；
气态分散CO2，气态分散O2和溶浸液混合；
CO2气体大部分溶解于溶浸液中，O2少部分溶解，大部分以O2气泡形式存在，形成含有毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液；
步骤S2：所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液进行微纳米气泡处理，使弱酸性溶浸液中的毫米级O2气泡形成微纳米气泡，得到含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂；
步骤S3：所述含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂注入矿层内，实现铀矿物的浸出。
优选地，所述步骤S2中，
所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液通过气液混合型微纳米气泡发生器，在压力作用下高速旋转，高速旋转的液体和气体混合物在压力下从微纳米气泡发生器的特定喷射口喷出，形成微米、纳米级气泡，O2气泡进一步分散和缩小。
优选地，所述步骤S3中，
所述含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂注入矿层内，使矿层中的四价铀加速氧化，实现铀矿物的浸出。
优选地，铀矿物浸出后，还包括：
将矿物浸出后的浸出液抽出，采用树脂吸附的方法将浸出液中的铀提取出来，
吸附后的吸附尾液返回步骤S1，补充入溶浸液中。
优选地，所述微纳米气泡的粒径为20纳米～900纳米。
优选地，所述步骤S1中，
溶浸液送至各采区集中控制室；
液态CO2经恒压气化器汽化、通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器进行气体分散，得到气态分散CO2，加入集中控制室内的采区注液主管道；
液态O2经恒压气化器汽化、通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器进行气体分散，得到气态分散O2，加入集中控制室内的采区注液主管道；
气态分散CO2，气态分散O2和溶浸液在采区注液主管道内混合。
与现有技术相比，本发明的采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，提升了浸出工艺中O2的使用效果，改变了O2加入方式和溶解状态，使O2在浸出剂中粒径达到几十纳米～几百纳米；充分利用了微纳米气泡相对于毫米级和微米级气泡更优的溶解效率、传质效率，提升了浸出工艺中O2的溶解度，同时也使得一些低流量注液孔的O2加入变得顺畅；充分利用了微纳米气泡相对于毫米级和微米级气泡更大的比表面积，提高了浸出工艺中O2对矿层的氧化能力；充分利用了微纳米气泡相对于毫米级和微米级气泡更慢的上升速度，提升了提高了浸出工艺中O2的利用效率。综合以上O2微纳米气泡对浸出工艺的铀矿层氧化效果的提升，使得铀矿石氧化更快、浸出过程中原材料O2的消耗量更低。
附图说明
图1表示实施例一中采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法的流程图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
本发明的实施例公开了一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，包括以下步骤：
步骤S1：液态CO2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散CO2；
液态O2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散O2；
气态分散CO2，气态分散O2和溶浸液混合；
CO2气体大部分溶解于溶浸液中，O2少部分溶解，大部分以O2气泡形式存在，形成含有毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液；
所述溶浸液为提取铀后的吸附尾液。
在实际地浸采铀过程中，
溶浸液送至各采区集中控制室；
液态CO2经恒压气化器汽化、通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器进行气体分散，得到气态分散CO2，加入集中控制室内的采区注液主管道；
液态O2经恒压气化器汽化、通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器进行气体分散，得到气态分散O2，加入集中控制室内的采区注液主管道；
气态分散CO2，气态分散O2和溶浸液在采区注液主管道内混合。
CO2气体较好的溶解于溶浸液中，形成CO2·H2O及H2CO3；
O2少部分溶解，大部分以O2气泡形式存在，气泡粒径毫米级，少部分可至微米级。
步骤S2：所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液进行微纳米气泡处理，使弱酸性溶浸液中的毫米级O2气泡形成微纳米气泡，得到含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂；
所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液通过气液混合型微纳米气泡发生器，在压力作用下高速旋转，高速旋转的液体和气体混合物在压力下从微纳米气泡发生器的特定喷射口喷出，形成微米、纳米级气泡，O2气泡进一步分散和缩小。
所述微纳米气泡的粒径为20纳米～900纳米。
步骤S3：所述含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂注入矿层内，使矿层中的四价铀加速氧化，实现铀矿物的浸出。
O2的微纳米气泡形成后，受气泡自身增压影响，O2在溶液中的溶解度大大提高，以大气压为假定条件计算的气体饱和溶解条件不再适合微纳米气泡的溶解度计算；并且，微纳米气泡在水中的溢出速度大大降低，也即溶解氧的稳定性极大增强。
由于O2微纳米气泡表面带电，且比表面积更大，微气泡破裂瞬间，气液界面上聚集的高浓度离子可激发水溶液产生大量羟基自由基，这种具有超高的氧化还原电位的羟基自由基极大提升了浸出剂的氧化能力，实现含矿中四价铀矿物的快速氧化。
铀矿物浸出后，还包括：
将矿物浸出后的浸出液抽出，浸出液中的氧含量是常规加氧浸出工艺的3～8倍，且稳定性更好，采用树脂吸附的方法将浸出液中的铀提取出来；
吸附后的吸附尾液返回步骤S1，补充入溶浸液中。
本发明的基本原理为：
利用O2微纳米气泡“小、重、长、活、多”的特性，即粒径小，易溶于水，溶解度增大；密度高，单位体积占比的质量大，不易溢出及寿命长的特性；比表面积大，且表面带负电，形成羟基自由基、氧化性极强的特性；同时，气泡小，液态O2气化后，经过微纳米气泡发生器，使得气泡体积缩小、气泡数量增加，在溶液中的分散性更好，溶解度提高的同时，氧化性能得到进一步提高。以上微纳米气泡的特性，作用于CO2+O2原地浸出工艺中，改善了浸出过程中的关键环节—铀矿物的氧化浸出。具体表现为：大面积的气液固表面相互接触，加速了铀矿物的氧化溶解；提高了氧气的溶解效率，因而也降低了浸出过程中的氧气消耗量。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的采用微纳米气泡的砂岩铀矿浸出方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
如图1所示，
步骤1，溶浸液经由注液总管和采区注液主管输送至各采区集中控制室；
井场地面液态CO2气体供应站的液态CO2经恒压气化器气化后，通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器加入集中控制室内的采区注液主管道；
井场地面液态O2气体供应站的液态O2经恒压气化器气化后，通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器加入集中控制室内的采区注液主管道；
步骤2，含有大量毫米级O2气泡的弱碳酸水经过气液混合型微纳米气泡发生器/发生装置；
步骤3，含有较大O2气泡(气泡粒径毫米级～微米级)的浸出剂通过气液混合型微纳米气泡发生器，在压力作用下高速旋转，高速旋转的液体和气体混合物在适当的压力下从微纳米气泡发生器的特定喷射口喷出，形成大量微米、纳米级气泡，使上一步骤中的O2气泡进一步分散和缩小；
步骤4，含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂随每个注液支管注入含铀矿层；
步骤5，含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂与含铀矿岩发生氧化反应，实现含矿中四价铀矿物的快速氧化；
步骤6，由注入井注入的浸出剂与矿岩发生化学反应后形成浸出液，经抽出井抽出至地表；
步骤7，含铀浸出液抽出后汇聚到铀矿山的水冶厂并完成溶液中铀的提取；
步骤8，经水冶厂吸附后的吸附尾液，汇聚于配液池，做为下一个溶液循环起点。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：液态CO2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散CO2；
液态O2经汽化、计量质量后，进行气体分散，得到气态分散O2；
气态分散CO2，气态分散O2和溶浸液混合；
CO2气体大部分溶解于溶浸液中，O2少部分溶解，大部分以O2气泡形式存在，形成含有毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液；
步骤S2：所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液进行微纳米气泡处理，使弱酸性溶浸液中的毫米级O2气泡形成微纳米气泡，得到含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂；
步骤S3：所述含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂注入矿层内，实现铀矿物的浸出。
2.根据权利要求1所述的采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，其特征在于，所述步骤S2中，
所述含有大量毫米级O2气泡的弱酸性溶浸液通过气液混合型微纳米气泡发生器，在压力作用下高速旋转，高速旋转的液体和气体混合物在压力下从微纳米气泡发生器的特定喷射口喷出，形成微米、纳米级气泡，O2气泡进一步分散和缩小。
3.根据权利要求1所述的采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，其特征在于，所述步骤S3中，
所述含溶解态的CO2和O2微纳米气泡的浸出剂注入矿层内，使矿层中的四价铀加速氧化，实现铀矿物的浸出。
4.根据权利要求3所述的采用微纳米气泡的强氧化砂岩铀矿浸出方法，其特征在于，铀矿物浸出后，还包括：
将矿物浸出后的浸出液抽出，采用树脂吸附的方法将浸出液中的铀提取出来，
吸附后的吸附尾液返回步骤S1，补充入溶浸液中。
5.根据权利要求1所述的采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，其特征在于，所述微纳米气泡的粒径为20纳米～900纳米。
6.根据权利要求1所述的采用微纳米气泡的砂岩铀矿强氧化浸出方法，其特征在于，所述步骤S1中，
溶浸液送至各采区集中控制室；
液态CO2经恒压气化器汽化、通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器进行气体分散，得到气态分散CO2，加入集中控制室内的采区注液主管道；
液态O2经恒压气化器汽化、通过气体流量计进行质量计量，然后通过气体分散器进行气体分散，得到气态分散O2，加入集中控制室内的采区注液主管道；
气态分散CO2，气态分散O2和溶浸液在采区注液主管道内混合。
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