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新疆蒙其古尔矿床是我国主要的天然铀生产基地,矿层碳酸盐和黄铁矿含量高且分布不均,尽管采用较为温和的CO2+O2中性浸出工艺,但仍存在化学堵塞风险。为了解决既有效浸铀、又避免化学堵塞的难题,本论文对该矿床CO2+O2中性地浸过程中铀的浸出和元素迁移机理进行研究,先后开展了室内“矿层水+NH4HCO3+CO2+O2”与“尾液+CO2+O2”静态浸泡试验,以及野外现场“两抽六注”的CO2+O2地浸条件试验,运用矿物学、水文地球化学和地下水动力学、数值模拟等研究方法,对蒙其古尔矿床CO2+O2中性地浸体系铀的浸出特征和影响机制以及U、Fe、S、C、Ca、Mg等元素在流体与矿物之间迁移转化规律进行了系统研究。
该矿床铀矿物主要为沥青铀矿,含有少量的铀石和钛铀矿,矿物形式和赋存状态适宜CO2+O2中性浸出。在中性地浸体系中,铀的浸出及迁移强度与矿石品位、注抽比、氧化强度、HCO3-离子浓度呈正相关关系。
在CO2+O2浸出的固-液-气三相相互作用过程中,各种元素从固相向液相中迁移的强度不同,49.6%-53.1%的Fe被氧化进入溶液后全部发生沉淀,17.6%的S从矿物相迁移到溶液中以SO42-的形式存在,且未发生沉淀;Ca在水溶CO2的作用下从矿物相向溶液迁移,当pH值高于6.6时发生了再沉淀,K、Na、Mg、Al等元素迁移强度弱于Fe和S元素。
在CO2+O2地浸水岩体系中,注液HCO3-最快14~15天抵达抽液井,60天形成由注液控制的稳定渗流场,而H+运移滞后于HCO3-,H+最快26天抵达抽液井,110天形成稳定的弱酸性环境,HCO3-和H+分别是地浸水动力渗流场和弱酸性化学场形成和稳定过程良好指标。HCO3-及SO42-的前锋与渗流前锋同期抵达抽液井,表明这些组分运移基本无阻滞,H+、Ca2+及Mg2+的运移显著滞后于溶液渗流,反映出H+在运移中被消耗,而Ca2+、Mg2+在运移中发生沉淀。
将CO2和O2的加入量分别控制在550~700mg/L和200~300mg/L,可以使浸出体系的HCO3-浓度不低于800mg/L、pH值在6.2~6.5、Eh在200mV以上,即可满足铀的有效浸出与溶解运移,又可避免发生硫酸钙和碳酸钙沉淀,是适合于蒙其古尔矿床的合理工艺参数。
该矿床铀矿物主要为沥青铀矿,含有少量的铀石和钛铀矿,矿物形式和赋存状态适宜CO2+O2中性浸出。在中性地浸体系中,铀的浸出及迁移强度与矿石品位、注抽比、氧化强度、HCO3-离子浓度呈正相关关系。
在CO2+O2浸出的固-液-气三相相互作用过程中,各种元素从固相向液相中迁移的强度不同,49.6%-53.1%的Fe被氧化进入溶液后全部发生沉淀,17.6%的S从矿物相迁移到溶液中以SO42-的形式存在,且未发生沉淀;Ca在水溶CO2的作用下从矿物相向溶液迁移,当pH值高于6.6时发生了再沉淀,K、Na、Mg、Al等元素迁移强度弱于Fe和S元素。
在CO2+O2地浸水岩体系中,注液HCO3-最快14~15天抵达抽液井,60天形成由注液控制的稳定渗流场,而H+运移滞后于HCO3-,H+最快26天抵达抽液井,110天形成稳定的弱酸性环境,HCO3-和H+分别是地浸水动力渗流场和弱酸性化学场形成和稳定过程良好指标。HCO3-及SO42-的前锋与渗流前锋同期抵达抽液井,表明这些组分运移基本无阻滞,H+、Ca2+及Mg2+的运移显著滞后于溶液渗流,反映出H+在运移中被消耗,而Ca2+、Mg2+在运移中发生沉淀。
将CO2和O2的加入量分别控制在550~700mg/L和200~300mg/L,可以使浸出体系的HCO3-浓度不低于800mg/L、pH值在6.2~6.5、Eh在200mV以上,即可满足铀的有效浸出与溶解运移,又可避免发生硫酸钙和碳酸钙沉淀,是适合于蒙其古尔矿床的合理工艺参数。