一种铀的CO₂加O₂原地浸出开采处理方法

专利名称：一种铀的CO₂加O₂原地浸出开采处理方法
技术领域：
本发明涉及一种地浸采铀浸出溶液处理工艺，具体涉及一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法。
背景技术：
原地浸出采铀是通过从地表钻进至含矿层的注液井将按一定比例配好的溶浸液注入到矿层，注入的溶浸液与矿石中的有用成分接触发生化学反应，生成的可溶性化合物在扩散和对流作用下离开化学反应区进入沿矿层渗透迁移的溶液液流中形成浸出液；浸出液经过矿层从抽液井提升至地表，抽出的浸出液输送至回收车间进行离子交换等工艺处理，最后得到合格产品。原地浸出采铀方法广泛适用于可渗透砂岩型铀矿床，是一种集采、冶于一体的新型铀矿开采方法。
原地浸出采铀由地下浸出和浸出液处理两大部分组成。在矿体浸出部分可依据选择的溶浸液的不同分两类酸法地浸和碱法地浸。酸法地浸就是使用酸性溶液作为溶浸剂的地浸过程。可作为酸法地浸溶浸剂的试剂有硫酸、硝酸、盐酸等。碱法地浸是采用碱性溶液作为溶浸剂的地浸过程。可作为碱法地浸的溶浸剂主要有碳酸钠、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸氢铵等。酸法容易造成地下矿层的堵塞，酸碱法都不同程度的造成了地下水的污染。目前，鉴于酸法和碱法浸出存在的不足，以酸法地浸采铀技术著称的独联体国家针对碳酸盐含量较高的(以CO2大于2%)的铀矿床展开低酸浸出工艺研究，即利用低浓度的硫酸溶液、同时采用空气作为氧化剂与矿石中的碳酸盐反应生成HCCV，HCCV再与矿石中的铀矿物反应，生成碳酸铀酰；以碱法地浸采铀技术著称的美国开展了弱碱性浸出的研究，使用CO2同时适当加入一定量的碳酸氢钠。但是针对铀矿床矿石中碳酸盐含量大于2%,地下水高矿化度(5 12g/L)，高碳酸氢根(2. O 3. Og/L)，上述弱酸法、弱碱法浸出都无法避开矿层的堵塞问题，矿体浸出作业无法有效实施。我国有大量的低品位、低渗透砂岩型铀矿床，其含铀矿物中碳酸盐含量高、含矿含水层中的碳酸氢根高，在这类矿体时使用传统地浸采铀方法出现了各种问题。使用常规的酸浸技术，矿石中的碳酸岩含量较闻，浸出酸耗大，酸化周期长，矿石与地下水中耗酸物质多，PH值下降缓慢，达到铀浸出的条件需要较长的时间，且造成了地下水环境的污染。另一方面，在这种含铀矿层中碳酸盐含量较高，碱法需要配制的大量的溶浸剂，注入地下后也改变了地下水的成分，同时，浸出也容易出现地层堵塞。使用碱法浸出工艺著称的美国，其碱法浸出方案都保持在PH值在8. 2 8. 3。然而，碱性碳酸盐浸出在地下形成了粘土肿胀，与粘土成分交换阳离子，如钠，从浸出液中的钙离子交换，导致浸出液中碳酸钙的形成。并在后续的浸出液处理过程中形成结垢，影响生产的正常进行。其浸出液后处理时，树脂吸附浓度低，传统的直接加碱沉淀法，碱耗过高。淋洗后的贫树脂上残留有大量的氯根离子或者其他离子，尾液循环时，会注入地下水系，影响地下矿物中铀的浸出效果。此外，还会影响树脂的再吸附，需要对淋洗后的贫树脂进行转型。

发明内容
为克服了以上的缺陷，本发明提供了一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，避免了使用酸、碱法地浸采铀时造成的地下含矿含水层堵塞和地下水污染问题。实现本发明目的的技术方案一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其包括如下步骤(I)溶浸液加入O2后通过注液管道注入地下含矿含水层，溶浸液的注液压力控制在I. 5Mpa I. 6Mp, O2的加入压力高于溶浸液的注液压力O. I O. 2Mpa ;根据地下溶浸进度阶段的不同，采用不同的加氧浓度进行溶浸液的配制；具体步骤为初期浸出，溶浸液中注氧浓度为400 500mg/L，当浸出液中的残余氧浓度在10mg/L左右时，注氧浓度降低到200mg/L ;当浸出率达到6(Γ70%时，注氧浓度降至5(Tl50mg/L，直至浸出结束；所述的溶浸液为含碳酸氢根型地下水；(2)向步骤(I)浸出所得的含铀的浸出液中加入CO2,以调节pH值至7 8 ；C02加入量为100 300mg/L，CO2加入压力高于浸出液管道压力O. I O. 2Mpa ；(3)对步骤(2)所得的含铀的浸出液进行离子交换吸附，采用大孔苯乙烯系强碱性·阴离子交换树脂，吸附后得到饱和树脂和吸附尾液；(4)对步骤(3)所得的饱和树脂采用淋洗剂进行淋洗，所述的淋洗剂为15 20g/L的NaHCO3和80 120g/L的NaCl的混合溶液；然后对得到的碳酸铀酰离子溶液进行解析，即向碳酸铀酰离子溶液中加入盐酸，待驱赶CO2酸化到pH=4. O 5. O时，停止加入盐酸；再加入氢氧化钠调节pH至12. O 13. O,常温沉淀,沉淀时间6 12h,下层得到Na2U2O7沉淀浆体，上层溶液为沉淀母液。如上所述的一种铀的0)2加02原地浸出开采处理方法，其步骤(3)中采用两个串联的承压吸附塔进行顺流带压离子交换吸附铀，其中第一个吸附塔内压力在O. 2MPa^0. 3MPa，第二个吸附塔内压力小于O. IMpa0如上所述的一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其步骤(4)淋洗结束后，利用吸附尾液转型再生树脂，即用压缩空气将吸附塔内溶液吹干，使用吸附尾液反冲树脂床，尾液通过树脂的流速为4 6BV/h，使树脂塔中的树脂充分分布均匀，除去大部分树脂颗粒间残留的杂物和解吸剂成分，观察反冲废水至清澈为止；再将吸附尾液以流速O. 5 lBV/h通过树脂床，进行树脂再生，时间为I 2小时，用清水顺流冲洗树脂约I 2小时，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。如上所述的一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其步骤(4)所得的含Na2CO3^ NaCl和NaOH的沉淀母液配制为淋洗树脂用的淋洗剂，若母液中氯根离子浓度小于淋洗剂要求的浓度，则加盐酸调节PH到淋洗剂范围内，加入氯化钠调节母液化学成份为淋洗剂所要求的范围，同时补加碳酸氢钠至淋洗剂要求浓度值，返回做淋洗剂，循环使用。本发明的效果在于本发明对铀的浸出液在进行离子交换吸附前加入二氧化碳气体，加入二氧化碳后可降低浸出液PH，增加浸出液中U02(C03) 22_的百分率，因而能更有效地提高树脂的饱和铀容量，减轻了吸附时树脂层的板结。同时，提高尾液中的碳酸氢根浓度，直接形成了有效的溶浸液，可注入地下循环使用。相对传统的其它酸碱法地浸工艺需要专门的溶浸剂配制工序，本发明一体化了离子交换吸附和溶浸剂的配制工序，简化了操作步骤，优化了生产工艺技术。本发明是一种经济合理的地浸采铀工艺方法。CO2水溶浸剂优于碳酸铵/碳酸氢铵等碱法浸出系统，因为碳酸铵/碳酸氢铵会通过铵离子与含于地层内粘土中的钙、钠离子交换，提高了地下水的矿化度，造成了地下水的污染，还易造成矿层堵塞，不利于金属的浸出过程。本发明打破常规，分析了 CO2 + O2浸出液经过大孔苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂吸附后，其中含有的hco3_离子浓度较高，利用其中丰富的hco3_离子可以对解吸后的树脂进行转型再生，工艺合理，操作简便，再生的效果极佳，经过再生的大孔树脂能恢复到较好的吸附性能，且保持稳定，有长效性。后续的解吸率也有所提高。与传统的沉淀方式相比较，本发明处理铀酰离子的合格溶液时，省去了高温加热设备，使得能耗、设备投入大大降低，降低了碱耗，细化了控制参数，节省了碱的消耗，降低了生产成本，同时，沉淀母液可转化做淋洗剂循环使用，最大化的减少了外排污染，本发明 工艺操作简单，生产成本低,为企业降低了生产成本,提高了生产效率。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明所述的一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法作进一步描述。实施例I某含铀含水层地下水化成分类型以HCO3-Na和HCO3 *C1-Na型为主，含铀层顶底板主要为泥岩，厚度较稳定，隔水性能较好。矿化度3. 5g/L，水温15°C，pH值6. 8，Eh 150mv,HC03_ 2000mg/L, 02〈2mg/L，水文地球化学环境处于弱氧化-还原过渡带状态。采用本发明所述的一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其包括如下步骤(I)溶浸液为天然的碳酸氢根型地下水(矿床地下水中HC03_含量为2000mg/L、pH值在6. 8)，向该溶浸液加入O2后通过注液管道注入地下含矿含水层，溶浸液的注液压力控制在L 6Mp，O2的加入压力高于溶浸液的注液压力O. 2Mpa ;根据地下溶浸进度阶段的不同，采用不同的加氧浓度进行溶浸液的配制；具体步骤为初期浸出，溶浸液中注氧浓度为500mg/L，当浸出液中的残余氧浓度在10mg/L左右时，注氧浓度降低到200mg/L ;当浸出率达到60%时，注氧浓度降至150mg/L，直至浸出结束，停止加氧。形成的浸出液含[UO2 (CO3) 3]4-和[UO2 (CO3) 2]2-，抽出浸出液至地表，送至水冶工序进行处理。(2)步骤(I)所得的含铀的浸出液中铀浓度为45mg/L，向该浸出液中加入CO2,以调节PH值至8 ；C02加入量为300mg/L，CO2加入压力高于浸出液管道压力O. 2Mpa。(3)对步骤(2)所得的含铀的浸出液进行离子交换吸附，采用大孔苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂，吸附后得到饱和树脂和吸附尾液；离子交换吸附金属采用两吸附塔串联承压吸附，其中首塔承压O. 3MPa，次塔O. IMpa，两塔串联顺流带压吸附。(4)对步骤(3)所得的饱和树脂采用淋洗剂进行淋洗，所述的淋洗剂为16g/L的NaHCO3和80g/L的NaCl的混合溶液；然后对得到的碳酸铀酰离子溶液进行解析，即向碳酸铀酰离子溶液中加入盐酸，待驱赶CO2酸化到pH=4. 4时，停止加入盐酸；再加入氢氧化钠调节pH至12. 5，常温沉淀，沉淀时间6h，下层得到Na2U2O7沉淀浆体，上层溶液为沉淀母液。步骤(4)淋洗结束后，利用吸附尾液转型再生树脂，即用压缩空气将吸附塔内溶液吹干，使用吸附尾液反冲树脂床，尾液通过树脂的流速为6BV/h，使树脂塔中的树脂充分分布均匀，除去大部分树脂颗粒间残留的杂物和解吸剂成分，观察反冲废水至清澈为止；再将吸附尾液以流速lBV/h通过树脂床，进行树脂再生，时间为2小时，用清水顺流冲洗树脂约2小时，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。步骤(4)所得的含Na2C03、NaCl和NaOH的沉淀母液配制为淋洗树脂用的淋洗剂，若母液中氯根离子浓度小于淋洗剂要求的浓度，则加盐酸调节PH到淋洗剂范围内，加入氯化钠调节母液化学成份为淋洗剂所要求的范围，同时补加碳酸氢钠至淋洗剂要求浓度值，返回做淋洗剂，循环使用。本工艺中，在铀浸出液进行离子交换吸附前加入一定量的CO2气体，可以降低浸出液中的PH值，树脂吸附金属铀的容量可提高20mg/mL湿树脂。加二氧化碳后溶液中碳酸氢根浓度提高了 65. 92mg/L，提高了碳酸氢根的浓度，吸附尾液中的碳酸氢根浓度较原液也有所提闻。循环注入地下，浸出液中袖浓度逐步提闻，由起初的45mg. L 1提闻到了 50mg. L 1以上，提高了溶浸液的浸出率。本发明可以使浸出液处理和溶浸液配制一体化，优化了地浸生产工艺，可以降低运营成本和提高生产效率。· 采用淋洗剂(配制为NaHC0316g. Γ1和NaCl 80g. Γ1的混合溶液)对铀的饱和树脂进行淋洗操作，取IL铀的合格液，成份见表I。先搅拌加入盐酸(注本文中提及盐酸均为32%的工业盐酸)40mL，驱赶CO2酸化到pH=4. 4时，这时溶液是氯化铀酰和碳酸铀酰的混合络合物，呈现蛋黄色，停止加酸。表I合格液成份
权利要求
1.一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤 (1)溶浸液加入O2后通过注液管道注入地下含矿含水层，溶浸液的注液压力控制在I.5Mpa I. 6Mp, O2的加入压力高于溶浸液的注液压力O. I O. 2Mpa ;根据地下溶浸进度阶段的不同，采用不同的加氧浓度进行溶浸液的配制；具体步骤为初期浸出，溶浸液中注氧浓度为400 500mg/L，当浸出液中的残余氧浓度在10mg/L左右时，注氧浓度降低到200mg/L ;当浸出率达到6(Γ70%时，注氧浓度降至5(Tl50mg/L，直至浸出结束；所述的溶浸液为含碳酸氢根型地下水； (2)向步骤(I)浸出所得的含铀的浸出液中加入CO2,以调节pH值至7 8；C02加入量为100 300mg/L，CO2加入压力高于浸出液管道压力O. I O. 2Mpa ； (3)对步骤(2)所得的含铀的浸出液进行离子交换吸附，采用大孔苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂，吸附后得到饱和树脂和吸附尾液；·· (4)对步骤(3)所得的饱和树脂采用淋洗剂进行淋洗，所述的淋洗剂为15 20g/L的NaHCO3和80 120g/L的NaCl的混合溶液；然后对得到的碳酸铀酰离子溶液进行解析，即向碳酸铀酰离子溶液中加入盐酸，待驱赶CO2酸化到pH=4. O 5. O时，停止加入盐酸；再加入氢氧化钠调节pH至12. O 13. O,常温沉淀,沉淀时间6 12h,下层得到Na2U2O7沉淀衆体，上层溶液为沉淀母液。
2.根据权利要求I所述的一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其特征在于步骤(3)中采用两个串联的承压吸附塔进行顺流带压离子交换吸附铀，其中第一个吸附塔内压力在O. 2MPa O. 3MPa，第二个吸附塔内压力小于O. IMpa0
3.根据权利要求I所述的一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其特征在于步骤(4)淋洗结束后，利用吸附尾液转型再生树脂，即用压缩空气将吸附塔内溶液吹干，使用吸附尾液反冲树脂床，尾液通过树脂的流速为4 6BV/h，使树脂塔中的树脂充分分布均匀，除去大部分树脂颗粒间残留的杂物和解吸剂成分，观察反冲废水至清澈为止；再将吸附尾液以流速O. 5 lBV/h通过树脂床，进行树脂再生，时间为I 2小时，用清水顺流冲洗树脂约I 2小时，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。
4.根据权利要求I所述的一种铀的0)2加02原地浸出开采处理方法，其特征在于步骤(4)所得的含Na2C03、NaCl和NaOH的沉淀母液配制为淋洗树脂用的淋洗剂，若母液中氯根离子浓度小于淋洗剂要求的浓度，则加盐酸调节PH到淋洗剂范围内，加入氯化钠调节母液化学成份为淋洗剂所要求的范围，同时补加碳酸氢钠至淋洗剂要求浓度值，返回做淋洗剂，循环使用。
全文摘要
本发明提供一种铀的CO2加O2原地浸出开采处理方法，其步骤为(1)溶浸液加入O2后通过注液管道注入地下含矿含水层，根据地下溶浸进度阶段的不同，采用不同的加氧浓度进行溶浸液的配制；(2)向含铀的浸出液中加入CO2，CO2加入量为100～300mg/L；(3)对含铀的浸出液进行离子交换吸附，采用大孔苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂，吸附后得到饱和树脂和吸附尾液；(4)对饱和树脂采用淋洗剂进行淋洗，然后对得到的碳酸铀酰离子溶液进行解析，得到Na2U2O7沉淀浆体和沉淀母液。本发明省去了高温加热设备，使得能耗、设备投入大大降低，降低了碱耗，细化了控制参数，节省了碱的消耗，降低了生产成本。
文档编号E21B43/28GK102900418SQ201210409189
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者苏学斌, 刘乃忠, 杜志明, 郭忠德, 沈红伟, 程宗芳, 李建华, 牛玉清, 王晓东, 廖文胜, 谭亚辉, 成弘, 姚益轩, 王云霞, 马连春, 杨少武, 张万亮, 原渊, 张永明 申请人:核工业北京化工冶金研究院