堆浸提铀:将采下的铀矿石破碎至一定粒度,堆置于专门建造的堆场,在矿堆上部布液,使铀矿物与化学试剂作用,以离子或络合离子形式由固相转入液相的过程。
全过程:采矿出矿 → 破碎至 -5~8 mm → 建堆场、铺底垫 → 底垫上筑堆 → 布液浸出 →浸出液经吸附、淋洗、沉淀、浓缩转为单质铀(造粒属非常规工序)。
工艺特点:一是不加氧化剂,靠矿石自身含铁(或添加黄铁矿)与自然氧化,浸出时间长;二是溶浸液在矿堆内呈非饱和流,属渗滤浸出。
①浸出性能好的花岗岩型铀矿石(降低破磨能耗);②大型贫铀矿床(常规采冶不经济);③边远分散、交通不便的小矿点;④老矿山残矿、表外矿及含品位充填料;⑤露天边坡内贫矿、表外矿及坑底剥采比过大不能延伸开采的矿石(崩落至坑底淋浸);⑥已建水冶厂的老矿山,富矿送厂、贫矿堆浸以降本。
优点:①工艺简单、工序少,省去破磨与固液分离;②基建期短、投产快,10 万吨以上堆场基建约 1 年、最短 4 个月,搅拌浸出需 2 年以上;③成本比常规水冶厂低 20%~30%(省破磨费占成本 1/6、外运费减少 60% 以上、省酸耗 30% 且不加氧化剂、闭路循环省能耗与水);④废水量仅为搅拌浸出的 7%~15%,尾渣为干块状/粒状,便于充填或堆放。
不足:①浸出率比搅拌浸出低 5%~15%;②受自然因素影响大(温度影响传质;降水稀释浸出液、降低铀浓度并增加后处理费用);③浸出率取决于矿石自身浸出性能,强化手段(微波预处理)难以奏效;④浸出周期长。
分类依据 类型浸出前准备条件 非筑堆浸出法(废石堆浸);筑堆浸出法(堆摊浸出)
浸出地点 地表堆浸;井下堆浸(坑浸)
分类依据 类型溶浸液流动形态 堆浸(非饱和流,渗滤浸出);池浸、槽浸(饱和流,渗透浸出)
工艺差别 普通堆浸;拌酸熟化-高铁淋滤浸出其他 细菌堆浸、制(造)粒堆浸、脱泥堆浸、分段堆浸、分层堆浸非筑堆浸出法:向未经专门筑堆的露天或井下废石堆直接布液浸出提取。堆场为简单处理的排矸场,下部设集液池与输液设施,堆参数与周期由自然条件决定。成本低、管理简单、资源利用率高、减轻污染。
筑堆浸出法:将加工或初、中碎矿石按一定规格与几何形状堆置于底板特殊处理的堆场淋浸提金属;堆形、尺寸、结构、堆场规格、布液方式均按设计执行,对浸出周期、浸出率、堆场管理有严格规定。
步骤:堆场准备(铺底、围堰)→ 矿石准备(破碎、筑堆)→ 浸出(布液、淋浸、集液)→产品回收(净化、沉淀)→ 卸堆(中和、干燥、运输)。
流程主线:矿石 → 破碎 → 筑堆 → 淋浸 → 浸出液 → 离子交换(饱和树脂)→ 淋洗 →合格液 → 沉淀 → 浓缩产品;吸附尾液、沉淀母液返回配液,尾渣中和处理。
地表与井下堆浸:均属筑堆浸出法。井下堆浸利用硐室、天井、采空区、巷道堆置破碎矿石或废石直接布液,须通风良好、防止地下水稀释带走浸出液,用于地表场地狭窄条件;优点是运距短、不占地表堆场、地表污染少。
池浸法:固定池需防漏、防腐蚀、防洪和排液设施;处理细粒、中粒矿石、尾矿、炉渣等,物料仅粗碎筛分,品位较低但 ρU>0.1%。周期较短、回收率高、富液损失少、浸出液金属含量高。
影响因素:渗流速度、矿石粒度、矿层结构、粉矿量、矿层内气泡、温度、溶浸液浓度。槽浸法:
机理同池浸,容器结构改进。槽体钢筋混凝土浇注或用花岗岩条石加耐酸胶泥砌筑,内衬环氧玻璃布防酸;槽底 1% 坡度向一端倾斜,中心设 φ600 mm 出渣口、低端设 φ50 mm 排液口,槽底铺方木、板条、竹席假底。操作:卸矿(混入锰粉作氧化剂)耙平,矿层 1~1.2 m,借高差放液至矿面以上 0.3 m,泡浸 8 h,排液沥干,逆流洗涤至洗液铀浓度 <30 mg/L,出渣清槽;周期 4 d(进料出渣 1 d、浸出 1 d、洗涤 2 d)。用 3%~5% H₂SO₄ 浸出,最高浸出率 91.5%、平均 84.5%,基建投资一年内可回收,加工成本降低 1/3。要求浸出性能好、粒度均匀(主粒级 1~30 mm,泥质多需造粒)、利用自然坡度实现自卸与溶液自流;适于分散小矿点。
拌酸熟化-高铁淋滤浸出法:适于坚硬致密、渗透性差,普通堆浸需过度破碎且浸出差、周期长的矿石。过程:破碎矿石拌和浓硫酸 → 加温熟化 → 用含 Fe³⁺ 溶浸液淋滤(促进铀氧化)提金属。约 600℃ 时铁、镁、钙硫酸盐均已分解,而硫酸铀酰热稳定性好(分解 755℃),故熟化后仍易浸出。浙江某矿周期由 200 d 缩至 30~40 d,加工费省 11.83 元/t。
其他方法:制粒浸出(粉矿加粘结剂成粒后喷淋);脱泥堆浸(先分出粉矿细泥送选冶厂常规浸出,余下粗粒堆浸,可免制粒、改善渗透性与透气性);防垢堆浸(碱法生碳酸钙垢、酸法生硫酸钙垢,加降粘与降表面张力添加剂);逆流串堆(溶浸液逆流通过几个矿堆,得较高品位浸出液并降酸耗);分层堆浸(按溶浸液能浸透的厚度定堆高,浸完不卸堆再筑同高堆,筑堆与淋浸交叉进行)。
特点:机械化筑堆、溶浸液利用率提高、高效破碎设备与新型布液方法使成本降低、浸出率提高、周期缩短,入堆品位逐年降低、允许贫化率提高,从而可增大采幅、使用大型设备、增大采矿强度。堆浸属简化了的水冶工艺,在采矿之后进行,布局与采矿紧密相关;成本低可支撑较高贫化率采矿,尾渣粒径大又降低充填与尾渣处理费用。
主要设施(系统 1~9):矿仓(贮矿仓)、破碎机、筑堆设备、矿石堆、底垫、富液池、金属回收设备、尾液池、调节池;另有喷淋(布液)管网与喷头、泵、卸堆机械。
物料流向:贮矿仓 → 破碎机 → 筑堆机械在底垫上筑堆 → 浸出 → 卸堆机械运往尾矿场。
流体回路:溶浸剂 → 矿堆 → 富液池 → 金属回收设备 → 尾液池(调 pH、Fe³⁺)→ 返回喷淋;吸附尾液、淋洗尾液入尾液池。
注意事项:四周挖排水沟防场外雨水流入;尽量利用地形减少泵送与皮带运输;各工序设备能力匹配、连接紧凑。
构筑物 功能 容积 布置要点富液池 接收贮存堆场富液;作回收工序供液泵池满足堆场 4 h 流出富液量,并能维持回收设备2 h 处理量紧靠堆场、介于堆场与回收设备之间;进液口标高低于堆场出口 0.1~0.5 m;设 2 个以上隔室,第一隔室设排泥装置且池深浅于第二隔室构筑物 功能 容积 布置要点尾液池 接回收设备尾液与堆浸贫液;作溶浸液配制池与喷淋泵池≥富液池容积 1.5 倍 尽量靠近堆场;2 个以上隔室轮换使用(接尾液/贫液、配液),配加料、溶解、搅拌设施调节池 贮存暴雨期堆场流出的大量低浓度金属酸性/碱性溶液;旱季作生产用水贮池比尾液池大 3 倍以上 面积较大、不渗漏的低洼处,距堆场较近
要求:由具相应资质单位设计;具备投产前地质资料(选址)与室内外试验资料(设施匹配);含三废治理与环保措施并做环评报告;新建矿山综合考虑常规开采、堆浸与后处理。
选址原则:靠近矿区减少运矿量;平坦宽敞、有发展空间,便于串堆浸出;地基坚固、无裂隙断层溶洞,避免塌陷与外流;尽量利用采空区、露天废坑,少占耕地;避免污染河湖及地下水体;
具天然坡度满足排水,防滑坡与汇水灾害;供水供电交通方便。
工程计算:
是否破碎及破碎程度取决于矿石结构与性质(金属嵌布状态与包裹程度)、目标金属品位(价值高者破碎程度大)。
粒径越细,接触面积越大、浸出率越高、速度越快;但过细则严重恶化渗透性、加大酸耗、进入浸出液的杂质离子增多,使后处理复杂化、净化难度与回收成本上升。故破碎收益须大于破碎能耗。
破碎分粗、中、细三段:第一段颚式破碎机,第二段标准圆锥破碎机,第三段短头圆锥破碎机。
矿点 破碎流程 排矿粒度(mm)
广东 743 矿 二段-开路 -40江西 721 矿 二段-闭路 -25湖南 272 厂 三段-闭路 -17开路系统不带筛分(或仅带预筛分),流程简单、设备少、投资小、维护简单,但粒度不均、效率低;闭路系统带筛分,细粒入下道工序、筛上返回同段破碎机,粒度均匀、效率高,但流程复杂、投资大。小型厂常用二段开路,大中型常用三段闭路;一段处理软和中硬矿石(粗碎机可设于采场),四段很少用。
圆锥破碎机按破碎平行带长短区分:标准最短、中型次之、短头最长,给矿口依次减小;标准型产品较粗、产量高,作中碎;短头型产品最细、产量较低,作细碎。
造粒:在泥矿、粉矿等细粒径含量高的矿石中加入适量粘结剂和水,使其团聚成较大颗粒;目的是提高渗透性、改善溶浸液渗透的均匀性。
必要性:筑堆时因重力产生自然分级(离析),粗粒聚于矿堆表面及底部、细粒聚于中心与上部;溶浸液快速流过粗粒区,在细粒与矿泥区仅能润湿表面或渗入很浅,接触不到下部,形成未反应区即"溶浸死区(带)"。
颗粒越细比表面积越大、解离越充分、矿物多呈游离态,有利提高浸出率;但过细则渗透性差、溶浸液难以通过,堆浸无法进行。造粒后粒径一般 5~10 mm,渗透性可提高 1000 倍以上,可缩短周期、提高浸出率。
工艺:破碎矿石、泥质矿石、粉矿先与粘结剂均匀混合,再在造粒设备内加水或溶浸液聚集成团粒,达粒径后固化养护。
质量指标:①粘结剂不与溶浸剂反应;②强度足以承受矿堆压力——湿强度(固结后再湿润)
需 >干强度的 90%;③疏松多孔、便于溶浸液内部扩散;④尺寸均匀,最大与最小粒径之比不超过 3~4;⑤水分满足物料要求。
影响因素:
设备 结构与参数 特点与适用圆盘造粒机 混合料送入转盘,喷头喷射水或溶浸液,挡板随盘转动搅拌成团;团粒直径 1~5 mm构造简单、调整方便;适用物料≤50 mm;不宜粘性大或流动性特别好的物料;颗粒大可用小雾滴,矿泥宜喷粗液滴滚筒造粒机 可调速圆筒,倾角 1°~4°,滞留最佳时间 1~4 min,翻滚前移中完成混匀、造粒、输送生产能力大、粉尘少、不受天气影响;占地大、投资高运输皮带造粒机 皮带倾角约 15°,排料端与下条皮带垂直距离约 1.8 m,其间装金属混合棒与喷头;带速 1.2~1.5m/s适用细泥量 <10% 的物料(>10%宜用圆盘或圆筒机);靠陡坡使矿石下滑产生混合成团
多数铀矿山采用酸法堆浸,关键是找到耐酸、价廉易得的粘结剂。核六所采用粘土、石英砂和巨砾作粘结剂,无毒性、能耐 10% 硫酸,效果较好。筑堆制粒:传送带将细碎矿石提升至 4.5~
下落的矿石;筑堆高度 3~4.5 m。
内容:堆场准备、防水层铺设、矿石堆置、喷淋系统安装、集液设施建立。
几何尺寸:堆高取决于矿石渗透性、溶浸剂与氧的消耗速度及总量、筑堆设备。高堆可节约堆场面积、获较高浸出率、有利均匀浸出,但过高影响堆内空气流通、铀氧化困难,一般堆高 2~7m。美国:20% 堆高 0.9~1.8 m(后卸汽车筑堆)、30% 为 2.1~3.6 m(前端式装载机),皮带与弧形筑堆机达 6~18 m;国内一般 2~3 m,趋向 5~7 m。
渗透性:含渗透速率与均匀性,须满足最大喷淋强度、避免表面积液,并适应最大降雨量、保证暴雨冲刷下边坡稳定。渗透速率要求 >50 L/(h·m²),各区域均匀系数相差不超过 20%(防沟流)。
稳定性:①堆高与地基——不允许矿石重量导致地基塌陷;②边坡不滑坡——浸堆安息角须小于矿石自然安息角,-40 mm 各种形状(球形除外)矿石自然安息角 38°~42°。安息角越大、堆越高、粒度越大,稳定性越差;渗透性越好边坡越稳定。
底板(防渗层):作用是收集浸出液、防止渗漏流失、保护环境、防止地下水涌入。宜选柔性材料(粘土、软 PVC 板),特殊情况用沥青混凝土。类型:①粘土底板(价廉、渗透性低但易受浸出液影响,或用透水土壤+膨润土、人工合成粘土);②地膜底板(PVC、HDPE、MDPE);③橡胶沥青底板(用于机械装卸堆、可重复利用的小型堆,要求较厚压实颗粒状土壤或基岩基础);
④复合底板(低渗透粘土 + 地膜 + 上部低渗透粘土)。结构分单层、双层、三层(粘土/排水层/沥青/地膜/混凝土组合)。
方法 做法 优缺点与适用后退式筑堆法 浸堆延伸方向与供矿前进方向相反,从最远端筑起逐渐靠近供矿点;矿石由后卸式汽车、前端式装载机、皮带运输机、弧形筑堆机或手推车送至最远端卸下,达设计高度后机械后退紧靠矿堆继续卸矿避免或减轻机械反复行走压实;
减少离析(皮带运输例外);保持自然形成的渗透性。适用破碎矿石与造粒矿石前进式筑堆法 利用地形高差或修斜坡道就近卸矿,逐层上堆,达规定高度后机械直接在矿堆上往前卸矿(主要为后卸式汽车)
堆高不受设备限制、投资少、堆场面积利用率大;但设备在堆上行走压实矿堆、影响渗透性。仅适于渗透好、块度大的矿石,多用于中小型堆场多层叠加筑堆法 一个矿堆浸出后不卸堆,继续往上堆矿再浸出省卸矿时间与费用、省场地、下层未浸完金属继续浸出提高回收率。潜在问题:多层压力下堆体稳定性、下层渗透性维持、金属离子因缺氧或 pH 变化而沉淀其他方法:多堆法(皮带机堆成多个定高矿堆,推土机推平松动,费用低、不压实、可连续筑堆,但离析致渗透不均);多层筑堆法(每层 2.5 m,推平再堆,一次浸出,自底至顶形成 2%~10% 斜面,粗粒在下细粒在上,减少沟流);斜坡道筑堆法(废石筑高 0.6~0.9 m 斜坡道,卡车卸至路旁、推土机推向两旁,减少设备行走);移动桥式吊车筑堆法(减轻压实、减少离析、堆面平整,但设备笨重、换堆不便,适于平坦大型堆场)。
①铲除杂草灌木;②场地填挖成斜坡(纵向 2%~5%、横向 2%~3%),铺 300 mm 厚粘土夯实压实;③四周设围堰(高 500~1000 mm),靠山坡处设防洪沟防外部雨水进入;④排液沟下端或侧部设富液池、尾液池、调节池;⑤粘土层上铺防渗防漏隔水层;⑥隔水层上铺排液床(排液隔水);⑦面积较大时每隔 30 m 加筑溶液汇流沟。
喷淋式布液(应用最广):固定式——管道按间距钻孔或装喷头,溶液分散喷出滴落堆面,安装简单,但喷淋半径小易留死角、管材多能耗高、落点固定易冲成水坑破坏渗透均匀性;旋转式——借喷头旋转布液(塞尼格喷头、雾化喷淋器、雨鸟式等),操作方便、能吸收部分空气中的氧、不冲刷堆面,但蒸发量大、液滴随风漂移、压力过大易生水雾。
滴灌式布液:由主管道、滴浸管、液滴发射管组成,滴浸速度由发射管规格、间距与管道中心压力调节;蒸发小、不生雾、冰冻季节可维持生产,但安装工作量大、浸润半径小。
堰塘灌溉式布液:在平整堆面用不渗透材料筑若干格堰塘,泵入溶浸液压入堆内,适用于小堆场;能耗低、作业简单,但氧化条件差、不能间断淋浸、堆面干裂会改变渗透性。
注入式布液:针对渗透性差的矿堆。钻孔 φ100 mm,PVC 管护壁,管壁每隔 0.3 m 钻 4 个φ12 mm、互成 90° 的孔,溶浸液经孔网注入堆内。
矿堆洗涤(湿润):一般用水洗去筑堆混入的杂质、溶解部分可溶性杂质。
管路安装:管材为塑料或不锈钢,常用 PVC;铺在堆顶,管径 φ15~50 mm,平行排列,喷淋器沿管均匀分布且喷淋范围相互交叠。
溶浸液配制:pH、电位、浓度须满足化学反应要求;闭路循环须对尾液除杂,通常在峰值出现后对尾液实施一次开路处理;浓度随浸出时间由高到低变化。
喷淋强度:单位时间内喷淋到矿堆单位面积的溶浸液体积,常用 L/(h·m²),也可用 L/(h·t矿)。意义:确定构筑物容积与回收设施规模的主要依据,影响浸出周期并与结垢密切相关。制约因素:①矿堆渗透性(避免表面积液);②结垢(强度小则结垢可能性大);③浸出周期;④气候(干燥、高温需加大强度);⑤经济(强度大周期短,但合格液铀浓度低、后处理成本增加)。
喷淋制度:一般采用间歇式喷淋,间歇期有助于溶液渗透与铀氧化。通常喷 8~12 h/d、停 16~12 h/d,间歇时间约为喷淋时间的 1.0~1.5 倍;可喷 1 h 停 1.0~1.5 h,或连续喷 2 h 停 2~3h。
浸出时间:浸出率随时间延长而增加;缩小块度、使用表面活性剂、增加溶浸液用量可缩短浸出时间。
①矿石特性:多数坚硬、半坚硬铀矿石可堆浸,可浸性是应用关键。②块度:粒度小、比表面积大,铀矿物暴露充分,但须权衡破碎成本。③浸出时间:浸出率随时间延长而提高。④溶浸液浓度:取决于块度、特性与浸出条件,初期宜高(15~20 g/L),中后期宜低(5~10 g/L)。
块(粒)度(mm)
<200~150 <150~50 <50~20 <20原铀矿品位(%) 0.032 0.037 0.040 0.057渣铀品位(%) 0.017 0.010 0.007 0.005浸出率(%) 46.9 72.9 82.5 91.2
浸出液经离子交换吸附、淋洗、沉淀、浓缩得产品。浸出结束后废渣经石灰水中和,用机械或人工运往废石场;采用充填法的矿山可倒回井下作充填料。
①保证尾渣呈中性或略呈碱性,堆放场排出水 pH 为 6~8,通常用石灰乳(水)中和残留酸;②废渣覆盖植被厚度既要满足植物生长,又要考虑氡释出及外照射的安全规定,一般 0.5~2.0m;③防止有毒组分污染地下水与地表水系,尤须避免溃坝,建场前重视资料收集、建成后加强边坡维护。
来源:矿井、选矿、堆浸场、矿石与废石堆放场废水及设备冲水、生活排水等。特征:含放射性元素、非放射性元素、游离酸、悬浮物、胶体、有机物。
监控措施:治理工程与主体工程同时设计、施工、投产;选适当采矿方法防止地表水与地下水涌入矿坑;工艺废水尽可能循环使用。
处理方法:悬浮物(主要为矿泥)用沉降分离与过滤;铀——酸性废水 >4 mg/L 用离子交换法回收、<2 mg/L 用石灰中和沉淀,碱性废水高浓度用离子交换法、低浓度用凝聚-沉淀;镭——硫酸钡共沉淀;重金属——中和法生成难溶氢氧化物沉淀。
项目 数据广东 743 矿 / 江西 721 矿 / 湖南 272 厂 二段开路 -40 mm / 二段闭路 -25 mm / 三段闭路 -17mm浙江某矿拌酸熟化-高铁淋滤 周期 200 d → 30~40 d,加工费省 11.83 元/t国内堆高 现为 2~3 m,趋向 5~7 m美国堆高 0.9~1.8 m 占 20%,2.1~3.6 m 占 30%,皮带/弧形筑堆机 6~18 m
由 萧泊的大肥鱼 打杂 · 资料来自课程讲义
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