0 概述

我国铀矿资源矿石类型多而复杂，中低品位铀矿居多、矿化不均匀、难处理的铀矿所占比例较大^[1].随着铀资源的开发利用，铀矿石开采的品位也越来越低，对较低品位铀矿石的开采研究就成为当前铀矿资源开发的重要任务^[2].

某火山岩型铀矿，矿床位于火山沉积杂岩盆地的北部，矿区地层主要为侏罗统酸性熔岩（流纹岩），酸性火山碎屑岩（含砾凝灰岩、熔接凝灰岩和晶屑凝灰岩）以及上白垩统的陆相碎屑沉积岩.此类矿石的特点：一般铀品位在0.01 %~0.04 %，矿石难浸出，铀回收难度较大.经研究，采用硫酸氧化浸出-P₂₀₄萃取-碳酸钠反萃取流程，可取得浸出率83.75 %，萃取率99.99 %，反萃取率99.49 %，沉淀率99.91 %的良好指标.

1 试验部分 1.1 浸出条件试验

铀矿石主要矿物为沥青铀矿和黄钼铀矿，沥青铀矿颗粒为不规则粒状，粒径一般小于0.076 mm；黄钼铀矿呈不规则鳞片状，往往以片状集合体产出.

矿物主要成分为硅化物，并含Al₂O₃, CaO，Fe₂O₃，K₂O等，其矿物化学成分列于表 1.

1.1.1 粒度、酸度、搅拌时间和氧化剂用量试验

分别称取矿石粒度为0.15 mm、0.124 mm、0.104 mm、0.089 mm、0.074 mm的矿石各100 g，各加入7 mL的浓硫酸和400 mL水，搅拌浸出5 h，试验结果见图 1.

酸度分别采用100 g 0.089 mm的矿石添加浓硫酸5 mL、7 mL、9 mL、11 mL，再添加水400 mL，搅拌浸出5 h，试验结果见图 2.

搅拌时间试验考查了在每100 g 0.089 mm矿石，添加浓硫酸9 mL，加水400 mL的条件下，浸出3 h、4 h、5 h、6 h，试验结果见图 3.

氧化剂用量试验采用氯酸钠作为氧化剂, 在每100 g 0.089 mm矿石，添加浓硫酸9 mL，加水400 mL，搅拌浸出5 h的条件下，添加矿重的0.5 %、1.0 %、1.5 %、2.0 %、2.5 %的氯酸钠, 试验结果见图 4.

从图 1可看出，矿石粒度对铀的浸出率的影响还是很大的，在0.015 mm粒度范围，铀浸出率只为38.52 %，而当粒度为0.074 mm时，铀浸出率可达64.69 %，浸出率相差28.17 %；但从粒度变化图形上看，浸出率变化斜率最大是在粒度为0.124 mm和0.089 mm之间，达到0.089 mm粒度时浸出率变化斜率趋于平缓，此时铀浸出率达到62.34 %，考虑到磨矿粒度越细，磨矿成本越高；因而，采用0.089 mm磨矿粒度是合适的.图 2显示，硫酸用量从5 mL增加到9 mL时，铀浸出率增幅较大，硫酸用量超过9 mL，浸出率变化较小，硫酸用量为9 mL时，铀浸出率为66.55 %，而硫酸用量为11 mL时，铀浸出率也只为68.12%，因而硫酸用量选用每100 g矿加9 mL浓硫酸.从图 3可看出，当搅拌到5 h时，浸出率接近最高值达66.55 %，再增加搅拌时间，浸出率增长幅度不大，故搅拌时间选5 h.图 4中显示，氧化剂用量在1.0 %~2.0 %之间，浸出率增幅最大，在2.0 %时达到83.75 %，增加氧化剂用量，浸出率只有小幅增加，所以，选择氧化剂用量为矿重的2.0 %是适宜的.

1.1.2 综合条件试验

综合以上各条件试验，选择综合试验条件为：矿石粒度0.089 mm；硫酸用量9 mL/100 g；搅拌时间5 h；温度90℃；氧化剂用量为矿重的2.0 %.在此条件下，浸出效果较好，在上述优化条件下进行了2次浸出条件综合试验，其结果：第1次U浸出率为83.39 %，第2次为83.75 %.

在上述优化条件下，U的浸出率可达83.75 %，针对此类矿石来说，浸出效果相当不错.而在此优化条件下，浸出液剩余酸度为0.43 mol/L，相对在此酸度条件下，铀的萃取剂选择较广.

1.2 萃取及反萃取

在硫酸酸度为0.5 mol/L左右时，可采用D2EHPA作为萃取铀的萃取剂. D2EHPA在惰性溶剂中是以二聚状态存在，萃取铀时，在硫酸酸度＞0.5 mol/L时，发生如下的反应：

而当硫酸酸度＜0.5 mol/L时，发生如下萃取反应：

在萃取中，铀的分配比随着水相酸度升高而减小；随着萃取剂在有机相中浓度增高而增大^[3].

基于以上原理，萃取体系采用30 %P₂₀₄+70 %熿化煤油，萃原液主要成分为：U，68.94 mg/mL；酸度，0.43 mol/L.针对影响萃取效果的因素如相比、温度、萃取级数、萃取时间等逐一进行了优化选择，最终确定萃取条件为有机相: 30 %P₂₀₄+70 %煤油，相比：O/A=1/10，时间：3 min，温度：室温，萃取级数：四级萃取.萃取结果见表 2.

表 2显示：在酸度为0.43 mol/L时，用D2EHPA萃取水溶液中的铀，其萃取效果非常好，萃取率达到99.99 %.

反萃取通常用Na₂CO₃作反萃取剂，利用CO₃^2-对UO₂²⁺的强络合作用将铀反萃入水相.其反应可表示为^[4]：

根据以上原理，反萃取剂采用20 %的碳酸钠，反萃取优化条件为：反萃剂：20 %碳酸钠；相比：O/A=5/1；温度：15℃；时间: 3 min；萃取级数：三级逆流.反萃取结果见表 3.

表 3中，反萃率达到99.49 %，反萃取效果相当好，得到含铀3.35 g/L的碳酸钠反萃液，此反萃液须进一步纯化除杂, 才可得到含量为71.89 %重铀酸铵.

1.3 重铀酸铵的制取

制取重铀酸铵^[5-8]，取铀反萃液的精制液，经化学除杂后，加热到70℃，边搅拌，边加硫酸调pH值至5左右，再加氨水调pH值到9-10后, 搅拌30 min，再老化30 min，过滤后得到重铀酸铵滤饼（俗称黄饼），重铀酸铵沉淀结果如表 4.

沉淀后的重铀酸铵，经洗涤于120 ℃下烘干，可制得71.89 %的铀浓缩物，其主要成分的化学分析见表 5.

2 结论

（1）硫酸浸出此低品位铀矿，在优化条件下（矿石粒度0.089 mm；硫酸用量9 mL/100 g；搅拌时间5 h；温度90 ℃；氧化剂用量矿重的2.0 %），浸出率可达83.75 %.浸出率提高了近30个百分点.

（2）采用D2EHPA作为萃取剂，在硫酸浸出液酸度为0.43 mol/L的条件下，萃取率可达99.99 %，反萃率达到99.49 %，整个萃取过程稳定，萃取性能良好，不产生乳化现象.

（3）用氨水沉淀重铀酸铵，沉淀率高，可达99.91 %；沉淀过程易于控制，可得到含量为71.89 %的合格铀浓缩物.

（4）本研究采用硫酸优化浸出-D2EHPA萃取，反萃取-氨水沉淀的工艺流程总回收率高，流程简化，生产成本低，环境保护易于控制；在低品位铀矿回收中，工艺优势明显，为此矿类铀的回收开辟了一条新的途径.