铀矿石堆浸过程中的胶体阻滞及机理研究

铀是核电的燃料，堆浸已成为天然铀生产的主要方法。然而，在堆浸过程中，由于物理、化学和微生物的原因会在矿堆局部性的或阶段性的存在着真、假胶体，胶体的存在往往会阻滞浸出的铀酰迁移到溶液中，阻滞或延缓浸出的进行，造成矿石的浸出率不高，浸出周期长，导致卸堆后的尾碴渗出液铀浓度高，既使得铀资源流失又造成环境压力。且关于浸出过程中的胶体阻滞方面的研究还未见报道，因此开展这方面的研究尤为必要。本项目通过研究不同类型的铀矿石的堆浸过程中的胶体阻滞作用，对载铀胶体进行化学组成以及分子结构分析，研究胶体形成和阻滞的机理，研究影响胶体形成的主要因素，研究微生物引起的胶体阻滞作用，探索减少胶体阻滞影响的方法和措施，建立堆浸过程中物理、化学、微生物耦合作用下胶体阻滞模型，提出铀矿石堆浸过程中减少胶体阻滞的措施。为堆浸生产过程调变工艺参数，改善浸出条件，提高浸出率提供理论依据和相关的参数。

针对堆浸机理性的研究相对薄弱的事实，开展了这方面的实验研究工作。选择有代表性的3种铀矿石，进行化学分析。通过单因素实验，考查了粒径、Eh、pH、H2O2、无机添加物、有机添加物、温度对浸出过程的胶体影响。结果显示pH越小、Eh越高从矿石中释放到浸出液中的金属离子越多产生的胶体量就越多。对胶体的组成和分子结构进行了分析。模拟堆浸进行小柱浸出实验，获取载铀胶体，对载铀胶体进行了表征，考察了浸出过程工艺参数（Eh，pH，H2O2，喷淋密度）对胶体阻滞形成的影响，发现浸出过程中浸出液中的胶体量与浸出曲线的变化基本一致。加入氧化剂浸出液中前期胶体量要高些，后期却相反。利用合成的胶体，考察了胶体存在的适宜条件在pH值在1.5-3.0、载铀胶体的粒径大部分分布在20-1000 nm之间。胶体的载铀量在2.43×10-3-3.84×10-3 mmol/mol。选择有代表性的浸矿细菌At.f实验研究因细菌的加入，对浸出过程中胶体量及胶体载铀量的影响，并据此分析胶体对浸出过程的阻滞影响。发现在最初的几天，浸出液的pH快速下降，之后因加入的浸出液酸浓度的改变和细菌繁殖数量的变化，使pH保持在相对稳定的范围内。随着浸出的推进，胶体量及胶体载铀量会减少。对载铀胶体进行了红外和SEM/EDS分析，以此判断胶体的主要组成元素及官能团，胶体主要由Fe、Al、U、Mg、C、O等组成。浸出结束后，从浸出柱（矿堆）不同高度的浸出渣中，分离胶体，对胶体的量及载铀量进行分析，以评价细菌辅助浸矿过程中，沿浸出高度方向上的胶体阻滞影响。结果显示：矿堆上部的浸出率明显高于底部的浸出率，而底部矿渣中洗出的胶体量明显高于顶部的矿石，说明在浸出过程中，随浸出液的流动，pH发生变化，再加上胶体与矿石颗粒表面接触，发生絮凝及被矿石表面吸附，会滞留在矿堆的底部，对浸出产生影响，使矿堆高度方向的浸出率有明显的差异。利用生产企业矿堆样品，通过实验室的培养、分离微生物，初步鉴定微生物的类型、数量，筛选出优势菌并进行培养。考察了微生物的存在及代谢产物对胶体阻滞的影响。.在获取各种实验数据的基础上，利用物料平衡、反应动力学方程、建立堆浸过程中物理、化学、微生物耦合作用下平衡方程，对阻滞机理进行了分析，提出了铀矿石堆浸过程中减少胶体阻滞的措施。.