铀矿堆浸耦合动力学及其应用

利用南华大学所装备的铀矿堆浸试验装置、铀分析仪器设备和大量的前期研究成果，采用理论分析、物理模拟、数值模拟、室内试验、现场测试等研究方法，对铀矿堆浸粒级下的饱和渗流规律、非饱和渗流规律和饱和非饱和渗流规律、单个铀矿石颗粒的化学反应与传质、单一粒径铀矿石颗粒集合体堆浸过程中主体溶液铀浓度和溶浸剂浓度等随时间和空间的变化、单一粒径铀矿石颗粒集合体堆浸过程中主体溶液密度、粘度、浓度的相互影响和渗流、化学反应、传质之间的耦合作用等进行深入研究，建立单一粒径铀矿石颗粒集合体堆浸的渗流-反应-传质耦合动力学模型及其数值计算模型。将所建立的数值计算模型与铀矿堆浸矿堆的颗粒级配分布函数相结合，建立模拟铀矿堆浸浸出过程的数值计算模型，以实现对铀矿堆浸浸出过程的数值模拟，并依据模拟结果对铀矿堆浸的喷淋方式和溶浸剂浓度进行调控，从而提高铀的浸出速率和浸出率。这是一项既具有重要理论价值，又具有广阔应用前景的研究。

研究堆浸铀矿堆内液体的渗流规律和铀金属的浸出动力学规律，对铀矿石堆浸工艺的设计及工艺参数的调控具有重要意义。本项目研发了堆浸铀矿堆液体-气体渗流实验和浸出实验装置，研究了溶浸液的密度、粘度、铀离子浓度的变化、铀矿堆浸铀矿堆液体-气体渗流规律、3种单一粒径范围的铀矿石集合体浸出铀浸出动力学规律、5种粒径分布分维数铀矿石浸出动力学规律、自然级配条件下不同高度矿堆的铀浸出动力学规律以及浸出过程中矿石孔隙率变化特征。研究表明：（1）所研制的试验装置适用于模拟铀矿堆浸浸出动力学行为；（2）铀矿堆内溶浸液中溶质浓度、pH、Eh、铀离子浓度是随深度变化的；（3）建立了铀矿堆内液体饱和-非饱和渗流特征参数的计算模型；（4）确定了铀矿堆内溶浸液的密度、粘度、铀离子浓度的相互关系；（5）建立了铀矿堆浸分形动力学模型；（6）建立了铀矿堆浸铀浸出率的预测模型。同时，还在铀矿细菌浸出、强化浸出等方面进行了试验研究。这些成果，对调控铀矿堆浸的工艺参数及提高铀的回收率，都具有重要的指导意义。