本文以影响内蒙古某铀矿山铀的浸采效率与浸采工艺稳定运行的关键试验方法、关键设备、关键工艺等为研究对象,首先,针对不同的砂岩型铀矿山,从地质、水文特征着手,运用类比法,确定其异同点,以指导地浸开采现场浸出试验工艺选择;再选取岩心样品进行室内试验,获得浸出工艺参数,以验证类比法的可行性。其次,针对铀浸出液提升的关键设备-潜水泵在运行过程中,泵轴易出现断裂失效,影响工作时间和制约生产等问题,利用SEM、EDS、XRF、金相显微镜、维氏硬度计等试验仪器对泵轴断口与泵体内的沉淀物进行分析测试,确定泵轴断口的微观形貌、组织结构、材质、力学性能,以及沉淀物的组分,剖析泵轴断裂的宏微观机理,指导制定针对性的解决措施,确保关键设备正常高效运行,为铀浸出液的正常提升提供保障。再次,针对铀浸出液吸附过程中出现树脂被其中杂质离子易污染问题,利用ICP-MS、SEM、EDS、FT-IR等手段,确定污染物组分,再进行超声波再生、(HCl+H₂O₂)再生、(HCl+H₂O₂)-超声波再生、再生树脂静态吸附试验、规模化工业应用试验,确定树脂的再生成效,揭示(HCl+H₂O₂)-超声波再生的作用机理。最后,针对淋洗合格液沉淀过程中沉淀效果易受温度影响问题,采用超声波技术促进浆体沉淀,提高沉淀效率,并揭示超声波作用机理与性能,开发全新的超声波-化学沉淀法相结合的合格液沉淀技术。解决以上影响铀矿床中铀浸采效率的关键方法、关键设备、关键工艺等问题,为保障铀的正常浸出及浸出液处理工艺的高效平稳运行、提高铀的浸出产量具有重要的实际意义;为获取的关键工艺参数的进一步工业应用提供技术支持及理论支撑。 具体的研究内容及得到的主要结论如下: (1)类比法应用于地浸采铀现场的试验研究。 巴彦乌拉铀矿已大规模开采,掌握了稳定的地浸工艺参数,为更好地借鉴其开采经验,探索哈达图铀矿床开采工艺参数及效果,本文运用类比法,以哈达图与巴彦乌拉铀矿床为研究实例,对比二者在矿床地质、水文特征等的异同,并开展哈达图铀矿床岩心的室内试验以验证类比法的可行性。结果表明:哈达图铀矿体延续性较好,碳酸盐含量为0.14%~0.46%,与巴彦乌拉相近,可采用酸法浸出工艺;矿体平均品位高于巴彦乌拉,渗透系数小于巴彦乌拉,浸出过程的稀释作用减弱,有助于铀矿石浸出,开采条件总体优于巴彦乌拉;室内试验表明二者具有相同的铀浸出规律,哈达图铀矿床的浸出工艺可参照巴彦乌拉铀矿床,以减少试验周期。 (2)地浸采铀潜水泵泵轴断裂失效的宏、微观机理研究。 针对铀浸出液提升的关键设备潜水泵泵轴易断裂失效的问题,通过分析引起泵轴易断裂失效的外在环境与内在因素,确定泵轴断裂失效的原因。结果表明:铀浸出过程中生成的含SiO₂、Fe(OH)₃、CaCO₃、Al(OH)₃的沉淀物进入泵体,造成堵塞,影响泵轴与电机轴不同心而增加扭矩,导致出现裂纹直至断裂失效;泵轴的材质、组织结构会影响泵轴整体的力学性能,从而导致断裂失效。具体的解决措施为,中性浸出过程中,控制好CO₂与O₂的补加量,防止浸出过程大量生成沉淀物进入泵体;设置好控制潜水泵运行的变频器参数,防止泵轴超出最大的扭矩,避免出现裂纹或断裂失效;泵轴由304材质调整为316 L材质,提高整体性能,从源头预防断裂失效。 (3)超声波强化吸附树脂再生机理与性能研究。 针对铀浸出液吸附过程中出现树脂被其中杂质离子易污染的问题,通过ICP-MS、SEM、EDS、FT-IR等分析手段对树脂污染前后进行表征,确定树脂污染的原因及污染物的种类,采用超声波再生、(HCl+H₂O₂)再生、(HCl+H₂O₂)再生剂-超声波强化再生等三种方法对污染树脂的再生成效进行研究,以阐明污染树脂通过不同再生方法的再生机理。结果表明:树脂上的污染物主要为矿石中溶解于铀浸出液中的有机物和硫氧化物;(1 mol HCl+0.5%H₂O₂)-10 min超声波强化再生污染树脂成效最明显,其树脂的工作交换容量由再生前的85.00mg U/mL(WR)恢复至110.00 mg U/mL(WR)。 (4)超声波强化沉淀浆体沉降机理与性能研究。 针对含铀合格液沉淀反应过程中受温度变化的影响,浆体的沉降效果降低,沉淀处理能力减小等问题,以合格液为原料、氢氧化钠为沉淀剂,开展超声波-化学沉淀法制备重铀酸钠试验,以沉淀反应后的沉淀母液与沉淀槽液位比值以及沉淀母液中铀浓度等作为沉淀效果指标,通过考查搅拌强度与时间,超声波与搅拌顺序,超声波功率与作用时间等因素对沉淀效率的影响。试验结果表明:搅拌强度为100 rpm、搅拌时间为20 min、作用方式为边搅拌边超声、超声波功率为90 w、超声波作用时间为15 min条件下,超声波-化学沉淀法生成重铀酸钠效果较好。