芮子，童雄,2，謝賢,2，謝瑞琦,2

1. 昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；

2. 金屬礦尾礦資源綠色綜合利用國家地方聯(lián)合工程研究中心，云南 昆明 650093

鈾是核裂變的主要原料，是重要的能源礦產(chǎn)資源和戰(zhàn)略資源。但鈾的開采與生產(chǎn)過程中，大量的低品位鈾礦資源被拋棄，目前對(duì)這些廢棄物的處置措施主要是在尾礦庫、尾渣堆場(chǎng)等設(shè)施中堆存，但其中的微量放射性物質(zhì)對(duì)周邊會(huì)造成嚴(yán)重的放射性污染[1-2]。盡管對(duì)尾礦的處理方法日漸成熟，但常見的資源化、減量化方法在處理低品位鈾礦資源時(shí)仍然面臨著一些問題：（1）利用其作為建筑、填充材料是尾礦與浸渣減量化的有效措施，但鈾具有放射性，會(huì)對(duì)土壤、水源、生物和人員造成危害。（2）利用覆蓋法和生物-化學(xué)修復(fù)聯(lián)用的綜合法處理鈾尾礦與浸渣，可以降低其輻射性，并且能夠去除尾礦中部分其他有害元素，但該法在處理尾礦的過程中容易產(chǎn)生滲濾液，如缺乏完善的防滲措施，容易污染覆蓋地區(qū)的土壤和地下水體[3]。為進(jìn)一步降低尾礦中鈾的含量，強(qiáng)化鈾尾礦的浸出，提高鈾的浸出率是非常重要的。

1 低品位鈾礦資源的特點(diǎn)

低品位鈾礦資源包括達(dá)不到工業(yè)品位或者開采邊界品位的低品位鈾礦、鈾尾礦、鈾浸渣、在核燃料元件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鈾廢渣。低品位鈾礦資源含有約0.01%～0.03%的鈾[4]，部分浸渣鈾和工業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)物品位相對(duì)較高，鈾品位可達(dá)1%以上。

受到生產(chǎn)技術(shù)條件限制，鈾尾礦中的鈾礦物多為方鈾礦、瀝青鈾礦，在尾礦中鈾主要以UO2或U3O8的化學(xué)形態(tài)存在，脈石礦物成分以石英、伊利石、方解石、綠泥石為主，并常與Fe、Al、Au、Pb、Cu、Ca 等金屬伴生。由于鈾尾礦鈾品位低，脈石含量高，鈾的賦存形態(tài)以難浸出的U4+為主，鈾與脈石的嵌賦關(guān)系復(fù)雜，鈾被脈石礦物包裹，致使鈾的解離困難。鈾礦中存在Fe、Ca、Mg 等金屬元素，浸出過程中易形成硫酸鹽或硅酸鹽沉淀對(duì)鈾進(jìn)行逆向吸附。因此難以利用常規(guī)的酸、堿浸出工藝從中提取鈾。

鈾浸渣中脈石礦物成分、化學(xué)組分與鈾尾礦相似，鈾主要以UO2或U3O8的化學(xué)形態(tài)存在，但鈾的賦存形態(tài)中U4+的占比更高。由于在常規(guī)的酸浸或者堿浸技術(shù)中，浸出劑在與鈾礦物發(fā)生反應(yīng)時(shí)，也會(huì)與脈石礦物發(fā)生反應(yīng)，脈石與鈾的溶解通常伴隨著沉淀或膠體物質(zhì)的生成，這些沉淀和膠體物質(zhì)堵塞脈石礦物的孔隙，使浸出劑難以與鈾接觸，尤其是當(dāng)其中含有Fe、Al、Ca、Pb 等易形成膠體或沉淀的雜質(zhì)元素時(shí)，已解離的鈾會(huì)與雜質(zhì)產(chǎn)生的膠體或沉淀物質(zhì)相互吸附，阻礙鈾的浸出。同時(shí)浸出劑與礦物反應(yīng)，使固液界面上的物相與雜質(zhì)元素的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，礦物中的雜質(zhì)在界面反應(yīng)中發(fā)生的重結(jié)晶現(xiàn)象在原子層面上對(duì)鈾礦產(chǎn)生了“包裹”作用[5-7]，因此經(jīng)酸浸和堿浸處理后的鈾浸渣相比于普通的低品位鈾礦更難浸出。

在核燃料元件生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含鈾廢水，在處理廢水的過程中，會(huì)對(duì)這些廢水調(diào)節(jié)pH，加入堿液使所含重金屬和鈾等沉淀下來，形成不溶性的含鈾廢渣，其含鈾量約為0.02%～1%。堿性廢渣中鈾主要以UO2的形態(tài)存在。因這類鈾渣來源于工業(yè)生產(chǎn)過程，不含天然礦物，其含有大量的（ Fe0.6Cr0.4）2O3、Fe2O3、MgF2、SiO2等物質(zhì)，在沉淀過程中鈾被這些物質(zhì)包裹、導(dǎo)致了從鈾廢渣中浸出鈾非常困難[8-9]。

由于鈾的危害性和重要性，從低品位鈾礦資源中獲得鈾，減少尾礦、鈾渣等廢棄物中的放射性物質(zhì)是低品位鈾礦“減量化、無害化、資源化”的必然要求，為此，國內(nèi)外對(duì)低品位鈾礦資源的浸出技術(shù)及其機(jī)理進(jìn)行了大量的研究。

2 低品位鈾礦資源的強(qiáng)化浸出

2.1 氧化浸出

氧化浸出是處理難浸出鈾礦的經(jīng)典方法之一，在氧化浸出技術(shù)中，常見的氧化劑有MnO2、Fe3+、H2O2和SO3等。氧化劑對(duì)鈾浸出效果的提升主要有兩種不同機(jī)理：一方面，U6+相較于U4+在常見浸出劑中有著更好的溶解度，更容易被浸出，尾礦中的鈾常以U4+的形式存在。如圖1[10]所示，在酸性條件下，加入氧化劑，可提高氧化還原電位，使鈾在溶液中的存在形態(tài)轉(zhuǎn)為UO22+和硫酸鈾酰離子混合物，將難溶的U4+轉(zhuǎn)換為易溶的U6+。為此，浸出過程中加入氧化劑，可改變鈾的價(jià)態(tài)，提升鈾的浸出率，且氧化劑可以穩(wěn)定氧化還原電位從而減少酸性浸出劑的藥劑用量[11]。另一方面，強(qiáng)氧化劑可以破壞礦物的硅酸鹽結(jié)構(gòu)，對(duì)脈石顆粒表面造成“溶蝕”，這些作用促進(jìn)了脈石顆粒與鈾的解離，可加快鈾的浸出速率，提高鈾的浸出率。

圖1 25 ℃下U-S-H2O 體系的Eh/pH 圖Fig. 1 Eh/pH diagram of U-S-H2O system at 25 ℃

李密等人[12-13]使用H2O2、MnO2、Fe3+、HClO4等4種氧化劑對(duì)鈾品位約為0.008%的鈾尾礦進(jìn)行了氧化酸浸提鈾實(shí)驗(yàn)。氧化劑的強(qiáng)化效果大小順序?yàn)镠2O2、MnO2、HClO4、Fe3+。H2O2作為氧化劑時(shí)浸出率最高，在浸出溫度50 ℃、浸出劑H2SO4濃度1.5 mol/L、浸出時(shí)間80 min 的條件下，鈾的浸出率達(dá)到95%。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，氧化劑MnO2和H2O2與硅酸鹽反應(yīng)，分解硅酸鹽結(jié)構(gòu)，將團(tuán)聚的大顆粒明顯變成較小尺寸的顆粒，HClO4對(duì)硅酸鹽表面僅有腐蝕作用，F(xiàn)e3+無法破壞脈石結(jié)構(gòu)，只能通過氧化U4+提高鈾的浸出率。

氧化強(qiáng)化浸出可以有效地提升鈾的浸出率和浸出速率，并且技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、成本較低。但大量強(qiáng)氧化劑的添加，會(huì)增加成本和二次環(huán)境污染。同時(shí)引入更多離子，也不利于浸出液的后續(xù)處理與提純[14-17]，需要對(duì)氧化浸出機(jī)理和后續(xù)浸出液清潔化技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，一方面，通過機(jī)理分析選擇更合適的氧化劑和更精確的氧化劑用量，減少雜質(zhì)離子的引入；另一方面，建立完善的氧化強(qiáng)化浸出體系，將氧化強(qiáng)化浸出技術(shù)發(fā)展為一整套完善、高效、綠色、清潔的浸出提鈾工藝。

2.2 焙燒-浸出

焙燒是常見的礦物預(yù)處理方法，焙燒-浸出聯(lián)合法也是常用的礦物浸出技術(shù)。焙燒處理可破壞鈾尾礦中脈石的礦物結(jié)構(gòu)，使其疏松、孔隙增加，有利于鈾的浸出，提升浸出率。此外，通過改變焙燒氣氛，利用焙燒改變低品位鈾資源中鈾的賦存形態(tài)也對(duì)鈾浸出有著強(qiáng)化作用[18]。

張聰?shù)热薣18]對(duì)含鈾約為1%、主要物相為（Fe0.6Cr0.4）2O3、Fe2O3、UO2、SiO2的鈾渣進(jìn)行氧化焙燒預(yù)處理后使用硝酸浸出。粒度為-0.074 mm 的難溶渣在經(jīng)過溫度為1 000 ℃、保溫時(shí)間2 h 焙燒后，以質(zhì)量比1∶7.5 的比例加入3.6 mol/L 的硝酸浸出劑中，在浸出溫度80 ℃、浸出時(shí)間為80 min 時(shí)，鈾的浸出率達(dá)到91.65%。經(jīng)過焙燒的鈾浸渣包裹結(jié)構(gòu)被有效破壞，表面積和孔隙率增大，使鈾暴露出來，且經(jīng)過焙燒UO22+被轉(zhuǎn)化為更容易被浸出的U3O8和UO3，但過高的焙燒溫度也會(huì)導(dǎo)致鈾渣燒結(jié)，出現(xiàn)結(jié)塊，降低浸出率。Yubo 等[19]用CaCl2焙燒和硝酸浸出聯(lián)合技術(shù)從鈾含量為0.025%的鈾尾礦中浸出鈾，在900 ℃下用CaCl2煅燒2 h 后，在浸出溫度80 ℃、浸出時(shí)間2 h、硝酸浸出劑濃度為8 mol/L 的條件下，鈾浸出率為88.2%。利用CaCl2作為氯化劑進(jìn)行氯化焙燒， Ca2+與SiO2反應(yīng)生成CaSiO3和Ca3Fe2（SiO4）3，使硅酸鹽基質(zhì)容易受到酸侵蝕。但過量CaCl2的加入會(huì)導(dǎo)致硅膠的產(chǎn)生，堵塞浸出劑通道，必須控制焙燒過程中CaCl2的比例。

焙燒-浸出是常見的浸出預(yù)處理方法，氧化焙燒、還原焙燒、氯化焙燒等多種不同的焙燒形式使得該方法的適用范圍非常廣泛，且焙燒-浸出技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，已有廣泛的實(shí)際應(yīng)用案例。但是，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使用焙燒-浸出法從低品位鈾資源中提鈾，需要較高的焙燒溫度，能耗較高，焙燒過程需要大量消耗化石燃料，為了進(jìn)一步推廣、發(fā)展焙燒-浸出技術(shù)，需要對(duì)焙燒工藝在環(huán)保和節(jié)能方面進(jìn)行革新，降低焙燒預(yù)處理的能耗和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。同時(shí)，研究低品位鈾礦資源在不同焙燒氛圍下的反應(yīng)機(jī)理，通過焙燒氛圍的變化，破壞不同種類脈石礦物的同時(shí)，減少雜質(zhì)的析出有利于焙燒-浸出的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 微波輔助浸出

微波輔助浸出是通過對(duì)礦物進(jìn)行微波輻照預(yù)處理，以提高礦物浸出率的方法，目前微波輔助浸出被應(yīng)用于稀土[20]、黃金[21]等礦物的浸出。微波輻照可以使脈石表面破裂，增加脈石礦物中的孔隙，使礦物變得粗糙、松散、多孔，令浸出劑能充分地與礦石反應(yīng)。同時(shí)微波可以促進(jìn)目標(biāo)金屬的釋放，提升反應(yīng)物質(zhì)的有效碰撞概率，對(duì)礦物浸出時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)具有催化作用，加快浸出反應(yīng)的速率，從而提高鈾的浸出速度及浸出率[20-25]。

鈾礦石中多有磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦等含鐵礦物，吸收微波的能力強(qiáng)[24-25]，而含有Al2O3和SiO2的脈石礦物，屬于熱惰性物質(zhì)，在微波輻照時(shí)加熱困難，由于微波選擇性加熱導(dǎo)致礦石內(nèi)部產(chǎn)生溫度差，使應(yīng)力碎裂容易出現(xiàn)在礦物顆粒的邊界處，并提高顆粒邊界處的碎裂量。經(jīng)微波輻射后內(nèi)部缺陷和裂紋增多更加明顯[26-28]。微波預(yù)處理后的鈾尾礦浸出時(shí)間縮短，甚至在礦石粒度較大的情況下，浸出率也相對(duì)較高。同時(shí)，由于微波預(yù)處理的加熱作用，微波輻照時(shí)，溫度的升高促進(jìn)了鈾尾礦、尾渣中的UO2與氧氣的結(jié)合，使之轉(zhuǎn)化為U3O8，提升了鈾的浸出率[29]。楊雨山等[30]利用微波輔助浸出技術(shù)從鈾品位0.025 8%的含鐵堆浸鈾尾渣中提取鈾，在經(jīng)過微波50 kW 功率輻照30 s后，以4∶1 的液固比加入濃度為30 g/L 的硫酸浸出劑中，常溫浸出24 h 后，鈾的浸出率達(dá)到80.12%，相比同條件下的常規(guī)酸浸技術(shù)，浸出率提高了4.49 百分點(diǎn)。經(jīng)過微波預(yù)處理后的尾渣中的部分U4+轉(zhuǎn)化為U6+，且單體鈾礦物顆粒明顯增多，鈾的單體解離度提高。Madakkaruppans 等[31]設(shè)計(jì)了微波輔助氧化浸出的技術(shù)，從鈾品位為0.025%、鈾的賦存狀態(tài)主要為U3O8的低品位鈾礦中提鈾，經(jīng)過平均功率為71 W 微波輻照90 min后，在H2SO4濃度為0.38 mol/L、氧化還原電位為450 mV、溫度75 ℃的浸出條件下，鈾的浸出率達(dá)到了84%，比未經(jīng)微波輻照預(yù)處理的鈾礦，浸出率提升了10 百分點(diǎn)。經(jīng)微波輻照后，低品位鈾礦表面不規(guī)則，出現(xiàn)了破碎顆粒，且微波輻照后，硫酸浸出劑對(duì)鈾的選擇性變好，浸出液中如Si、Al、Fe、Mg 等雜質(zhì)離子的濃度降低。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，用微波-焙燒的方法對(duì)尾礦進(jìn)行預(yù)處理，可以進(jìn)一步提升鈾浸出率。廖炳友等[32]開展了微波—氯化焙燒浸出研究，從鈾品位為0.084%的低品位鈾礦中提鈾，相比酸法直接浸出，經(jīng)過以氯化鐵作為氯化劑、利用微波加熱至310 ℃、焙燒1 h的預(yù)處理后，鈾浸出率提高了17.64 百分點(diǎn)，達(dá)到了85.15%。微波加熱焙燒預(yù)處理使礦樣表面結(jié)構(gòu)松散破碎，強(qiáng)化了焙燒效果，在增大鈾礦物暴露面積的同時(shí)，在微波的作用下，一部分氯化鐵在體系中轉(zhuǎn)換為對(duì)浸出有催化作用的FeOCl。

微波輔助浸出法在提升鈾尾礦浸出率的同時(shí)減少了Si、Al、Mg、Fe 等雜質(zhì)的浸出[31]，有利于后續(xù)鈾的分離與提純，且輻射加熱具有較高的選擇性，可防止某些副反應(yīng)發(fā)生，可從源頭制止和減少污染物。但在不同微波輔助浸出實(shí)驗(yàn)中，微波輻照功率與時(shí)間的差別較大，需要進(jìn)一步對(duì)微波輔助浸出進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室理論研究，確定最佳的輻照功率和輻照時(shí)間。微波輔助浸出法需要一系列復(fù)雜的技術(shù)支持，操作難度大，技術(shù)成本高，大型微波設(shè)備的價(jià)格昂貴且功率不足，無法滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求，需要對(duì)大型工業(yè)化微波設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和升級(jí)。

2.4 超聲輔助浸出

超聲輔助浸出是指在浸出過程中利用超聲波震動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的攪拌浸出的浸出工藝，目前超聲波輔助浸出在氧化銅礦[33]、金礦[34]的浸出中有所應(yīng)用。20 世紀(jì)60 年代，超聲輔助浸出就被應(yīng)用于鈾礦的浸出。1961 年，美國報(bào)道了超聲輔助浸出技術(shù)從石墨燃料中提取鈾。1968 年，俄羅斯報(bào)道了該技術(shù)從釩鉀鈾礦中浸出了鈾[35]。

超聲波會(huì)使浸出劑中產(chǎn)生超聲空化現(xiàn)象，超聲空化是指液體中的微小泡核在超聲波作用下被激活，這一過程會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和射流，使超聲波能夠誘發(fā)一些平時(shí)難以發(fā)生的反應(yīng)[36]。同時(shí)，表面超聲波空化作用產(chǎn)生的微射流削除或減弱了邊界層，加大了傳質(zhì)速率，且破壞金屬表面的鈍化膜，清潔表面裸露，增加了目的金屬與浸出劑的接觸面積[33]。此外，利用超聲波也可以粉碎礦物顆粒，改變礦物表面特性，攪拌反應(yīng)溶液或產(chǎn)生的高溫高壓加快化學(xué)反應(yīng)速率[37]。

Ladola 等[35]利用超聲波輔助浸出技術(shù)從含鈾量約為0.03%的MgF2廢渣中提鈾，在超聲波的功率和頻率分別為36 W 和20 kHz、硝酸浸出劑質(zhì)量濃度為100 mg/L、常溫浸出時(shí)間300 min 的條件下，鈾的浸出率為87%，相比于未使用超聲波時(shí)浸出率提高了9 百分點(diǎn)，并且超聲波對(duì)較大尺寸礦石顆粒的影響更大，可觀察到明顯的顆粒崩解。AVVARU 等[38]研究了超聲波提升MgF2廢渣鈾浸出率的機(jī)理，認(rèn)為超聲波導(dǎo)致MgF2中鈾浸出率的提高主要有兩個(gè)原因：（1）超聲波破壞了MgF2顆粒，增大了比固液界面面積，提高反應(yīng)物質(zhì)的表面擴(kuò)散速率；（2） 由于固液界面處的空化現(xiàn)象產(chǎn)生的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，浸出酸溶劑通過MgF2團(tuán)聚結(jié)構(gòu)的微孔的對(duì)流擴(kuò)散性增強(qiáng)。AVVARU 等[39]利用超聲波輔助浸出代替攪拌浸出從鈾含量為0.035%的含鐵鈾尾礦提鈾，在超聲波的功率和頻率分別為36 W和20 kHz、硫酸浸出劑質(zhì)量濃度為3.85 g/L、常溫浸出200 min 的條件下，超聲輔助浸出的浸出率達(dá)到了98.2%，相比于攪拌浸出，浸出率提高了20.2 百分點(diǎn)。超聲波空化作用促進(jìn)U（Ⅳ）向U（Ⅵ）的氧化轉(zhuǎn)化，并且由于空化作用產(chǎn)生的·OH 自由基，使溶液中Fe3+的濃度升高，進(jìn)一步提升了體系中鈾的浸出率。

超聲輔助浸出技術(shù)可以有效破壞尾礦脈石結(jié)構(gòu)，即使在脈石礦物顆粒較大的情況下，也有較好的破壞效果，同時(shí)，超聲波可以促進(jìn)鈾賦存狀態(tài)的改變，提高浸出體系的傳質(zhì)效率，從多個(gè)方面提高鈾的浸出率，從長遠(yuǎn)來看是一種能夠應(yīng)用于不同低品位鈾資源的強(qiáng)化浸出技術(shù)。但超聲波產(chǎn)生的超聲空化作用在提高浸出率的同時(shí)，氣泡的快速產(chǎn)生和破裂會(huì)破壞并侵蝕其他設(shè)備，并且目前缺乏大型超聲設(shè)備，導(dǎo)致超聲輔助技術(shù)的應(yīng)用僅停留在小型實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段。為了進(jìn)一步發(fā)展超聲輔助浸出技術(shù)，需要對(duì)超聲空化現(xiàn)象進(jìn)行深入研究，減少其對(duì)設(shè)備的腐蝕，同時(shí)研究大型超聲設(shè)備，推動(dòng)超聲輔助浸出技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

2.5 微生物浸出

20 世紀(jì)60 年代，微生物浸出就已經(jīng)被應(yīng)用于鈾礦的浸出，為了減少氧化浸出體系中氧化劑的消耗，被稱為Bacfox 的生物浸出技術(shù)已成功用于鈾的氧化浸出，該技術(shù)利用細(xì)菌代謝產(chǎn)生的溶解氧，使原浸出體系的氧化劑用量減半，鈾提取率提高約4 百分點(diǎn)[40]。鈾礦石常伴生于金屬硫化礦，例如黃鐵礦，微生物可以分解黃鐵礦，產(chǎn)生的Fe3+能夠作為氧化劑與U4+反應(yīng)，生成易溶的U6+，在鈾礦的微生物浸出中常用菌種是氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌[41]。

華國歡等[42]使用氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌，設(shè)計(jì)了間歇性、小噴淋量的微生物渣浸噴淋方案，從鈾品位為0.02%的經(jīng)生物堆浸后尾堆中提取鈾，最終浸出率達(dá)到了90.83%，采用間歇性噴淋方法有效減少了試劑用量，降低了噴淋動(dòng)力消耗，從而減少了生產(chǎn)成本。王學(xué)鋼等[43]培養(yǎng)了氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌混合菌種對(duì)鈾品位為0.033%的鈾尾礦進(jìn)行鈾浸出實(shí)驗(yàn)，該尾礦Fe 含量較高且F-含量較低，有利于微生物浸出。實(shí)驗(yàn)表明氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌混合菌種在pH＜2 時(shí)，能夠有效地將尾礦中的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，為硫酸浸出體系提供氧化劑，提高浸出效率，當(dāng)?shù)V石粒度≤15 mm 時(shí)，最佳浸出率達(dá)到60.57%，在酸耗、鈾濃度、浸出時(shí)間等方面全面優(yōu)于常規(guī)酸浸。

微生物浸出操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，能夠有效降低酸耗和堆浸尾渣的鈾品位，減少尾渣對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)品位低、礦石嵌布結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鈾尾礦、尾渣依舊有較好的效果。但微生物浸出在微生物選育、保持活性等方面要求較高，尤其是針對(duì)鈾浸出過程中常使用酸、堿性浸出劑，鈾尾礦、尾渣中含氟多的情況，需要培養(yǎng)耐酸、耐堿、耐高氟、耐輻射的特種微生物，這是微生物浸出的發(fā)展方向。

2.6 酸堿聯(lián)合浸出

酸堿聯(lián)合浸出法是首先利用堿液對(duì)礦石預(yù)處理，再使用酸性浸出劑從礦石中提鈾的方法。酸堿聯(lián)合浸出法充分利用了酸性浸出劑和堿性浸出劑的特征，使用堿液選擇性地破壞脈石礦物的結(jié)構(gòu)，形成浸出微孔，以幫助后續(xù)酸性浸出劑與鈾接觸。酸浸過程在顆粒內(nèi)部形成更多浸出通道，使鈾與浸出劑更加充分地接觸，降低了鈾浸出對(duì)硫酸濃度和溫度的依賴，提高鈾浸出率[44]。

黃春梅[44]先使用Na2CO3和NaOH 等堿性浸出劑對(duì)鈾尾礦進(jìn)行預(yù)處理，再使用硫酸作為酸性浸出劑從尾礦中浸出提鈾，酸堿聯(lián)用從品位為0.006 2%的鈾尾礦浸出提取鈾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酸堿聯(lián)合浸出的浸出率高于使用單一浸出劑，在NaOH 濃度10 g/L、硫酸濃度為60 g/L、液固比20∶1、攪拌速度400 r/min、浸出時(shí)間2 h 的最佳浸出條件下，浸出率可以達(dá)到90.80%。研究發(fā)現(xiàn)，堿液預(yù)處理可以選擇性地破壞脈石礦物中的硅酸鋇鋁鹽，為后續(xù)酸性處理制造通道，在后續(xù)酸浸過程中硅酸鎂鹽、硅酸鐵鹽繼續(xù)溶解，進(jìn)一步增加了鈾在浸出劑中的暴露率。

酸堿聯(lián)合浸出法有效解決了單一酸浸出劑難以從鈾尾礦中提鈾的問題，方法簡(jiǎn)單，藥劑成本低，應(yīng)用前景較好。但實(shí)驗(yàn)也表明酸堿聯(lián)合法僅能夠通過破壞脈石結(jié)構(gòu)提高鈾浸出率，應(yīng)用范圍較小?？稍隗w系中添加Fe3+、MnO2等氧化劑，改變鈾的賦存形態(tài)，進(jìn)一步提高酸堿聯(lián)合浸出法的提鈾效率。同時(shí)，對(duì)堿液的循環(huán)使用也是值得研究的方向之一。

2.7 加壓浸出

對(duì)鈾礦石來說，加壓浸出是從礦石浸出鈾的直接提取技術(shù)。國內(nèi)外對(duì)鈾礦石的加壓浸出已有很多年的生產(chǎn)實(shí)踐，建立了許多酸法、堿法加壓浸出工廠，在鈾礦處理工藝中加壓浸出是相當(dāng)成熟的技術(shù)。加壓浸出通過提升浸出體系壓力增加化學(xué)反應(yīng)速率，加快電子在固液界面的轉(zhuǎn)移速率，能夠有效提升鈾浸出率[45-46]。

常喜信等[46]采用加壓酸浸技術(shù)，從鈾含量約為0.16%的低品位含鈦難浸鈾礦浸出提取鈾，鈾浸出率達(dá)94%以上，與常壓酸法攪拌浸出相比，鈾浸出率提高3 百分點(diǎn)左右，酸用量減少約30%。周龍等人[47]對(duì)鈾含量1.47%的難浸堿渣進(jìn)行了加溫加壓強(qiáng)化浸出提鈾實(shí)驗(yàn)研究，在堿渣質(zhì)量、濃硝酸體積和用水量的比值為1∶5∶6、浸出溫度為150 ℃、反應(yīng)釜壓力0.3～0.35 MPa、浸出時(shí)間2 h 的條件下，難浸堿渣浸出渣鈾含量降到0.52%以下，鈾浸出率可達(dá)85%以上。浸出體系加壓、加溫促進(jìn)了體系固體/產(chǎn)物層擴(kuò)散，提高了鈾浸出率。

加壓浸出作為一種成熟的浸出技術(shù)，被證明可以有效地強(qiáng)化鈾尾礦浸出效果，且設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單，成本較低，符合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)需求。但加壓浸出僅能增加浸出體系的傳質(zhì)速率，無法破壞脈石結(jié)構(gòu)或改變鈾賦存狀態(tài)，無法從根本上解決難以從低品位鈾礦資源中浸出提鈾的難題，在實(shí)際的應(yīng)用中，需要對(duì)工藝進(jìn)行改良，如添加氧化劑，進(jìn)一步提高浸出壓力和浸出溫度等。

2.8 電場(chǎng)輔助浸出

電場(chǎng)輔助浸出技術(shù)是借助電場(chǎng)的作用，對(duì)溶液中的被硫酸溶解產(chǎn)生的膠體或沉淀進(jìn)行有效的吸引，使其不被礦石表面產(chǎn)生的孔隙吸附，干擾鈾浸出，從而達(dá)到輔助強(qiáng)化浸出的效果。

黃婧[48]利用金屬鐵為陽極，惰性石墨為陰極，對(duì)鈾尾礦酸浸體系施加電場(chǎng)，從鈾品位為0.008%的鈾尾礦中浸出提鈾，在電流強(qiáng)度為0.5 A、尾礦粒徑小于74 μm、硫酸浸出劑質(zhì)量濃度為45 g/L、浸出溫度45 ℃、浸出時(shí)間2 h 的最佳條件下，鈾浸出率為93.9%，與同條件下的酸浸出相比，提升了38.5 百分點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中，陽極鐵的溶解造成了溶液中Fe3+濃度的增加，為浸出體系提供了氧化劑，促進(jìn)了U4+的轉(zhuǎn)化。同時(shí)溶液中的雜質(zhì)離子由于電場(chǎng)作用向兩極移動(dòng)，減緩了硅酸鹽沉淀的形成以及硅酸鹽沉淀對(duì)礦石表面的包裹，降低了低品位鈾礦表面對(duì)雜質(zhì)膠體或沉淀的吸附。

電場(chǎng)輔助浸出在提高浸出率的同時(shí)，可以減少浸出劑的使用量，是一種高效綠色的浸出方法。且動(dòng)力學(xué)研究表明，電場(chǎng)輔助浸出的表觀活化能遠(yuǎn)高于常規(guī)酸浸，說明電輔助強(qiáng)化浸出的鈾浸出率和反應(yīng)速率都優(yōu)于常規(guī)酸浸條件，并有進(jìn)一步提升的空間[48]。但現(xiàn)階段電場(chǎng)輔助浸出仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，浸出過程中造成的能量消耗、電極損耗使該方法成本較高，工業(yè)化困難。今后應(yīng)通過深入了解電場(chǎng)輔助強(qiáng)化浸出過程的機(jī)理，提高低品位鈾礦的鈾浸出率。另一方面，研發(fā)新材料電極，降低電極損耗，提高電極重復(fù)利用能力，降低電場(chǎng)輔助浸出技術(shù)成本。

3 結(jié)論

強(qiáng)化浸出技術(shù)，通過破壞脈石結(jié)構(gòu)，改變鈾在低品位鈾礦資源中的賦存形態(tài)，提高了低品位鈾礦資源的浸出效果。在從尾礦、浸渣等低品位鈾礦資源中回收鈾的同時(shí)，降低了其放射性，減少了污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)低品位鈾礦資源強(qiáng)化浸出技術(shù)的研究，有利于鈾資源的二次利用和鈾尾礦庫周邊環(huán)境保護(hù)。

但是目前針對(duì)低品位鈾礦資源的強(qiáng)化浸出技術(shù)尚不夠完善，新浸出技術(shù)成本高、浸出劑存在環(huán)境污染、輔助浸出工序過于復(fù)雜等問題困擾著鈾資源浸出再生利用的推廣與應(yīng)用。因此，在開發(fā)新的浸出技術(shù)時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)：（1）從綠色環(huán)保的角度出發(fā)，研發(fā)新型浸出劑和相關(guān)浸出技術(shù)，使低品位鈾礦浸出技術(shù)更加綠色環(huán)保，杜絕二次污染。（2）簡(jiǎn)化低品位鈾礦浸出過程，研發(fā)設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單、成本低廉、處理量大的浸出技術(shù)以滿足處理低品位鈾礦的要求。（3）進(jìn)一步提升鈾的浸出率，降低低品位鈾礦的輻射性，爭(zhēng)取含鈾廢棄物“零污染”。（4）研究開發(fā)浸出配套技術(shù)，如后續(xù)浸出液的處理、尾礦、浸渣的減量化等，完善低品位鈾礦資源浸出技術(shù)體系。