核能作為目前最清潔的一種能源，在其發(fā)展過(guò)程中，我們必須從礦石中提取鈾—一種能夠發(fā)生核裂變并產(chǎn)生核聚能的金屬，而鈾在礦石中含量是相當(dāng)?shù)偷?。鈾在地球上的平均含量比較低，且很分散，這就要求我們不能像火法冶金一樣，直接從礦石中提取，必須進(jìn)行濕法冶金——其中包括浸出、分離、純化、濃縮、沉淀等多個(gè)工序，制取發(fā)展核能所必須的鈾制劑。因此首先必須針對(duì)礦石的特性進(jìn)行浸出，將大多數(shù)無(wú)用的雜質(zhì)分離出來(lái)。浸出就是用化學(xué)試劑將與眾多礦物伴生的礦石中的有用組分—鈾轉(zhuǎn)化為可溶性化合物，并選擇性地溶解出來(lái)，得到含金屬鈾的溶液，實(shí)現(xiàn)鈾組分與雜質(zhì)組分的分離過(guò)程。

　　隨著核電的發(fā)展，需要愈來(lái)愈多的鈾作為核反應(yīng)堆的核燃料，因此我們要從各種不同鈾礦石中采取浸出的方法提取鈾，來(lái)獲得我們所需要鈾產(chǎn)品，這也是制取核燃料的第一步。接著通過(guò)離子交換或萃取的方法制取鈾的化合物，并通過(guò)沉淀的方法制取鈾的濃縮物，然后通過(guò)純化、氧化還原制取鈾的氧化物，再通過(guò)冶金制取鈾金屬，最后制成我們所需要的核燃料。

　　這里所提到的浸出就是將含有溶劑的水溶液，例如酸溶液或堿溶液等，直接與礦石按一定的比例進(jìn)行攪拌混合接觸，使之在礦石中的鈾有選擇性地溶解在含有酸、堿的水溶液中，而與其它不溶解的礦物進(jìn)行分離，得到含有絕大部分的鈾而只含有極少部分溶解的其它礦物成分的水溶液，從而實(shí)現(xiàn)鈾與其它礦物的分離。

　　浸出技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，特別是我國(guó)核工業(yè)經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，產(chǎn)生許多不同的浸出的方式和方法。浸出過(guò)程根據(jù)固液接觸方式和形式是多種多樣的。

　　影響浸出效率的高低取決于許多因素，其中最主要的就是我們所常說(shuō)的浸出六大因素的研究：

　　1）礦石的粒度；2）浸出液固比；3）浸出試劑的濃度；4）浸出時(shí)的溫度；5）浸出時(shí)間的長(zhǎng)短；6）氧化劑的用量。

　　浸出的機(jī)理主要是當(dāng)含有浸出劑（如硫酸或堿）的溶液與含有鈾的礦物接觸時(shí)，溶液中的溶劑不斷地通過(guò)礦石中孔隙向鈾礦物表面擴(kuò)散，當(dāng)溶液中的溶劑與所要取得的鈾礦物接觸時(shí)，鈾礦物就不斷地?cái)U(kuò)散到溶液中與溶劑進(jìn)行結(jié)合生成新的化合物，同時(shí)含有溶解鈾的溶劑也不斷地向礦物外的溶液中擴(kuò)散，此時(shí)進(jìn)入溶液中的鈾礦物即是我們所要取得的目標(biāo)物——鈾化合物。

　　目前，無(wú)論是按浸出技術(shù)還是按浸出過(guò)程分類，我們所常采用的方法有攪拌浸出、堆浸、地浸（包括爆破浸出）、滲濾浸出、流態(tài)化浸出、薄層浸出。但是目前回收核燃料鈾最主要采用的方法有攪拌浸出、堆浸、地浸。其它方法應(yīng)用的范圍比較窄，如爆破浸出只適應(yīng)于硬巖鈾礦石和礦石儲(chǔ)量比較小的礦床。

　　1 攪拌浸出

　　攪拌浸出顧名思義就是磨細(xì)的礦石與浸出劑在槽中進(jìn)行充分地?cái)嚢杌旌?。鈾礦石的攪拌浸出是指將礦石破磨成粉狀——一般情況下礦石破磨到-100目到-200目左右——與浸出劑在攪拌槽中進(jìn)行混合，在強(qiáng)化浸出條件下（如增加溫度、提高浸出劑濃度、選擇適當(dāng)?shù)慕鰟┓N類、延長(zhǎng)攪拌浸出時(shí)間、提高攪拌速度等六大條件）通過(guò)攪拌所進(jìn)行的浸出方式。其攪拌方式有機(jī)械攪拌（如機(jī)械攪拌槽）與空氣攪拌兩種（如巴丘克攪拌槽）。

　　攪拌浸出原理：攪拌浸出也是固液傳質(zhì)的過(guò)程，通過(guò)磨細(xì)的物料增大固相的接觸表面，使被包裹的鈾礦物充分地暴露出來(lái)，從而增大了鈾與浸出劑的接觸幾率，同時(shí)在攪拌條件下，強(qiáng)化固相表面鈾浸出劑的更新幾率，不斷保持鈾表面浸出劑在比較高的濃度下，保證固液表面的浸出劑有比較大的濃差，從而達(dá)到提高浸出率的目的。

　　影響攪拌浸出效率的因素有：礦石粒度；浸出劑的濃度；浸出液固比；氧化劑；浸出溫度；浸出時(shí)間等等。

　　攪拌浸出適合于各種不同類型的鈾礦石，根據(jù)礦石性質(zhì)，可選擇酸法浸出和堿法浸出。但攪拌浸出水冶廠的建設(shè)周期長(zhǎng)，投資大，生產(chǎn)成本高，特別是磨礦費(fèi)用在攪拌浸出中占有很大的比重，對(duì)某些礦石的固液分離也是一個(gè)比較難的問(wèn)題。因此在上世紀(jì)80年代到90年代，為了簡(jiǎn)化流程，節(jié)省投資，一般不采用攪拌浸出。目前從節(jié)省國(guó)家資源的角度出發(fā)，為了充分利用有效資源，我們又在開始進(jìn)行攪拌浸出的研究。一般在礦石鈾含量比較高的情況下，大多采用攪拌浸出。雖然它的磨礦費(fèi)用和固液分離費(fèi)用所占的比重較高，但由于鈾的回收率比其它幾種浸出方法的浸出率高出近10%以上，所以攪拌浸出仍然是浸出鈾的首選方式。

　　攪拌浸出的示意圖如圖1所示：


圖1 攪拌浸出示意圖



　　2 堆浸

　　堆浸是堆置浸出法的簡(jiǎn)稱，是指將稀的化學(xué)溶劑噴灑到預(yù)先堆置好的礦石堆上，有選擇性地溶解（浸出）礦石中的目標(biāo)成分——鈾，使鈾形成離子或絡(luò)合離子并使之轉(zhuǎn)入溶液，以便進(jìn)行進(jìn)一步的提取或回收。堆浸的礦石僅需粗碎即可，根據(jù)情況一般僅需破碎到-5~-8mm，如果浸出性能比較好，有時(shí)可能只要破碎到-10mm左右即可，而溶液在礦堆中總是處于非飽和流狀態(tài)的流動(dòng)。

　　堆浸法的原理：借助于噴灑于礦堆上含有化學(xué)溶劑的水溶液流經(jīng)礦堆時(shí)，緩慢流動(dòng)的處于非飽和流狀態(tài)的溶液，經(jīng)過(guò)礦石孔隙與礦石表面接觸，易溶解的鈾即溶解在溶液中，這樣永遠(yuǎn)保證固液相表面溶劑有比較大的濃差。

　　堆浸常用的浸出劑是硫酸，適合于處理氧化條件好的次生礦，對(duì)于含有硫化物和鐵含量比較高的礦石還可結(jié)合細(xì)菌浸出，以減少浸出劑的用量。另外，堆浸的時(shí)間較長(zhǎng)，自然環(huán)境的氧化作用可以滿足一定要求，一般不需加氧化劑或者只需要很少的氧化劑。

　　礦堆的構(gòu)筑一般為2000到4000噸礦石構(gòu)成一堆，有時(shí)一堆高達(dá)5000噸，高度一般在2.5米到3米，噴淋強(qiáng)度一般在30~50升/m2?h，大多數(shù)每天24小時(shí)均勻噴淋，一堆噴淋在一個(gè)半月左右，即可以達(dá)到將鈾完全浸出的目的，雖然渣品位一般比攪拌浸出高一些，但是浸出率可以基本上保持在70~75%左右。對(duì)于邊緣品位的礦石和其它一些品位比較低的鈾礦石足以達(dá)到目的。

　　與攪拌浸出相比，堆浸有較多的優(yōu)點(diǎn)：

　　1）投資少，成本低；

　　2）省去了能耗大的細(xì)磨和固液分離工序，簡(jiǎn)化了工藝過(guò)程；

　　3）靈活性大，適合于處理偏遠(yuǎn)地區(qū)的小礦點(diǎn)；

　　4）礦堆可在地表，也可設(shè)在井下，尾渣返回充填，減少了環(huán)境污染，

　　5）堆浸只適用于不適合進(jìn)行攪拌浸出的貧礦、表外礦、尾棄礦等。

　　但堆浸的浸出速率低，浸出效率低，很難達(dá)到水冶廠的浸出效果，更加不適合于處理難浸礦石和非氧化礦，另外還要求有適宜的氣候條件。一般情況下浸出率比攪拌浸出低10%左右，如果對(duì)于含量較高的鈾礦石使用堆浸則對(duì)資源是一個(gè)較大的浪費(fèi)。因此對(duì)于難處理的礦石，對(duì)于氣候惡劣的地區(qū)以及對(duì)于比較富裕的礦不采用堆浸的方法，只對(duì)那些邊緣礦、比較貧的礦和廢棄的尾礦進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硪曰厥沼杏玫馁Y源。

　　與堆浸法類似的還有槽式滲濾浸出。它是將浸出劑與礦石一起置于一個(gè)槽內(nèi)，在常溫下浸泡數(shù)次，以達(dá)到浸出鈾的目的。槽浸可使用較高的浸出劑濃度，浸出時(shí)間相對(duì)堆浸要短一些。


圖2 堆浸示意圖

圖3 槽式滲濾浸出示意圖