铀水冶工艺-铀水冶工艺-1.2铀生产简史
论述原地爆破浸出采铀和水冶工艺
论述原地爆破浸出采铀和水冶工艺前言作为一种新型的采铀工艺，原地爆破浸出采铀在工业生产中具有十分广泛的应用。
在铀的提取过程中，基于矿体的自然埋藏条件，进行原地爆破落矿筑堆。
布液浸出矿堆，将有价金属从矿石当中浸出。
再将浸出的含金属液利用采液措施进行收集，最后送到金属回收厂对铀金属进行加工和回收。
利用该工艺对低品位矿石进行处理，能够使表外矿石和贫矿回收得以扩大，从而使铀矿的利用率得到提升。
一、钻孔布液技术（一）工艺概述在原地爆破浸出采铀当中，布液技术具有十分重要的作用。
浸出成本、浸出率等，都会受到布液均匀性的影响。
在地表堆浸、农业生产等布液当中，微灌技术应用较为成熟[1]。
而在原地爆破浸出当中，由于不同矿床具有不同的地质特征和地质条件，因此也要采取不同的布液技术。
在实际应用中，应当对爆破矿堆中浸出液的扩散范围进行研究，同时探讨钻孔布液技术在非饱和流当中的应用，从而促使微灌布液技术在钻孔布液技术中的应用，使采场布液均匀度得到提升。
（二）矿体条件某矿体为282°倾向，产出形式为倾斜不规则立壁式，平均厚度为6m、最大厚度为15m、长度为70m、倾角为50°。
厚度50mm到100mm的断层泥和高岭土层明显的界定了矿体的上下盘。
围岩具有良好的隔水性。
在铀矿采场中，选择的试验块段矿体具有18m的垂直高度、10m的平均厚度、12m的走向长度、4847t的保有矿量。
其中，铀金属量为10.324t，平均品味为0.213%。
矿石具有2.48t/m3的体重、6到8的普氏系数和1.8到2.0的松散系数，矿石含泥量为20%，湿度在8%左右。
（三）施工设计在施工设计当中，浸润半径会对布液钻孔的排距产生直接的影响。
其中，如果布液强度为每小时15L/m2到25L/m2，则设定1.26m的布液孔排距。
如果布液强度为每小时120L/m2，则布液孔能够达到2m的间距。
基于矿堆的扩散性、渗透性等方面的因素，设定了每小时60L/m2的布液强度、2m的钻孔排距、1m 的布液管开孔间距，从而得到了2m×1m的布液管网度。
从“挖”铀到“泡”铀
从“挖”铀到“泡”铀说起开矿，很多人会联想到深挖矿井，派人到暗无天日的井下釆挖矿石，再用矿车送到地面。
但供给核电站所用燃料的铀矿怎么开采呢？很多人都知道，铀可是有放射性的，处理不慎会危及采矿工人的健康和环境安全。
我国目前铀矿开釆使用先进的地浸开采工艺，只需要向地下“注水”就能把铀“泡”出来。
公开资料显示，我国铀矿冶工业始创于1956年，经过几十年的发展，已经在十几个省市自治区建起了几十座铀矿山、铀水冶厂、铀矿采冶联合企业，为我国核军工、核电事业的发展与核技术应用提供了可靠的铀原料。
可是，铀是一种极为稀缺的放射性金属元素，在整个地壳中的含量不到百万分之二，且还会释放（、、等射线以及与铀伴生的放射性气体氡。
因此，把这宝贝疙瘩从地下数百米的矿层中安全高效地“请出来”，还真不容易。
传统采铀分地下和露天两种铀矿石开采的方式跟其他矿石相似，主要有地下开采和露天开采两种。
露天开采，就是先剥离矿体上方的表土和覆盖岩石，然后再采挖铀矿。
露天开采的基建设施少很多，因此，工期短、成本低，无需人员下井，安全性好。
不过，这要针对埋藏较浅、剥采比适中的含铀矿床才能使用露天开采。
比如澳大利亚，作为世界上探明铀矿储量第二丰富的国家（仅次于加拿大），由于埋藏较浅、品味高、剥采比适中，绝大部分都可以实现露天开采。
地下开采，通过掘进地下井巷，从矿体中采出矿石。
它的工艺比露天开采复杂，分三个步骤：开拓、采准和回采。
开拓是从地面到矿床开掘巷道，使其间形成完整的运输、通风、排水等必要的系统，以便在矿床内进行采矿准备;采准是在开拓好的矿床范围内，根据矿体和围岩的特点选择采矿方法，对矿体掘进一系列井巷，如运输井巷、通风井巷、人行井巷及放矿井巷等，以便采出矿石;回采是在采准好的采场内通过凿岩爆破、装运矿石、支护壁顶及空场处理等把矿石采下运走的过程。
然而，与其他大多数如煤炭、铜等矿产资源不同，铀矿石难以靠肉眼鉴别，而且有放射性，不断释出、、射线及衰变的氡，这对采矿人员的身体健康和周边环境都会产生巨大危害。
铀水冶工艺 21自然界中的铀及其化合物
氡气
? 镭、钍等放射性元素蜕变而获得。氡气是气体中最重的 一个，也是唯一一个常规条件下全部由放射性同位素构 成的气体。
? 氡有27种同位素，均为放射性核素。大气中氡本身不 参加化学反应, 但其衰变产生的射线及衰变产生的短寿 命衰变产物对人体健康具有危害作用。对人体危害最大 的主要是222Rn及其衰变产物。
? 宇宙空间落到地球上的陨石中也含有少量铀，这表明宇 宙空间也有铀存在。
? 铀自1789年发现以来，它只是作为一个化学元素被人们研究， 很少应用。 1896年贝克勒尔（ H. Bacquerel ）发现放射性和 1898年居里夫妇 从铀矿中发现 镭以后，作为获得镭的原料， 铀矿开采才有一些发展。
? 1938年，发现并确定了 铀核裂变 现象，使人们认识到可以通 过人为的方法，促使铀核发生裂变，释放出巨大的能量。理论 上，1kg 235 U 全部裂变反应后所释放出的能量相当于 2500 t 无烟煤完全燃烧所释放出的能量。
二氧化铀制备方法有两种：
? 热分解法 重铀酸铵、三碳酸铀酰铵及草酸铀酰等铀盐，在隔绝
空气的情况下，热分解生成UO3，分解产生的还原性气体进一步 将三氧化铀还原成二氧化铀。分解温度约为450℃，还原温度在 650℃到800℃之间，其反应式为：
? 二氧化铀为深褐色或黑色粉末。经 X射线结构分析， 其 密 度 为 10.96g·cm-3 。 松 装 密 度 在 3.76 ～ 4.96g·cm-3之间，熔点为2800℃。在很高的温度 下，它也不挥发，作为核燃料来讲，二氧化铀在 高温下的物理特性相当重要。
2.2 铀在元素周期表中的位置
铀
铀纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀，U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀，其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程，而浓缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。
获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。
目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌金属铀握了铀浓缩技术。
提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。
气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。
基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。
当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。
这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。
第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。
它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。
美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。
气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。
气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。
铀原料放置于离心机中央反应室内，离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。
较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘，而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。
结晶U-235被称为“富铀”（浓缩铀），其余的“贫铀”则被丢弃。
仅靠单个离心机一次分离是远远不够的，必须通过更多离心机加工，才可以分离提纯。
铀提取工艺学第1章
铀生产简史
1963年国家决定建立第二批铀矿冶企业。到1967年先后建成 了广东和抚州两个铀矿冶联合企业，开发建立了新的铀矿、放射 分选厂和铀水冶厂，包括：衢州铀矿、本溪铀矿、修水铀矿、兴 城铀矿和伊宁铀矿及水冶厂等。
1970年，我国铀矿冶工业受到十年动乱期间“左” 的指导思想的严重干扰，提出新建近30个铀矿山（点） 和十几个铀水冶厂的高指标、大计划，给铀矿冶工业造 成很大的浪费和极为严重的后果。在建立第三批铀矿冶 企业的过程中，铀矿冶的科研工作仍然取得一定程度的 进展。
1960年至1970年间，铀生产处于一个下降阶段，这 是由于铀生产的订货已超过了当时的实际需求量。 1971年到现在是铀生产的回升阶段。20世纪70年代 初期，资本主义各国普遍出现了能源短缺的情况；
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铀生产简史
另外，核电技术的新发展，使核燃料上具有了和煤、石 油等化学燃料相竞争的能力。
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铀生产简史
17日又成功地进行了第一次氢弹试验。我国核能工业尽 管起步较晚，但其发展速度还是较快的。当前，在巩固 原有发展成果的同时，正在采取积极措施，以便更有效 地发展我国的核能事业。
我国核工业的创建和发展是新中国成立以来最大和 最有影响的成就之一。新中国成立以后，面对美国的核 威胁和核讹诈，毛泽东、周恩来等国家领导人高瞻远瞩、 审时度势，毅然作出了发展我国原子能事业的战略决策。 从1955年起我国开始铀矿普查勘探工作，并在1958年向 国家提交了第一批铀矿工业储量。1956年8月
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铀提取工艺是一门综合性的技术，其基本原则是 经济的原则，也就是盈利的原则，即用最低的支出获 得最高的收入，而且收入必须大于支出，同时应当考 虑较高资源利用率的原则。因此，铀提取工艺要求被 提取的铀矿石必须有尽可能高的铀品位，工艺流程应 当尽可能短，消耗的试剂和选用的设备应当尽可能少， 操作应当简单、方便、易行，有经济合理的尾矿和废 水处理方案，并且尽可能考虑综合回收。总而言之， 采用新技术、新设备、新材料，达到降低成本的目的， 这是开发和研究铀提取工艺的基本方向。
伊宁铀矿水冶厂的发展和新工艺的应用
第18卷 第2期铀 矿 冶Vo l.18 No.2 1999年 5月U RANIU M M INING AND M ETA LLU RGY M ay 1999伊宁铀矿水冶厂的发展和新工艺的应用陈详标(核工业铀矿开采研究所,湖南,421001)刘志成(核工业伊宁铀矿,新疆,835000)介绍了伊宁铀矿水冶厂的发展和新技术的应用;具体评价了使用3种工艺流程的特点和效果,认为流程Ⅲ有较多的优点和特色,工艺具有完整性和实用性,值得推荐。
关键词 铀水冶厂 工艺流程1 水冶厂的发展和新工艺的应用伊宁矿地浸采铀进入规模性试验(10t规模扩大试验工程),至今整5年了。
回顾这5年,矿水冶厂不仅有了较大发展,而且又不断采用了新工艺流程,即将使用的工艺流程具有先进性、完整性和实用性。
我们深信,通过进一步使用使之逐渐完善,对我国铀水冶工艺会产生某些积极的影响,对其它行业亦有一定参考价值。
5年来矿水冶厂的发展大致可分为3个阶段:半工业性试验;工业性试验和工业性生产。
1.1 半工业性试验地浸半工业性扩大试验工程是1991年设计的。
以如何尽快将地浸采铀新技术用于生产中,填补国内地浸采铀空白为主要目的。
工程以井场浸出试验为重点,水冶厂只作为必不可少的配套设施。
由于资金不足,仅投资171.45万元,这对10t规模的地浸矿山试验工程建设是十分困难的,因为投资首先要保证井场的费用100万元,剩下资金可用到水冶厂就很有限,所以水冶厂的工艺流程的选择既受资金的限制,又缺少工艺参数。
仅有的能为设计提供依据的数据是抽注试验所得浸出液平均 (U)为30mg/L。
在此情况下,选择水冶厂工艺流程作了多方案比较。
根据上述情况及浸出液的特点和产品方案,确定处理厂的流程是:清液悬浮床离子交换-单塔NaCl淋洗-槽式氢氧化钠沉淀-板框压滤得“黄饼”产品(下称工艺流程“Ⅰ”)该流程采用悬浮三塔串联吸附,空塔线速度20m/h(处理能力较固定床约大1倍),一次性投入树脂充填量小。
铀的提取过程
（《铀精制过程中按萃取法的改进》，高田真吾）
三、浓缩分离
铀同位素提取技术是从含有铀235的混合物中 提取铀235，由于在天然铀中主要含有铀238（含 量为99.275%），而铀235的含量仅为 0.720%。 因此必须通过铀同位素的分离来提高铀同位素混合 物中铀235的含量。
铀分离技术起源:由于铀核裂变释放大量能量， 用于二战时期制作核武器的核燃料。美国建立了以 电磁分离，气体扩散，热扩散的三个工厂，其中气 体扩散工业化贡献最大。
· 海水中也有铀，但是浓度很低，每吨海水平均只 含3.3毫克铀，但由于海水总量极大(海水中总含铀 量可达 4.5×10^9 吨)，所以也在探索海水提铀的 方法
铀的提取过程
铀的浸取 铀的精制
浓缩分离
y
一、铀的浸取
1、地浸法 不直接将铀矿石挖出，打几口井， 向地下注酸（或碱）液，在地下 把铀溶解出来。然后，将铀矿浆 从地下抽上来，直接输运到水冶 厂去加工。减少了污染环境的废 石和尾矿砂的产生。但受地质水 文条件限制，适用于地浸法的铀 矿床并不多。 2、浓酸熟化-高铁淋滤堆浸技术 先将破碎矿石进行浓酸熟化预处 理, 使矿石中的铁氧化为三价, 铀 大部分转化为可溶性盐, 然后采 用清水进行淋浸。 既缩短了矿石的浸出周期, 也提 高了浸出合格液的铀浓度。该研 究成果目前已经进行了多年的工 业应用。
（《中国铀矿冶生产技术进展综述》，曾毅君）
一、铀的浸取
3、细菌氧化堆浸技术 主要是利用氧化亚铁硫杆菌对矿 石中的黄铁矿或吸附尾液中的 Fe2+进行氧化,使Fe2+转变成 Fe3+ , 从而完成对矿石中低价铀 的氧化浸出。 4、井下爆破堆浸技术 对于一些品位很低的铀矿床来讲 (如含铀品位低于0 .1 %), 如果由 于地质、水文条件的限制,无法进 行地浸开采, 将矿石采出地表处 理又不经济，可以采用井下爆破 堆浸提铀技术。首先在井下矿体 内采切出必要的采空区, 然后采 用挤压爆破的方法在落矿筑堆的 同时对矿石进行破碎。降低成本 的同时减少了地表放射性污染的 程度。
金属冶炼中的铀冶炼与铀生产
汇报人：可编辑 2024-01-06
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目录
• 铀冶炼概述 • 铀矿石的开采与处理 • 铀的化合物与转化 • 铀的冶炼与生产 • 铀生产的安全与环保 • 未来铀冶炼技术的发展趋势
01
铀冶炼概述
铀的特性与用途
铀的特性
铀是一种银白色的稀有金属，具有高 密度、高熔点和强放射性等特性。
铀的 质上的差异，将铀从其共存的元 素或化合物中分离出来。常见的 提取方法包括溶剂萃取、离子交
换等。
设备
萃取塔、离子交换柱、蒸馏塔等 。
优缺点
提取与纯化方法具有较高的选择 性，但需要使用大量有机溶剂或 酸碱溶液，可能对环境产生影响
。
05
铀生产的安全与环保
铀的氟化物具有较高的化学稳 定性和热稳定性，是核燃料生
产中重要的中间产物。
铀的氟化物可以与多种还原 剂反应，生成相应的铀化合
物，如四氟化铀。
四氟化铀是核燃料生产中重要 的中间产物，可以进一步转化 为六氟化铀，用于制备金属铀
和二氧化铀。
铀的碳化物
铀的碳化物具有较高的化学稳 定性和热稳定性，可以用于制 备其他铀化合物和生产核燃料 。
低耗
优化工艺参数，降低能源消耗和原材料消耗，减少对环境的 负面影响。
环保型的铀转化技术
清洁生产
采用环保型的转化工艺，减少废气、 废水和固体废物的产生，降低对环境 的污染。
资源化利用
对产生的废物进行资源化利用，实现 废物的减量化、无害化和资源化。
智能化与自动化的铀冶炼技术
智能化
采用人工智能、大数据和物联网等先进技术，实现生产过程的智能化控制和优 化管理。
对生产过程中的污染物排放进行实时监测，确保达标排放。
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第三阶段 停顿阶段
1960年至1970年间，铀生产处于一个下降阶段，这是 由于铀生产的定货已超过了当时的实际需要量。
当时美国及欧洲各资本主义国家大量从中东等产油国获 得石油，能源充裕，而核电无论在经济效果或其它方面 又一时未显现出明显的优越性。
这一阶段，对核燃料的需求锐减，铀生产出现停顿和下 降的情况，许多50年代建立起来的铀水冶厂停止生产。
1.2 铀生产简史
从本世纪四十年代初开始，就世界范围 看，作为核能开发计划一部分的铀生产 工业、经历了建立、大发展、停顿和新 发展四个历史阶段。
第一阶段 建立阶段—原子弹原料
20世纪40年代初到1949年是铀生产工业的建立阶段。在这段期间， 铀的生产只是为了制造原子弹。当时，由于时间紧迫，来不及普遍 找矿，故所需铀矿石，主要来自已知的铀矿床和以前提镭、钒的含 铀尾矿，到1946年，有关国家的铀矿地质勘探及开采工作才普遍 开展起来。
我国核能工业尽管起步较晚，但其发展速度还是较快 的。当前，在巩固原有发展成果的同时，正在采取积
极措施，以便更有效地发展我国的核能事业。
核燃料循环
核燃料的生产
—前端（探、采、选、冶、核燃料元件生产）
反应堆工程
—中端（核电站）
核燃料的后处理
—后端（乏燃料后处理）
前端（燃料制造）
1966年是铀水冶厂开工率的最低点，当时，国外运转的铀水冶广 仅50座左右，而这一年美、英、法等资本主义国家， U3O8的年产 量还不到最高年份1959年的一半。即使是其后稍有提高的1970年， U3O8的年产最也仅为1959年的56％。这一阶段，各国都已注意到， 要提高铀作为能源的竞争能力，必须降低其生产成本，而改进常 规提取工艺技术，则是实现这一目标的主要措施。
五十多年来，世界的铀生产工业已发展到相当 大的规模，据不完全统计，到1977年底，除已 拆除的外，国外铀水冶厂共有100余座，按 U3O8计的总生产能力在33000吨／年以上。与 此同时，随着铀生产的发展，铀生产的工艺技 术也在不断更新、改进。
我国原子能工业
随着国民经济建设的发展，我国也建立了一套完整的 原子能工业体系。1964年10月16日，我国成功地爆炸 了第一颗原子弹；仅隔两年八个月，于1967年6月17 日又成功地进行了第一次氢弹试验。
在这期间，对铀矿石的提取工艺作了许多奠基性的研究。例如，不 少国家的科学家成功地研究和确定了铀矿石的硫酸浸取和碳酸盐浸 取工艺流程，并开始采用了离子交换树脂提取铀的工艺。将这些方 案和一些经典的工艺方法在生产上配套后，美国和加拿大首先建立 了铀水冶厂，从此一个独立的铀生产工业诞生了。
第二阶段 大发展阶段—铀水冶技术成熟阶段
1950年至1959年是铀生产的大发展阶段。 1945年美国首先研制成原子弹，其后又进一步加紧了核武器的研制，并于1952年进行
了氢弹爆炸试验。 随后，苏、英、法等国也相继赶上，大量生产核燃料，发展核武器。这一切都给铀生
产的发展以巨大的刺激。在此阶段，美国集中力量普查了西部铀矿资源，其矿石可采 储量由1946年的90.7万吨，激增到1959年的8000万吨左右。同时，美国、加拿大及南 非等共建成、投产了七十余座铀水冶厂，这些厂的矿石总处理能力已达15万吨/日。 到1959年，资本主义国家铀的年产量，按U3O8计，达到39,319吨，创造铀生产的最高 水平。铀生产的发展，有力地促进了铀提取工艺的革新。在这一时期，铀矿石的硫酸 浸取和碳酸盐浸职流程，无论从工艺或设备方面均更趋完善。同时，矿浆离子交换、 萃取法提取铀以及无介质磨矿等新工艺也相继出现。
因此，这一阶段在改造旧工艺方面作了许多研究工作。与此同时， 有关国家还发展了细菌浸取、地下浸取等从低品位铀矿资源中提 取铀的新技术。
第四阶段 新发展阶段
1971年到现在是铀生产的回升和新发展阶段。20世纪70年代初 期，资本主义各国普遍出现了能源短缺的情况；另外，核电技 术的新发展，使核燃料在经济上具有了和煤、石油等化学燃料 相竞争的能力。
1978年英国核电成本为38.5美厘/度电，而同年烧煤的火力电成 本却为48美厘／度电，烧油的火力电成本则达61美厘/度电，上 述两个方面的原因都有力地促进了核电事业的发展。
核电事业的发展，无疑将导致铀生产的回升和新发展，1978年 西方各国铀需要量已增至34，100吨U3O8，这个数字已经接近 1959年的最高年产量。
中端(燃料应用)
后端（乏燃料处理）
转化浓缩
燃料元件加工
铀
核反应堆
鈈
乏燃料暂存
乏燃料后处理
开采选冶
地质勘探
核能工程与核技术
地质永久处置
核素ห้องสมุดไป่ตู้变