應(yīng)用礦床學(xué)PPT

1、鈾礦資源主講：李昊熹目錄第一章 鈾礦資源概述第二章 工業(yè)用途第三章 主要礦物與主要工業(yè)礦物介紹第四章 工業(yè)上主要利用礦石類型第五章 工業(yè)上主要利用礦床類型第六章 工業(yè)利用指標(biāo)、要求第七章 選礦和加工技術(shù) 第一章 油礦資源概述 鈾是一種能源資源，也是一種戰(zhàn)略資源。對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、核電事業(yè)以及國(guó)防工業(yè)的發(fā)展具有重要作用。鈾具有核裂變釋放強(qiáng)大能量的特性，是一種重要的核燃料，主要用于原子能發(fā)電和核武器，同時(shí)鈾也是熱核武器氫彈的引爆劑。鈾核裂變時(shí)產(chǎn)生的200多種放射性同位素，經(jīng)分離后廣泛用于醫(yī)療、工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。隨著核電技術(shù)逐步完善以及核電事業(yè)在全球范圍內(nèi)的快速發(fā)展，我們?cè)陉P(guān)注核電發(fā)展的同時(shí)，更需要關(guān)注

2、世界鈾資源的發(fā)展?fàn)顩r，及時(shí)了解鈾資源的儲(chǔ)量、生產(chǎn)情況、價(jià)格、供需形勢(shì)，對(duì)世界未來(lái)的核能發(fā)展具有重要意義。 第一節(jié) 世界鈾礦資源儲(chǔ)量及時(shí)空分布狀況 全球主要產(chǎn)鈾國(guó)家有哈薩克斯坦、加拿大、澳大利亞、尼日爾、納米比亞、俄羅斯、烏茲別克斯坦、美國(guó)、烏克蘭、南非等國(guó)家，這些國(guó)家的產(chǎn)量占到全世界總開采量的91%92%，如右圖（圖1-1）。圖圖1-1 2011年世界主要產(chǎn)鈾國(guó)占世界總產(chǎn)量比重年世界主要產(chǎn)鈾國(guó)占世界總產(chǎn)量比重 第二節(jié) 中國(guó)鈾礦資源儲(chǔ)量及時(shí)空分布狀況 中國(guó)是鈾礦資源不甚豐富的一個(gè)國(guó)家。據(jù)近年我國(guó)向國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)陸續(xù)提供的一批鈾礦田的儲(chǔ)量推算，我國(guó)鈾礦探明儲(chǔ)量居世界第10位之后，不能適應(yīng)發(fā)展核電的

3、長(zhǎng)遠(yuǎn)需要。礦床規(guī)模以中小為主(占總儲(chǔ)量的60%以上)。含煤地層中鈾礦床、堿性巖中鈾礦床及其他類型鈾礦床在探明儲(chǔ)量中所占比例很少，但具有找礦潛力。時(shí)間分布以中生代的侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)成礦最為集中?？臻g分布上我國(guó)鈾礦床分南、北兩個(gè)大區(qū)（圖1-2），北方鈾礦區(qū)以火山巖型為主，南方鈾礦區(qū)則以花崗巖型最為重要。u 圖1-2 中國(guó)鈾礦分布圖第三節(jié) 基本特點(diǎn) 礦床分布廣泛,地區(qū)間差異明顯。20多個(gè)省(區(qū))正式提交了鈾礦儲(chǔ)量,其絕大部分分布在中部和東部地區(qū),以江西、廣東、湖南、廣西四省(區(qū))相對(duì)集中些?？梢?鈾礦儲(chǔ)量主要分布于能源短缺的東南部地區(qū),西部地區(qū)只占很小比例。 礦床產(chǎn)出時(shí)代新。主要產(chǎn)于中生代晚期，部分延

4、續(xù)到第三紀(jì)。 礦床以中小規(guī)模為主,礦石平均品位中等,占礦床總數(shù)的90%以上為中小規(guī)模，中低品位的比例也是在90%以上。 礦床按其所賦存的圍巖分類,以花崗巖型、火山巖型為主,約占總儲(chǔ)量的61%，其次砂巖型,占總儲(chǔ)量的21%;再次為碳硅泥巖型,占總儲(chǔ)量的13%。 第二章 工業(yè)用途 鈾是自然界中原子序數(shù)最大的元素，天然鈾由幾種同位素構(gòu)成:除了0.1的鈾-235（235是質(zhì)量數(shù)）、微量鈾-234外，其余是鈾-238，鈾-235原子核完全裂變放出的能量是同量煤完全燃燒放出能量的2700000倍。也就是說(shuō)1克-235完全裂變釋放的能量相當(dāng)于2噸半優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)所釋放的能量。 在軍事上鈾主要用來(lái)制造核武器

5、和核動(dòng)力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。 由于核電具有發(fā)電成本低、對(duì)環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點(diǎn)，世界各國(guó)，尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)都大力發(fā)展核電。我國(guó)已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。 鈾裂變時(shí)產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。例如，在工業(yè)上利用射線實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)控制，無(wú)損傷檢查等；在農(nóng)業(yè)上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫(yī)學(xué)上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質(zhì)勘探工作中用來(lái)找礦等等。 鈾可以作為核燃料元件。 第三章 主要礦物與主要工業(yè)礦物介紹四價(jià)鈾礦物 四價(jià)鈾礦物四價(jià)鈾礦物包括四價(jià)鈾的簡(jiǎn)單氧化物，四價(jià)鈾的復(fù)雜氧化物，

6、四價(jià)鈾的硅酸鹽，磷酸鹽和鉬酸鹽，在自然界較為常見且具有工業(yè)價(jià)值的鈾礦物基本上以前三大要素為主。另外，在磷酸鹽中的個(gè)別鈾礦物如人形石具有一定的工業(yè)價(jià)值。 鈾的簡(jiǎn)單氧化物 是以UO2為主要成分的鈾的氧化物，鈾礦物包括晶質(zhì)鈾礦及其變種瀝青鈾礦和鈾黑，其中晶質(zhì)鈾礦和瀝青鈾礦含U3O8達(dá)73-90%，具有重要的工業(yè)意義，是目前提煉鈾的主要鈾礦物原料。 四價(jià)鈾的復(fù)雜氧化物（鈾和鈦的復(fù)雜氧化物） 鈾和鈦的復(fù)雜氧化物主要是UO2和TiO2所組成的化合物。礦物有鈦鈾礦，斜方鈦鈾礦和鈰鈾鈦鐵礦，其中斜方鈦鈾礦是鈦鈾礦的同質(zhì)多象變體，鈦鈾礦具有非常需要的工業(yè)價(jià)值，而鈰 鈾鈦鐵礦的工業(yè)價(jià)值極為有限，斜方鈦鈾礦是我國(guó)首

7、先發(fā)現(xiàn)的新的鈾礦物種。 四價(jià)鈾的硅酸鹽 鈾的硅酸鹽是以U4+和SiO44-為主要成分的化合物，其礦物種目前只有一種-鈾石。鈾石是一工業(yè)鈾礦物，它在自然界分布較廣，是目前提提煉鈾的主要礦物原料之一，因此具有極為重要的工業(yè)意義。 硅銅鈾礦 硅鎂鈾礦 六價(jià)鈾礦物 六價(jià)鈾礦物或稱鈾酰礦物，在自然界分布較廣，但數(shù)量為數(shù)有限，因此一般來(lái)說(shuō)僅僅只有找礦意義，而工業(yè)價(jià)值較小。六價(jià)鈾礦物的種類很多，可形成鈾酰氫氧化物及各種鈾酰的含氧酸鹽。 鈾酰氫氧化物和重鈾酸鹽 鈾酰氫氧化物和重鈾酸鹽主要產(chǎn)出在原生鈾礦床或鈾礦化點(diǎn)氧化帶，與原生鈾礦物關(guān)系密切，具有重要找礦意義。因而是較為重要的鈾酰礦物。 鈾酰硅酸鹽 目前已發(fā)現(xiàn)

8、的鈾酰硅酸鹽礦物有15個(gè)礦物種，它們?cè)谧匀唤绶植己軓V，具有重要的找礦意義。本類礦物形成于表生環(huán)境條件下，產(chǎn)于各類鈾礦床和鈾礦化點(diǎn)的氧化帶，其形成環(huán)境與鈾酰氫氧化物相似，形成于堿性環(huán)境中，一般是在中性至弱堿性溶液中最有利于它們的形成和保存。 鈾酰磷酸鹽 鈾酰磷酸鹽在自然界分布比較廣泛，礦物種類也較多，與原生礦化有一定的成因聯(lián)系，因此，它具有重要的找礦意義（有33個(gè)礦物種和4個(gè)變種）。 鈾酰釩酸鹽 已發(fā)現(xiàn)有12個(gè)礦物種和兩個(gè)變種，是主要的找礦標(biāo)志，其中的釩鉀鈾礦和釩鈣鈾礦有時(shí)可作為工業(yè)鈾礦物進(jìn)行開采，它是目前僅有的可作為工業(yè)鈾礦物的鈾酰類礦物。 下面是一些比較絢麗的鈾礦物 深黃鈾礦 碳鎂鈾礦 第四

9、章 工業(yè)上主要利用礦石類型 鈾礦有土狀、粉末狀，也有塊狀、鐘乳狀、腎狀等等。有些土狀的鈾礦被稱為鈾黑，而塊狀的則稱為瀝青鈾礦。土狀的鈾礦沒(méi)有什么光澤，塊狀的則具有瀝青光澤。鈾礦石是具有放射性的危險(xiǎn)礦物。它們除了可以提取鈾用于核工業(yè)外，還可以從中提取到鐳和其他稀土元素。鈾礦石的分類有以下四種： 瀝青鈾礦最主要主要的鈾礦石 脂鉛鈾礦晶質(zhì)鈾礦氧化和水合最后階段的產(chǎn)物 按圍巖或脈石的成分分類。主要成分為二氧化硅的稱為硅酸鹽型礦石。碳酸鹽含量高的稱為碳酸鹽型礦石。 按含鈾量高低分類（這里的鈾指化合物氧化鈾U3O8），含鈾量高的稱為富礦。有的富礦含鈾量達(dá)百分之幾，但其儲(chǔ)量一般不多。含鈾量低的稱為貧礦。除非

10、其中含有其他有用成分，鈾可作為副產(chǎn)品回收，尚無(wú)開采價(jià)值。含鈾量適中(0.05%0.2%)的稱為一般品位礦石，是工業(yè)提取鈾的主要原料。 按從中浸出鈾的難易分類。次生鈾礦一般屬易浸礦石，原生鈾礦及含黏土和有機(jī)質(zhì)較多的鈾礦屬難浸礦石。 按礦石中鈾和其他有用成分存在情況分類。有用成分只有鈾的礦石為單一鈾礦，除鈾以外還含有其他有用成分的礦石稱為復(fù)合礦石。后者的加工處理需考慮綜合利用問(wèn)題。 下面介紹幾種常見的鈾礦石。 晶質(zhì)鈾礦 是最主要的工業(yè)鈾礦石類型。富含U(的土狀變種稱為鈾黑。釷、釔、鈰等稀土元素可類質(zhì)同象替代鈾，含量高的分別稱為釷鈾礦或釔鈾礦 。此外，晶質(zhì)鈾礦還用于提取鐳。 瀝青鈾礦 是一種放射性的

11、，富含鈾的礦石，主要成分為二氧化鈾，同時(shí)亦包含三氧化鈾，鉛，釷和稀土元素。瀝青鈾礦是鈾的主要礦藏來(lái)源。目前地球上所發(fā)現(xiàn)的已知含鈾量最高的礦床分別在剛果民主共和國(guó)的Shinkolobwe（曼哈頓計(jì)劃的最初礦源），加拿大薩斯喀徹溫省北部的阿薩巴斯卡盆地。另一個(gè)瀝青鈾礦的主要產(chǎn)地在加拿大西北地區(qū)的大熊湖，與銀礦同存。 鈾石（水硅鈾礦）水硅鈾礦是重要鈾礦之一，又稱鈾石。四方晶系，鋯石型結(jié)構(gòu)。單晶體呈短柱狀、針狀，集合體呈球粒狀或皮殼狀。鈾石與瀝青鈾礦緊密共生,特別是在硫化物、砷化物的共生組合中。 第五章 工業(yè)上主要利用礦床類型 目前我國(guó)探明的鈾礦床類型有花崗巖型、火山巖型、砂巖型(含含鈾煤型)、碳硅泥

12、巖型、含鈾磷塊巖型、含鐵石英巖型、石英巖型、矽卡巖型、混合巖型及風(fēng)化殘積型等。并以前四類最為主要,其地質(zhì)礦化特征是: 花崗巖型鈾礦床 花崗巖型鈾礦床是我國(guó)最主要的鈾礦類型。我國(guó)含鈾花崗巖體分布很廣,礦化類型較多,主要有微晶石英型(或玉髓型)、堿交代型、螢石型和鉆上型等。產(chǎn)鈾花崗巖體的主要特征是:巖體含鈾量高,含品質(zhì)鈾礦,鈾浸出率高。產(chǎn)鈾巖體地質(zhì)時(shí)代有老有新,但以燕山期巖體最為主要。鈾礦化受斷裂構(gòu)造的控制，熱液蝕變明顯， 瀝青鈾礦是主要鈾礦物。 火山巖型鈾礦床 火山巖型鈾礦床,主要分布于我國(guó)東部地區(qū),其特征是:含鈾火山巖的地質(zhì)時(shí)代主要有二疊系、侏羅系和白堊系,以侏羅系為主。產(chǎn)出的巖性以中酸性熔巖

13、和火山碎屑巖為主，礦化受層位和構(gòu)造的聯(lián)合控制。 砂巖型(含含鈾煤型) 我國(guó)砂巖塑和含鈾煤塑鈾礦床,主要產(chǎn)于中新生代盆地中,砂巖型產(chǎn)于紅色碎屑巖建造,含鈾煤型則產(chǎn)于暗色碎屑巖建造。紅色碎屑巖建造礦化賦存層位以白堊系和老第三系為主,其次為侏羅系。 碳硅泥巖型 產(chǎn)在華南加里東褶皺帶中，其特征是:含礦層位多,賦存于震旦一寒武系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系地層中；含礦巖性多為碳酸鹽巖、硅巖和泥巖的過(guò)渡性巖石；熱液蝕變微弱。 第六章 工業(yè)利用指標(biāo)、要求 鈾礦的工業(yè)指標(biāo)系指礦床儲(chǔ)量的最低限量，最低可采品位和最低可采厚度。 確定鈾礦的工業(yè)指標(biāo)的依據(jù)是： 已發(fā)現(xiàn)礦床的儲(chǔ)量和礦石品位 礦床開采技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)指

14、標(biāo)：即鈾礦勘探、開采和冶煉過(guò)程中所消耗的總成本需低于所能獲得金屬鈾的實(shí)際價(jià)值和國(guó)際市場(chǎng)上商品鈾的價(jià)格。 在中國(guó)、俄羅斯和少數(shù)西方國(guó)家(如法國(guó))鈾礦石的品位都w(u)(金屬鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù))來(lái)表示；大部分歐美國(guó)家則以w(U3O8)(八氧化三鈾的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。兩者之間的換算關(guān)系是：U308：U=1：0 848。對(duì)礦石品位的要求在世界范圍內(nèi)，對(duì)于單獨(dú)在世界范圍內(nèi)，對(duì)于單獨(dú)開采的鈾礦，通常要求鈾開采的鈾礦，通常要求鈾礦石的最低工業(yè)品位為礦石的最低工業(yè)品位為U U3 3O O8 8為為0.070.070.08%0.08%，如開，如開采費(fèi)用和技術(shù)加工費(fèi)用低，采費(fèi)用和技術(shù)加工費(fèi)用低，工業(yè)品位可降到工業(yè)品位可降

15、到U U3 3O O8 8為為0.050.050.06%0.06%，如礦石中含，如礦石中含有其它有用組分，品位可有其它有用組分，品位可降至降至0.010.010.04%0.04%。地浸采。地浸采鈾可大大降低鈾品位。鈾可大大降低鈾品位。表6-1 礦石要求表對(duì)礦床儲(chǔ)量的要求 我國(guó)及前蘇聯(lián)都是以金屬鈾進(jìn)行分級(jí)劃分的。 在我國(guó)： 巨型礦床1萬(wàn)噸金屬鈾； 大型礦床300010000噸金屬鈾； 中型礦床10003000噸金屬鈾； 小型礦床5001000噸金屬鈾 對(duì)開采厚度的要求 一般要求不能低于0.7m。 地浸砂巖型鈾礦對(duì)鈾品位的要求要低得多，但有一個(gè)綜合的參數(shù)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，即平米鈾含量大于1/，品位大于

16、萬(wàn)分之一（0.01%） 第七章 選礦和加工技術(shù)第一節(jié)工藝選礦流程及分類 鈾礦石的分選方法包括化學(xué)選礦和物理選礦兩種。大多數(shù)鈾礦石通常不經(jīng)過(guò)物理選礦，而直接采用化學(xué)選礦法水冶加工提取鈾。 化學(xué)選礦 鈾礦石的常規(guī)加工工藝都是先從礦石中浸出鈾。鈾礦石的浸出有酸浸和堿浸兩種。酸浸適合于耗酸礦物較少的硅酸鹽礦；堿浸宜用于含碳酸鹽礦物較多的鈾礦石。酸浸礦漿經(jīng)固液分離或泥砂分離、粗砂洗滌，然后從清液或礦漿介質(zhì)中提取和富集鈾。堿浸礦漿經(jīng)固液分離和洗滌后，得到清液。清液可用化學(xué)沉淀法制得化學(xué)濃縮物等。 物理選礦 某些鈾礦石在水冶加工前，先進(jìn)行物理選礦，其作用是提高水冶給礦的鈾品位，廢棄部分尾礦。在鈾礦石物理選礦

17、技術(shù)中，放射性揀選獲得了成功。第二節(jié) 加工技術(shù)介紹 堆浸提鈾工藝 濃酸熟化高鐵淋濾堆浸技術(shù) 該技術(shù)的特點(diǎn)是首先將破碎礦石進(jìn)行濃酸熟化預(yù)處理，使礦石中的鐵氧化為三價(jià)，鈾大部分轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，然后采用含硫酸高鐵的清水進(jìn)行淋浸。 低滲透性礦石制粒堆浸技術(shù) 低滲透性含泥礦石化學(xué)粘合進(jìn)行酸法制粒，該粘合劑通過(guò)參與化學(xué)反應(yīng)，可在礦粒內(nèi)部形成以水化物晶核為基礎(chǔ)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，從而大幅度提高了礦堆的滲透性。 細(xì)粒級(jí)礦石堆浸技術(shù) 經(jīng)過(guò)對(duì)堆浸傳質(zhì)機(jī)理及浸出過(guò)程進(jìn)行深入分析研究，提出了細(xì)粒級(jí)礦石堆浸的概念，認(rèn)為堆浸礦石的破碎應(yīng)該存在一個(gè)最佳經(jīng)濟(jì)粒度。 地浸采鈾 地浸采鈾是通過(guò)從地表鉆進(jìn)至含礦層的注液井將按一定比例配制好的溶浸液注入到礦層，注入的溶浸