鈾礦浸出的分形動力學研究

趙賀永，李麗紅，曾桂忠，劉予成

（1.文山學院 生化系， 云南 文山縣 663000；2.文山學院 初等教育系， 云南 文山縣 663000）

當今世界易開采的鈾礦資源日益減少，特別對于硬巖性鈾礦，原礦品位越來越低，性質也越來越復雜，給礦石的開采和選礦工藝均造成較大困難，如何充分地利用現有的低品位礦產資源，顯得日益迫切。本文通過實驗，建立了硬巖鈾礦浸出的分形動力學模型。

1 分形動力學

有反應核模型公式［1］：A（溶浸液）＋bB（反應物固態）→生成物。

有crank－ginstling－braunshtein的簡化模型：

通過公式（1）可以得出：

式中，m為反應物的相對分子量，c為溶液的濃度，d為反應物直徑，b為化學計量系數，ρ為反應物密度，r為反應物起始直徑，xt為t時刻的反應率。令k＝2mdct／3bρr2，得到動力學方程為：

其中，k與分維值D為線性關系。

2 試驗研究

2.1 礦石的性質

某 鈾 礦 石 中 U 0.134%、SiO275.8%、MnO 0.08%、Fe2O31.01%、FeO 0.78%、Al2O310.76%、CaO 0.26%、MgO 0.35%，結果表明，礦石中Fe2O3含量大于FeO含量，礦石的氧化性較好。鋁含量較高，CaO、MgO含量較低。

2.2 實驗礦石的組成

2.3 試驗參數的確定

溶浸液硫酸濃度為25g／L，布液強度20.0 L／（m2·h）；浸出時間30d；液固質量比為1.52∶1；浸出pH 值為2±0.5［2－5］。

3 實驗結果分析

對實驗所得出的數據進行處理后，得到圖1所示的曲線。

圖1 浸出液鈾濃度與浸出時間的關系

通過圖1可以看出，隨著分維值的增大，浸出液鈾濃度增加，在第3d時，不同分維值浸出液的鈾濃度都達到最大值，隨著實驗的繼續，到15d時，鈾濃度變化的幅度趨于變緩，15d后，鈾濃度曲線變得非常平滑。

通過分形動力學方程進行數據的模擬，模擬結果見圖2～圖7。

從圖8可以得出直線的斜率為：0.008，可以得出直線的方程為：k＝0.008D＋0.009，把公式k＝0.008D＋0.009代入式（3）中，可以得到不同分維值的動力學方程的通用式：1－3（1－xt）2／3＋2（1－xt）＝（0.008D＋0.009）t。

圖2 分維值1.1的擬合

圖3 分維值1.4的擬合

圖4 分維值1.7的擬合

圖5 分維值2.0的擬合

圖6 分維值2.3的擬合

圖7 分維值2.6的擬合

圖8 分維值D與每個分維值動力學參數k的關系

4 結 論

鈾礦石分維值在1.7～2.3時，其浸出率比較高，因此，實際的應用中，礦石破碎時分維值應該在1.7～2.3之間。

通過數據的處理得出了不同分維值的動力學的參數，運用這些參數，得出不同分維值的動力學公式，通過這些動力學公式的比較，得出隨著礦石分維值的增加，動力學的斜率增加，在y的截距也增大。并且得出了分維值D與每個分維值動力學參數k的關系，通過這個關系式，建立了分維值的通用動力學方程：1－3（1－xt）2／3＋2（1－xt）＝（0.008D＋0.009）t。

［1］ Ekinci Z.Technical Note Leaching Kinetics of Sphalrite with Pyrite in Chlorine Saturated Water［J］.Minerals Engineer，1998，11（3）：279－283.

［2］ 趙賀永，李麗紅.不同分維值的鈾礦浸出研究［J］.有色金屬（冶煉部分），2013（5）.

［3］ 張曉文，等.贛州鈾礦某礦石高柱浸出性能研究［J］.中國礦業，2003，12（8）：62－64.

［4］ 王小波，等.某鈾礦床礦石高柱浸出性能研究［J］.中國礦業，2009，18（12）：72－75.

［5］ 王昌漢.浸鈾方法中礦石塊度及其組成的確定原則［J］.中國核科技報告，1998（S6）：1－8.