陈 亮 谭凯旋 谢焱石 刘 江 黄 伟

(1.南华大学矿业工程博士后流动站;2.南华大学核资源工程学院;3.铀矿冶生物技术国防重点学科实验室)

在众多铀矿床类型中，砂岩铀矿床是指工业铀矿化主要产于砂岩中的铀矿床。据新近国际原子能机构网站数据，全球1 352个已知铀矿床中有530个为砂岩铀矿，占全球已探明总储量的27.9%，数量和储量均位居第1。我国近年在北方中新生代沉积盆地发现和探明了6种新的大型、特大型砂岩型铀矿［1］，大大提高了砂岩铀矿在铀资源中的地位，已成为我国4大铀矿主要工业类型之一。目前国内外的砂岩铀矿已广泛采用地浸技术开采［2］。

地球化学特征等自然因素对地浸采铀具有主导性影响［3］。前人对砂岩铀矿的地球化学特征开展了较多的研究。李子颖等［4］对鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿目标层灰绿色砂岩的地球化学特征进行了较详细的研究，并探讨了其成因。于文斌等［5］研究了松辽盆地东南缘泉头组沉积砂体的地球化学特征，同时分析了其铀成矿条件。然而，上述文献几乎全是利用砂岩铀矿的地球化学特征分析其成矿条件、成矿过程及矿床成因，很少进一步分析砂岩铀矿地球化学特征对地浸采铀的影响。

铀赋存形态为砂岩铀矿的重要地球化学特征，是决策地浸工艺方案不可缺少的内容之一［6］，也是衡量矿石可利用性和经济价值的重要指标之一［7］。因此，对砂岩铀矿铀赋存形态进行深入研究具有重要意义。前人已在这个方面做了较多研究工作。闵茂中等［7］研究了我国西北地区层间氧化带砂岩型铀矿床中铀的赋存形式。秦艳等［8］采用逐级化学提取方法，结合相关分析测试手段，分析了鄂尔多斯盆地延长组长7段富铀烃源岩的铀赋存状态。马强等［9］也对砂岩铀矿铀的赋存形态开展了研究。但前人往往只进行了定性研究，很少开展定量研究工作，铀赋存形态缺乏一个直观的综合定量衡量指标，因而给地浸采铀科学决策带来了不便。

为此，本研究以新疆某砂岩铀矿为对象，分析其地球化学特征(包括主量、微量元素及铀赋存形态)，结合铀静态浸出实验数据，研究该砂岩铀矿地球化学特征对地浸采铀的影响。本研究可深化对砂岩铀矿地球化学特征的认识，同时为地浸采铀科学决策提供重要参考。

1 材料与方法

新疆某砂岩铀矿位于伊犁盆地南缘西部，含矿地层为中下侏罗统水西沟群，为产于层间氧化带的砂岩型卷状铀矿床。中下侏罗统水西沟群为一套陆相含煤碎屑岩建造，由下而上划分为3个岩组(即八道湾组、三工河组、西山窑组)、8个沉积旋回。每个旋回中都发育层间氧化带，铀矿化与氧化带密切相关，所有氧化带都有铀矿化，其中三工河组Ⅴ旋回发育区域性层间氧化带，为主要含矿层。含矿层为中粗粒砂岩，顶、底板为泥岩或泥岩与粉砂岩互层，矿体位于氧化带与还原带过渡位置。本次共采集5个矿样进行微量元素、铀赋存形态及铀静态浸出实验分析。

微量元素分析完成于南京大学地球科学与工程学院国家重点实验室，利用电感耦合等离子质谱仪(ICP－MS)测试。铀赋存形态采用逐级化学提取技术进行定量分析，并参考 Tessier［10］流程及文献［11］，将样品中的铀分为可交换离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物及有机物结合态和残渣态5个赋存形态分别提取。

铀静态浸出实验的具体步骤如下:将40 g样品置于500 mL的锥形瓶中，然后加入400 mL浓度为10 g/L的稀硫酸溶液，采用空气作氧化剂，塞紧瓶塞，按一定的时间间隔取样并测试其铀浓度。每次取样后，摇动锥形瓶，静置，直至下一次取样。浸出后，测试渣样的铀含量，并据此计算铀浸出率。

样品铀品位及所有铀含量的测试采用TiCl3还原—NH4VO3氧化滴定法。

2 结果与讨论

2.1 主量元素地球化学特征

砂岩铀矿的主量元素含量见表1。其中含量较高的主量元素包括 SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3。SiO2含量为80.44% ～85.59%，均值为83.08%，占主体地位。Al2O3的含量为4.25% ～7.98%，均值为6.51%，仅次于SiO2含量。CaO和MgO含量明显偏低。烧失量(LOI)为2.04% ～3.52%，均值为3.00%。

铀品位与SiO2、Na2O含量及烧失量的相关关系较为显著，其中与SiO2及Na2O含量的相关系数分别为0.64、0.61，与烧失量的相关系数为－0.78，即铀品位与SiO2及Na2O含量呈较明显的正相关关系，而与烧失量呈较好的负相关关系。铀品位与P2O5含量也表现出较好的相关性，且为负相关。

表1 砂岩铀矿的主量元素含量［12］%

2.2 微量元素地球化学特征

砂岩铀矿的微量元素含量见表2。微量元素含量位于前3的元素为Ba、Zr和Rb。其中，Ba含量为(276.99 ～366.74)×10－6，均值为 321.47 ×10－6;Zr含量为(79.80 ～224.74)×10－6，均值为 128.17×10－6;Rb 含量为(70.64 ～91.19)×10－6，均值为81.64×10 。Mo、Cu及Bi与铀品位均表现出一定的相关性，相关系数分别为0.58、－0.43、－0.46。

表2 砂岩铀矿的微量元素含量 ×10－6

2.3 铀赋存形态分布特征

样品各赋存形态的铀的含量见表3。可交换离子态在中性条件下可被释放，易于迁移。该形态铀含量为2.45% ～30.63%，均值为9.83%，总体上较低。碳酸盐结合态对pH值变化敏感，在酸性条件下容易释放。该形态铀含量为25.48% ～77.33%，均值为47.28%，总体表现为高值。铁锰氧化物结合态在水体氧化还原电位降低或者水体缺氧时易于释放。该形态铀含量为14.37% ～59.46%，均值为30.61%，总体表现为偏高。硫化物及有机物结合态只有在强氧化环境下才可能释放。该形态铀含量为1.22% ～9.09%，均值为5.06%，表现为低值。残渣态一般情况下难以迁移。该形态铀含量为1.07% ～16.70%，均值为7.15%，也表现为低值。

表3 各赋存形态铀的含量 %

样品中各赋存形态的铀的含量(据均值)由高到低依次为碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、可交换离子态、残渣态、硫化物及有机物结合态。

针对目前酸法地浸工艺，根据各形态铀的可浸性，将上述5种形态铀分为2大类，即活性铀(可浸出的铀形态)与惰性铀(不能浸出的铀形态)。前者包括除残渣态外的其余4个相态，其含量为83.30%～98.93%，均值为92.85%，占主体地位。后者即为残渣态，所占比例小。因此，根据铀赋存形态，本砂岩铀矿是适合采用酸法地浸技术开采的。

2.4 地球化学特征对地浸采铀的影响

酸法浸出为一种非选择的过程，除铀以外的其他元素也会转入溶浸液中。对于主量元素，由于它们代表了岩石的主要化学成分，故主量元素相对于微量元素而言对地浸采铀的影响要大得多。如CaO和MgO含量偏高时，就不合适采用酸法浸出，因为碳酸盐类矿物溶解不仅消耗酸(如稀硫酸)，还会生成石膏等新的沉淀，降低含矿层的渗透性能，导致铀浸出率低。SiO2含量高对铀的酸法浸出应是有利的，因为SiO2在浸出过程中很少被溶解［13］，这既有利于减少酸耗，也可减小非铀元素转入溶浸液对铀浸出产生的不利影响。SiO2含量为80.44% ～85.59%，均值为83.08%，占主体地位，CaO和MgO含量均很低，主量元素的分布特征也表明本砂岩铀矿适合采用酸法地浸技术。铀品位与SiO2、Na2O含量及烧失量均表现出较好的相关性，表明三者均对浸出液铀浓度具有较大的影响。少数微量元素虽与铀品位也呈现出一定的相关性，但它们含量甚微，对铀浸出的影响很小。

活性铀高的样品，其浸出率大多表现出高值，活性铀相对较低的样品，其浸出率也较低，见表4。除2#样外，活性铀的量均高于铀浸出率，并且两者的差异总体较小。如4#样活性铀含量为98.08%，其浸出率为96.14%;1#样活性铀含量为98.93%，其浸出率为97.89%;2#样活性铀含量相对较低(83.30%)，其浸出率也相对偏低(85.79%)。这说明铀的赋存形态是影响铀浸出率的决定性因素，即活性铀含量越高，铀浸出率一般越高，反之亦然。对于3#样和5#样，活性铀含量与铀浸出率相差相对较大，这可能主要由于铀浸出率受除活性铀含量外的其他众多因素影响相对较大所致。显然，在铀品位一定的情况下，活性铀含量越高，浸出液中铀浓度大多越高，活性铀含量较低时，浸出液中铀浓度往往相应偏低。

表4 铀浸出率与活性铀含量 %

3 结论

通过分析，新疆某砂岩铀矿中含量较高的主量元素包括 SiO2、Al2O3、K2O、Na2O 与 Fe2O3。SiO2含量占主体地位，CaO和MgO含量明显偏低。铀品位与SiO2、Na2O含量及烧失量的相关关系较为显著。微量元素含量位于前3的元素为Ba、Zr和Rb。Mo、Cu及Bi含量与铀品位均表现出一定的相关性。样品中活性铀占主体地位，惰性铀所占比例小。SiO2、Na2O含量及烧失量均对浸出液铀浓度具有较大的影响，微量元素分布特征对铀浸出的影响很小。铀赋存形态是影响铀浸出率的决定性因素，即活性铀含量越高，铀浸出率一般越高，反之亦然。从主量元素分布特征及铀赋存形态角度考虑，本砂岩铀矿是适合采用酸法地浸技术开采的。

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