基于Orbitrap的淡水磷酸盐氧同位素亚升预处理方法及其在酸法地浸采铀渗透性降低水文地球化学机制研究中的应用

《Applied Geochemistry》：A sub-liter pretreatment method for Orbitrap–based freshwater phosphate oxygen isotope measurement

本文系统研究了巴彦乌拉铀矿床C12采区酸法地浸（ISL）过程中渗透性降低的水文地球化学机制。通过分析浸出液化学组成的时空演化规律，并结合PHREEQC模拟，揭示了石膏（CaSO4）沉淀是导致渗透性降低的关键过程。研究首次引入反应条件指数（RCICa2+）量化石膏沉淀的化学驱动力，为酸法地浸采铀过程中的矿层堵塞机制提供了新的见解。

　　

Highlight

Experimental unit

本实验在内蒙古巴彦乌拉铀矿进行，该矿是酸法地浸（ISL）技术的代表性场地。巴彦乌拉铀矿床位于二连盆地中北部马尼特坳陷西缘，行政上隶属内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特左旗巴彦乌拉苏木。采区距苏尼特左旗政府驻地约28公里，距锡林浩特市约140公里。

Spatiotemporal evolution of Ca²⁺ and SO₄^2- concentrations in the leaching solution

石膏是铀矿酸法地浸过程中的主要堵塞矿物。当酸性浸出液流经矿层时，会与含钙矿物发生反应。一旦Ca²⁺和SO₄^2-浓度的乘积达到石膏的溶度积，便会发生沉淀。因此，通过分析浸出液样品，确定了Ca²⁺和SO₄^2-浓度的时空演化规律。这些浓度模式被用来揭示石膏沉淀的时空特征。

Hydrogeochemical modeling of gypsum precipitation and clogging mechanisms

阐明原地浸出条件下石膏的溶解-沉淀行为，有助于揭示矿层堵塞机制。为了进一步探究石膏形成的时空演化，本研究使用PHREEQC进行水文地球化学模拟。分析重点集中于Ca²⁺的形态分布以及石膏饱和指数（SI）随时间和空间的变化。同时确定了Ca²⁺溶解和沉淀的临界条件。模拟基于浸出液化学数据，揭示了石膏沉淀的化学驱动力。

Conclusion

为阐明酸法原地浸出过程中渗透性降低的水文地球化学机制，本研究选取巴彦乌拉铀矿床C12采区作为研究单元。基于浸出液组成的时空演化规律和水文地球化学模拟，得出以下结论：

随着时间的推移，浸出液中SO₄^2-浓度迅速下降。Ca²⁺浓度先升高后降低。初始阶段Ca²⁺浓度的增加归因于含钙矿物溶解的增强，而随后的下降则是由于石膏沉淀的发生。空间上，沿水流路径，Ca²⁺呈现出先增加后减少的趋势，这与矿物反应的加剧相对应。SO₄^2-沿路径逐渐减少，主要的酸消耗区位于下游。PHREEQC模拟表明，Ca²⁺主要以游离Ca²⁺和CaSO₄络合物形式存在。当Ca²⁺超过沉淀阈值时，便发生石膏形成。饱和指数（SI_CaSO4）和反应条件指数（RCI_Ca²⁺）显示，石膏沉淀的趋势随时间推移而减弱，但随向下游推进而增强，这一变化是由pH值引起的SO₄^2-活性变化所驱动。这些发现与观测到的浸出液化学特征一致，证实了石膏沉淀（尤其是在下游区域）在降低地浸渗透性方面起着关键作用。