铀矿石浸出液中铀回收工艺及影响因素试验.pdf

2 0 1 5 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鹋n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 2 ．0 0 6 铀矿石浸出液中铀回收工艺及影响因素试验 刘玉龙，王清良，李广悦，丁德馨 南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室，湖南衡阳4 2 1 0 0 1 摘要研究了从某铀矿石酸法柱浸滚中金属铀的树脂吸附、淋洗剂淋洗、沉淀剂沉淀等铀提取工艺及其 影响因素。结果表明，采用2 0 1 7 阴离子树脂吸附，吸附原液p H 一1 ．5 ～2 ．o ，合理控制阴离子浓度，且 铀浓度越高越有乖l j 于树脂吸附；相同浓度下，阴离子对铀淋洗的效果由大到小依次为硝酸根离子 氯离 子 硫酸根离子，且浓度越大影响越大；沉淀的p H 控制在7 ．o ～8 ．o 、温度控制在4 0 ～6 0 ℃，轻微的外 界震动会加速铀颗粒沉淀，且提高黄饼质量。 关键词铀矿石；浸出液；树脂吸附；淋洗；沉淀 中图分类号T L 2 1 2 ．1 2文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 2 一0 0 2 1 0 3 S t u d yo fA f f e c t i n gF a c t o r so fU r a n i u mR e c O V e r yf r o mL i x i V i u mo fU r a n i u mo r e s L I UY u l o n g ，W A N GQ i n g l i a n g ，L IG u a n g y u e ，D I N GD e x i n K e yD i s c i p l i n eL a b o r a t o r yf o rN a t i o n a lD e f e n c ef o rB i o t e c h n o l o g yi nU r a n i u mM i n i n ga n dH y d r o m e t a l l u r g y U n i v e r s i t yo fS o u t hC h i n a ，H e n g y a n g4 2 1 0 0 1 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t U r a n i u mr e c o v e r yf r o ml i x i v i u mo fu r a n i u mo r ec o l u m nl e a c h i n gf r o mo n eu r a n i u mm i n ea n di t s a f f e c t i n gf a c t o r s ，s u c ha sr e s i na d s o r p t i o n ，e l u a n te l u t i n ga n dp r e c i p i t a n tp r e c i p i t a t i o n ，w e r es t u d i e d ． T h e r e s u l t ss h o wt h a th i g hc o n c e n t r a t i o no fu r a n i u mi sb e n e f i c i a lt or e s i na d s o r p t i o nw i t h2 0 1 7a n i o nr e s i na t p H 一1 ．5 ～2 ．O ．T h ee l u t i o ns e q u e n c eo fa n i o no nu r a n i u mf r o mr e s i n si s a sn i t r a t ei o n ，c h I o r i n ei o na n d s u l f a t ei o nu n d e rt h es a m ec o n c e n t r a t i o n ，a n dh i g h e rc o n c e n t r a t i o ne x e r t sm o r ei n f l u e n ce ． I np r e c i p i t a t i o n s y s t e m ，s l i g h tv i b r a t i o nc a na c c e l e r a t eu r a n i u mp a r t i c l e sp r e c i p i t a t i o na n di m p r o v eq u a l i t yo fy e l l o wc a k e w i t hp Ho f7 ．0 ～8 ．0a n dt e m p e r a t u r eo f4 0 ～6 0 ℃． K e yw o r d s u r a n i u mo r e s ；1 i x i v i u m ；r e s i n sa d s o r p t i o n ；e l u t i o n ；p r e c i p i t a t i o n 铀矿石酸法[ 1 1 3 浸出后的浸出液中铀浓度较低， 且含有大量杂质，因此，必须对浸出液进行提纯和沉 淀，加工成纯度较高、便于运输的铀浓缩物。对于含 铀溶液，传统的提纯处理工艺有沉淀法、离子交换 法、溶剂萃取法、淋萃流程等，提纯后的高浓度铀溶 液采用沉淀剂进行沉淀。离子交换提纯和沉淀剂沉 淀是我国铀矿山最常用的铀溶液纯化和浓缩工艺， 其技术工艺成熟，运行稳定[ 8 。引。本文以铀浓度较 低、杂质含量较高的某矿酸法柱浸后的浸出液为研 收稿日期2 0 1 4 一0 9 1 8 基金项目国家自然科学基金资助项目 1 0 9 7 5 0 7 1 作者简介刘玉龙 1 9 8 3 ，男，陕西延安人，硕士，工程师． 究对象，采用离子交换提纯和沉淀剂沉淀工艺进行 铀的提纯和沉淀，开展了在不同条件下2 0 1 7 阴离 子交换树脂吸附铀，不同浓度的N a C l 、N H 。N 0 。与 H S o 。溶液淋洗饱和树脂，以及不同影响环境下氢 氧化钠沉淀合格液等一系列试验。 1矿石样品及浸出液分析 矿石样品取自江西某铀矿山并经筛分、破矿和 磨矿处理，矿石主要化学成分 ％ UO ．1 3 4 、S i 0 。 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第2 期 7 3 ．6 9 、A 1 20 39 ．2 3 、F e 2 0 35 ．0 5 、F e O ．9 3 、P 0 ．3 8 9 。 柱浸试验在直径1 5 0m m 、高10 0 0m m 的P V C 柱子里进行，试验参数如下装矿高度7 0 0m m 、矿 石粒度一1 0m m 、矿石量1 5k g 、硫酸浓度2 0 ～4 0 g ／L 、浸出周期3 1d 。每天收集的浸出液储存在封 闭的P V C 槽里，待后续提纯和沉淀试验使用。溶浸 液p H 1 ．9 ，多元素分析结果 m g ／L U2 4 5 、 M 9 2 4 1 4 、T F e14 7 1 、F e 2 上6 7 0 。 单位时间单位体积内树脂与铀接触和发生交换反应 的频率增大。p H 较低时，H S O 。一浓度显著增加，树 脂对H S 。一吸附力较强，从而影响铀的吸附；p H 较大时，形成铀的多种络合物也会被树脂吸附，增大 树脂对铀的吸附容量，但有些杂质产生沉淀而吸附 部分铀，造成铀的损失。经试验论证，p H 取1 ．5 ～ 2 ．O 时，对树脂吸附铀最有利。吸附原液中氯离子 浓度和硝酸根离子浓度越高，树脂吸附铀饱和容量 降低，并使得吸附的穿透体积减少。 2 铀的吸附试验3 铀的淋洗试验 2 ．1 试验条件及过程 吸附原液装在高位槽，用调节阀控制吸附原液 的流量。吸附原液从吸附柱底部进入，自下而上流 经树脂层，与树脂充分接触后由柱顶部小孔流出，吸 附尾液用集液量筒计量，每隔一定体积取样分析尾 液中铀的浓度，直到尾液中铀浓度呈稳定状态。铀 吸附试验条件树脂类型2 0 1 7 阴离子、吸附时间 l Om i n 、树脂体积5 0m L 、室温、吸附原液酸度p H 一 1 ．9 。 2 ．2 试验结果及影晌因素分析 图1 为铀的吸附曲线。 图1 吸附曲线 F i g ．1 C u r V eo fa d s o r p t i o n 从图1 中可见，吸附曲线为标准的S 型，吸附 正常。当吸附尾液的体积为1 0 ．5L 时，树脂达到穿 透容量，即吸附尾液中铀的浓度达到5m g ／L ；随着 树脂的吸附，当吸附尾液中铀浓度达到2 4 4 ．5m g ／I 。 时，即浓度与原液中铀浓度相等，此时树脂达到饱和 状态。即可对树脂进行下一步淋洗试验。 树脂吸附铀的饱和容量与吸附原液 浸出液 中 铀浓度、杂质种类和含量和p H 等因素有关。随着 铀浓度的增加，树脂对铀吸附的饱和容量增大，因为 3 ．1 试验条件和过程 树脂吸附铀达到饱和状态时，对饱和树脂进行 淋洗。典型的淋洗体系是氯化物或硝酸盐溶液。淋 洗是吸附的逆过程。把配制好的淋洗剂倒人高位 槽，调节阀控制淋洗剂的流量，定时定量分析合格液 中铀浓度，当淋洗流出液中铀浓度达到1 0 0m g ／L 时停止淋洗。 分别用1m o l ／LN a C l 1 0g ／LH 2 S 0 4 、1 ．5 m o l ／LN a C l 5g ／LH 2 S 0 4 、1m o l ／LN H 4 N 0 3 5 g ／LH 2 S O ．。和1m 0 1 ／I 。N a C l 5g ／LH 2 S 0 4 进行 淋洗试验，试验条件树脂类型2 0 1 7 阴离子、接触 时间3 0m i n 、树脂体积5 0m I 一室温。 3 ．2 试验结果及影晌因素的分析 淋洗试验结果见图2 。 图2 淋洗曲线 F i g ．2 C u r v eo fe l u t i o n 从图2 可以看出，4 种淋洗剂淋洗曲线形态基 本相同，但当淋洗流出液浓度达到1 0 0m g ／L 时，所 用淋洗剂体积不同，表现出淋洗曲线拖尾程度不同。 采用硝酸盐淋洗比采用氯化物淋洗的效果好，硝酸 盐淋洗曲线峰值高、速度快，合格液浓度高，淋洗剂 体积小，是较为理想的淋洗剂。淋洗剂中硫酸浓度 万方数据 2 0 1 5 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 3 越大会影响淋洗的效率，提高氯离子或硝酸根离子 的浓度有助予提高淋洗的效果。理想的淋洗剂为 1m o l ／LN H 。N 0 3 5g ／LH z S 0 4 。 4 铀的沉淀试验 4 ．1 试验条件和过程 把淋洗后一定量的合格液置于烧杯中，加入 2 0 ％氢氧化钠溶液，均匀搅拌使溶液的p H 稳定在 7 ．o ～7 ．5 。将制备的沉淀混合液倒人量筒，定时测 量沉淀母液和沉淀产品的高度，直至沉降结束。为 提高沉降速率，使沉淀完全，获得高质量的产品，本 文研究p H 、温度和轻微震动对沉淀的影响。 4 ．2 试验结果及影响因素分析 沉淀试验结果见图3 ，由图3 可知，在沉淀初 期，沉降曲线斜率较大，产品沉降速率较高，随着沉 淀时间推移，沉降曲线趋于平缓，产品沉降速率减 慢，最终达到稳定状态。 图3 沉淀曲线 F i g ．3 C u r V eo fp r e c i p i t a t i o n 在用氢氧化钠溶液沉淀合格液时，若p H 低于 7 ．o ，部分铀还没有完全沉淀，会造成金属铀的损失。 过高的p H 使得溶液中其它杂质产生沉淀，过量沉 淀会给铀的后处理工艺带来困难。因此在沉淀过程 中，将p H 控制在7 ～8 对铀沉淀最为有利。p H 对 沉淀影响的试验结果如图4 所示。 温度对沉淀的影响主要有两个方面，一是水温 低时，水的黏度增加，水中颗粒的接触机会减少，不 易形成大的沉淀颗粒，而且颗粒沉降时的阻力增加， 导致溶液不易澄清，沉降周期过长；二是水温过高， 颗粒的布朗运动加剧，分子或颗粒激烈的运动不利 于产品沉降。不同温度的沉淀试验结果表明，当温 度分别为室温、5 0 ℃和7 5 ℃时，沉淀速度分别为 1 ．8 5 、1 ．9 5 和1 ．9 0c m ／h 。 f - j ● 暑 氯离子 硫酸 根离子，理想的淋洗剂为1m o l ／LN H 。N O 。 5g ／L H 2 S 0 4 。 3 沉淀的p H 控制在7 ．o ～8 ．o 、温度控制在4 0 ～6 0 ℃，轻微的外界震动加速铀颗粒沉淀。 参考文献 [ 1 ] 周仲魁，孙占学，高峰，等．铀矿石不同酸度下细菌的溶 浸试验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 1 5 2 5 5 ． [ 2 ] 文冬林，孙占学．黄铁矿筑堆方式对微生物浸铀的影响 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 1 2 7 2 9 ． [ 3 ] 焦学然，孙占学，张霞．某高矿化度砂岩型铀矿地浸开 采堵塞机理的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 8 2 5 2 8 ． [ 4 ] 赵志斌，文冬林，孙占学，等．某铀矿石微生物柱浸翻柱 对比试验[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 3 1 3 4 ． [ 5 ] 陈剑朝，刘思维，陈功新，等．生物堆浸后期清水洗堆对 浸铀的影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 3 3 4 3 6 ． [ 6 ] 焦学然，孙占学，刘思维，等．酸度及酸化介质对铀矿石 微生物浸出酸化的影响口] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 4 3 3 3 7 ． [ 7 ] 刘思维，陈剑朝，陈功新，等．某高氟铀矿石浸矿菌活性 匹配试验研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 5 4 9 5 1 ． 下转第3 0 页 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第2 期 五氧化二钒的工艺[ J ] 2 0 1 0 ，4 1 4 1 2 6 8 1 2 7 5 [ 3 6 ] 王非，张一敏，刘涛，等 中南大学学报自然科学版， [ 4 5 ] 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t i o ni nr e c o v e r i n gv a n a d i u mf r o ms u l f u r i ca c i dl e a c hs o l u t i o n so fs t o n ec o a l 口] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 3 ，1 3 1 1 3 2 1 7 ． [ 4 3 ] L iJ i a ，Z h a n gY i m i n ，L i uT a o ，e ta 1 ．Am e t h o d o l o g yf o r a s s e s s i n gc l e a n e rp r o d u c t i o ni nt h ev a n a d i u me x t r a c t i o n i n d u s t r y [ J ] ． J o u r n a lo fC l e a n e rP r o d u c t i o n ，2 0 1 3 1 2 1 5 ． h t t p ／／d x ．d o i ．o r g ／1 0 ．1 0 1 6 ／j ．j c l e p r o ．2 0 1 3 ．0 5 ． 0 1 6 ． [ 4 4 ] 焦向科．石煤提钒尾矿地聚物胶凝材料的制备、表征 及其性能研究[ D ] ．武汉武汉理工大学，2 0 1 2 ． [ 4 6 ] 胡芳芳，张一敏，陈铁军，等．石煤提钒尾渣制备地聚 合物的试验研究[ J ] ．硅酸盐通报，2 0 1 3 ，3 2 1 2 2 4 4 9 2 4 5 4 ． [ 4 7 ] 胡芳芳，张一敏，陈铁军，等．用石煤提钒酸浸渣制备 蒸压砖[ J ] ．金属矿山，2 0 1 2 1 0 1 4 9 1 5 2 ． [ 4 8 ] 史伟，张一敏，刘涛，等。粉煤灰在高硫石煤提钒尾渣 蒸压砖制备中的应用[ J ] ．硅酸盐通报，2 0 1 3 ，3 2 6 1 1 6 1 1 1 7 0 ． [ 4 9 ] 陈佳，陈铁军，张一敏，等．利用钒尾矿制备高性能陶 粒[ J ] ．金属矿山，2 0 1 2 1 1 6 卜1 6 3 ． [ 5 0 ] 包申旭，张一敏，刘涛，等．电渗析处理石煤提钒废水 [ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 0 ，2 0 7 1 4 4 0 一1 4 4 5 ． 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