CN109609788B - 一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法 - Google Patents

一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法，包括以下步骤：将含铀矿样采用浸出剂搅拌浸出，得到含铀矿浆；将含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。本发明提供的方法无需用浓密机、或螺旋分级机、水力旋流器等设备，只需采用电渗析法就能分离富集铀，工艺简单；该方法具有较高的铀分离率；该方法还无需添加任何试剂，从根本上消除了对环境的污染；该方法占地面积小。实验结果表明：该方法的铀分离率为93.0～96.0％。

Description

一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法
技术领域
本发明属于分离纯化富集铀的技术领域，尤其涉及一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法。
背景技术
搅拌浸出工艺，一般的液固分离矿浆主要是用浓密机，所得到的清液才能进行离子交换或直接进入萃取、反萃取，达到富集纯化铀的目的。另一流程是浸出后矿浆经过螺旋分级机、水力旋流器，再进入离子交换、萃取、反萃取工序，达到富集、纯化金属的目的。现有工艺较为复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法，该方法简单，且具有较高的分离率。
本发明提供了一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法，包括以下步骤：
将含铀矿样采用浸出剂搅拌浸出，得到含铀矿浆；
将含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。
优选地，所述电渗析法分离铀的温度为30～45℃；所述电渗析法分离铀的时间为8～12h/35L；电渗析法分离铀的工作电压为6～8伏。
优选地，富铀溶液的流量为8～13L/min。
优选地，尾矿中铀的浓度低于5mg/L。
优选地，所述含铀矿样中铀的质量含量为0.06～0.17％；
所述含铀矿样中包括铀、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、FeS2、CO2和S。
优选地，所述搅拌浸出的温度为35～45℃；搅拌浸出的时间为25～35min。
优选地，所述浸出剂包括硫酸溶液；硫酸溶液的质量浓度为48～55％；含铀矿样和硫酸溶液的质量比为1:0.8～1.2。
优选地，所述含铀矿样的粒度为190～210目。
本发明提供了一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法，包括以下步骤：将含铀矿样采用硫酸溶液搅拌浸出，得到含铀矿浆；将含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。本发明提供的方法无需用浓密机、或螺旋分级机、水力旋流器等设备，只需采用电渗析法就能分离富集铀，工艺简单；该方法具有较高的铀分离率；该方法还无需添加任何试剂，从根本上消除了对环境的污染；该方法占地面积小。实验结果表明：该方法的铀分离率为93.0～96.0％。
附图说明
图1为本发明采用的电渗析装置的示意图；
图2为本发明中矿浆电渗析器的工作原理示意图；
图3为本发明提供的方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种电渗析法分离富集铀矿浆中铀的方法，包括以下步骤：
将含铀矿样采用浸出剂搅拌浸出，得到含铀矿浆；
将含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。
本发明提供的方法无需用浓密机、或螺旋分级机、水力旋流器等设备，只需采用电渗析法就能分离富集铀，工艺简单；该方法铀的分离率达到93.0～96.0％；该方法还无需添加任何试剂，从根本上消除了对环境的污染；该方法占地面积小。
电渗析过程相较于蒸发等相变过程，能耗较低，电渗析工程投资费用回收时间短，装置使用寿命长。电渗析装置为一次性投资设备，除紧固件为金属材质，离子交换膜、隔板、管路均为高分子材料制成，其绝缘性和抗腐蚀性能好。离子交换膜抗污染性能强，机械强度大，可用酸性/碱性溶液清洗。在电渗析运行过程中，可通过控制电压、电流、流量、压力、浓度、温度等参数来保证系统的稳定运行，容易实现装置的机械化、自动化。电渗析是片状构件的紧固形式，容易设计成不同尺寸并组装成不同级或段形式，因此，电渗析具有很强的工程适应性。
本发明将含铀矿样采用浸出剂搅拌浸出，得到含铀矿浆。在本发明中，所述含铀矿样中铀的质量含量为0.06～0.17％；所述含铀矿样中包括铀、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、FeS2、CO2和S。所述浸出剂包括硫酸溶液；所述硫酸溶液的质量浓度优选为48～55％，更优选为50％；含铀矿样和硫酸溶液的质量比优选为1:0.8～1.2，更优选为1:1。所述含铀矿样的粒度优选为190～210目，更优选为195～205目；本发明实施例中，所述含铀矿样的粒度约为200目。所述搅拌浸出的温度优选为35～45℃，更优选为38～42℃，最优选为40℃；所述搅拌浸出的时间优选为25～35min，更优选为28～32min，最优选为30min。本发明通过控制浸出剂和含铀矿样的用量和浸出的条件，使得含铀矿样中的铀最大程度的浸出，以提高后续铀的分离富集率。
得到含铀矿浆后，本发明将所述含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。
本发明优选将含铀矿浆过筛，将其中的木屑等杂质筛除；优选采用不锈钢筛子过滤。然后将过筛后的含铀矿浆采用电渗析法分离富集铀。
本发明采用压缩空气提升矿浆使其在电渗析器内室内循环。所述电渗析法分离铀的温度优选为30～45℃，本发明具体实施例中，电渗析法分离铀的温度为40℃；所述电渗析法分离富集铀的时间为8～12h/35L；电渗析法分离铀的工作电压优选为6～8伏；在本发明具体实施例中，电渗析法分离铀的工作电压为7伏。富铀溶液的流量优选为8～13L/min。电渗析法分离铀时极水的流量优选为2～4L/min。电渗析法分离铀的起始浓水采用自来水，浓水每经一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。此时清液用自来水或离子交换尾液来补充。尾矿中铀的浓度低于5mg/L。
图1为本发明采用的电渗析装置的示意图；其中，1为上漏斗，2为电渗析器主体，3为下漏斗，4为矿浆循环管，5为清液高位槽，6和7均为极水进水孔，8为浓水进水孔，9和10均为极水出水孔，11为浓水出水孔，12为气液分离器，13为清液泵池，14为不锈钢泵，15为尾矿浆放料阀，16为压力表，17为气压控制阀，18为螺旋式加热管，19为阴电极接线柱，20为阳电极接线柱，21为压缩空气管。矿浆电渗析器主要包括阴离子交换膜、阳离子交换膜、淡化室(即矿浆室)、隔板浓缩室、隔板极水室、隔板和阴、阳电极，它们按照一定的组装方式构成。上述装置可以采用市面上已有的装置；也可以自组装上述装置。
工艺流程实验装置包括四部分：矿浆循环系统、清液系统、供电系统和加温系统；其中，矿浆循环系统包括上漏斗1、矿浆室、下漏斗3、矿浆循环管4、压缩空气管22、尾矿浆排放阀15、压力表16等；清液系统包括浓水、极水系统的清液高位槽5，气液分离器12，清液泵池13和不锈钢泵14；供电系统包括三相调压器、硒整流器；加温系统是一个螺旋式加热管。
本发明工艺中有三部分进料：一部分是经过矿浆室的矿浆，也称为淡化液；一部分是经过浓缩室的浓缩液，即分离出的含铀溶液；一部分是极液。极液是流过电极板(包括阳极电极板和阴极电极板)与相邻的离子交换膜形成的隔室的盐溶液。极液的主要作用是电流的传导。电流的形成是自由电子或离子移动形成，而在电渗析工艺中这两种形式同时存在，极液恰是这两种导电形式转变的区域。极液的主要作用是传递电流和降低电阻的作用。
图2为本发明中矿浆电渗析器的工作原理示意图，其中，a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，
Figure BDA0001924002550000041
代表正离子，如矿浆中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等；
Figure BDA0001924002550000042
代表负离子，如矿浆中的SO4 2-、UO2(SO4)2 2-、UO2(SO4)3 4-等。
图2所示的电渗析工作原理过程具体包括：在外加直流电场的作用下，当含盐分(如图所示的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、SO4 2-、UO2(SO4)2 2-、UO2(SO4)3 4-)溶液流经阴阳离子交换膜和隔板组成的隔室时，水中的阴、阳离子在电场力和浓差扩散下定向运动，SO4 2-、UO2(SO4)2 2-、UO2(SO4)3 4-向阳极移动，Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+向阴极移动。离子交换膜为选择性透过膜，阳离子交换膜(a)具有带负电荷的固定交换基团，只允许矿浆中阳离子通过；阴离子交换膜(b)具有带正电荷的固定交换基团，只允许矿浆中的阴离子通过。阴、阳离子交换膜在电渗析器中交替排列，淡水隔室(“矿浆室”)中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等透过阳膜而被邻近的阴膜阻隔在浓水隔室(“浓缩室”)中，而淡水隔室中的SO4 2-、UO2(SO4)2 2-、UO2(SO4)3 4-透过阴膜被邻近的阳膜阻隔在浓水隔室中，从而达到铀与矿浆分离的目的。
图3为本发明提供的方法的工艺流程图，从图3可知，将浸出矿浆过筛，得到的木屑废弃；得到的过筛矿浆进矿浆室(淡室)，自来水进浓缩室和极室，用压缩空气提升矿浆使其在矿浆电渗析器内循环，当浸出矿浆中U浓度大于5mg/L，浸出矿浆继续在矿浆电渗析器中循环；当浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下时将尾矿中和后废弃。尾矿优选采用Ca(OH)2进行中和，中和至pH值7.0。
本发明优选将得到的富铀的清液采用离子交换得到铀。本发明优选采用离子交换树脂进行离子交换；采用的离子交换树脂为市售商品即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将粒度为约200目A铀矿样和浸出剂加入浸出槽中，矿样和浸出剂的质量比为1：1，浸出剂为50％硫酸溶液，浸出温度为40℃，搅拌浸出时间为0.5h，得到含铀矿浆，含铀矿浆中铀浓度0.690g/L，硫酸26.0g/L。将浸出的含铀矿浆中的木屑等杂物用不锈钢筛子过滤掉，再投入上漏斗进入电渗析器内。当浸出矿浆中U浓度大于5mg/L，浸出矿浆继续在矿浆电渗析器中循环。当浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下时将尾矿中和后废弃。起始浓水采用自来水。浓水每经一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。此时清液用自来水来补充。
电渗析器的工作电压7.0伏，操作温度40℃，用压缩空气提升矿浆使其在电渗析器的矿浆室内循环。经一次循环后，第一批浓水铀浓度为0.245g/L，硫酸为5.0g/L，此时铀矿浆中铀浓度为0.265g/L，硫酸为10.0g/L。经第一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。换用清液进行第二次循环。经二次循环后，第二批浓水铀浓度为0.150g/L，硫酸为4.0g/L，此时铀矿浆中铀浓度为0.056g/L，硫酸为2.2g/L。经第二次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。换用清液进行第三次循环，经第三次循环后，第三批浓水铀浓度0.053g/L，硫酸2.2g/L，此时铀矿浆中铀浓度为0.0045g/L，硫酸为1.2g/L。经第三次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下将尾矿中和至pH值为7.0后废弃，运转时间为12小时。
实施例1的铀的分离富集率为93.0％。
实施例2
将粒度为约200目B铀矿样和浸出剂加入浸出槽中，矿样和浸出剂的质量比为1：1，浸出剂为50％硫酸溶液，浸出温度为40℃，搅拌浸出时间为0.5h，获得含铀矿浆，含铀矿浆中铀浓度0.458g/L，硫酸29.0g/L。将浸出矿浆中的木屑等杂物用不锈钢筛子过滤掉，再投入上漏斗进入电渗析器内。当浸出矿浆中U浓度大于5mg/L，浸出矿浆继续在矿浆电渗析器中循环。当浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下时将尾矿中和后废弃。起始浓水采用自来水。浓水每经一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。此时清液用自来水来补充。
电渗析器工作电压7.0伏，操作温度40℃，用压缩空气提升矿浆使其在电渗析器的矿浆室内循环。经一次循环后，第一批浓水铀浓度0.194g/L，硫酸11.2g/L，此时铀矿浆中铀浓度0.046g/L，硫酸4.4g/L。经第一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。换用清液进行第二次循环。经二次循环后，第二批浓水铀浓度0.050g/L，硫酸2.42g/L，浓水中含U溶液进入离子交换工序。此时铀矿浆中铀浓度0.0047g/L，硫酸1.6g/L，浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下将尾矿中和至pH值为7.0后废弃，运转时间为10小时。
实施例2的铀的分离富集率为94.0％。
实施例3
将粒度为约200目C铀矿样和浸出剂加入浸出槽中，矿样和浸出剂的质量比为1：1，浸出剂为50％硫酸溶液，浸出温度为40℃，搅拌浸出时间为0.5h，得到含铀矿浆，含铀矿浆中铀浓度0.445g/L，硫酸26.2g/L。将浸出矿浆中的木屑等杂物用不锈钢筛子过滤掉，再投入上漏斗进入电渗析器内。当浸出矿浆中U浓度大于5mg/L，浸出矿浆继续在矿浆电渗析器中循环。当浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下时将尾矿中和后废弃。起始浓水采用自来水。浓水每经一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。此时清液用自来水来补充。
电渗析器工作电压7.0伏，操作温度40℃，用压缩空气提升矿浆使其在电渗析器的矿浆室内循环。经一次循环后，第一批浓水铀浓度0.156g/L，硫酸9.6g/L，此时铀矿浆中铀浓度0.026g/L，硫酸2.4g/L。经第一次循环后，浓水中含U溶液进入离子交换工序。换用清液进行第二次循环。经二次循环后，第二批浓水铀浓度0.048g/L，硫酸2.0g/L，浓水中含U溶液进入离子交换工序。此时铀矿浆中铀浓度0.0049g/L，硫酸1.6g/L，浸出矿浆中U浓度降至5mg/L以下将尾矿中和至pH值为7.0后废弃，运转时间为8小时。
实施例3的铀的分离富集率为96.0％。
由以上实施例可知，本发明提供了一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法，包括以下步骤：将含铀矿样采用浸出剂搅拌浸出，得到含铀矿浆；将含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。本发明提供的方法无需用浓密机、或螺旋分级机、水力旋流器等设备，只需采用电渗析法就能分离富集铀，工艺简单；该方法具有较高的铀分离率；该方法还无需添加任何试剂，从根本上消除了对环境的污染；该方法占地面积小。实验结果表明：该方法的铀分离率为93.0～96.0％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电渗析法分离铀矿浆中铀的方法，包括以下步骤：
将含铀矿样采用浸出剂搅拌浸出，得到含铀矿浆；
将含铀矿浆采用电渗析法分离铀，得到富铀溶液和尾矿。
2.根据权利要求1所述的方法，所述电渗析法分离铀的温度为30～45℃；所述电渗析法分离铀的时间为8～12h/35L；电渗析法分离铀的工作电压为6～8伏。
3.根据权利要求1所述的方法，富铀溶液的流量为8～13L/min。
4.根据权利要求1所述的方法，尾矿中铀的浓度低于5mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铀矿样中铀的质量含量为0.06～0.17％；
所述含铀矿样中包括铀、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、FeS2、CO2和S。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌浸出的温度为35～45℃；搅拌浸出的时间为25～35min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸出剂为硫酸溶液；硫酸溶液的质量浓度为48～55％；含铀矿样和硫酸溶液的质量比为1:0.8～1.2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铀矿样的粒度为190～210目。
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