CN111607694A - 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法 - Google Patents

一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111607694A
CN111607694A CN202010392242.5A CN202010392242A CN111607694A CN 111607694 A CN111607694 A CN 111607694A CN 202010392242 A CN202010392242 A CN 202010392242A CN 111607694 A CN111607694 A CN 111607694A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thorium
uranium
pyrochlore
elements
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010392242.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王晓蓉
于连旭
陈道华
马步洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Guore Metal Materials Research Institute Co ltd
Original Assignee
Nanjing Guore Metal Materials Research Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Guore Metal Materials Research Institute Co ltd filed Critical Nanjing Guore Metal Materials Research Institute Co ltd
Priority to CN202010392242.5A priority Critical patent/CN111607694A/zh
Publication of CN111607694A publication Critical patent/CN111607694A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/02—Roasting processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/20—Obtaining niobium, tantalum or vanadium
    • C22B34/24—Obtaining niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00—General methods of reducing to metals
    • C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/04—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
    • C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
    • C22B60/0208—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium preliminary treatment of ores or scrap
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
    • C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
    • C22B60/0213—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by dry processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
    • C22B60/0291—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining thorium
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C10/00—Computational theoretical chemistry, i.e. ICT specially adapted for theoretical aspects of quantum chemistry, molecular mechanics, molecular dynamics or the like
    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/10—Analysis or design of chemical reactions, syntheses or processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法，属于冶金技术领域。本发明将烧绿石矿进行预处理，通过铝热还原反应将钽铌元素和铀钍分离，钽铌进入合金中，铀钍进入渣中合金中含量非常低，再进行湿法提纯，并通过对元素铀和钍的化学反应活性理论计算铀和钍元素的吉布斯函数，绘制了铀和钍的在Ellingham图中的位置，阐明了在反应过程中铀钍元素进入渣中的原理。从而保证了湿法分离分析过程操作中避免放射性元素辐射，增加了操作的安全性。本发明的有益效果：不仅提供了分离方法，并且从理论上通过计算验证了分离方法的有效性。

Description

一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法
技术领域
本发明涉及一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法，属于冶金技术领域。
背景技术
在部分烧绿石矿中含有铀和钍放射性元素，直接用于湿法提纯钽铌具有一定的放射辐射，增加了操作的危险。现有的方法是将钽铌铁矿在高温氢氟酸和硫酸中分解，减少铀和钍元素，分离效果不佳，切分离时间长，导致放射性辐射时间拉长。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法，将元素铀和钍分离的同时并进行了验证，降低了钽铌铁矿处理的安全风险。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法，包括以下步骤：
第一步、将烧绿石矿进行预处理煅烧；
第二步、将煅烧后的烧绿石与铝粉，铁矿粉，萤石粉，硝酸钠，铝镁合金混合均匀，在氧化铝坩埚中点火进行铝热还原反应；
第三步、反应结束后冷却10-20小时，将合金和渣分离，最后将得到的钽铌铁合金破碎成块状,检测。
上述方法是将烧绿石矿与铁矿粉，铝粉，硝酸钠，铝镁合金，萤石粉混合后，在氧化铝坩埚内发生铝热还原反应，反应后得到渣和合金，合金和渣因为比重差异而分离，能够被铝还原的元素，如钽铌进入合金中，不能被铝还原的元素以氧化物的形式，如氧化铀，氧化钍留在渣从中，从而将放射性元素铀钍和主要矿藏元素钽铌分离。
以上方法的所述第一步中，烧绿石矿预处理方法为高温烧结，烧结时间大于10小时，煅烧温度800-1200℃。优选的煅烧温度800-1000℃。所述第二步中的铝热还原反应的质量配比为烧绿石1份，铝粉0.4-0.6份，铁矿粉0.1-0.3份，硝酸钠0.15-0.25份，铝镁合金0-0.2份。
本发明进一步提供一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的验证计算方法，运用以下公式和数据进行计算，
Figure BDA0002486041560000021
Figure BDA0002486041560000022
Figure BDA0002486041560000023
Figure BDA0002486041560000024
其中，ΔrCp标准状态反应的摩尔定压热熔
ΔrHm标准状态反应焓变
ΔrSm标准状态反应熵变
ΔrGm标准状态吉布斯自由能变；
铀元素，钍元素相关热力学数据如下：
Figure BDA0002486041560000025
Figure BDA0002486041560000031
根据上述公式和表格，计算出不同温度下各个氧化物的ΔrGm值，再绘制成曲线，将反应过程中主要元素的氧化物与氧化铝对应的曲线位置进行对比，证明铀和钍元素不能被金属铝还原，最终以铀和钍的氧化物的形式残留在反应渣中，验证结束。
艾林罕姆图，在冶金学上具有特别重要的意义。如若一个还原反应能够发生，必须是艾林罕姆图上位于下面的金属与位于上面的金属氧化物之间相互作用的结果。反之，位于上面的金属与位于下面的金属氧化物之间的反应将不发生。本发明通过理论计算绘制了铀钍元素在艾利汉姆图中的曲线位置，证明了烧绿石中的铀钍放射性元素在还原反应过程中进入渣中，与钽铌矿藏元素分离。
本发明将烧绿石矿进行预处理，通过铝热还原反应将钽铌元素和铀钍分离，钽铌进入合金中，铀钍进入渣中合金中含量非常低，再进行湿法提纯，并通过对元素铀和钍的化学反应活性理论计算铀和钍元素的吉布斯函数，绘制了铀和钍的在Ellingham图中的位置，阐明了在反应过程中铀钍元素进入渣中的原理。从而保证了湿法分离分析过程操作中避免放射性元素辐射，增加了操作的安全性。本发明的有益效果：不仅提供了分离方法，并且从理论上通过计算验证了分离方法的有效性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的ΔrGm——T曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例按以下步骤去除烧绿石矿中元素铀和钍:
将烧绿石放在煅烧炉内煅烧10小时，煅烧温度为1000℃。煅烧前后烧绿石矿的主要元素分析结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002486041560000041
将烧绿石，铝粉，硝酸钠，铝镁合金，铁矿粉按照表2的配比混合均匀。
表2
炉号 烧绿石/份 铝粉/份 铝镁合金/份 硝酸钠/份 铁矿粉/份
1# 1 0.45 0 0.15 0.2
2# 1 0.50 0.1 0.2 0.26
3# 1 0.50 0.1 0.22 0.21
将混合好的原料放入氧化铝反应坩埚内，点火发生氧化还原反应。反应后冷却20小时。将渣和合金分离，渣和合金分别取样分析，分析结果如表3：
表3
Figure BDA0002486041560000042
Figure BDA0002486041560000051
最后将合金破碎后包装。
本实施例通过以下步骤验证上述方法的有效性，铀，钍等元素相关热力学数据如表4所示：
表4
Figure BDA0002486041560000052
根据以下公式
ΔrHm(T2)＝ΔrHm(T1)+∫ΔrCpdT,kJ/mol
ΔrSm(T2)＝ΔrSm(T1)+∫(ΔrCp/T)dT,JK-1
ΔrGm＝ΔrHm-TΔrSm,kJ/mol
首先计算出298K时候各个氧化物不同温度下各个氧化物的ΔrGm值，然后计算出各个温度下对应的各个氧化物的ΔrGm，最后绘制成ΔrGm——T曲线如图1：
表5
Figure BDA0002486041560000061
Figure BDA0002486041560000071
由图1可知:钍的曲线最低，表明其还原性最强，氧化物最稳定，在铝热还原反应时不参与反应，会以二氧化钍的形式进入渣中。铀的还原性在低温下没有铝强，在高温下将强于铝，而铝热反应温度很高，因此铀也不能被铝还原，会以氧化物的形式进入渣中，因此选用铝作为还原剂可以达到本发明的目的，即经过冶炼，将钽，铌还原进入合金，而将铀钍与钽铌分离，进入渣中，验证了本发明的方法是有效的。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法，包括以下步骤：
第一步、将烧绿石矿进行预处理；
第二步、将预处理后的烧绿石与铝粉，铁矿粉，萤石粉，硝酸钠，铝镁合金混合均匀，在氧化铝坩埚中点火进行铝热还原反应；
第三步、反应结束后冷却10-20小时，将合金和渣分离，最后将得到的钽铌铁合金破碎成块状,检测。
2.根据权利要求1所述去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法，其特征在于：所述第一步中，烧绿石矿预处理为高温烧结，烧结时间大于10小时，煅烧温度800-1200℃。
3.根据权利要求2所述去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法，其特征在于：煅烧的温度为800-1000℃。
4.根据权利要求1所述去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法，其特征在于：所述第二步中的铝热还原反应的质量配比为烧绿石1份，铝粉0.4-0.6份，铁矿粉0.1-0.3份，硝酸钠0.15-0.25份，铝镁合金0-0.2份。
5.一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的验证计算方法，其特征在于：运用以下公式和铀元素，钍元素的相关热力学数据进行计算，
Figure FDA0002486041550000021
Figure FDA0002486041550000022
Figure FDA0002486041550000023
Figure FDA0002486041550000024
其中，ΔrCp标准状态反应的摩尔定压热熔
ΔrHm标准状态反应焓变
ΔrSm标准状态反应熵变
ΔrGm标准状态吉布斯自由能变；
Figure FDA0002486041550000025
上表是铀元素，钍元素相关热力学数据。
6.根据权利要求5所述去除烧绿石矿中元素铀和钍的验证计算方法，其特征在于：计算出不同温度下各个氧化物的ΔrGm值，再绘制成曲线，将反应过程中主要元素的氧化物与氧化铝对应的曲线位置进行对比，证明铀和钍元素不能被金属铝还原，最终以铀和钍的氧化物的形式残留在反应渣中，验证结束。
CN202010392242.5A 2020-05-11 2020-05-11 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法 Pending CN111607694A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010392242.5A CN111607694A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010392242.5A CN111607694A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111607694A true CN111607694A (zh) 2020-09-01

Family

ID=72205213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010392242.5A Pending CN111607694A (zh) 2020-05-11 2020-05-11 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111607694A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102586637A (zh) * 2012-03-23 2012-07-18 宁夏东方钽业股份有限公司 一种多元铌合金铸锭的制造方法
CN105026316A (zh) * 2013-07-11 2015-11-04 沙特基础工业全球技术公司 制备烧绿石的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102586637A (zh) * 2012-03-23 2012-07-18 宁夏东方钽业股份有限公司 一种多元铌合金铸锭的制造方法
CN105026316A (zh) * 2013-07-11 2015-11-04 沙特基础工业全球技术公司 制备烧绿石的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴全兴: ""电容器用铌粉和钽粉制备技术的进展"", 《稀有金属快报》 *
李洪桂: "《稀有金属 冶金原理及工艺》", 31 January 1981, 冶金工业出版社 *
美国金属学会: "《金属手册 第9版 第7卷 粉末冶金》", 30 June 1994, 机械工业出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sadri et al. A review on the cracking, baking and leaching processes of rare earth element concentrates
CN108396142B (zh) 一种磷酸分解钼焙砂的方法
CN111017972B (zh) 一种铝灰的资源化分离回收利用方法
CN103857810A (zh) 用于从各种矿石中回收稀土元素的方法
CN103290223B (zh) 一种废催化剂多金属综合回收的方法
CN102812143B (zh) 由辉钼矿制造钼铁的方法
CN103276218B (zh) 一种从含钒电解铝渣灰中回收钒的方法
CN107164644B (zh) 一种高效处理含钨废料生产粗颗粒钨粉的方法
CN109593974A (zh) 一种从锂矿中提取锂的方法
Smorokov et al. Low-temperature desiliconization of activated zircon concentrate by NH4HF2 solution
RU2449031C2 (ru) Способ получения обесфосфоренного концентрата оолитовых железных руд
Yang et al. Rare earth recovery from fluoride molten-salt electrolytic slag by borax roasting-hydrochloric acid leaching
CN109022834B (zh) 一种混合稀土矿的焙烧分解方法
Robshaw et al. Development of a combined leaching and ion-exchange system for valorisation of spent potlining waste
He et al. Leaching of fluorine and rare earths from bastnaesite calcined with aluminum hydroxide and the recovery of fluorine as cryolite
CN111607694A (zh) 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法
CN104164571B (zh) 一种转炉钒渣中有价金属元素的回收方法
CN113462886A (zh) 一种湿法冶炼氟碳钙铈矿的方法
CN109988918B (zh) 钒铁除尘灰制备偏钒酸铵的方法
Stopić et al. Leaching of rare earth elements from bastnasite ore (third part)
CN109881016A (zh) 一种碱煮钨渣无害化处置及有价金属提取的方法
Trushko et al. Reducing the environmental impact of blast furnaces by means of red mud from alumina production
EP3450580A1 (en) Method for processing iron and steel dust, method for producing zinc, method for producing starting material for iron and steel, and starting material for iron and steel
CN103374665A (zh) 一种氧化镁铝热还原法制备金属镁的工艺
CN111378846A (zh) 一种基于转炉吹钒制得的锰钒渣提钒的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200901