CN111924956B - 一种氧化除铀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化除铀的方法，包括：将含铀废水、黄铁矿和缓冲剂混合，再调节pH至中性，然后在得到的混合液中通入氧气，反应。本申请利用黄铁矿通过吸附或还原作用将铀固定在黄铁矿表面，同时黄铁矿氧化形成的铁氧化物也可将铀固定在沉淀物中，从而达到去除含铀废水中铀的目的。本发明具有工艺简单、操作简便、成本低、可高效除铀的优点，对于中性地浸采铀退役采区高铀地下水的修复治理具有重要的理论指导意义。

Description

一种氧化除铀的方法
技术领域
本发明涉及铀矿废水和地浸采铀技术领域，尤其涉及一种氧化除铀的方法。
背景技术
按照我国核电中长期发展规划目标，我国核电装机容量极大，为满足核电发展所需要的铀量要求极大。传统铀资源的开采与水冶对环境影响严重。随着大量可地浸砂岩型铀矿床的研究，地浸采铀技术在我国得到充分应用。
地浸采铀技术依据溶浸剂的不同分为酸法地浸、碱法地浸与中性地浸。地浸采铀过程中，溶浸剂除了与矿石中的铀发生化学反应外，还会与造岩矿物发生反应，从而导致含矿含水层水质发生变化，含铁矿物的氧化和铀的迁移，使得地下水中铁离子浓度和铀的浓度明显增加。铁离子浓度的增加，必然会对铀的去除与迁移产生重要影响。
含铀废水的传统处理技术主要包括蒸发浓缩、离子交换、膜分离、生物吸附以及植物修复等处理方法，这些方法被广泛的运用在低放射性含铀废水的处理中，各有各的优缺点。蒸发法处理效率高，可以同时回收废水中有用的物质，操作灵活性大，但其能耗大，处理成本较高。离子交换法工艺设备简单，去除效果好，但是干扰离子对其影响大，树脂再生的时候，还会产生废水，造成二次污染。膜分离法处理效率高、能耗低、操作简单，适应性强，但是成本高且不易大规模操作。生物吸附原材料来源广泛吸附能力强，耗能少，但是吸附条件苛刻。植物修复法出水水质稳定，维护管理方便，去除效果好，但是周期长，植物受到气候、地质等限制。根据上述说明可知，含铀废水的传统技术存在诸多问题，因此，为了高效、简单除铀，提供一种新型的除铀方法是十分必要的。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种氧化除铀的方法，本申请提供的氧化除铀的方法具有工艺流程简单、成本简单以及高效除铀的优点。
有鉴于此，本申请提供了一种氧化除铀的方法，包括：
将含铀废水、黄铁矿和缓冲剂混合，再调节pH至中性，然后在得到的混合液中通入氧气，反应。
优选的，所述缓冲剂为Tris缓冲剂，所述缓冲剂的浓度为 0.1～0.5M。
优选的，所述含铀废水中碳酸氢根的浓度为100～1000mg/L。
优选的，所述含铀废水中铀离子的浓度大于0.5mg/L。
优选的，所述通入氧气后得到的混合液的DO大于20mg/L，饱和百分比大于200％。
优选的，所述调节pH的试剂为稀盐酸或氢氧化钠。
优选的，所述反应具体为震荡反应，所述震荡反应的速度为 100～200r/min，时间为5～30d，温度为20～30℃。
优选的，所述黄铁矿选自合成黄铁矿和天然黄铁矿中的一种或两种。
优选的，所述合成黄铁矿粒径为1～15μm，所述天然黄铁矿粒径为70～150μm。
优选的，所述含铀废水、黄铁矿和缓冲剂形成的混合液中，黄铁矿的含量为1～20g/L。
本申请提供了一种氧化除铀的方法，其是将含铀废水、黄铁矿和缓冲剂混合，调节pH至中性后再通入氧气，反应，即可实现含铀废水中铀的有效去除。在氧化除铀的过程中，利用黄铁矿的吸附或还原作用，将铀固定在黄铁矿表面，再在氧气的作用下黄铁矿氧化形成铁氧化物将铀固定在沉淀物中，从而达到去除含铀废水中铀的去除。实验结果表明，含铀废水中铀的去除率在90～99.5％。因此，本申请氧化除铀的方法工艺流程简单，操作简便，且去铀率高，对于中性地浸采铀工业化生产中铀浸出浓度的提高、浸出周期长的缩短具有重要的理论指导意义。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对含铀废水处理技术存在的诸多问题，本申请提供了一种氧化除铀的方法，该方法实际上是一种中性有氧富碳酸体系中黄铁矿去除含铀废水中铀的方法，该方法工艺简单、操作简便，既能高效去除废水中的铀，又能为中性地浸采铀工业化生产中铀浸出浓度的提高、浸出周期长的缩短提供重要的理论指导，具有较好的使用价值和应用前景。具体的，本发明实施例公开了一种氧化除铀的方法，包括：
将含铀废水、黄铁矿和缓冲剂混合，再调节pH至中性，然后在得到的混合液中通入氧气，反应。
在上述氧化除铀的过程中，所述含铀废水具体是中性地浸采铀的废水，而中性地浸采铀的实质是碳酸氢盐浸出，中性地浸采铀适用于砂岩型铀矿床，我国存在较多可地浸的砂岩型铀矿床中或多或少存在黄铁矿，由此，本申请所述含铀废水中碳酸氢根的浓度为100～1000mg/L，更具体地，所述含铀废水中碳酸氢根的浓度为 200～800mg/L，限制碳酸氢根浓度是为了与中性地浸采铀的条件更吻合，以研究黄铁矿去除铀的最佳浓度。所述碳酸氢根的浓度过高或过低均不利于黄铁矿对铀的去除。所述含铀废水中铀离子的浓度大于0.5mg/L，在具体实施例中，所述含铀废水中铀离子的浓度为10mg/L。
所述黄铁矿可以为天然的黄铁矿，也可以为合成的黄铁矿，其中所述合成黄铁矿粒径为1～15μm，所述天然黄铁矿粒径为70～150μm。所述黄铁矿的粒径越小，反应速率越快，吸附容量越大。在含铀废水、黄铁矿和缓冲剂形成的混合液中，所述黄铁矿的含量为1～20g/L，在具体实施例中，所述黄铁矿的含量为3～10g/L。
按照本发明，在将含铀废水、黄铁矿和缓冲剂混合之后，则调节 pH至中性；所述调节pH的试剂为稀盐酸或氢氧化钠，以使上述含铀废水、黄铁矿和缓冲剂形成的混合液的pH为6～8，使含铀废水的pH 值在处理过程中始终维持在中性，若下降至酸性，则黄铁矿吸附的铀会重新浸出到溶液中去，达不到除铀效果。
本申请所述缓冲剂以保持反应液中pH维持在中性，在反应过程中，黄铁矿表面会发生氧化产酸，而使溶液中的pH下降，缓冲剂则会消耗溶液中产生的H+以维持溶液中pH的中性。在此基础上，缓冲剂具体选自Tris缓冲剂，其浓度为0.1～0.5M，更具体地，其浓度为0.2～0.4M。
本申请最后在调节pH的混合液中持续通入氧气进行震荡反应；在此过程中，持续通入氧气以使混合液中溶解氧充分饱和，DO大于 20mg/L，以使反应更快的达到吸附平衡。所述震荡反应的速度为100～200r/min，时间为5～30d，温度为20～30℃；更具体地，所述震荡反应的速度为120～180r/min，时间为12～24d，温度为25℃。
本申请提供了一种氧化除铀的方法，其利用黄铁矿的吸附或还原作用将铀固定在表面，同时黄铁矿氧化形成铁氧化物也可以将铀固定在沉淀物中，从而达到去除含铀废水中铀的去除。
本申请提供的中性有氧富碳酸体系中黄铁矿的处理能力大，对 0.5mg/L以上的含铀废水均可处理；对废水的适应能力强，反应前将废水的pH值调节至中性即可；工艺流程简单，操作简便，对于中性地浸采铀工业化生产中铀浸出浓度的提高、浸出周期长的缩短具有重要的理论指导意义；铀的总体去除率较高。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的在中性有氧富碳酸体系中黄铁矿氧化除铀的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
某含铀废水中铀的浓度为10mg/L，1～15μm的合成黄铁矿的含量为3g/L。
本发明所述的一种在中性富氧条件下黄铁矿去除含铀废水中铀的方法具体为：
将60mL的含铀废水置于锥形瓶中，其中HCO3 -浓度为500mg/L，Tris浓度为0.2M，以稀盐酸为中和剂，调节pH值至7，向废水中持续通入纯氧，使得废水中的溶解氧在整个过程中都保持饱和状态；最后置于水浴恒温振荡器中，振速150r/min，振荡温度25℃，振荡21d后停止，此时废水中的pH值为7.1，废水中铀的浓度降低至0.045mg/L，铀的去除率为99.5％。
实施例2
某含铀废水中铀的浓度为10mg/L，75～100μm的天然黄铁矿的含量为13.3g/L。
本发明所述的一种在中性富氧条件下黄铁矿去除含铀废水中铀的方法：
将150mL的含铀废水置于锥形瓶中，其中HCO3 -浓度为500mg/L， Tris浓度为0.2M，以稀盐酸为中和剂，调节pH值至7，向废水中持续通入纯氧，使得废水中的溶解氧在整个过程中都保持饱和状态；最后置于水浴恒温振荡器中，振速150r/min，振荡温度25℃，振荡7d后停止，此时废水中的pH值为6.9，废水中铀的浓度降低至0.07mg/L，铀的去除率为99.3％。
实施例3
某含铀废水中铀的浓度为10mg/L，75～100μm的天然黄铁矿的含量为13.3g/L。
本发明所述的一种在中性富氧条件下黄铁矿去除含铀废水中铀的方法：
将300mL的含铀废水置于聚四氟乙烯内衬中，其中HCO3 -浓度为 500mg/L，Tris浓度为0.2M，以稀盐酸为中和剂，调节pH值至7，然后将内衬放入反应釜中密封，向废水中持续通入纯氧，氧气分压为 1MPa，使得废水中的溶解氧在整个过程中都保持饱和状态；反应釜搅拌速率150r/min，温度25℃，反应25d后停止，此时废水中的pH值为6.8，废水中铀的浓度降低至0.56mg/L，铀的去除率为94.4％。
实施例4
某含铀废水中铀的浓度为10mg/L，1～15μm的合成黄铁矿的含量为3g/L。
本发明所述的一种在中性富氧条件下黄铁矿去除含铀废水中铀的方法：
将60mL的含铀废水置于锥形瓶中，其中HCO3 -浓度为1000mg/L， Tris浓度为0.2M，以稀盐酸为中和剂，调节pH值至7，向废水中持续通入纯氧，使得废水中的溶解氧在整个过程中都保持饱和状态；最后置于水浴恒温振荡器中，振速150r/min，振荡温度25℃，振荡7d后停止，此时废水中的pH值为7.2，废水中铀的浓度降低至0.63mg/L，铀的去除率为94％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种氧化除铀的方法，包括：
将含铀废水、黄铁矿和缓冲剂混合，再调节pH至中性，然后在得到的混合液中通入氧气，反应；
所述缓冲剂为Tris缓冲剂，所述缓冲剂的浓度为0.1~0.5M；
所述调节pH的试剂为稀盐酸或氢氧化钠；
所述通入氧气后得到的混合液的DO大于20mg/L，饱和百分比大于200%；
所述含铀废水中碳酸氢根的浓度为100~1000mg/L；
所述含铀废水是中性地浸采铀的废水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铀废水中铀离子的浓度大于0.5mg/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应具体为震荡反应，所述震荡反应的速度为100~200r/min，时间为5~30d，温度为20~30℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄铁矿选自合成黄铁矿和天然黄铁矿中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述合成黄铁矿粒径为1~15μm，所述天然黄铁矿粒径为70~150μm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铀废水、黄铁矿和缓冲剂形成的混合液中，黄铁矿的含量为1~20g/L。
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