KR900000397B1 - 자기분리에 의한 우라늄 회수방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

자기분리에 의한 우라늄 회수방법

제1도는 탄산염 추출기와 이온교환 칼럼을 사용한 우라늄 회수공정을 도해한 블록도.

제2도는 질산 세정기를 사용한 다른 우라늄 회수공정을 도해한 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 분산제 라인(lime) 2 : 라인

3 : 볼밀(ball mill) 4 : 펌프

5 : 사이클로 분리기 6 : 재순환 라인

7 : 라인 8 : 밸브

9 : 자기분리기 10 : 철제상자

11, 12 : 자극(pole) 13 : 다공질 강자성 개재물

14 : 검출기 15 : 밸브

16 : 슬러리 탈수기 18 : 라인

21 : 이온교환 칼럼 22, 23 : 펌프

30 : 라인 32 : 자기분리기

33 : 벨브 35 : 라인

36 : 벨브 37 : 자기분리기

38, 40, 41, 42, 43 : 벨브

본 발명은 수성의 불화 칼슘 슬러리에서 우라늄을 회수하는 방법에 관한 것이다.

미합중국 특허 제2,965,440호에는 철을 함유하는 광물에서 우라늄을 회수하는 방법이 설명되어 있다. 광물은 알맞은 크기로 분쇄된후 배소되어 우라늄-철착물(錯物)이 제조된다. 상기 착물에는 철이 포함되어 있으므로, 착물은 광물의 잔유물로부터 자기분리될 수 있다.

산화 우라늄 분말의 제조를 위한 2 우라늄산 암모늄(ammonium diuranate) 전환공정에 있어서, 우라늄, 불화물, 암모늄 그리고 질산염 이온을 함유하는 폐수가 생성된다. 암모니아를 회수하고, 불화물의 함량을 낮추기 위해 수산화 칼슘이나 석회 슬러리를 첨가하여 불화 칼슘을 침전시킨다. 암모늄 2 우라늄산의 폐수는 암모니아 제거탑(Stripping coulumn)에서 처리되고, 생성된 불화 칼슘 슬러리는 침전지로 보내져서, 여기에서 과잉의 물을 배출시킨후 폐기한다. 약간의 우라늄이 불화 칼슘 슬러리에 불용성 우라늄산 칼슘(Calcium uranate)으로 남는다. 이러한 우라늄산 칼슘 폐기물은 폐기처분 비용이 비쌀뿐 아니라, 값진 자원의 유실이기도 하다. 한편 일본 특허 제48-38320호에 제시된 공정에 따르면 불화 칼슘이 침전하기 전에 폐수로 부터 약간의 우라늄을 제거할 수 있지만, 이 방법은 불화 칼슘 슬러리가 이미 형성된 대형의 침전지에서 우라늄을 회수하는데는 쓸모가 없다.

따라서, 본 발명은 100ppm 이하의 철을 함유하는 수성의 불화 칼슘 슬러리로부터 우라늄을 회수하는 방법에 있어서, 상기 슬러리를 고구배(high gradient)의 자기분리기에 통과시키는 단계 : 및 상기 분리기로부터 우라늄을 회수하는 단계를 포함하는 우라늄 회수 방법에 있다.

본 방법은 간단하고, 많은 자본금이 필요하지 않으며, 기존의 우라늄 회수공정에 직접 첨가할 수 있는 우라늄 생성물을 제조할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명의 실시예를 기술함으로써 본원 발명을 상세히 설명한다.

제1도를 참조하면, 라인(1)의 분산제는 라인(2)의 불화 칼슘 슬러리에 첨가된다. 상기 슬러리는 큰 입자를 분쇄하는 볼밀(ball mill)(3)을 통과하고, 이어서 펌프(4)에 의해 사이클로 분리기(5)로 보내져서, 이곳에서 큰 입자와 작은 입자로 분리되며, 큰 입자의 슬러리는 라인(6)으로 재순환 시키고, 미세한 입자는 라인(7)과 밸브(8)을 통과하여 고구배의 자기분리기(9)에 도입시킨다. 자기분리기는 전자석의 자극(pole)(11)과 (12)사이에 다공질 강자성 개재물(13)을 구비하는 철제 상자(10)으로 구성되어 있다. 불화 칼슘 슬러리가 자기분리기를 통과하는 동안 슬러리에 포함된 우라늄은 다공질 강자성 매체에 부탁된다. 잔류 슬러리는 검출기(14)로 보내지며, 이 검출기(14)는 분리기가 우라늄으로 포화되었을 때 우라늄이 현재 분리기를 통과해간다는 것을 알려주는 신호를 발생한다. 이어서, 슬러리는 밸브(15)를 통과하여 물을 제거하는 슬러지 탈수기(16)에 보내진다. 상기 슬러리의 잔류물은 폐기 슬러지가 된다. 자기분리기가 우라늄으로 포화됐다는 것을 검출기가 가리키면, 밸브(8)과 (15)를 돌려서 라인(17)에 있는 탄산염 침출용액이 자기분리기에 유입되게 하여 다공질 강자성 개재물에 부착된 우라늄을 용해시키도록 한다. 우라늄을 함유하는 탄산염 침출용액은 밸브(15)와 라인(18)을 통해 여과기(19)로 유입되어 이 침출용액중의 큰 입자가 제거된다. 용해된 우라늄은 라인(20)을 통해, 이온교환 칼럼(21)로 보내지고, 이곳에서 우라늄은 이온교환된다. 펌프(22)는 상기 유동 사이클에 필요한 압력을 공급한다. 탄산염 침출이 끝나고, 밸브(8)과 (15)를 올려 불화 칼슘 슬러리가 자기분리에 재진입하도록 하면, 여과기(19)는 슬러지 탈수기(16)으로부터 펌프(23)에 의해 펌핑된 물에 의해 세척된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서는 자기분리기로부터 우라늄을 제거하기 위해 질산을 사용하며, 또한 연속 배치처리(batch operation)를 하기 위해 두 개의 분리기를 사용한다. 제2도에서, 불화 칼슘 슬러리는 라인(30)을 경유하여 자기분리가(32)의 밸브(31)을 통과하고, 밸브(33)과 라인(34)를 경유하여 저장지(storage pond)에 도달한다. 상기 과정이 진행되는 동안 라인(35)의 질산은 밸브(36)을 경유하여 자기분리기(37)에 도달하여, 자기분리기의 다공질 강자성 개재물상의 우라늄을 용해한다. 용해된 우라늄은 밸브(38) 및 라인(39)를 경유하여 용매추출기에 보내진다. 자기분리기(32)가 포화되면, 밸브(31), (33), (36) 그리고 (38)은 닫히고, 밸브(40), (41), (42) 그리고 (43)은 열린다. 이때, 질산은 라인(35) 및 밸브(40)을 지나 자기분리기(32)의 우라늄을 용해하고, 이어서 밸브(41)을 지나 라인(39)로 나간다. 이때, 불화 칼슘 슬러리는 밸브(42)를 지나 자기분리기(37)에 진입하여 밸브(43)을 지나 라인(34)로 나간다.

초기의 불화 칼슘 슬러리는 적어도 95중량%가 불화 칼슘인 고체를 1-10% 함유하며, 그 나머지는 물 및 통상 수종류의 우라늄산 칼슘 형태인 우라늄을 1-1000ppm 함유한다. 상기 슬러리내의 우라늄은 우라늄 235가 많으며, 따라서 특히 가치가 높은 것이다. 일반적으로, 본 발명에서는 불용성 우라늄 화합물을 함유하는 불화 칼슘 액체 슬러리를 처리한다. 철이 우라늄과 함께 용해되면 후속되는 처리공정에서 우라늄을 오염시키므로 상기 슬러리중에 존재하는 철은 100ppm 이하로 해야한다. 상기와 같이 철에 의해 우라늄이 오염된 경우, 철에서 우라늄을 분리하기 위해 6불화(hexafluoride) 우라늄 형태의 우라늄을 재처리할 필요가 있다. 그러나 철이 없을때는, 본 발명의 생성물은 직접 용매 추출공정으로 도입시킬 수 있다.

불화 칼슘의 입자를 잘게 부수기 위해 불화 칼슘 슬러리에 분산제를 첨가할 수도 있다. 분산제에는 세정제, 예를들면 나프탈렌-포름알데히드 농축물의 황산나트륨염, 농축된 유기산중의 5-8%의 황산나트륨염 그리고 알킬-아릴 형태의 황산의 착중합 유기염을 포함한다. 양호한 분산제는 ＂스테판 케미컬사(Stepan Chemical Company)＂에서 ＂Stepantan A＂라는 상품명으로 판매하는 나프탈렌-포롬알데히드 농축물의 황산 나트륨염이다. 필요한 경우, 0.01 내지 0.02중량%의 분산제를 사용할 수 있다.

볼밀 또는 그밖의 슬러리의 입자의 치수를 줄이는 장치는 큰 입자가 존재하는 경우에만 필요하다. 슬러리 내의 입자 크기는 5마크론 이하로 하는 것이 바람직하다.

전자석하의 벨트 위를 통과할 때 슬러리중의 입자가 강력한 전자석에 의해 추출되는 통상의 자기분리와는 달리, 본 발명의 방법에서는 고구배의 자기분리기를 사용해야 한다. 고구배의 자기분리기에 있어서 두 자극사이의 간격은 3인치 이하이고, 그들 사이의 공간에는 다공질 강자성 개재물이 충전된다. 이 분리기는 매우 약한 자성을 가지는 우라늄 입자를 제거하기 위해 10킬로가우스 이상의 자장이 필요하다. 일반적으로 75킬로와트 이상의 전력이 필요하며, 전자석의 코일 직경은 40cm 이하로 해야한다. 대표적인 자기분리기는 한시간당 3톤의 고체 원료를 처리할 수 있다. 자기 분리기는 우라늄산 칼슘 입자(예, CaUO₄입자)를 50% 이상의 기공도를 가지는 재재물상에서 포획한다. 만약 질산이 상용되지 않을 경우에는 개재물은 스틸울(Steel wool)로 제조할 수 있으나, 질산을 사용할 경우에는 스틸울은 질산에 침식되므로 스테인레스 스틸울이 필요하다.

불화 칼슘 슬러리는 자기 분리기가 우라늄으로 포화되어 우라늄이 현재 자기분리기를 통과하는 중이라는 것을 나타낼 때 까지 자기분리기를 통해 지나간다. 검출기로서는 가이거계수기 또는 그와 유사한 장치를 사용하는 것이 적절하지만 우라늄에 가장 민감한 형광검출기가 더욱 바람직하다. 자기분리기를 통과하는 유속은 10갤론/분 이하의 유속으로 해야하는데, 그보다 빠른 속도이면 개재물에서 우라늄이 씻겨버릴 염려가 있다.

우라늄은 여러 가지 방법에 의해 자기분리기의 재개물로부터 제거할 수 있다. 예를들면, 거의 대부분의 2 내지 5몰의 탄산염 용액은 자기분리기중의 우라늄을 용해한다. 나트륨이나 그밖의 알칼리 금속탄산염을 사용할수도 있으나, 후속공정에 적합한 탄산암모늄을 사용하는 것이 바람직하다. 그런, 적절한 우라늄 제거방법은 질산 수용액에 의한 역세정(back wash)이다. 질산 세정시 불화 칼슘의 용해를 막기 위해 pH는 약 2 이상 되어야 하며, 우라늄을 용해하지 않도록 하기 위해서는 pH를 약 3 이하로 해야 한다.

질산을 사용하는 경우, 침출액은 용매추출계, 예를들면 본 기술분야에 주지되어 있는 케로신과 같은 유기용매중의 디-2-에틸헥실인산-트리옥틸포스핀 옥사이드(di-2-ethylhexyl phosphoric acidtrioctyl phosphine oxide(DEPA-TOPO) 추출계에 직접 유입시킬 수 있다. 탄산염 용액을 사용하는 경우, 역시 본 기술분야에 주지되어 있는 바와같이 우라늄은 이온교환 칼럼에서 탄산염 용액으로부터 제거할 수 있다. 다음에 우라늄은 질산용액에 의해 이온교환 칼럼에서 제거되며, 상기 질산용액은 용매 추출공정으로 보내진다. 그러므로 자기분리기로부터 우라늄을 제거하기 위해 질산을 사용하는 경우에는 이온교환 칼럼에 있어서의 여분의 추출공정은 불필요하다. 이하, 실시예에 따라 본 발명을 설명한다.

[실시예]

스테인레스 스틸울의 개재물을 포함하는 제1도의 자기분리기에 고체 불화 칼슘 2% 및 우라늄산 칼슘으로서의 우라늄 15ppm을 포함하는 수용성 불화 칼슘용액을 통과시킨다. 자기분리기의 자장은 20킬로가우스로 하고, 전력은 150킬로와트로 하고, 코일의 직경은 30cm로 한다. 이 자기분리기는 한시간에 2톤의 슬러리를 통과시킬 수 있다. 형광검출기가 지지분리기중의 개재물에 우라늄이 더 이상 포획되지 않는다는 것을 나타냈을 때, 불화 칼슘의 흐름을 정지하고, 상기 개재물을 10%의 질산용액으로 세정한다. 질산에 포함된 우라늄은 DEPA-TOPO추출제를 사용하여 추출한다.

Claims (10)

100ppm 이하의 철을 함유하는 수성 불화 칼슘 슬러리로부터 우라늄을 회수하는 방법에 있어서, 2개의 자극(11)(12)사이에 다공질 강자성 개재물(13)을 구비하는 고구배의 자기분리기(9, 32, 37)내의 상기 슬러리에 적어도 10킬로가우스의 자장을 가하는 단계 : 및 상기 다공성 강자성 개재물(13)으로부터 우라늄을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제1항에 있어서, pH가 2와 3사이인 질산수용액에 의한 세정에 의하여 상기 자기분리기로부터 우라늄을 제거하는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제2항에 있어서, 질산용액내의 우라늄이 DEPA-TOPO에 의하여 용매 추출되는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제1항에 있어서, 탄산염 수용액에 의한 침출에 의하여 상기 자기분리기로부터 우라늄이 제거되는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제4항에 있어서, 상기 탄산염 수용액이 2내지 5몰의 탄산암모늄인 것을 특징으로 하는 우라늄 회수 방법.

제4항에 있어서, 상기 탄산염 수용액에 포함된 우라늄이 이온교환 칼럼에서 제거되는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제6항에 있어서, 상기 이온교환 칼럼상의 우라늄이 질산수용액에 의하여 제거되어지는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제1항에 있어서, 상기 자기분리기가 두 개의 자극사이에 수성 슬러리가 통과하는 다공성 강자성 개재물을 구비하는 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제8항에 있어서, 상기 두자극이 3인치 이하로 이격되며, 코일 직경이 40cm 이하인 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

제9항에 있어서, 상기 자기분리기가 50% 이상의 다공성을 갖는 스테인레스 스틸울인 것을 특징으로 하는 우라늄 회수방법.

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