Một số nghiên cứu về chế biến quặng và xử lý thải của Viện công nghệ xạ hiểm

à Au nhưng ít hơn Co và Mo. Các loại đá măcma có hàm lượng Si cao nói chung có hàm lượng U cao hơn so với các loại đá măcma có ít Si nhưng nhiều Mg , Fe và Al. U còn chứa trong các loại quặng, đất đá , trong nước biển , nước ngầm và dầu mỏ. II. 3. Chu trình nhiên liệu hạt nhân. Nguồn thiên nhiên của chu trình nhiên liệu hạt nhân là các loại quặng chứa urani và thori . Sản xuất và sử dụng nhiên liệu là thực hiện liên tiếp nhiều quá trình công nghệ: khai thác mỏ , chế tạo nhiên liệu từ quặng, sử dụng nhiên liệu đã cháy trong lò phản ứng và xử lý nhiên liệu đã cháy. Chu trình nhiên liệu hạt nhân có thể phân thành hai loại : chu trình nhiên liệu hở (không có quá trình tái chế nhiên liệu đã cháy) và chu trình kín (có tái chế) . Chu trình nhiên liệu hở hay chu trình sử dụng nhiên liệu một lần gồm các khâu: khai thác mỏ tách urani từ quặng tinh chế urani đến độ sạch hạt nhân. chuyển hóa U3O8 UO2 UF4 UF6 . làm giàu đồng vị U-235 chế tạo thanh và bó nhiên liệu sử dụng nhiên liệu trong lò phản ứng . lưu giữ tạm thời nhiên liệu đã cháy. lưu giữ nhiên liệu đã cháy lâu dài ở khu vực xa lò phản ứng . Chu trình nhiên liệu kín ngoài các khâu kể trên còn bao gồm các khâu tái chế từ các bước lưu giữ tạm thời: tách urani và pluton từ nhiên liệu đã cháy , chế tạo hỗn hợp MOX thành nhiên liệu đưa trở về sử dụng lại trong lò phản ứng , xử lý phần bã thải còn lại. Một chu trình nhiên liệu được chia thành phần trước lò (front end) và phần sau lò (back end) . Tùy theo khả năng tài nguyên, khả năng đầu tư và trình độ công nghệ , một quốc gia có thể ưu tiên đầu tư cho một khâu hoặc một phần của chu trình nhiên liệu. II. 3. 1. Phần trước lò của chu trình nhiên liệu urani Phần trước lò là toàn bộ các công đoạn của chu trình nhiên liệu nhằm có được nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân hoạt động , bao gồm các bước khai thác mỏ, sản xuất urani kỹ thuật từ quặng, tinh chế , chuyển hóa , làm giàu và chế tạo thanh nhiên liệu. Quặng urani tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau trong tự nhiên. Thăm dò và khai thác quặng cần có những hệ thống thiết bị có thể thực hiện quá trình ở những chiều sâu 400 – 600m. Tùy theo đặc điểm thân quặng, quá trình khai thác nói chung có thể thực hiện bằng phương pháp lộ thiên hoặc ngầm. Nói chung urani có mặt trong vật liệu ban đầu với hàm lượng thấp, hệ số bốc đất làm giàu sản phẩm cao, vấn đề xử lý môi trường mỏ đòi hỏi chi phí lớn . Bước xử lý đầu tiên sau khi khai thác được là phải tuyển và hòa tách trong dung dịch axit hoặc cacbonat để tách urani khỏi một lượng rất lớn đất đá. Dung dịch sau hòa tách được xử lý bằng chiết dung môi hoặc trao đổi ion để loại bỏ phần lớn tạp chất , sau đó kết tủa và thu sản phẩm urani kỹ thuật (yellow cake) có hàm lượng 60- 95% U3O8. Urani kỹ thuật thu được phải qua bước tinh chế bằng phương pháp trực tiếp (thông qua chưng cất UF6) hoặc bằng phương pháp truyền thống (nhờ các quá trình chiết hoặc trao đổi ion nhiều bậc) đề loại bỏ sâu sắc tạp chất ảnh hưởng đến quá trình phản ứng dây chuyền phân hạch. Để sản xuất nhiên liệu cho lò nước nặng, urani có độ sạch hạt nhân thu được ở trên được chuyển về dạng bột UO2 có các đặc điểm thích hợp (tỷ số O/U, kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, mật độ, sự đồng nhất , tính khả ép và khả thiêu) và được tạo thành viên nén , sau đó đem nung ở nhiệt độ khoảng 18000C. Sản phẩm viên gốm UO2 được đưa vào giai đoạn chế tạo thành các thanh và bó nhiên liệu . Để sản xuất nhiên liệu cho lò nước nhẹ, urani có độ sạch hạt nhân phải qua giai đoạn chuyển hóa thành UF6 và đưa vào thiết bị làm giàu đồng vị . Sản phẩm Urani giàu có hàm lượng U-235 từ 2-5% qua giai đoạn tái chuyển hóa từ UF6 về dạng UO2 sau đó được đưa vào tạo gốm để sản xuất thanh và bó nhiên liệu. Một phần không thể thiếu được của chu trình nhiên liệu hạt nhân là các quá trình sản xuất và tạo hình vật liệu hạt nhân : zircalloy (hợp kim của Zirconi với Nb, Sn, Ni, Cr) vật liệu làm chậm notron (nước nặng , graphit…) , các nguyên tố đất hiếm dùng làm vật liệu hấp thụ notron cho các thanh điều khiển và các loại vật liệu cấu trúc… Tự chủ về nhiên liệu hạt nhân cũng bao hàm nội dung tự chủ về một số vật liệu hạt nhân quan trọng. II. 3. 2. Phần sau lò của chu trình nhiên liệu urani Công việc của phần sau lò của chu trình nhiên liệu rất đa dạng, hiện được thực hiện theo 2phương án khác nhau chủ yếu ở chỗ có thực hiện quá trình tái xử lý hay không. Các khâu tái xử lý được thực hiện từ sau bước lưu giữ tạm thời bao gồm các công đoạn sau: tách urani và pluton từ thanh nhiên liệu đã cháy chế tạo hỗn hợp MOX thành nhiên liệu đưa trở về sử dụng lại trong lò phản ứng , xử lý phần bã thải còn lại. Thực hiện các công đoạn này đòi hỏi trình độ công nghệ cao đảm bảo an toàn phóng xạ và chi phí lớn. Song thu được nhiên liệu tái sinh làm giảm gánh nặng về thiếu hụt nhiên liệu trong tương lai. Như vậy nhiên liệu hạt nhân là lĩnh vực công nghệ cao được nhiều nước trên thế giới quan tâm , kể cả những nước không có điện hạt nhân hoặc không có tài nguyên Urani, Thori và trình độ phát triển công nghệ hạt nhân là một trong những biểu hiện tiềm lực khoa học công nghệ của một quốc gia. Phần III Tài nguyên Urani và vấn đề môi trường trong khai thác III. 1. tài nguyên Urani Khi Urani trở thành nguồn tài nguyên nền tảng cung cấp cho hiện tại và tương lai , Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA đã có sự quan tâm lâu dài để tiêu chuẩn hóa những phương pháp đánh giá trữ lượng Urani và cho những dự án cung cấp tài nguyên trong tương lai. Ngoài ra IAEA còn kết hợp với Cơ quan năng lượng nguyên tử (NEA) của tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD) , để thiết lập về tình hình trữ lượng Urani và cung cấp những nguồn tin mới nhất theo định kỳ về tình hình trữ lượng , sản xuất và nhu cầu Urani . Trữ lượng Urani được phân loại theo 2 hệ thống: theo hệ thống môi trường địa chất nơi chúng xuất hiện và theo cấp độ tồn tại chắc chắn kết hợp với vấn đề kinh tế của việc khai thác Urani. III. 1. 1. các loại hình địa chất của mỏ urani Tài nguyên Urani trên thế giới có thể phân loại thành 14 kiểu mỏ khác nhau theo các loại hình địa chất: dạng trầm tích bất hợp chỉnh (uncomfomity related deposits) dạng cát kết (sandstone deposits) dạng cuội kết (Quazt pebble conglomerate deposits) dạng mạch vỉa (vein deposits) dạng dăm kết (breccia complex deposits ) dạng xâm nhiễm (intrusive deposits) dạng phôtphorit (phosphorite deposits) dạng dăm kết kiểu ống (collapse breccia pipe deposits) dạng núi lửa phun trào (volcanic deposits) dạng bề mặt (surficial) dạng biến chất thay thế (metasomatite deposits) dạngbiến chất trong trầm tích (metarmophic deposits) 13. dạng than non (lignite) 14. dạng mỏ đá phiến đen (black shale deposits) III. 1. 2. Hệ thống phân loại trữ lượng Urani Hệ thống phân loại tài nguyên của IAEA bao gồm 4 cấp. Tương ứng với các cấp trong hệ thống phân loại tài nguyên của Liên Xô cũ mà Việt Nam đã và đang áp dụng (Bảng III. 1) . Bảng III. 1: Tương quan giữa hệ thống phân loại tài nguyên của IAEA và của Liên Xô cũ Tài nguyên đã biết (Known resources) Tài nguyên chưa làm rõ (Undiscovered resources) Tài nguyên có độ chắc chắn hợp lý- Reasonable Asured Resources (RAR) Tài nguyên dự báo bổ sung cấp I -Estimated Addional Resources Category I (EAR-I) Tài nguyên dự báo bổ sung cấp II- -Estimated Addional Resources Category II (EAR II) Tài nguyên viễn cảnh- -Speculative Resources (SR) A+B C1 C2 P1 P2 P3 Các cấp trữ lượng được phân theo mức độ tồn tại của khu vực quặng được tìm kiếm (Căn cứ vào mức độ hiểu biết địa chất) . Cấp tài nguyên RAR (hoặc A, B, C1 theo phân loại của Liên Xô cũ) có độ tin tưởng tồn tại cao, còn mức độ tồn tại tin tưởng đối với cấp SR (hay P2, P3 theo phân loại của Liên Xô cũ ) là thấp nhất. Sai số của trữ lượng C2 là 60-80%, còn đối với cấp P sai số này là 80-100%. Tiếp theo tài nguyên lại được phân theo chi phí sản xuất. Hiện nay giá thành sản xuất Urani được phân theo các cấp sau đây: Ê 40 USD/kgU 40-80 USD/kgU ³ 130 USD/kgU. Giá thành sản xuất kể trên bao gồm các chi phí sau đây: Chi phí cho khai thác , vận chuyển và xử lý quặng Urani. Chi phí cho quản lý chất thải và môi trường kèm theo, kể cả trong và sau khai thác Chi phí bảo tồn các máy móc không hoạt động . Chi phí đầu tư Các chi phí gián tiếp Chi phí thăm dò và phát triển mỏ. Quan hệ giữa các cấp tài nguyên được thể hiện trong bảng 2. Theo chiều ngang là biểu thị mức độ tin tưởng về tồn tại thực tế của tài nguyên . Chiều thẳng đứng biểu thị tính khả thi về mặt kinh tế theo các cấp chi phí khác nhau. Bảng III. 2: Sơ đồ phân loại tài nguyên của IAEA ³130 USD/kgU RAR (A+B+C1) EAR-1 (C2) EAR-II (P1) SR (P2+P3) 80-130 USD/kgU RAR EAR-1 EAR-II EAR-II EAR-II SR 40-80 USD/kgU RAR EAR-1 Ê40 USD/kgU RAR EAR-1 Trong bảng 2 đường đứt quãng giữa các ô ở cấp chi phí cao nhất biểu thị sự phân biệt về mức độ tin cậy trong trường hợp này không rõ ràng. Đường đứt quãng giữa các ô trong cột EAR-II cho thấy sự phân biệt về giá của cấp này không rõ ràng. Tài nguyên cấp SR thậm chí chỉ được phân biệt không rõ ràng về giá giữa hai loại ³ 130USD/kgU và <130USD/kgU. Những cấp được in đậm tương ứng với cấp tài nguyên đã biết và chi phí sản xuất Ê80USD/kgU , rõ ràng là những cấp tài nguyên quan trọng nhất vì có thể được đưa ngay vào quá trình sản xuất nhiên liệu. III. 1. 3. tài nguyên-trữ lượng Urani của Việt nam Trên lãnh thổ Việt Nam, urani đã được phát hiện rộng rãi trên nhiều địa hình với các tuổi địa chất khác nhau. Quặng hóa tập trung nhiều ở Trung Trung Bộ và Tây Nguyên, Việt Bắc và Tây Bắc. Dự báo tài nguyên urani của Việt Nam khoảng 230.000 tấn theo các số liệu điều tra thăm dò mới nhất. Trong các loại hình mỏ được phát hiện quan trọng nhất là : - Loại mỏ urani độc lập tại khu vực bồn trũng Nông Sơn (Quảng Nam) . Đây là mỏ cát kết có triển vọng trở thành mỏ urani công nghiệp , hàm lượng urani trung bình 0, 02% và photphat Bình Đường với tài nguyên dự báo 3000 tấn U3O8. Trong những năm vừa qua , Liên đoàn địa chất xạ hiếm đã thực hiện nâng cấp trữ lượng C2 đối với các khu vực: Khe Hoa –Khe Cao, Pà Lừa –Pà Rồng, An Điềm, Nam Giằng, đạt tổng tài nguyên 5700 tấn U3O8 cấp C2. - Loại hình mỏ urani cộng sinh như mỏ đất hiếm chứa urani Bắc Nậm Xe với tài nguyên dự báo 3000 tấn U3O8, hàm lượng trung bình 0, 03%. Các dấu hiệu về loại hình urani kiểu bất chỉnh hợp đã được phát hiện ở Đak Hring - Đăc Uy - Kon Tum, khả năng về quặg urani trong đá phun trào khu vực Tú Lệ có thể mở ra những triển vọng mới cho công nghiệp urani trong tương lai. iii. 2. khai thác quặng và vấn đề môi trường III. 2. 1. Các hình thức khai thác III. 2. 1. 1. Các kiểu thân quặng Urani Như đã biết ở chương 1, quặng Urani được phát hiện trong nhiều hình thái địa chất môi trường . Theo quan điểm khai thác , chúng được phân loại chung thành 2 loại sau: Thân quặng có mặt trong những tầng địa chất gần như nằm ngang với bề dày thay đổi từ hàng chục centimet đến hàng chục mét. Quặng dạng vỉa , thường gần như thẳng đứng và bề dày thay đổi từ hàng chục cm đến hàng chục mét. III. 2. 1. 2. Khai thác mỏ Nhờ phép đo tính phóng xạ , việc thực hiện khai thác trong mỏ Urani dễ dàng hơn khai thác các mỏ quặng khoáng chất khác. Đặc tính này giúp xác định vị trí khoáng hóa rất dễ dàng trong những lỗ khoan, thực hiện sự chọn lọc tốt trong quá trình chuyên chở, phân loại quặng theo những cấp độ khác nhau và để xác định kích cỡ và nồng độ urani lắng đọng bằng những thiết bị chuyên dùng. Phụ thuộc vào độ sâu thân quặng và điều kiện môi trường khu vực mà khai thác mỏ lộ thiên hay hầm lò. Hiện nay ngoài cách khai thác để thu urani người ta còn tiến hành thu urani không cần khai thác trực tiếp mà dùng phương pháp hòa tách tại chỗ (in-stu leaching) . Người ta bơm trực tiếp dung dịch hòa tách quặng vào những lỗ khoan đi thẳng vào thân quặng . Dung dịch hòa tách Urani ra khỏi đá và sau đó dung dịch chứa urani được bơm trở lại qua những lỗ khoan lấy dung dịch ra. Nguồn phóng xạ trong hòa tách tại chỗ chủ yếu là khí Radon thoát ra từ việc vận chuyển Urani từ lỗ khoan. Tuy hạn chế ô nhiễm môi trường , đặc biệt là hạn chế ảnh hưởng của các chất phóng xạ nhưng phương pháp hòa tách tại chỗ cũng gây ra ảnh hưởng đến tính chất và cấu tạo địa chất và ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm . III. 2. 2. Bức xạ và những khía cạnh môi trường trong khai thác mỏ Vấn đề an toàn trong mỏ Urani liên quan tới: Những hiện tượng thường thấy trong khai thác mỏ hiện đại như: tiếng ồn, độ rung, tổn thương hệ hô hấp cấp tính và mãn tính, đá rơi. . vv. . Bị chiếu xạ trực tiếp và hít phải radon. Sự vận hành khai thác và xử lý quặng Urani tạo ra sự chiếu xạ cần phải kiểm soát và điều khiển đến mức độ cho phép theo điều lệ và tiêu chuẩn quốc tế . III. 2. 2. 1. Nhận biết các rủi ro phóng xạ III. 2. 2. 1. 1. Phát xạ trực tiếp Nuclit phóng xạ có mặt trong quặng là những tia Ă sơ cấp phát ra;83% năng lượng phát ra từ Bi-214 và 12% từ Pb-214. Cả hai dạng này là con cháu có chu kỳ sống ngắn của Rn-222. Điển hình ở trung tâm tích tụ trong 1 mỏ quặng hàm lượng U 0, 1%, suất liều là khoảng 5mGy/h, vượt quá giới hạn cho phép là 50mSv khi hàm lượng quặng vượt quá 0, 5%. III. 2. 2. 1. 2. Bụi Rủi ro phóng xạ thứ hai là do hít phải bụi do khai thác quặng, bụi này sau đó sẽ tích tụ trong phổi. Những hạt rắn này chứa a có chu kỳ sống dài phát ra: U-238, U-234, Th-230, Ra-226, Po-210. Hầu hết nguyên tố phóng xạ có mặt trong bụi phóng xạ hít vào được bài tiết sinh học trước khi chúng bị phân hủy và mất năng lượng. Tuy nhiên cấp độ nhiễm bẩn hàng năm có thể nguy cấp khi sự khai thác hầu như sinh ra bụi ở tất cả các khâu và khi hàm lượng quặng vượt quá 0, 5% và trong trường hợp này thì bụi có thể tương đương với các loại rủi ro khác. III. 2. 2. 1. 3. Radon Rủi ro thứ ba là do hít phải Ra và các sản phẩm phân rã của nó (Ra con cháu) . Ra (có chu kỳ sống ngắn phát ra tia a ) là một loại khí hiếm có khả năng di chuyển trong đá. Nó tỏa ra cơ thể hoặc phân bố khắp cơ thể qua tuần hòan máu nếu nó đi vào mô phổi. Tuy nhiên khi Rn-222 phân hủy nó sẽ tạo ra sản phẩm là các con cháu có chu kỳ sống ngắn (P-218, Pb-214, Bi-214) . Những đồng vị này một khi bị hít vào sẽ tích tụ trong phổi và phát ra năng lượng phân hủy. III. 2. 2. 1. 4. Tính nghiêm trọng của 3 rủi ro trên Liều lượng trung bình hàng năm được xác định từ 3 yếu tố rủi ro trên trong đó rủi ro Ra là ảnh hưởng hơn cả. Nó chiếm tới 50-70% những rủi ro từ khai thác ngầm mỏ vỉa . Với mức độ cơ khí hóa cao rủi ro từ khai thác ngầm mỏ lộ thiên là đáng kể hơn cả (50%) , rủi ro từ hai yếu tố còn lại là 25% mỗi loại. Trong quá trình khai thác và chế biến cũng có những rủi ro tương tự. ************************* Phần iV Tác động của chất phóng xạ trong quá trình khai thác chế biến quặng tới môi trường và hướng xử lý thải iV. 1. các nguồn thải phóng xạ Có 7 dạng nguồn chiếu xạ chính được đưa ra dưới đây theo mức độ giảm dần mức độ bức xạ. 1. Đuôi thải từ các nhà máy xử lý quặng Nguồn thải này có thể phát sinh cao nhất theo nhiều con đường: chiếu trong do chiếu xạ trực tiếp , thoát Rn222, khả năng phân tán bụi do gió, hòa tách dung dịch nucit phóng xạ do nước mưa và ô nhiễm do rò rỉ đập ngăn nước. 2. Dòng thải khí và lỏng từ khai thác ngầm Dòng khí thải từ quạt thoát khí có thể là nguồn gốc cục bộ của Rn222 (bụi phóng xạ thoát ra nói chung không đáng kể do những quy định nội quy được thực hiện trong mỏ) . Dòng thải lỏng, nguồn của Ra226 và U238, có thể kiểm soát và xử lý một cách thích hợp . 3. Dòng thải từ mỏ lộ thiên Mỏ lộ thiên phát ra chủ yếu dòng khí thải và bụi phóng xạ. Loại thải này dễ dàng kiểm soát và cường độ biến đổi do sự thay đổi điều kiện khí hậu và công nghệ khai thác. Dòng thải lỏng, ngay cả những mỏ ngầm cần được xử lý và kiểm soát. 4. Kho dự trữ quặng Con đường dòng thải thoát ra cũng như các trường hợp trên nhưng với cường độ yếu hơn: đặc tính vật lý và hóa học ít thuận lợi đối với sự di chuyển này. 5. Hòa tách tĩnh đổ đống Tính phóng xạ trong hòa tách tĩnh yếu hơn so với trong kho dự trữ quặng , dòng thải khí và bụi phát ra là không đáng kể. Đối với dòng thải lỏng , độ rủi ro cũng không đáng kể vì việc hòa tách được thực hiện trong những bể không thể thấm ra được . 6. Dòng thải trên không và dòng thải lỏng từ mỏ Dòng thải trong không khí chủ yếu là bụi phóng xạ như là bụi quặng trong khâu gia công quặng trong quy trình xử lý và bụi uraniat sinh ra ở cuối quy trình. Đa số lượng bụi này được xử lý bằng những phương pháp sạch hơn đối với khí công nghiệp . Dòng thải lỏng có thể được kiểm soát và xử lý dễ dàng. 7. Thải từ quá trình chế biến Lượng thải từ quá trình chế biến ở các mỏ ngầm thấp nhưng đối với các mỏ lộ thiên lại là một vấn đề quan trọng. Phần lớn thải từ mỏ lộ thiên có thể dùng để san lấp để tạo môi trường cảnh quan và làm đường trong khu vực chế biến. Tuy nhiên, vì thải chế biến này luôn chứa những nguyên tố phóng xạ nên chúng không được dùng cho những nơi công cộng. Nói chung , có thể phân loại thải trong quá trình xử lý quặng theo trạng thái tồn tại của chúng như sau: +) Thải ở dạng rắn : Chất thải rắn sinh ra từ các quá trình cơ học mà chủ yếu là quá trình tách bã quặng . Sau xử lý H2SO4 để tách Urani còn chứa 98-: -99, 5% tổng lượng Ra-226 , 20% tổng lượng Th-230 , khoảng 5-: -10% tổng lượng Urani có trong quặng đầu. Một phần là những chất kết tủa tạo thành từ quá trình làm sạch và làm giàu dung dịch. +) Thải ở dạng lỏng : Trong quá trình xử lý quặng Urani ta thấy đã dùng một số lượng axit để hòa tách Urani, dùng MgO để kết tủa Urani, và trong quá trình làm giàu Urani bằng phương pháp chiết , trong trao đổi ion hay kết tủa trực tiếp đều thải ra thải lỏng chứa Ra có hàm lượng chất phóng xạ cao. Dung dịch sau hòa tách còn chứa một lượng dư axit tương đối cao và còn chứa nhiều loại muối hòa tan của nhiều nguyên tố hóa học khác nhau, trong đó có nhiều nguyên tố có độc tính cao. Các chất phóng xạ được quan tâm trong quá trình xử lý Urani là U, Th, Ra, từ các nguồn thải nhưng trong đó người ta thường quan tâm nhất là Ra. Việc theo dõi hành vi của các chất phóng xạ trong nước thải và bã thải rắn đóng vai trò quan trọng để từ đó tìm ra các biện pháp nâng cao hiệu suất quá trình và các phương án xử lý ô nhiễm hiệu quả. IV. 2. đặc tính của đuôi thải Đuôi thải biến đổi đáng kể trong khoáng chất chứa chúng và những đặc tính vật lý của những hợp chất khoáng có ảnh hưởng đáng kể lên tính chất hóa học bên trong cấu tạo đuôi thải và do đó ảnh hưởng lên thành phần của đuôi thải. Đặc tính vật lý như kích cỡ hạt, loại vật liệu như chất lỏng đặc hay đất sét, khả năng thấm và tính chất xốp , sẽ tác động lên đặc tính nước thải và sự khử nước (dewatering) sau đuôi thải để cung cấp cả sự bền vững khối lượng và sự tuần hòan nước tới dây chuyền. Khoáng chất từ quá trình chế biến dưới dạng sunfit rắn, cộng thêm một lượng vôi cung cấp hay những chất trung hòa khác, sẽ ảnh hưởng lên thành phần sau cùng của đuôi thải và nước thải, công nghệ thải bỏ và thiết kế khu chứa. Đuôi thải từ quá trình khai thác và chế biến nhìn chung được chứa với mức độ thiết kế yêu cầu và sự quan tâm về kỹ thuật được đề ra để đưa vào từng khu vực chứa đảm bảo ổn định tính chất vật lý. Còn đá thải thường không được quan tâm về mặt môi trường . Đá thải thường chứa nhiều sunfit , vỡ vụn , oxyhóa và những sản phẩm cuối cùng của axit sunfuric , có khả năng chứa khí mêtan hòa tan, sẽ gây ra những vấn đề môi trường tới vùng lân cận và những nguồn nước ngay lập tức. Dòng nước thải từ khu khai thác và chế biến đi tới khu vực chứa phải được quản lý và bố trí theo công nghệ phù hợp nhất. Quan tâm xem xét với những thiết kế và bảo vệ thỏa đáng dòng rò rỉ hay nước chảy tràn. Nếu không được xử lý trước khi thoát ra ngoài những chất hòa tan có thể gây ra tác hại đối với môi trường nước. Chất phản ứng và dung môi được sử dụng trong những nhà máy riêng biệt sẽ gây ra ảnh hưởng độc tính lên đời sống thủy sinh ở vùng phụ cận của mỏ. Hơn nữa mặc dù những kiểm tra độc tính nhạy đã khẳng định những chất phản ứng có mặt là độc đối với loài cá tiếp nhận trong môi trường, có khả năng là mức nồng độ thật sự chưa phát sinh từ hệ thống chứa thải vì sự tương tác hóa sinh phức tạp xảy ra trong khu vực chứa như quá trình thấm hút bề mặt có thể giữ hay liên kết các chất để giảm tỉ lệ di động và di chuyển vào vùng nước tiếp nhận. Một số chất phản ứng như xianua, chất tạo váng (để tuyển quặng) , xantat và những chất phụ gia chiết dung môi, đòi hỏi thời gian lưu, nhiệt độ quá 300C để phân hủy. Do đó chu trình luyện kim ở các nhà máy urani phải quan tâm tới tác động môi trường của các chất phụ gia và khả năng đòi hỏi hồ phụ để đảm bảo phân hủy chắc chắn chất phản ứng . IV. 3. Quy định về nước thải. Quy định về nước thải trong khai thác quặng theo những điều lệ môi trường chung sau: Phải xây dựng khu chứa Khu vực chứa thải phải có sự ổn định vật lý Phải có sự kiểm soát ô nhiễm môi trường nước bề mặt, nước ngầm và không khí Phải đánh giá tác động môi trường trong quá trình thải và quản lý thải , thực hiện hòan nguyên hiện trạng sau khai thác. IV. 4. hệ thống xử lý thải Để thiết kế toàn bộ hệ thống xử lý có 4 nhiệm vụ chính như sau: a) Lựa chọn vị trí b) Chuẩn bị và thiết kế mặt bằng c) Chế phẩm vật lý cho đuôi thải d) Chế phẩm hóa học trong nhà máy. IV. 4. 1. ảnh hưởng của quá trình chế biến Trong quá trình khai thác và chế biến, có một số chất thải có khả năng chảy thành dòng. Những chất thải này có thể chứa những chất bẩn như asen, niken, molybden, đồng, ziconi, bari, nitrat, sunfat, amoni và nuclit phóng xạ . Sau đây là những nguồn tạp chất có thể di chuyển từ mỏ hay nhà máy đang vận hành: nước mỏ, đá thải (do khai thác) chất quá nặng (từ mỏ lộ thiên) , hỗn hợp sệt đuôi thải, bùn chứa hydroxit của nhôm-sắt (và asen) , bùn thạch cao, cặn thải trong quá trình chế biến, dòng thải khâu trung hòa, dòng thải khí, hợp chất hữu cơ (…) . Sự nhận biết những miền ngược dòng và xuôi dòng trong quá trình chế biến là cần thiết nếu ít nhiều sự vận hành gián đoạn có thể kết hợp vào dây chuyền tích hợp. Hầu hết quá trình khai thác và chế biến sử dụng một vài chất hóa học đối với quặng. Nếu không có chất hóa học mà quặng piryt có mặt thì axit sẽ tạo ra nhờ sự oxy hóa sunfit bằng không khí hay vi khuẩn. Axit này có thể làm giảm tạp chất do quá trình hòa tách đuôi thải và đá thải. Trong quá trình thủy luyện quặng urani , vô số chất ngâm chiết được sử dụng, như axit sunfuric, axit ở Caro (H2SO5) , axit HCl , axit HNO3, Na2CO3 và NaHCO3. Nếu có thể tuần hoàn tác nhân hòa tách thì những tác động về mặt môi trường sẽ giảm rõ rệt. IV. 4. 2. Thải bỏ Hệ thống phân loại chất thải bao gồm nhiều yếu tố , gồm có : xử lý phế thải trong nhà xưởng, làm đặc hỗn hợp sệt, vân chuyển hỗn hợp sệt, chứa chất thải , tuần hoàn nước, xử lý đuôi thải và địa điểm thải bỏ, xử lý dòng thải, hóa hơi và hoàn nguyên khu vực chứa thải. Phế thải nói chung và đá thải được tập chung trong quá trình khu liên hợp khai thác và chế biến có thể được giải quyết theo một số cách như sau: Chứa nổi Sử dụng vật liệu chôn lấp trong mỏ lộ thiên hay ngầm Thải bỏ trong hồ sâu Thải bỏ ngoài khơi xa Thu hồi kim loại thứ cấp và sau đó thải bỏ mỏ Nhà máy đá thải Chứa thải Hệ sinh thái Xử lý chức năng đá thải đuôi thải nhà máy tuần hoànđể chế biến kết tủa hóa hơi chảy tràn tuần hoàndd rò rỉ Thải bụi Môi trường tiếp nhận IV. 4. 3. Xử lý dòng thải Sau đây là biểu thị những đặc tính chủ yếu của nước thải ảnh hưởng đến chất lượng nước tiếp nhận và do đó cần được xử lý bằng một quy trình trong dây chuyền sản xuất: chất hữu cơ, kiềm, axit, chất rắn lơ lửng, độ màu và chất hữu cơ dễ bay hơi. Có nhiều quá trình xử lý có thể thực hiện, và những quá trình phù hợp nhất đối với tính hóa học và hóa sinh của hệ thống phải được lựa chọn. Với từng dạng thải có cách xử lý riêng: Đối với nước mỏ: Khử những tạp chất giàu bằng trao đổi ion, kết tủa, vv. . Đối với hỗn hợp đuôi thải nhão: trung hòa bằng vôi, bổ sung BaCl2 để kết tủa Ra dưới dạng hỗn hợp sunfat của Ra-Ba. Ngoài ra phương pháp trao đổi ion có thể được sử dụng trong chế biến để khử Ra trước khi thải thành dòng. Sự có mặt của As trong dòng thải cần được khử bằng phương pháp kết tủa bằng vôi và sắt để tạo thành dạng kết tủa sắt asenat. Đối với nước rò rỉ hay dòng chảy tràn: có nhiều phương pháp xử lý chẳng hạn như phương pháp trao đổi ion, phương pháp thấm hút bề mặt, kết tủa, phương pháp thấm dần ngược chiều, phương pháp sinh học và phương pháp thiết kế sinh thái kể cả hệ sinh thái đầm lầy. Khi quá trình xử lý phù hợp có thể mang lại thuận lợi trong suốt thời kỳ vận hành sản xuất, những dung dịch bền vững hơn là đáng quan tâm sau khi ngừng khai thác và chế biến. Do tính phức tạp của vấn đề, thường là những khu vực đặc biệt trong tự nhiên, trách nhiệm đối với mỗi phương thức vận hành là phải dẫn đến nghiên cứu khả thi các quá trình xử lý có thể thực hiện trong dây chuyền. Để có độ sạch tiêu chuẩn cao , quá trình tái xử lý gián đoạn đối với chế biến urani bao gồm những mục sau: Đông tụ và bổ sung chất điện phân đa phân tử nhằm lắng nhanh hơn hỗn hợp bùn Ba-Ra Lắng phần qua lọc và kết tủa dưới dạng Fe-As-thạch cao trung hòa dòng thải cuối cùng của nhà máy trước khi tới khu chứa thải. Dùng phương pháp lọc cát, được sử dụng đặc biệt để gạn lọc và khử chất rắn lơ lửng của kết tủa Ra-Ba trước khi thải thành dòng từ hồ chứa thải cuối cùng. Dùng phương pháp lọc than, lắng, máy lọc trực tuyến, máy ly tâm là cần thiết để khử lượng lớn chất hữu cơ sinh ra do quá trình chiết dung môi liên tục; Cation, anion hay trao đổi ion hỗn hợp nền để khử những hợp chất bền. Phương pháp kết tủa dùng cho những chất độc hại bền Phương pháp xử lý sinh học và hồ sinh học để ôxy hóa chắc chắn chất hữu cơ và thiosalt. IV. 5. Ngừng khai thác và hoàn nguyên hiện trạng Việc hòan nguyên hiện trạng bao gồm những mục sau: + ổn định bề mặt để hạn chế ảnh hưởng của gió và nước rò rỉ; + Có lớp phủ để hạn chế , ngăn cản ảnh hưởng chất ô nhiễm như khí Radon , nucit phóng xạ , axit sunfuric , các kim loại. ;có thể phủ bằng cách trồng cây phủ bằng đất đá hay những vật liệu nén khác và nếu cần phải sử dụng chất hóa học để phản ứng với hạt khoáng còn lại để tạo thành dạng trơ + Tạo môi trường cảnh quan. Chi phí hoàn nguyên biến đổi theo dạng thải , phương pháp thải , điều kiện thời tiết và địa hình khu vực liên quan đến sự phong hóa. Iv. 6. Kiểm soát địa điểm chứa thải Một chương trình kiểm soát môi trường cần thực hiện những công việc sau: Đưa ra mức độ độc hại của dòng thải Phản ứng của môi trường đối với dòng thải tại khu vực chế biến và các điểm xả thải; Giới hạn mức ô nhiễm theo tiêu chuẩn đã quy định; Những thông số thông thường được khảo sát bao gồm: hàm lượng những chất rắn hòa tan, hàm lượng chất rắn lơ lửng, hàm lượng oxy hòa tan, nhiệt độ, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) , pH, dẫn suất, những cation và anion có mặt. . ******************************* Phần v Một số nghiên cứu về chế biến quặng và xử lý thải của viện cnxh V. 1. một số nghiên cứu về xử lý quặng V. 1. 1. Nghiên cứu công nghệ xử lý quặng đất hiếm Bắc Nậm Xe để thu hồi Urani và đất hiếm. Xác định thành phần các mẫu quặng cho thấy hàm lượng urani và tổng oxit đất hiếm khá cao. Ngoài ra trong quặng có chứa lượng sắt, nhôm và silic khá cao . Dùng H2SO4 để phân hủy quặng . Mục đích của các thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số: nồng độ axit, tỉ lệ rắn/lỏng, nhiệt độ và thời gian phân hủy đến hiệu suất phân hủy quặng thu hồi urani và đất hiếm. V. 1. 1. 1. ảnh hưởng của các điều kiện phân hủy đến hiệu suất hòa tách urani và đất hiếm. 1. ảnh hưởng của lượng axit và nồng độ axit H2SO4 Các thí nghiệm được thực hiện trong các thiết bị khuấy trộn , mỗi mẫu 100g quặng với điều kiện như sau: độ mịn của quặng nghiền: 0, 1mm; tỉ lệ rắn /lỏng =1/1, 5; thời gian phân hủy : 8h; nhiệt độ phân hủy : 950C. Bảng V. 1. Kết quả ảnh hưởng của chi phí axit và nồng độ axit đến hiệu suất hòa tách urani và đất hiếm STT Chi phí axit (tấn axit/tấn quặng) Nồng độ axit (%) Hiệu suất hòa tách (%) urani Tổng đất hiếm 1 2 3 4 5 6 7 8 1, 2 1, 6 2, 0 2, 4 2, 8 3, 2 3, 6 4, 0 45 54 64 72 80 87 94 98 30, 3 33, 4 40, 6 57, 3 85, 4 96, 5 95, 5 96, 2 25, 8 29, 3 43, 6 55, 3 81, 2 88, 6 95, 5 99, 8 2. ảnh hưởng của chi phí axit và tỉ lệ rắn / lỏng Với điều kiện thí nghiệm như trên, nồng độ axit 87% có kết quả: Bảng V. 2. STT Tỉ lệ axit/quặng Tỉ lệ rắn/lỏng Hiệu suất hòa tách (%) urani Tổng đất hiếm 1 2 3 4 5 6 7 1, 6 2, 0 2, 4 2, 8 3, 2 3, 6 4, 0 1/2 1/ 2, 5 1/3 1/ 3, 5 1/4 1/ 4, 5 1/5 85, 4 88, 6 93, 7 94, 6 95, 5 95, 2 96, 3 73, 4 80, 5 87, 6 90, 3 92, 1 96, 3 94, 2 3. ảnh hưởng của nhiệt độ phân hủy Với nồng độ axit 87% , tỉ lệ axit/quặng là 3, 2 có kết quả: (bảng V.3) Bảng V. 3 STT Nhiệt độ Hiệu suất hòa tách (%) urani Tổng đất hiếm 1 2 3 4 5 6 50 60 70 80 90 95 31, 3 33, 4 57, 8 78, 4 90, 1 94, 7 25, 6 28, 9 49, 5 55, 4 80, 7 92, 5 4. ảnh hưởng của thời gian phân hủy: Bảng V. 4: STT Thời gian (h) Hiệu suất hòa tách (%) Urani Tổng đất hiếm 1 2 3 4 5 6 7 3 4 5 6 7 8 9 50, 3 71, 1 85, 5 92, 5 93, 6 95, 5 96, 2 41, 2 58, 2 69, 3 85, 4 88, 3 94, 6 95, 5 Như vậy chi phí axit liên quan chặt chẽ đến nồng độ của nó và tỉ lệ rắn/lỏng. Vì các quá trình thí nghiệm này thực hiện trong điều kiện có khuấy trộn bằng cơ học nên trong thực tế không thể giảm tỉ lệ rắn /lỏng được . Mặt khác tăng tỉ lệ R/L trong điều kiện giữ nguyên chi phí axit dẫn đến sự pha loãng axit tham gia vào phản ứng với quặng và điều đó có thể làm cho nồng độ axit giảm đến mức mà năng lượng biểu kiến của các phần tử tham gia phản ứng không đủ duy trì cho phản ứng có thể xảy ra liên tục. Để đạt hiệu suất hòa tách urani và đất hiếm tương ứng là 95-96% và 90-93% cần phải : chi phí axit: 3, 2 tấn H2SO4/tấn quặng; nồng độ axit 80- 85%; nhiệt độ phân hủy : 950C; thời gian phân hủy : 8h có khuấy trộn. v. 1. 1. 2. Xử lý khối bùn nhão sau phân hủy Sau khi phân hủy bằng axit sunfuric thu được một khối bùn nhão sệt, khó lọc ngay cả khi pha loãng đến tỉ lệ rắn/lỏng bằng 10/1. Để tăng tốc độ lắng, lọc đã thử nghiệm ảnh hưởng của các chất keo tụ đến quá trình lắng của bùn. Các chất keo tụ được sử dụng là tinh bột ngô, tinh bột khoai, và axit posmit với tỉ lệ 1, 5% so với quặng, kết quả cho thấy thời gian lằng của bùn giảm từ 2 đến 3 lần so với bình thường nhưng tỉ lệ 1, 5% chất trợ lắng so với quặng là quá cao khó có thể thực hiện được trong điều kiện sản xuất công nghiệp vì thế phương pháp này cần phải được khảo sát tiếp . V. 1. 2. nghiên cứu quy trình công nghệ thu hồi urani từ quặng graphit Tiên An (Quảng Nam) V. 1. 2. 1. Nghiên cứu lựa chọn phương án công nghệ. Bảng V.5: Thành phần hóa học phân tích được trong mẫu quặng STT Thành phần Khoảng hàm lượng, % 1 2 3 4 5 6 7 C SiO2 U V Al2O3 Mo Fe2O3 20 – 40 31 – 34 0, 01 – 0, 06 0, 03 7 0, 01 1, 2- 1, 6 Trong quặng chỉ chứa hai thành phần có ích là graphit và urani. Với loại quặng graphit dạng vảy thì có thể khai thác loại quặng có hàm lượng tới 3%C, còn urani là sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất graphit thì hàm lượng có giá trị công nghiệp vào khoảng 0, 015 đến 0, 05 % U trở lên. Khả năng thu hồi urani trong quá trình khai thác graphit còn tùy thuộc vào quy mô khai thác graphit và công nghệ thu hồi urani từ các vỉa quặng cụ thể. Có hai phương án công nghệ có thể áp dụng: quy trình tuyển làm giàu urani trước sau đó hòa tách thu urani hoặc quy trình hòa tách urani sau đó tuyển làm giàu graphit và sau khi nghiên cứu lựa chọn cho thấy rằng cần tiến hành theo phương án công nghệ tách urani trước sau đó tuyển làm giàu graphit theo sơ đồ công nghệ sau: Nghiền Hòa tách Phân chia R/L Tuyển nổi làm giàu graphit Trao đổi ion Graphit Sản phẩm urani kỹ thuật Kết tủa sản phẩm Bã thải Quặng đầu H2SO4, H2O Nước rửa Dung dich chứa urani Hình V.1. sơ đồ hòa tách urani và tuyển graphit Theo quy trình này không cần sấy khô quặng trước khi hòa tách và không cần phải tách keo silic trong dung dịch trước khi trao đổi ion tuy nhiên trong quá trình tuyển cũng gặp khó khăn là quặng đã xử lý bằng axit nên tính chất bề mặt bị thay đổi. V. 1. 2. 2. Kết quả nghiên cứu quy trình công nghệ tách urani V. 1. 2. 2. 1. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp hòa tách Phương pháp hòa tách khuấy trộn: Tiến hành hòa tách ở nhiệt độ thường trong thiết bị khuấy trộn với quặng có hàm lượng urani là 0, 042% U3O8, kích thước hạt 0, 16 mm, tỉ lệ L/R=1/1, với các mức chi phí axit 30, 40 và 50 kg/tấn quặng, thời gian hòa tách là 24h thì hiệu suất hòa tách cao nhất là 81%. Khi tăng thời gian hòa tách lên 72 giờ thì hiệu suất tách vẫn gần như không đổi. Tiến hành hòa tách hai bậc ngược chiều và phân chia rắn lỏng bùn hòa tách bằng phương pháp lắng gạn 5 bậc ngược chiều. Mức chi phí axit là 30 và 40kg/tấn quặng, thời gian khuấy trộn bậc 1 là 8h và bậc 2 là 16h. Kết quả phân tích cho thấy hiệu suất tách urani cũng chỉ đạt khoảng 80%. Phương pháp thấm rửa trực tiếp : Quặng sau khi nghiền mịn tới kích thước vài mm được chứa vào các bể hòa tách có chiều cao lớp quặng thường từ 1 đến 2m. Tác nhân hòa tách là axit loãng được thấm qua lớp quặng, trong quá trình thấm urani được hòa tan và đi theo dung dịch ra khỏi lớp quặng. Để tăng hàm lượng urani trong dung dịch sản phẩm thì phải tiến hành theo sơ đồ nhiều bậc ngược chiều. Hệ thiết bị dùng để thí nghiệm gồm 3 bậc hòa tách và 2 bậc rửa ngược chiều. Khối lượng quặng mỗi cột thấm rửa là 120g, kích thước hạt quặng 1m. Thời gian hòa tách hoặc rửa ở mỗi bậc là 1 ngày. Sau mỗi ngày các cột hòa tách được rửa được luân chuyển tuần tự. Sau 12 ngày tiến hành quá trình thì hệ thống đạt cân bằng , tức là nồng độ urani trong dung dịch sản phẩm và nồng độ urani trong bã thải đạt cân bằng. Mức chi phí axit là 40 kg/tấn quặng, hiệu suất hòa tách đạt 82%, nồng độ urani trong dung dịch sản phẩm là 0, 95g/l. Như vậy so với phương pháp hòa tách khuấy trộn thiết bị thấm rửa đơn giản hơn nhiều không cần khâu lọc rửa. Dung dịch sản phẩm có nồng độ tương đối cao thuận lợi cho quá trình trao đổi ion thu urani nhưng nhược điểm là số bậc hòa tách rửa còn nhiều năng suất thiết bị không cao. Phương pháp trộn ủ –rửa: Quặng khô được trộn với axit sunfuric đặc (50%) với tỉ lệ L/R=12%, để ủ một thời gian, khi đó sẽ xảy ra phản ứng hòa tan urani trong quặng, sau đó dùng dung dịch rửa để tách lượng urani đã hòa tan ra khỏi quặng. V. 1. 2. 2. 2. Kết quả thử nghiệm phương pháp trộn ủ – rửa. Tiến hành các thí nghiệm trộn quặng có độ mịn tương đương kích thước hạt 0, 8mm;tỉ lệ L/R=12%;nhiệt độ ủ là nhiệt độ thường . Kết quả như sau: Bảng V.6: Kết qủa nghiên cứu ảnh hưởng của lượng axit và thời gian ủ đến hiệu suất hòa tách urani. Mức axit Thời gian ủ 30 35 40 45 50 1 ngày 2 ngày 3 ngày 76, 5 74, 0 71, 0 84, 0 80, 0 76, 0 84, 0 80, 0 79, 0 83, 0 81, 0 81, 0 84, 7 83, 0 82, 0 Kết qủa thí nghiệm chứng tỏ rằng hiệu suất tan urani tăng mạnh trong vài giờ đầu sau đó tăng chậm dần . Mức hòa tan urani cực đại ở thời điểm 24h sau. Các nghiên cứu tiếp theo sau quá trình trộn ủ là vấn đề rửa urani đã tan khỏi graphit. Phương pháp thứ nhất là hóa bùn khối phản ứng bằng nước đã axit hóa với pH 1, 5 sau đó lọc và rửa. Để tách được 98% lượng urani đã tan cần thể tích nước hóa bùn và rửa trên 2 lần thể tích quặng. Điều này làm giảm nồng độ urani trong dung dịch sản phẩm và gây khó khăn cho công đoạn trao đổi ion. Phương pháp thứ hai là rửa theo cách thấm nước từ trên xuống qua lớp quặng không xáo trộn (đẩy lý tưởng) . Theo phương pháp này lượng nước rửa cần ít hơn và nồng độ urani trong dung dịch sản phẩm cao hơn. Qua đó cho thấy phương án trộn ủ – rửa thích hợp để tách urani từ graphit. V. 1. 3. Nghiên cứu xử lý quặng cát kết khu vực Nông Sơn. V. 1. 3. 1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hòa tách axit đối với quặng urani Nông Sơn: - Độ axit của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hòa tách: giảm pH hòa tách thì hiệu suất hòa tách urani và sắt đều tăng. Trong trường hợp hòa tách tại các giá trị pH 1 đến 1, 2 hiệu suất hòa tách urani đạt trên 80%, còn tại pH 2, hiệu suất hòa tách tại các giá trị pH tối đa là 40%. Như vậy nếu thực hiện toàn bộ quá trình hòa tách tại pH 1 sẽ đạt được hiệu quả hòa tách urani cao , song cho nồng độ tạp chất sắt cao (khoảng 7g/l) trong dung dịch. - Hòa tách tại pH 1 tiêu tốn nhiều axit cho các phản ứng phụ, đồng thời lượng dư axit cùng với một lượng tạp chất lớn hơn trong dung dịch sau hòa tách làm phức tạp quá trình , tăng chi phí tác nhân trung hòa và tăng lượng urani tổn thất theo bã khi kết tủa urani kỹ thuật. Tiến hành hòa tách nhiều bậc ngược chiều theo sơ đồ dưới đây: Bậc 10 bậc 9 bậc 8 bậc4 bậc3 bậc 1 H2SO4 H2O Quặng +[O] dd sau hòa tách min. 3gU/L Hình V.2. ở 2 bậc rửa (bậc 1 và 2) pH là 7 và 4, ở các bậc từ 3 đến 5 pH hòa tách là 1, ở các bậc từ 6 đến 10 pH hòa tách tương ứng là 1, 2;1, 4;1, 6;1, 8;2, 0. Đối tượng nghiên cứu trong thí nghiệm có cỡ hạt Ê 10mm. Thời gian hòa tách mỗi bậc là 5 ngày, thế ôxy hóa của dung dịch là 500 mV. Số liệu trung bình thu được từ mẫu lây scách nhau 5 ngày trong khoảng thời gian 20 ngày vận hành ổn định. Kết quả thu được như sau: - Hiệu suất hòa tách urani cao , giảm được hàm lượng urani trong bã thải xuống mức hàm lượng biên (Ê 0, 01% U) . - Nồng độ urani trong dung dịch sau hòa tách từ 3, 0- 4, 5g/L, đảm bảo thực hiện thuận lợi quá trình kết tủa trực tiếp urani từ dung dịch sau hòa tách. - Hàm lượng sắt giảm tới 0, 7-1, 5g sau hòa tách - Giảm tiêu tốn axit trong quá trình hòa tách (~11kg axit/1 tấn quặng khi pH=1) . VI. 1. 3. 2. Nghiên cứu quá trình kết tủa trực tiếp thu sản phẩm urani kỹ thuật. Gồm hai giai đoạn : trung hòa dung dịch tới pH4, 2 để loại tạp chất. Kết tủa urani kỹ thuật bằng sữa MgO (tại pH 4, 2-: -7) hoặc bằng H2O2 (tại pH3, 3) . Các phương án kết tủa tạp chất: trung hòa một lần dung dịch thu được sau hòa tách đến pH 4, 2. Trung hòa 3 giai đoạn : từ pH2, 0 đến 3, 6;từ pH3, 6 đến 3, 9 và từ pH3, 9 đến 4, 2. Kết tủa tại pH4, 2 rồi tái hòa tan tại pH3, 5 kết tủa tại pH3, 6 rồi tái hòa tan tại pH2, 2 theo sơ đồ dưới đây: H2SO4 dd sau hòa tách Hòa tan Sữa vôi Hòa tan Hòa tan Dung dịch Hòa tan Bã thải dd sạch Hình V.3. Bảng V.7 : Kết quả thử nghiệm kết tủa tạp chất từ dung dịch sau hòa tách. Phương pháp kết tủa Hàm lượng urani trong bã (%) Tổn thất urani theo bã (%) -kết tủa một lần đến pH4, 2 -kết tủa 3 giai đoạn -kết tủa pH4, 2 tái hòa tan pH3, 5 -kết tủa pH3, 6 tái hòa tan pH2, 2 1, 332 0, 865 0, 760 0, 087 9, 93 6, 46 5, 68 0, 65 Quá trình kết tủa urani bằng H2O2 thực hiện trong điều kiện pH thấp hơn so với khi dùng các tác nhân trung hòa . Khi kết thúc quá trình kết tủa tạp chất tại pH4, 2, lượng sắt trong dung dịch còn rất nhỏ, phần lớn nhôm và sunfat được tách ra và dung dịch có hàm lượng76%U3O8 bằng sữa MgO. Khi sử dụng tác nhân H2O2 , hàm lượng urani trong sản phẩm cũng như hiệu suất thu hồi urani rất cao. Hơn nữa có thể thu hồi được sản phẩm dạng tinh thể to dễ lọc, đặc biệt ở pH thấp. Hiệu suất thu hồi urani ở pH3, 3 đạt 99, 92%. Khi pH cao thì hiệu suất thu hồi urani giảm. Hàm lượng urani trong sản phẩm đạt 84%. Chi phí H2O2 thích hợp theo tỉ lệ H2O2/U3O8 ~ 18, 2% trọng lượng, gấp 1, 5 lần tính theo lý thuyết. V. 1. 3. 3. Sơ đồ công nghệ đề xuất xử lý quặng urani Nông Sơn Sơ đồ gồm 2 giai đoạn chính là hòa tách tĩnh và trung hòa trực tiếp dung dịch sau hòa tách ( hình V.4 ). Quá trình hòa tách dùng axit sunfuric với pH thay đổi từ 1 đến 2 trong các bậc tương ứng tùy thuộc mức độ phong hóa của quặng cho phép thu được dung dịch đáp ứng yêu cầu của giai đoạn kết tủa trực tiếp thu urani kỹ thuật. Chi phí hóa chất cho quá trình xử lý urani từ quặng không quá 200. 000 đ/1kg U3O8. Quặng Đập , nghiền H2SO4, chất oxh Hòa tách Bã thải (U<0, 01%) Dung dịch 3gU/L Lọc Kết tủa tạp chất KMnO4 Ca (OH) 2 Lọc CaSO4, Fe, Al, Si, … MgO, H2O2 Kết tủa Lọc , rửa Sấy, nung Yellowcake Hình V.4. V. 1. 4. xử lý quặng monazit Việt Nam thu hồi đất hiếm Moraxit là một sa khoáng ven biển có chứa đất hiếm và Thori ở dạng phôtphat . Sơ đồ công nghệ xử lý quặng monazit ( hình V.5 ) Sơ đồ công nghệ phân chia đất hiếm đạt độ sạch hạt nhân() Tinh quặng moraxit Phân hủy ép khung bản Dung dịch đất hiếm Lọc ép khung bản Hòa tách photphat Hòa tách đất hiếm Bùn RE(OH)3 Rửa 3 lần bằng nước Dung dịch RECl3 đóng bánh NaOH,nước Nước lọc dd Na3PO4 cô,kết tinh Na3PO4.24H2O HCl Bã Th,U Na2SO4,Na2S , BaCl2_ Bã Ra,Pb Sấy ở 1400C Sản phẩm (RECL2.6H2O) Dung dịch RECl3(120g/L) Kết tủa La2(CO3)2 Rửa, sấy ,nung Oxy hóa Kết tủa Kết tủa chọn lọc Kết tủa phân đoạn Lọc Dung dịch NH3 khí Lọc Dung dịch LaCl3 Hòa tan Lọc Dd nhóm nặng+ cặp dydim NH3 khí Dung dịch cặp dydim Lọc Rửa, sấy Kết tủa nhóm nặng Kết tủa Rửa, sấy Kết tủa Ce(OH)4 Rửa, sấy ,nung [O] CeO2 > 95% Na2CO3 La2O3 > 90% Sản phẩm Concentrat nhóm nặng sản phẩm dydim > 60% V. 2. nghiên cứu xử lý thải Thải rắn bao gồm bã quặng sau quá trình hòa tách tĩnh và bã kết tủa tạp chất trong quá trình trung hòa tách tạp chất trước khi kết tủa urani kỹ thuật Thải lỏng là dung dịch sau khi lọc tách sản phẩm urani kỹ thuật. Thành phần khoáng vật bã quặng sau hòa tách bao gồm: thạch anh (69-: -72%) , Mica (2-: -2, 5%) , Felspat (10-: -12%) , Plugida (10-: -12%) , sét (1-: -1, 3%) , U (0, 006-: -0, 01%) , Th (3, 6-: -14, 6ppm) ;suất liều chiếu bề mặt là 0, 3-: -0, 8mSv/h. Trong phần bã kết tủa tạp chất tại pH 4, 26 có 0, 76% U, tại pH 3, 6 có 0, 09%U và Th 10, 3-: - 20, 6ppm, suất liều chiếu bề mặt là 0, 7-: -0, 8 mSv/h. Dung dịch sau kết tủa urani kỹ thuật có hàm lượng urani 0, 02-: -0, 05 g/L;Th 8, 2-: -10, 4ppm, hàm lượng SO42- 10, 42%. V. 2. 1. xử lý thải rắn Biện pháp xử lý có thể theo hai cách: Dùng các biện pháp hóa học, hóa lý để thu hồi lại các chất phóng xạ trong bã thải Cố định bã thải rắn bằng các hóa chất như vôi, ximăng, …sau đó đem chôn lấp an toàn. Tại Viện CNXH đã tiến hành nghiên cứu bã thải sau lọc rửa và khả năng rửa trôi của các chất phóng xạ cho hai trường hợp : bã quặng để nguyên và bã quặng đã được xử lý bằng vôi và đã xem xét , nghiên cứu khả năng rửa trôi của Ra-226 . Kết qủa là sau 30 ngày từ khi trộn bã với vôi thì hàm lượng Ra trong nước ở mức độ gần với giới hạn quy định . Cách này cho phép làm tăng pH của quặng và dung dịch còn lại trong đó lên trên 7. Các muối của kim loại nặng và độc hại còn lại trong đó dưới dạng khó tan. Vấn đề chôn lấp an toàn bã thải rắn cần phải xem xét kỹ lưỡng một cách đầy đủ. V. 2. 2. xử lý thải lỏng Tiến hành kết tủa kiềm để tách khỏi dung dịch hầu hết các nguyên tố phóng xạ và kim loại nặng như Th , U, Pb, Po… Tiến hành cộng kết với BaSO4 để loại bỏ Ra. Bảng V.7 : Sự có mặt của một số nguyên tố phóng xạ trong dung dịch hòa tách và trong nước thải quá trình thủy luyện Loại dung dịch độ phóng xạ (Bq/L) U Th Ra Dung dịch sau hòa tách Dung dịch sau trao đổi ion Dung dịch sau kết tủa Urani 77. 700 250 270 15000 13300 230 41, 6 40, 0 45, 0 Dùng Ca (OH) 2 đưa pH dung dịch đến 10, tách kết tủa. Dung dịch thu được có hoạt độ Ra là 40, 0 đến 52, 6 Bq/L được bổ sung thêm BaCl2. BaCl2 Ca (OH) 220% Bể cộng kết BaCl2 Bể kết tủa tạp chất Bể điều hòa dòng thải sau xl kết tủa kết tủa Bảng V.8 : ảnh hưởng của BaCl2 và thời gian trong quá trình xử lý Ngày Lượng BaCl2 (mg/L) 0 20 50 80 110 150 0 10 30 51, 6 - 2, 64 - 0, 39 0, 09 - 0, 42 0, 03 - 0, 39 - - 0, 36 - - 0, 37 - V. 2. 3. Một số kết qủa xử lý thải V. 2. 3. 1. Đối với quặng sau hòa tách. Thực hiện cố định các đồng vị phóng xạ vào kim loại nặng còn trong bã thông qua quá trình rửa và trộn với vôi (40kg vôi/1tấn bã) . Kết qủa theo dõi nồng độ U, Th trong quá trình rửa và trộn với vôi cho thấy sau thời gian 2 tháng có hàm lượng U là 0, 25ppm;Th là 2-: -5ppb, hoạt động phóng xạ tổng a là 2Bq/L. V. 2. 3. 2. Đối với bã kết tủa , tạp chất. Bã kết tủa tạp chất được rửa trong thiết bị khuấy trộn bằng axit hóa pH=3 trong 2h, tốc độ khuấy 40v/p, tỉ lệ R/L =1, hàm lượng U trong bã từ 0, 76% còn 0, 1 đến 0, 19%. Dung dịch thu được có nồng độ urani từ 0, 12-: -0, 19% được đưa trở lại quá trình hòa tách. Bã tạp chất sau khi thu Urani có suất liều chiếu bề mặt 0, 5-: -0, 7 mSv/h được trung hòa bằng Ca (OH) 2 tới pH 7, có tỉ trọng 1, 12 -: -1, 14 được xi măng hóa để tăng khả năng cố định các nguyên tố phóng xạ độc hại. V. 2. 3. 3. Đối với dung dịch kết tủa urani kỹ thuật Bao gồm 2 giai đoạn xử lý : +) Trung hòa dung dịch tới pH>10 (dùng NaOH) để lắng, lọc, kiểm tra và bổ sung để hàm lượng SO2- > 10 g/L thu được dung dịch có hoạt độ 40-: 52, 6Bq/L. +) Kết tủa bằng lượng BaCl2 hàm lượng 20-: -50mg/L, để lắng trong 30 ngày sau đó lọc. Dung dịch sau khi xử lý có hàm lượng U 0, 45ppm, Th 2-: -3ppb, hoạt độ phóng xạ tổng cộng là 2Bq/L đạt tiêu chuẩn về an tòan phóng xạ . ******************************** Kếluận Viện Công Nghệ Xạ Hiếm là một trong những Viện nghiên cứu hàng đầu Việt nam nghiên cứu về lĩnh vực hạt nhân . Ba nội dung chính đã được triển khai và còn tiếp tục trong một số năm tới trên lĩnh vực này là: chế tạo urani kỹ thuật từ quặng urani Việt nam tinh chế urani đến độ sạch hạt nhân sản xuất viên gốm UO2 Cho đến nay, nhiều loại quặng chứa urani phát hiện thấy ở Việt nam đã được nghiên cứu xử lý trên quy mô phòng thí nghiệm (trong đó một vài đối tượng quặng đã được thử nghiệm chế biến với khối lượng lớn) , gồm có: quặng Bắc Nậm Xe, Phôtphat Bình Đường, Graphit Tiên An, Than Nông Sơn, quặng cát kết chứa urani thuộc các vùng khác nhau thuộc bồn trũng Nông Sơn… Kết quả nghiên cứu báo cáo trên nhiều công trình khác nhau cho thấy khả năng tách urani từ các đối tượng quặng kể trên có hiệu suất thu hồi từ 70 – 95% tùy theo loại hình quặng cụ thể. Các đề tài nối tiếp nghiên cứu xử lý các đối tượng quặng khác nhau thuộc bồn trũng Nông Sơn đã được thực hiện tại Trung tâm Công nghệ xử lý Quặng. Các loại hình quặng với mức độ phong hóa khác nhau được xem xét, phân tích, xử lý , nhiều số liệu có độ tin cậy , nhiều thử nghiệm ở mức độ nghiên cứu chi tiết trên dây chuyền nhiều bậc , chú trọng đến các quá trình tái hòa tan, tái kết tủa trong một khoảng nghiên cứu rộng các điều kiện công nghệ. Việc áp dụng các quá trình trao đổi ion trong bùn quặng, quá trình chiết , vấn đề đảm bảo an tòan phóng xạ và xử lý thải , … cho phép rút ra những kết luận có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Tại Trung tâm Công nghệ Tinh chế, phương pháp được lựa chọn chủ yếu để thực hiện nhiệm vụ tinh chế urani đến độ sạch hạt nhân là phương pháp chiết với dung môi TBP. Từ kết quả của các đề tài nghiên cứu đã thực hiện quá trình tinh chế trên thiết bị chiết 30 bậc dạng khuấy – lắng dung tích 300 ml/bậc tự do Trung tâm chế tạo. Hiệu suất tinh chế đạt > 99%. Sản phẩm U3O8 có hàm lượng urani > 99, 5% đã được thu nhân để phục vụ cho những nghiên cứu tiếp theo thuộc chu trình nhiên liệu. Hàm lượng tạp chất thỏa mãn các tiêu chuẩn quốc tế quy định. Những kết qủa ban đầu thu được từ các công trình nghiên cứu triển khai của Trung tâm Luyện kim về điều chế bột UO2 từ ADU và chế tạo viên gốm UO2 khẳng định khả năng nghiên cứu của Viện trên tất cả các khâu cơ bản từ quặng tới viên gốm nhiên liệu urani tự nhiên và đang tiếp tục được nghiên cứu hòan thiện. Tại Trung tâm Tuyển khoáng đã tiến hành triển khai nghiên cứu về sa khoáng biển nhằm thực hiện hai nội dung chính là nghiên cứu thiết kế thiết bị tuyển khoáng ở quy mô công nghiệp và nghiên cứu thu hồi khoáng vật có ích từ sa khoáng ven biển Việt nam. Đặc biệt các đề tài nghiên cứu trong lĩnh vực này đã xây dựng quy trình công nghệ và thiết bị thu hồi thành ilmelit, monazit, zircon, rutin từ sa khoáng ven biển và cho các khoáng đạt tiêu chuẩn hàm lượng thương phẩm. Các quy trình thủy luyện để thu tổng đất hiếm đã được đề xuất để thu sản phẩm oxit và kim loại của La, Nd, Pr, Y, … Hiện nay Viện đang tiến hành sản xuất sản phẩm clorua Đất hiếm từ quặng monazit Việt nam với dây chuyền quy mô 60 t/năm do Chính phủ Cộng hòa ấn Độ tài trợ, cung cấp cho nhu cầu nghiên cứu và sản xuất trong nước. Dự án Đất hiếm VIE/3/004 do IAEA tài trợ đã tạo thêm cơ sở vật chất thiết bị và đào tạo cán bộ khoa học cho Viện. Về vấn đề xử lý thải , Viện cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu và áp dụng công nghệ xử lý thích hợp cho kết quả khả quan , dòng thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn về an toàn phóng xạ . Những nghiên cứu tiếp theo đang tiếp tục hòan thiện các thông số công nghệ tách loại hiệu quả các tạp chất độc hại hạt nhân, xem xét khả năng ứng dụng nhiều phương pháp , mở rộng công suất thiết bị thử nghiệm và giải quyết những vấn đề của công nghệ tinh chế như hoàn thiện thiết bị, tái chế dung môi, xử lý thải độc hại, tối ưu hóa và tự động hóa quá trình , các biện pháp kiểm tra chất lượng và công nghệ… Trong thời gian tới , Viện cần hướng vào tiếp tục hoàn thiện hệ thống công nghệ sản xuất sạch hơn, phát huy những kiến thức và phương tiện của công nghệ hạt nhân để kiểm soát môi trường và xử lý thải, tậndụng mọi khả năng để xây dựng hệ thống trang thiết bị quan trắc môi trường đồng bộ và hiện đại. ****************************** lời cảm ơn Trong khoảng thời gian 1 tháng thực tập tại Viện Công Nghệ Xạ Hiếm , được sự hướng dẫn tận tình của thầy, T. S. Cao Hùng Thái cùng cô, Th. S Đoàn Thái Yên em đã hoàn thành bài báo cáo này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã nhiệt tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho em thực tập trong thời gian qua. Xin cảm ơn các bạn Nam, Phú hai bạn thực tập cùng đã giúp mình rất nhiều trong thời gian thực tập . Em mong tiếp tục nhận được sự hướng dẫn của các thầy cô trong Viện CNMT và sự cộng tác của các bạn để có thể tìm hiểu xa hơn về CNMT nói chung và CNMT trong năng lượng hạt nhân nói riêng. Sinh viên : Đinh Khắc Cường