Nghiên cứu xử lý quặng urani chưa phong hóa vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách khuấy trộn - Thân Văn Liên
- Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của
các yếu tố như kích thước hạt, tác nhân
oxy hóa, thời gian hòa tách, lượng axit
tiêu hao đến hiệu suất hòa tách quặng
urani chưa phong hóa với hàm lượng
urani 0,055% đến hiệu suất hòa tách
quặng. Từ kết quả nghiên cứu đã lựa
chọn được các thông số thích hợp cho
quá trình hòa tách, đó là:
+ Kích thước hạt quặng phù hợp có
cấp hạt -75 micromet.
+ Chi phí axit: 50 - 55 kg/ tấn quặng.
+ Chi phí tác nhân oxi hóa MnO2: 4
kg/tấn quặng.
5 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 592 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu xử lý quặng urani chưa phong hóa vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách khuấy trộn - Thân Văn Liên, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
126
Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 21, Số 1/2016
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ QUẶNG URANI CHƯA PHONG HÓA VÙNG PÀ LỪA
BẰNG KỸ THUẬT HÒA TÁCH KHUẤY TRỘN
Đến tòa soạn 15 - 3 - 2016
Thân Văn Liên
Viện Công nghệ Xạ Hiếm
SUMMARY
STUDY ON TREATMENT OF PALUA NON-WEATHERED URANIUM
ORES BY AGITATION LEACHING METHOD
This paper present the results of non - weathered uranium ores processing by
agitation leaching method. The effects of ore size, oxidation, leaching time, acid
consumption on uranium recovery efficiency have been investigated. The results of
investigation show that the suitable parameters for uranium ore leaching were: ore
size ≤ 75 µm, oxidation consumption 4 kg/ton, acid consumption 50-55 kg/ton,
leaching time 21 h. The uranium recovery efficiency reached > 85%.
Key worlds: non-weathered uranium ore, agitation leaching method
1. GIỚI THIỆU
Hoà tách là một trong những công đoạn
quan trọng nhất trong quy trình công
nghệ xử lý quặng urani. Mục tiêu chủ
yếu của quá trình hoà tách urani là tách
chọn lọc và triệt để urani ra khỏi quặng.
Trong những năm qua tại Viện Công
nghệ Xạ Hiếm đã tiến hành các nghiên
cứu về hoà tách quặng cát kết vùng
Nông Sơn và đạt được những kết quả
nhất định. Tuy vậy cũng cần lưu ý rằng
quặng cát kết vùng Nông Sơn là loại
quặng nghèo, hàm lượng urani trung
bình chỉ nằm trong khoảng 0,03 - 0,08
%U3O8, do vậy việc lựa chọn phương
pháp hoà tách nào để tiến hành xử lý
quặng urani với khối lượng lớn và có
thể áp dụng vào thực tế sản xuất sao
cho đảm bảo tính khả thi, kinh tế và
hiệu quả, đảm bảo đuôi thải chứa urani
ở hàm lượng biên là một câu hỏi cần
phải được giải đáp [1-3]. Quá trình hoà
tan uran vào dung dịch phụ thuộc vào
các yếu tố sau: Cỡ hạt quặng, mật độ
127
bùn, mức độ khuấy trộn, nồng độ axit,
thế ôxy hoá, nhiệt độ, thời gian hoà
tách,
Báo cáo này trình bày kết quả nghiên
cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính
như kích thước hạt, chất oxy hóa, thời
gian hòa tách, chi phí axit đến hiệu suất
hòa tách quặng urani chưa phong hóa
bằng phương pháp khuấy trộn và từ đó
lựa chọn các thông số tối ưu cho quá
trình hòa tách.
2. THỰC NGHIỆM
Quặng được sử dụng trong nghiên cứu
này là quặng urani chưa phong hóa
vùng Pà Lừa có hàm lượng urani là
0,055%. Quặng được nghiền bằng máy
nghiền bi tới cỡ hạt ≤ 300 m. Tác nhân
hòa tách là axit sunfuric H2SO4 và chất
oxy hóa được sử dụng là MnO2.
Quá trình hòa tách được tiến hành như
sau: Cho 500 g quặng đã được nghiền
mịn vào cốc thủy tinh có dung tích 1 lit
và thêm nước vào với tỷ lệ lỏng/rắn là
1:1. Hỗn hợp được khuấy đều trên thiết
bị khuấy trộn có điều chỉnh tốc độ
khuấy. Cho một lượng axit và chất oxy
hóa đã định trước vào hỗn hợp để hòa
tách. Sau những khoảng thời gian nhất
định lấy một lượng nhỏ mẫu bằng pipet
để phân tích lượng urani còn lại trong
bã quặng. Urani được xác định bằng
phương pháp ICP-MS tại phòng thí
nghiệm VILAS 524 thuộc Trung tâm
phân tích, Viện Công nghệ xạ hiếm.
Hiệu suất hòa tách urani được xác định
theo công thức:
H = (m1/m0) x 100%
Trong đó: m0 là khối lượng urani có
trong quặng hòa tách, m1 là khối lượng
urani thu được trong dung dịch hòa
tách.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát ảnh hưởng của kích
thước hạt đến hiệu suất thu hồi urani
Thực tế các khoáng urani thường bị che
khuất bởi các khoáng đá không quặng,
vì vậy việc gia công cơ học nhằm giải
phóng các khoáng urani khỏi vỏ bọc
của đá không quặng đồng thời giảm
kích thước hạt quặng. Việc xác định
nghiền quặng đến cỡ hạt nào có ý nghĩa
rất quan trọng, nó quyết định khả năng
tách uran ra khỏi quặng. Mặt khác, nếu
nghiền quá mịn, thì mặc dù hiệu suất
hoà tách có thể tăng lên một ít nhưng
vấn đề phân chia rắn lỏng bùn hoà tách
sẽ gặp khó khăn rất lớn, đồng thời chi
phí cho việc nghiền cũng tăng lên rất
nhiều. Vì vậy cần lựa chọn được cỡ hạt
thích hợp để tiến hành hòa tách sao cho
vừa đảm bảo được hiệu suất hòa tách
cao và vừa không gây ảnh hưởng nhiều
đến các quá trình tiếp theo. Kết quả
khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt
đến hiệu suất thu hồi urani được chỉ ra ở
hình 1.
128
Kích cỡ hạt
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
-250 -200 -150 -100 -50 0
Hiệu suất thu hồi
U, %
Hình 1. Ảnh hưởng của của kích thước
hạt đến hiệu suất thu hồi urani
Từ kết quả thực nghiệm được chỉ ra ở
hình 1 cho thấy sự biến đổi hiệu suất
hoà tách theo các cấp hạt quặng khảo
sát là không khác biệt nhiều. Bên cạnh
đó khi kích thước hạt quá nhỏ thì hiệu
suất tách sắt tăng nhanh so với urani.
Cỡ hạt thích hợp cho quá trình hoà tách
có kích thước - 75 m.
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất ôxy
hoá đến hiệu suất thu hồi urani
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất
ôxy hoá đến hiệu suất thu hồi urani từ
đối tượng quặng urani nghiên cứu được
chỉ ra ở hình 2.
Chất oxy hóa, kg/tấn
78
80
82
84
86
88
90
92
94
0 2 4 6
Hiệu suất thu hồi
U, %
Hình 2. Ảnh hưởng của chất ôxy hoá
đến hiệu suất thu hồi urani
Uran ở trạng thái hoá trị 6 hoà tan
nhanh trong axit H2SO4, nhưng uran
hoá trị 4 phải được oxy hoá thành U hóa
trị 6 thì quá trình hoà tan mới xảy ra.
Chất ôxy hoá tác dụng trực tiếp bằng
cách chuyển Fe2+ tạo thành do hoà tan
Fe có trong quặng hoặc Fe đi vào quặng
khi nghiền thành Fe3+. Nồng độ Fe3+
thường từ 1 đến 2g/l là phù hợp để hoà
tan có hiệu quả khoáng uraninit.
Tuy nhiên thành phần UO2 trong quặng
có khả năng hoà tan trong axit sulphuric
rất kém, tốc độ hoà tách chậm nên trong
quá trình hoà tách chúng ta phải oxi hoá
U4+ thành U6+. Quá trình oxi hoá là rất
phức tạp, các tài liệu đã chỉ ra rằng chất
oxi hoá thêm vào có phản ứng gián tiếp
đối với urani và thực hiện thông qua sự
có mặt của cặp Fe3+/Fe2+:
Fe2+ + [O] = Fe3+
Fe3+ + U4+ = U6+ + Fe2+
Trong phản ứng này không có vai trò
của H+, tuy nhiên theo nguyên lý
chuyển dich cân bằng Lơsactơrie, để
tăng quá trình hoà tan U4+ thi ta phải
duy trì H+ thích hợp nhằm tạo ra phức
bền của U6+. Trong phản ứng oxi hoá
Fe2+ thì vai trò H+ thể hiện rất rõ, với
chất oxi hoá MnO2 ta có phản ứng:
2Fe2+ + MnO2 + 4H+ = 2Fe3+ +
Mn2+ + H2O
Ion Fe3+ ở dạng phức sun phát ôxy Fe3+
ôxy hoá U4+ theo cơ chế điện hoá trong
đó nồng độ ion Fe3+ nhưng dạng phụ
thuộc được xác định bởi tỷ lệ Fe3+ /
Fe2+. Ion Fe2+ trong dung dịch hoà tách
129
được khống chế bằng cách điều chỉnh
thế ôxy hoá khi thêm chất ôxy hoá. Đối
với điều kiện hoà tách điển hình giữa
thế ôxy hoá và nồng độ ion Fe tuân theo
phương trình Nernst [4-5]:
Ec = 397 + 0,1984.T.lg ([ Fe3+] /
[Fe2+] )
Trong đó: Ec: Thế ôxy hoá dung dịch
(mV)
T: Nhiệt độ ( K )
[ ] : Nồng độ mol
Phương trình chỉ rằng thế ôxy hoá ở
400mV khi 50% Fe ở trạng thái Fe3+ và
thế ôxy hoá 500 mV khi còn 2% Fe2+.
Theo số liệu từ hình 2 cho thấy, trong
khoảng thế 450 – 530 mV hiệu suất tách
urani tăng không đáng kể do lượng Fe2+
đã chuyển hoàn toàn thành Fe3+, khi đó
nếu tiếp tục tăng thê oxi hóa dung dịch
thì chủ yếu sẽ làm tăng quá trình hòa
tan tạp chất. Từ kết quả thực nghiệm đã
chọn chi phí chất ôxy hoá là 4 kg/tấn
quặng, vừa đạt hiệu suất thu hồi urani
cao vừa thu được dung dịch có thế ôxy
hoá khử trung bình, giảm được nồng độ
của một số kim loại có khả năng cạnh
tranh với urani khi trao đổi ion ở những
bước tiếp theo.
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
đến hiệu suất thu hồi urani
Quặng được nghiền tới kích thước - 75
m, 500g quặng /mẻ được thực hiện
trong cốc thuỷ tinh 1lít trên thiết bị
khuấy trộn có điều chỉnh tốc độ, tiến
hành hoà tách với cùng điều kiện H2SO4
0,9M; chi phí axit 60 kg/tấn quặng; tỷ lệ
R/L = 1/1, thế oxy hoá dung dịch 450 -
500 mV, chất oxy hóa 4 kg/tấn, nhiệt độ
phòng. Theo thời gian mẫu dung dịch
hoà tách được phân tích xác định nồng
độ U. Kết quả khảo sát được chỉ ra ở
hình 3.
Thời gian hòa tách, h
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
3 6 9 12 15 18 21 24 30 36 42 48
Hiệu suất thu hồi U,
%
Hình 3. Ảnh hưởng của thời gian đến
hiệu suất thu hồi urani
Từ kết quả khảo sát, ta thấy thời gian
phản ứng là 21h cho hiệu suất thu hồi
urani đạt trên 90%.
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của chi phí
axit đến hiệu suất thu hồi urani
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chi phí
axit đến hiệu suất hòa tách quặng urani
chưa phong hóa được chỉ ra ở hình 4
dưới đây.
Tiêu hao axit, kg/tấn
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20 30 35 40 45 50 55 60
Hiệu suất thu hồi U,
%
Hình 4. Ảnh hưởng của chi phí axit đến
hiệu suất thu hồi urani
130
Kết quả thực nghiệm cho thấy khi tăng
chi phí axit từ 0 đến 22 kg/tấn quặng
hiệu suất hòa tách tăng nhanh theo chi
phí axit, trong khoảng chi phí axit từ 22
kg/tấn đến 50 kg/tấn hiệu suất hòa tách
có tăng nhưng ở mức độ thấp hơn và
trong khoảng 50 đến 55 kg axit/tấn
quặng hiệu suất tăng nhưng không
đáng kể. Từ kết quả khảo sát, ta thấy chi
phí axit thích hợp là 50-55 kg/tấn quặng
cho hiệu suất thu hồi urani gần 90%.
4. KẾT LUẬN
- Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của
các yếu tố như kích thước hạt, tác nhân
oxy hóa, thời gian hòa tách, lượng axit
tiêu hao đến hiệu suất hòa tách quặng
urani chưa phong hóa với hàm lượng
urani 0,055% đến hiệu suất hòa tách
quặng. Từ kết quả nghiên cứu đã lựa
chọn được các thông số thích hợp cho
quá trình hòa tách, đó là:
+ Kích thước hạt quặng phù hợp có
cấp hạt -75 micromet.
+ Chi phí axit: 50 - 55 kg/ tấn quặng.
+ Chi phí tác nhân oxi hóa MnO2: 4
kg/tấn quặng.
+ Thời gian hòa tách: > 21 h.
+ Hiệu suất thu hồi urani, %: > 85 %
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cao Hùng Thái (2001), Báo cáo khoa
học “Nghiên cứu lưu trình công nghệ
điều chế urani kỹ thuật từ quặng Pà
Lừa An Điềm”, Viện NLNTVN, Viện
Công nghệ xạ hiếm, Hà Nội.
2. Cao Đình Thanh (1995), Báo cáo
khoa học: “Hoàn thiện qui trình công
nghệ thiết bị thuỷ luyện quặng Urani”,
Viện NLNTVN, Viện Công nghệ xạ
hiếm, Hà Nội.
3. Thân Văn Liên (2013), Báo cáo khoa
học: “Xử lý mẫu công nghệ thu nhận
urani”, Bộ Tài nguyên và Môi trường,
Hà Nội.
4. Manual on Laboratory Testing for
Uranium Ore Processing, IAEA, 1990.
5. D.C. Seidel (1997), Laboratory
Procedures for Hydrometallurgical
Processing and Waste Management
Experiments (Information Circular
9431, US Department of the Interior,
Bureau of Mines.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 26277_88314_1_pb_6801_2096829.pdf