含鈾渣液混合物中鈾的硝酸浸出工藝研究

雷云霞，鄭 越，屈曉剛

（中核北方核燃料元件有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014035）

在二氧化鈾粉末生產(chǎn)過程中，由于原料或溶解工藝不同，硝酸溶解產(chǎn)出的渣液混合物中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏高，約為17%。這些渣液混合物不符合廢物存放要求，也造成鈾資源浪費(fèi)，必須對(duì)其進(jìn)行處理并回收其中的鈾。

從這類渣液混合物中回收鈾的方法國(guó)內(nèi)尚未見有報(bào)道，但從合金或尾渣中回收金屬和從礦石中提取金屬鈾［1-6］均采用浸出法。浸出有酸法浸出和堿法浸出，因堿法浸出能力較弱［7］，所以一般選用酸法浸出。酸浸劑可采用硫酸或硝酸，因硝酸鹽在浸出過程中可以起到氧化劑的作用［8］，而且原料溶解時(shí)采用的也是硝酸，所以，為便于生產(chǎn)工藝的控制，試驗(yàn)采用稀硝酸浸出法回收鈾。

1 試驗(yàn)部分

1．1 主要原料與試劑

渣液混合物（w（U）＝22%，w（H2O）＝40%），分析純硝酸，工業(yè)硝酸。

1．2 主要設(shè)備及儀器

恒溫水浴鍋，溫度計(jì)，攪拌裝置，循環(huán)水式多用真空泵，抽濾瓶，布氏漏斗，量筒，燒杯及濾布。

2 試驗(yàn)原理與方法

渣液混合物中的鈾少部分以U3O8形式存在，大部分以UO2＋2形式存在，而與硝酸反應(yīng)后均以UO2＋2或硝酸鈾酰形式擴(kuò)散到固體外表面，然后通過液膜擴(kuò)散到液相中。

小型試驗(yàn)中，將原料稱重后放入燒杯中，按設(shè)定的試驗(yàn)條件加入浸出劑，然后加熱并攪拌一定時(shí)間，抽濾后分析濾渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

生產(chǎn)線上，在反應(yīng)槽內(nèi)配制一定濃度的硝酸溶液，將一定量渣液混合物加入反應(yīng)槽中，在一定溫度下攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，之后，將漿體打至板框壓濾機(jī)中壓濾，濾液打至貯槽，濾渣用淋洗劑淋洗，吹濾后取樣分析渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算鈾浸出率。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3．1 硝酸濃度對(duì)鈾浸出率的影響

在渣液混合物質(zhì)量30g、反應(yīng)溫度80℃、硝酸體積200mL、浸出時(shí)間1h、攪拌速度400 r／min條件下，硝酸濃度對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 硝酸濃度對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果

從表1看出，硝酸濃度對(duì)鈾浸出率影響顯著：隨硝酸濃度增大，鈾浸出率升高；硝酸濃度高于3 mol／L后，鈾浸出率變化不大，且浸出過程中易產(chǎn)生酸氣，不利于操作。因此，浸出劑硝酸濃度以3 mol／L為宜。

3．2 浸出溫度對(duì)鈾浸出率的影響

在渣液混合物質(zhì)量30g、硝酸濃度3mol／L、硝酸體積200mL、浸出時(shí)間1h、攪拌速度400 r／min條件下，溫度對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 溫度對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果

從表2看出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨溫度升高，鈾浸出率升高；但溫度為100℃時(shí)，燒杯底部有發(fā)光現(xiàn)象，可能是硝酸鈾酰發(fā)生分解所致。因此，確定溫度不宜過高，以80℃為宜。

3．3 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈾浸出率的影響

在渣液混合物質(zhì)量30g、硝酸濃度3mol／L、反應(yīng)溫度80℃、浸出時(shí)間1h、攪拌速度400 r／min條件下，液固體積質(zhì)量比對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果

從表3看出，隨液固體積質(zhì)量比增大，鈾浸出率升高。但液固體積質(zhì)量比增大，溶液中鈾質(zhì)量濃度降低，對(duì)后續(xù)處理過程不利，所以確定適宜的液固體積質(zhì)量比為5∶1。

3．4 浸出時(shí)間對(duì)鈾浸出率的影響

在渣液混合物質(zhì)量30g、硝酸濃度3mol／L、反應(yīng)溫度80℃、硝酸體積200mL、攪拌速度400 r／min條件下，浸出時(shí)間對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 浸出時(shí)間對(duì)鈾浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果

由表4看出，隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，鈾浸出率升高。但浸出時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響生產(chǎn)效率，因此，選定適宜的浸出時(shí)間為1h，此時(shí)鈾浸出率為94．22%。

3．5 硝酸浸出渣的洗滌

對(duì)渣液混合物的硝酸浸出渣，用酸度為1 mol／L的洗水60mL，在40℃下洗滌1次，濾渣中殘留的鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，滿足堆存要求。

4 綜合試驗(yàn)

根據(jù)小型試驗(yàn)結(jié)果（硝酸濃度3mol／L，浸出溫度80℃，浸出時(shí)間1h），在生產(chǎn)線上處理渣液混合物，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 綜合試驗(yàn)結(jié)果

從表5看出，鈾浸出率達(dá)93．86%，渣液混合物減容60%以上。采用該工藝共處理9．3t渣液混合物，回收1．5t金屬鈾，處理后渣質(zhì)量減少為3t。

5 結(jié)論

對(duì)陶瓷級(jí)UO2粉末生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的渣液混合物，采用硝酸浸出法可以回收其中的金屬鈾；在硝酸濃度3mol／L、80℃下浸出1h，然后用1 mol／L硝酸溶液淋洗浸出渣，其中約94%的鈾得以回收，渣液混合物體積減小60%以上。將該試驗(yàn)條件用于生產(chǎn)，取得了較好的浸出效果，處理后的渣可堆存在廢物庫(kù)。

［1］闕為民，王海峰，牛玉清，等．中國(guó)鈾礦采冶技術(shù)發(fā)展與展望［J］．中國(guó)工程科學(xué)，2008，10（3）：44-53．

［2］曾毅君，牛玉清，張飛鳳，等．中國(guó)鈾礦冶生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展綜述［J］．鈾礦冶，2003，22（1）：24-28．

［3］劉峙嶸，吳一峰，曾凱，等．鋁土礦渣再利用的研究［J］．耐火材料，2008，42（5）：379-381．

［4］李銘生，陳紹強(qiáng)．某含鈾鐵礦石的綜合利用——提取鈾工藝研究［J］．鈾礦冶，1983，2（1）：25-30．

［5］姜英，黃杵睿，蘭婷，等．稀土礦山廢棄渣中稀土資源的回收研究［J］．四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，36（2），302-305．

［6］黎海雁．從碳酸鹽型含鎢的泥質(zhì)鈾礦石中提取鈾及鈾鎢分離［J］．鈾礦冶，1987，6（4）：29-34．

［7］趙寧．含鈾堿渣浸取及其浸出液的過氧化氫沉淀［D］．北京：清華大學(xué)，2008．

［8］周錫堂，闕為民．硝酸鹽在地浸采鈾中的氧化性能研究［J］．廣東工藝大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，18（2）：88-92．