第二章核燃料提取与纯化课件.ppt

1、第二章第二章 核燃料提取与纯化核燃料提取与纯化 铀矿资源及其特点铀矿预处理铀的浸取铀的提取与浓缩铀的纯化与转化钍的提取与纯化重点了解内容：重点了解内容：1.1.铀的浸取、提取及浓缩、纯化和铀的浸取、提取及浓缩、纯化和转化的化学工艺过程、工艺方法、转化的化学工艺过程、工艺方法、工艺条件和工艺特点。工艺条件和工艺特点。2. 2. 铀浸取过程的基本原理、分类、铀浸取过程的基本原理、分类、适用性和主要工艺过程。适用性和主要工艺过程。3. 3. 铀提取与浓缩的方法和典型流程。铀提取与浓缩的方法和典型流程。铀资源状况铀资源状况 中国亚洲世界澳大利亚澳大利亚加拿大加拿大中西非中西非纳米比亚纳米比亚南非南非俄

2、罗斯俄罗斯哈萨克斯坦哈萨克斯坦乌克兰乌克兰乌兹别克斯坦乌兹别克斯坦美国美国哈萨克斯坦哈萨克斯坦乌兹别克斯乌兹别克斯坦坦中国中国印度印度日本日本韩国韩国占世界铀资源占世界铀资源的的4 7 % ，勘探程度不够勘探程度不够高，只有高，只有1/3属属于可靠资源。于可靠资源。分布在七个主分布在七个主要成矿区域（要成矿区域（见下页图）见下页图）一、铀矿资源及其特点一、铀矿资源及其特点中国铀资源分布图中国铀资源分布图 SC SC 东南部成矿区东南部成矿区YS-L YS-L 阴山阴山- -辽河成矿区辽河成矿区Q-Q Q-Q 祁连祁连- -秦岭成矿区秦岭成矿区 Z-TS Z-TS 准噶尔准噶尔- -天山成矿区天

3、山成矿区J J 靖南成矿区靖南成矿区WY WY 滇西成矿区滇西成矿区SG SG 黔西南成矿区黔西南成矿区 铀在自然铀在自然界的分布界的分布地壳地壳湖水湖水海水海水平均含量为平均含量为2.510-4%，分布极为分散。分布极为分散。河水河水平均为平均为1.310-6g/L，40-50亿吨铀，由于提亿吨铀，由于提取困难和成本昂贵，取困难和成本昂贵，暂时还不能利用。暂时还不能利用。铀在自然界的分布铀在自然界的分布铀矿物铀矿物 不存在含氧矿物硫化物硫化物卤化物卤化物硝酸盐硝酸盐金属铀矿金属铀矿简单氧化物简单氧化物复杂氧化物复杂氧化物晶质铀矿晶质铀矿（铀氧化物）（铀氧化物）沥青铀矿沥青铀矿（铀钍氧化物）（

4、铀钍氧化物）四价四价六价六价铀的钛、铌、钽矿铀的钛、铌、钽矿物，它们的成分复物，它们的成分复杂多变，种类繁多杂多变，种类繁多按成因按成因铀黑铀黑铀云母类矿物铀云母类矿物铀的含水氧化物铀的含水氧化物次生铀矿次生铀矿原生铀矿原生铀矿沥青铀矿沥青铀矿晶质铀矿晶质铀矿复杂氧化物复杂氧化物是由原生矿物经风是由原生矿物经风化后重新形成的新化后重新形成的新矿物，其化学组成矿物，其化学组成和构造都经过改变和构造都经过改变而不同于原生矿物。而不同于原生矿物。各种岩石受到不同程度的各种岩石受到不同程度的物理风化，而未经化学风物理风化，而未经化学风化的碎屑物，其原有的化化的碎屑物，其原有的化学组成和结晶构造均未改学

5、组成和结晶构造均未改变。变。 （1 1）沥青铀矿）沥青铀矿 沥青铀矿分布十分广泛，它是工业价值最高的沥青铀矿分布十分广泛，它是工业价值最高的原生铀矿物。沥青铀矿属原生铀矿物。沥青铀矿属简单氧化物简单氧化物类型，其化类型，其化学式可表示为学式可表示为k kUOUO2 2l lUOUO3 3n nPbOPbO3 3，其中铀的含量约，其中铀的含量约占占0-76%0-76%。 1原生铀矿物原生铀矿物 晶质铀矿也是一种原生铀矿，与沥青铀矿有相同晶质铀矿也是一种原生铀矿，与沥青铀矿有相同的结晶构造，但矿物成分和形态显著不同，最主要的结晶构造，但矿物成分和形态显著不同，最主要的差别是晶质铀矿物含有的差别是晶

6、质铀矿物含有钍和稀土元素钍和稀土元素，其一般化，其一般化学式为学式为k k(U(U，Th)OTh)O2 2UOUO3 3m mPbOPbO，这种矿物常产于伟晶，这种矿物常产于伟晶岩中，与硫化物、萤石、钍、稀土、铌、钽等共生岩中，与硫化物、萤石、钍、稀土、铌、钽等共生。（2 2）晶质铀矿）晶质铀矿（3 3）复杂氧化物）复杂氧化物这一类矿物是指含铀的这一类矿物是指含铀的钛、铌、钽钛、铌、钽矿物，其成分矿物，其成分复杂而且变化不定。复杂而且变化不定。 主要元素有铌、钽、钛、铁、锰、钙、钠、铀主要元素有铌、钽、钛、铁、锰、钙、钠、铀和钍；和钍； 次要元素有钾、镁、铝、钡、硅、铅、锶、锑、次要元素有钾、

7、镁、铝、钡、硅、铅、锶、锑、铋、锌、磷等。铋、锌、磷等。2次生铀矿物次生铀矿物次生铀矿物比原生铀矿物多，大部分产于铀矿床的次生铀矿物比原生铀矿物多，大部分产于铀矿床的氧化带，主要是由原生铀矿物及含铀岩经氧化分解氧化带，主要是由原生铀矿物及含铀岩经氧化分解形成的。形成的。(1)(1)铀黑铀黑 其主要化学组成为：其主要化学组成为：UOUO3 39.89.840.4%40.4%，UOUO2 2微量微量11.7%11.7%，ThOThO2 2 3% 3%。 铀黑也是提取铀的重要原料，通常与原生铀矿铀黑也是提取铀的重要原料，通常与原生铀矿物一起开采。物一起开采。 (2)(2)铀云母类矿物铀云母类矿物其化

8、学通式为：其化学通式为：R(UOR(UO3 3) )2 2(MO(MO4 4) )2 2n nH H2 2O O式中，式中，R RCaCa，CuCu，FeFe，BaBa，K K等元素等元素 M MP P，AsAs，V V等元素等元素 n n矿物结合水分子的数目矿物结合水分子的数目由此可见，铀云母类矿物是六价铀的磷酸盐、砷由此可见，铀云母类矿物是六价铀的磷酸盐、砷酸盐或矾酸盐。酸盐或矾酸盐。常见的铀云母类矿物有：常见的铀云母类矿物有：钙铀云母钙铀云母 Ca(UO2)2PO42(10-12)H2O铁铀云母铁铀云母 Fe(UO2)2PO42(8)H2O铜铀云母铜铀云母 Cu(UO2)2PO42(10

9、-12)H2O翠砷铜铀矿翠砷铜铀矿 Cu(UO2)2AsO42(10-12)H2O矾钾铀矿矾钾铀矿 K(UO2)2VO42(3)H2O矾钙铀矿矾钙铀矿 Ca(UO2)2VO42(5-8)H2O(3) 铀的含水氧化物铀的含水氧化物此类矿物是由此类矿物是由沥青铀矿或晶质铀矿沥青铀矿或晶质铀矿经氧化作用和经氧化作用和水合物作用形成的。主要为六价铀的矿物，个别水合物作用形成的。主要为六价铀的矿物，个别矿物中也含有四价铀。常见的矿物有：矿物中也含有四价铀。常见的矿物有： 水铀矿水铀矿 UO3nH2O 水斑铀矿水斑铀矿 U(UO2)5O2OH10nH2O 橙水铅铀矿橙水铅铀矿 Pb(UO2)7O2(OH)

10、126H2O 红铀矿红铀矿 Pb(UO2)4O2(OH)64H2O原生铀矿的溶解性能原生铀矿的溶解性能 铀以四价为主，必须在铀以四价为主，必须在氧化剂存在的条件下才能氧化剂存在的条件下才能被酸或碱（碳酸盐）溶解。被酸或碱（碳酸盐）溶解。在在pH = 1.8 2.0，温度，温度40 的条件下，在的条件下，在12 h以内矿物中的铀能迅速溶以内矿物中的铀能迅速溶解在硫酸中。解在硫酸中。 铀与铌、钽、钛、锆等铀与铌、钽、钛、锆等以复杂氧化物形式存在的以复杂氧化物形式存在的原生铀矿，例如：钛铀矿原生铀矿，例如：钛铀矿中铀的溶解极为困难，往中铀的溶解极为困难，往往需要高温（往需要高温（60以上）以上）和高

11、酸。和高酸。 铀矿物的加工性质铀矿物的加工性质 次生铀矿的溶解性能次生铀矿的溶解性能 以六价铀（以六价铀（UO22+）为主，）为主，形成铀酰离子（形成铀酰离子（UO22+）的）的各种盐类（磷酸盐、钒酸各种盐类（磷酸盐、钒酸盐、硫酸盐、碳酸盐等）盐、硫酸盐、碳酸盐等）或以铀酰键为特征的铀酸或以铀酰键为特征的铀酸盐矿物。一般不需要氧化盐矿物。一般不需要氧化剂就可以溶解，因此次生剂就可以溶解，因此次生铀矿属于极易溶解的矿物。铀矿属于极易溶解的矿物。含铀矿物含铀矿物 我国已发现我国已发现7070余种。根据铀在含铀矿物中的存余种。根据铀在含铀矿物中的存在形式，可将含铀矿物分为在形式，可将含铀矿物分为两类

12、两类。一类是在一般情况下一类是在一般情况下含铀量很低，而只在含铀量很低，而只在特定条件下，即铀元特定条件下，即铀元素相对富集的地区才素相对富集的地区才含有较多的铀含有较多的铀 ，因此，因此这类矿物的含铀量变这类矿物的含铀量变化范围较大。化范围较大。一类是铌、钽、钛复一类是铌、钽、钛复杂氧化物类矿物，铀杂氧化物类矿物，铀是矿物的固定组分，是矿物的固定组分，往往以类质同象形式往往以类质同象形式存在。存在。工艺与工艺与矿石类型矿石类型、脉石性质、铀的脉石性质、铀的品位品位等有关。等有关。第三阶段第三阶段第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段水冶水冶铀矿石加工成为铀化铀矿石加工成为铀化学浓缩物（学浓缩物（黄

13、饼）黄饼）精制成核纯产品精制成核纯产品还原为金属铀或转还原为金属铀或转化为六氟化铀化为六氟化铀天然铀矿的冶炼天然铀矿的冶炼铀矿石特性与提取方法的关系铀矿石特性与提取方法的关系可用选矿富集，可用选矿富集，铀难以浸取，铀难以浸取，常需加氧化剂，常需加氧化剂，使四价铀氧化使四价铀氧化成六价铀。成六价铀。不适宜用选矿不适宜用选矿富集，但由于富集，但由于这种矿物中铀这种矿物中铀大多数呈六价，大多数呈六价，因而易于浸取。因而易于浸取。次生矿次生矿原生矿原生矿铀矿物有完整的铀矿物有完整的晶格构造，颗粒晶格构造，颗粒较粗，密度、硬较粗，密度、硬度也较大。度也较大。(1)与矿石类型关系与矿石类型关系碱法浸取碱法

14、浸取酸法生产酸法生产磷肥时提磷肥时提取铀取铀酸法浸取酸法浸取浸取前需先进浸取前需先进行焙烧处理行焙烧处理碳酸盐型碳酸盐型硅酸盐型硅酸盐型铁氧化物型、铁氧化物型、可燃有机物型可燃有机物型磷酸盐型磷酸盐型铀矿物铀矿物(2)与脉石性质的关系与脉石性质的关系矿石矿石中没有使用价值或不能被利用的部分称为脉石中没有使用价值或不能被利用的部分称为脉石 焙烧可改善浸出焙烧可改善浸出性能，但大多数性能，但大多数不需要焙烧。不需要焙烧。破碎破碎浸取浸取磨矿磨矿选矿选矿焙烧焙烧使铀矿石预富集，使铀矿石预富集，减少矿石处理量。减少矿石处理量。二、矿石的预处理二、矿石的预处理 可选可选爆破、超声、热裂、高频电磁波和水力

15、等非机械力破碎非机械力破碎挤压、冲击、研磨和劈裂等机械力破碎机械力破碎破碎破碎影响因素影响因素矿石的抗力强度、硬度、韧性、矿石的抗力强度、硬度、韧性、形状、尺寸、湿度、密度和均质形状、尺寸、湿度、密度和均质性等；也包括一些外部因素，例性等；也包括一些外部因素，例如：矿石之间在破碎瞬间的相互如：矿石之间在破碎瞬间的相互作用和分布情况等。作用和分布情况等。 破碎机破碎机颚式破碎机颚式破碎机旋回破碎机旋回破碎机园锥破碎机园锥破碎机冲击作用破碎机冲击作用破碎机辊式破碎机等辊式破碎机等应用应用广泛广泛粗碎粗碎250 mm 125 mm600 mm 1500 mm中碎中碎100 mm 25 mm400 m

16、m 125mm细碎细碎25 mm 5 mm100 mm 25mm超细碎超细碎6 mm ,60%50 mm 25mm破碎流程破碎流程四个阶段四个阶段采矿得到的矿石块度：采矿得到的矿石块度：600 - 1500 mm左右，左右，后续的磨矿机进料要求矿石粒度为：后续的磨矿机进料要求矿石粒度为：30 mm左左右，工业生产都采用多段破碎，形成破碎流程。右，工业生产都采用多段破碎，形成破碎流程。破碎段的基本形式破碎段的基本形式 球磨机（磨矿介质为金属球）球磨机（磨矿介质为金属球）棒磨机（磨矿介质为钢棒）棒磨机（磨矿介质为钢棒）砾磨机（磨矿介质为矿石或砾石）砾磨机（磨矿介质为矿石或砾石） 磨矿磨矿磨矿作业磨

17、矿作业是破碎作业的继续，磨矿的目的是为了是破碎作业的继续，磨矿的目的是为了获得细粒或超细粒产品。获得细粒或超细粒产品。 磨矿产品的粒度由矿石中铀矿物赋存的粒度磨矿产品的粒度由矿石中铀矿物赋存的粒度而定。为了使铀矿物充分暴露，通常需要把铀而定。为了使铀矿物充分暴露，通常需要把铀矿石磨到矿石磨到200目（目（0.074 mm）占）占50 % 以上。控以上。控制磨矿产品的合适粒度，既避免过粉碎造成泥制磨矿产品的合适粒度，既避免过粉碎造成泥化，又可以降低能耗。化，又可以降低能耗。 磨矿流程磨矿流程粗磨粗磨0.15 mm 3mm细磨细磨0.02 mm 0.15mm超细磨超细磨 10m ，通常为，通常为0

18、.05m 1m 30mm50 %磨矿段的基本形式磨矿段的基本形式 多孔的工作面多孔的工作面筛孔：园形、方筛孔：园形、方形、长方形和条形、长方形和条缝形。与泰勒标缝形。与泰勒标准筛接近，适用准筛接近，适用的物料分离粒度的物料分离粒度为为0.05-5 mm 。 筛分机械分级机机械分级机分级 原理：利用矿石原理：利用矿石颗粒在介质（水颗粒在介质（水和空气）中沉降和空气）中沉降速度的不同，把速度的不同，把物料分离成两个物料分离成两个或两个以上粒度或两个以上粒度级别的过程。级别的过程。筛分和分级筛分和分级与粒度和密度与粒度和密度有关，主要用有关，主要用于处理粒度小于处理粒度小于于3mm的物的物料，最小可

19、达料，最小可达5m 左右。左右。破碎和磨矿后的矿石是各种大小破碎和磨矿后的矿石是各种大小不等的颗粒的混合物，为了控制不等的颗粒的混合物，为了控制粒度分布，需要进行粒度分级。粒度分布，需要进行粒度分级。 选矿选矿 使铀矿物和脉石矿物尽可能分离，以便充分、合理使铀矿物和脉石矿物尽可能分离，以便充分、合理和经济地利用矿产资源。和经济地利用矿产资源。提高需要加工的铀矿石的品位，减少需要提高需要加工的铀矿石的品位，减少需要加工的铀矿石量，降低铀矿加工成本。加工的铀矿石量，降低铀矿加工成本。减少消耗浸出剂（酸或碱）的脉石矿物，降减少消耗浸出剂（酸或碱）的脉石矿物，降低浸出剂的消耗。低浸出剂的消耗。使伴生元

20、素的矿物与铀矿物分离，达到综使伴生元素的矿物与铀矿物分离，达到综合回收的目的。合回收的目的。选选矿矿目目的的由铀矿物在矿由铀矿物在矿石中分布的不石中分布的不均匀性决定的均匀性决定的放射性选矿放射性选矿应用最多应用最多焙烧焙烧改善有用矿改善有用矿物的浸取性物的浸取性能和降低杂能和降低杂质的溶解度；质的溶解度；改善矿粒的物改善矿粒的物理性质，以利理性质，以利于矿粒分级和于矿粒分级和后续的固液分后续的固液分离。离。常用的焙烧方法有常用的焙烧方法有氧化焙烧、加盐焙烧和改善氧化焙烧、加盐焙烧和改善物理特性的焙烧物理特性的焙烧等。等。焙烧的目的焙烧的目的1 1氧化焙烧氧化焙烧氧化焙烧目的：氧化焙烧目的：(

21、1)(1)将矿石中的铀从难溶状态转为易溶状态将矿石中的铀从难溶状态转为易溶状态; ; (2)(2)将杂质转变成难溶状态将杂质转变成难溶状态; ;(3)(3)去除有机物去除有机物; ;(4)(4)回收其它有用元素回收其它有用元素. .最佳温度最佳温度500-6002 2加盐焙烧加盐焙烧 用添加用添加食盐食盐到矾钾铀矿类型的矿石中进行焙烧，到矾钾铀矿类型的矿石中进行焙烧，是浸取前预处理这类矿石的一种有效方法。是浸取前预处理这类矿石的一种有效方法。 加盐焙烧时主要生成可溶于水的矾酸钠，其反应式加盐焙烧时主要生成可溶于水的矾酸钠，其反应式为：为： 2NaCl + V2NaCl + V2 2O O5 5

22、 + H + H2 2O NaO Na2 2O OV V2 2O O5 5 + 2HCl + 2HCl 2NaCl + V 2NaCl + V2 2O O5 5 + 1/2O + 1/2O2 2 Na Na2 2O OV V2 2O O5 5 + Cl + Cl2 2反应生成的矾酸钠能与铀化合物进一步反应而生成反应生成的矾酸钠能与铀化合物进一步反应而生成易溶于碳酸钠溶液的矾酸铀酰钠。焙烧温度应控制易溶于碳酸钠溶液的矾酸铀酰钠。焙烧温度应控制在在750-850750-850范围。范围。3 3改善物理特性的焙烧改善物理特性的焙烧 当铀矿石含有容易触变性矿泥的某些类型的水当铀矿石含有容易触变性矿泥的

23、某些类型的水合粘土时，在浸取、沉降和过滤阶段经常发生很大合粘土时，在浸取、沉降和过滤阶段经常发生很大的困难。在的困难。在300-600300-600的温度下焙烧可使这样的粘土的温度下焙烧可使这样的粘土脱水，从而达到改善矿石物理性质的目的。脱水，从而达到改善矿石物理性质的目的。 从铀矿石从铀矿石中提取铀中提取铀（水冶）（水冶）浸取浸取从溶液从溶液中回收中回收金属金属用化学试剂把矿石中的有用组用化学试剂把矿石中的有用组分转化为可溶性化合物，并选分转化为可溶性化合物，并选择性地溶解的过程。得到含有择性地溶解的过程。得到含有用组分（金属）的溶液（浸出用组分（金属）的溶液（浸出液），实现有用组分与矿石分

24、液），实现有用组分与矿石分离。离。矿石中的铀和其它可溶矿石中的铀和其它可溶解的元素一起进入浸出解的元素一起进入浸出液，从矿石浸出液中纯液，从矿石浸出液中纯化和回收铀是铀矿加工化和回收铀是铀矿加工工艺的最终目的。工艺的最终目的。 三、铀的浸取三、铀的浸取浸取剂浸取剂铀矿石浸出剂酸性浸出剂碱性浸出剂硫酸硫酸硝酸硝酸盐酸盐酸碳酸钠碳酸钠碳酸氢钠碳酸氢钠碳酸铵碳酸铵矿石中耗酸矿物矿石中耗酸矿物较多，就选择碱较多，就选择碱性浸出。性浸出。通常用酸浸通常用酸浸选择性选择性成本成本腐蚀性腐蚀性污染等污染等盐溶液、盐溶液、细菌细菌浸出体系浸出体系铀铀矿矿浸浸出出细菌浸出细菌浸出盐溶液浸盐溶液浸碱性溶液浸出碱性

25、溶液浸出酸性溶液浸出酸性溶液浸出1 1酸法浸取酸法浸取其反应式为：其反应式为： OHSOUOSOHUO24242322422442)(SOUOSOSOUO4342242242)()(SOUOSOSOUO硫酸浸出硫酸浸出影响浸出率的因素：酸用量（酸耗）、影响浸出率的因素：酸用量（酸耗）、氧化剂的种类和用量、温度、时间、矿氧化剂的种类和用量、温度、时间、矿浆液固比和搅拌强度。浆液固比和搅拌强度。指单位质量（指单位质量（t）矿石）矿石在浸出过程中所消耗在浸出过程中所消耗的酸量（的酸量（t），一般用），一般用质量百分数（质量百分数（%）表）表示。示。酸耗酸耗1.1影响因素影响因素硫酸（浸出剂硫酸（浸出

26、剂）与矿石中的）与矿石中的铀矿物或含铀铀矿物或含铀矿物反应所必矿物反应所必需的最低消耗需的最低消耗量。量。合理酸耗合理酸耗是指硫酸矿石中是指硫酸矿石中的非含铀矿物的非含铀矿物（即：脉石）反（即：脉石）反应所消耗的量。应所消耗的量。额外酸耗额外酸耗 降低浸出成本降低浸出成本减少杂质减少杂质减少额外酸耗减少额外酸耗合理的剩合理的剩余酸度余酸度0.03-0.08 mol/lpH：1.51.1易浸矿石易浸矿石0.30-0.41 mol/lpH：0.50.39难浸矿石难浸矿石世界上大多数的铀水冶厂，世界上大多数的铀水冶厂，处理每吨矿石的酸耗量为处理每吨矿石的酸耗量为27-50 kg硫酸。硫酸。剩余酸度剩

27、余酸度防止水解防止水解 氧化剂氧化剂MnOMnO2 2 + 2FeSO + 2FeSO4 4 + 2H + 2H2 2SOSO4 4 Fe Fe2 2(SO(SO4 4) )3 3 + MnSO + MnSO4 4 + 2H + 2H2 2O OUOUO2 2 + Fe + Fe2 2(SO(SO4 4) )3 3 2FeSO 2FeSO4 4 + UO + UO2 2SOSO4 4 MnO2的用量要适当。溶液中过多的的用量要适当。溶液中过多的Mn2+，会与，会与Fe2+ 一样，一样，降低降低UO2的溶解速度。一般认为，溶液中的溶解速度。一般认为，溶液中Fe3+ 的浓度达到的浓度达到1-2 g

28、/L，就能有效地溶解，就能有效地溶解UO2。价廉价廉MnO2，硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢、氯酸钾等。，硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢、氯酸钾等。MnO2的作用是使溶液中的作用是使溶液中Fe3+ 氧化氧化UO2形成的形成的Fe2+，迅速氧化为迅速氧化为Fe3+，继续用于氧化，继续用于氧化UO2 。如美国如美国进行酸浸的大部分铀矿石，磨到进行酸浸的大部分铀矿石，磨到30-40%达到达到 200目，就能使铀矿物充分暴露；目，就能使铀矿物充分暴露；加拿大加拿大和和澳大利亚澳大利亚含有钛铀矿或铀钛磁铁矿的矿石，则含有钛铀矿或铀钛磁铁矿的矿石，则需要磨到需要磨到 200目占目占55-65%，才

29、能使铀矿物得到满意的，才能使铀矿物得到满意的浸出效果。浸出效果。矿石粒度矿石粒度但矿石磨得太细，增加但矿石磨得太细，增加磨矿时间，降低了磨矿磨矿时间，降低了磨矿机的生产能力，多消耗机的生产能力，多消耗了动力，增大了酸耗及了动力，增大了酸耗及杂质的溶解量。杂质的溶解量。越细，比表面越大，越细，比表面越大，有利于提高铀的浸有利于提高铀的浸取率。取率。根据矿石特性和浸根据矿石特性和浸取工艺条件来定。取工艺条件来定。酸法浸取时，液固酸法浸取时，液固比一般取为比一般取为0.6-1.2。指矿浆中液体和固指矿浆中液体和固体之间的重量比体之间的重量比矿浆液矿浆液固化比固化比越小越小液相体积越少，液相体积越少，

30、在设备容量一在设备容量一定时，将提高定时，将提高浸出液中的铀浸出液中的铀浓度，降低酸浓度，降低酸耗量。耗量。太小太小会延长浸取时会延长浸取时间，妨碍矿浆间，妨碍矿浆的搅拌和输送。的搅拌和输送。温度和时间温度和时间酸法浸取的操作温度一般控制在酸法浸取的操作温度一般控制在60-9060-90之间。之间。在美国好几个铀水冶厂采用在美国好几个铀水冶厂采用高酸度和高温度高酸度和高温度（8080）的操作条件，以提高副产物）的操作条件，以提高副产物矾矾的回收率。的回收率。比较经济的办法是比较经济的办法是选择较长的浸取时选择较长的浸取时间以保证较低的操间以保证较低的操作温度。作温度。 实验表明在实验表明在40

31、0r/min400r/min以上，试验设备中的溶解速度几以上，试验设备中的溶解速度几乎达到一恒定值。乎达到一恒定值。搅拌强度搅拌强度搅拌速度对铀溶解速度的影响搅拌速度对铀溶解速度的影响浸取剂浓度，浸取剂浓度，mol/l0.01(H2SO4)，0.009(Fe3+)温度，温度，15搅拌速度，搅拌速度，r/min铀的溶解速度，铀的溶解速度，mg /（cm2min）1001.9910-22002.0010-24002.2210-25002.3010-27002.2010-2硫酸浸出的过程中，硫酸浸出的过程中，镭的浸出率不足镭的浸出率不足1 %。对硫酸浸出后的尾矿，对硫酸浸出后的尾矿，由于含由于含镭镭

32、，长期存放，长期存放会给环境带来很大的会给环境带来很大的影响。影响。采用盐酸、硝酸或氯化采用盐酸、硝酸或氯化物（物（NaCl）处理，铀的）处理，铀的浸出率达到浸出率达到99 %，镭的，镭的浸出率达到浸出率达到98 %。1.2盐酸浸取盐酸浸取 铀以铀以UO2Cl2的形式溶解，当溶液中的形式溶解，当溶液中Cl 浓度较高时，浓度较高时，能形成能形成UO2Cl42- 配合物。配合物。含有机质和硫化物含有机质和硫化物的铀矿物的铀矿物硫酸浸出时，有机质和硫化物不被溶解。硫酸浸出时，有机质和硫化物不被溶解。硝酸可以破坏有机质，还与硫化物硝酸可以破坏有机质，还与硫化物MeS2反应生成硫反应生成硫酸，形成硫酸铀

33、酰的浸出液。酸，形成硫酸铀酰的浸出液。C + 2HNO3 = CO2 + NO + NO2 + H2O2MeS2+10HNO3=Me2(SO4)3+H2SO4+10NO+ 4H2O 2UO2 + 2HNO3 = 2UO3+ NO + NO2 + H2O UO3+ H2SO4 = UO2SO4 + H2O 2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3+ NO1.3硝酸浸取硝酸浸取 铀矿石必须铀矿石必须含硫化矿，含硫化矿，否则得到硝否则得到硝酸铀酰溶液。酸铀酰溶液。优点优点缺点缺点用得最多，较强的浸用得最多，较强的浸出能力，价格低廉，出能力，价格低廉，对矿石粒度要求不对矿石粒

34、度要求不高，高， ，浸出率比碱法，浸出率比碱法高大约高大约5%-10%不需要不需要加温加压浸取等。加温加压浸取等。选择性差、对设备的腐选择性差、对设备的腐蚀性较碱法强。酸法浸蚀性较碱法强。酸法浸取适用于硅酸盐矿、氧取适用于硅酸盐矿、氧化钙或碳酸盐含量小于化钙或碳酸盐含量小于8 %。酸浸法优缺点酸浸法优缺点1.41.4杂质元素的浸取杂质元素的浸取二氧化硅的溶解：二氧化硅的溶解：1%铝钒土的溶解：铝钒土的溶解：3-5%铁氧化物的溶解：铁氧化物的溶解：5-8%钙、镁氧化物及碳酸盐的溶解钙、镁氧化物及碳酸盐的溶解磷酸盐和硫化物的溶解磷酸盐和硫化物的溶解渗渗滤滤浸浸出出概念：浸出剂在重力作用或压力作用下

35、通过固定矿概念：浸出剂在重力作用或压力作用下通过固定矿石层的一种浸出方法。石层的一种浸出方法。槽浸槽浸地表堆浸地表堆浸就地破碎浸出就地破碎浸出原地浸出原地浸出渗滤浸出渗滤浸出特点：常温条件下进特点：常温条件下进行，浸出条件比较缓行，浸出条件比较缓和，一般浸出率较低。和，一般浸出率较低。1.5浸出方法和设备浸出方法和设备混和浸出混和浸出 在设备中，用机械方法使矿石（固体）和浸出剂在设备中，用机械方法使矿石（固体）和浸出剂（液体）均匀混和的一种浸出方法。（液体）均匀混和的一种浸出方法。只适合于通过磨矿得只适合于通过磨矿得到的粒度较细的矿石到的粒度较细的矿石搅拌槽搅拌槽流态化塔流态化塔设备设备常规搅

36、拌浸出常规搅拌浸出加压搅拌浸出加压搅拌浸出搅拌浸出搅拌浸出加压提高加压提高浸出温度浸出温度常压常压T10.5pH 10.5时，生成重铀酸钠沉淀。为防止时，生成重铀酸钠沉淀。为防止上述反应的发生，在浸取剂中要有一定量的碳酸氢上述反应的发生，在浸取剂中要有一定量的碳酸氢钠存在，以中和铀溶解过程中产生的钠存在，以中和铀溶解过程中产生的OHOH- -。 NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O 选择性好、产品溶液选择性好、产品溶液较纯、对设备腐蚀性较纯、对设备腐蚀性小、剩余碱能部分返小、剩余碱能部分返回利用等；回利用等；常压下对铀的浸取速度常压下对铀的浸取速度慢，通常需要加温加压慢，通

37、常需要加温加压浸取、浸取率低，特别浸取、浸取率低，特别是当矿石中含有四价铀是当矿石中含有四价铀时，需要量采取许多强时，需要量采取许多强化浸取措施才能获得满化浸取措施才能获得满意的浸出效果。意的浸出效果。碱法浸取适用于碳酸盐矿、氧化钙含量大于碱法浸取适用于碳酸盐矿、氧化钙含量大于12%。2.1碱浸法优缺点碱浸法优缺点优点优点缺点缺点（1）二氧化硅的溶解）二氧化硅的溶解SiO2 + 2Na2CO3 + H2O Na2SiO3 + 2NaHCO3 （2）钙、镁硫酸盐的反应）钙、镁硫酸盐的反应CaSO4 + Na2CO3 CaCO3+ Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 MgCO3+ Na2S

38、O4（3）硫化物的反应）硫化物的反应2FeS2 + 8Na2CO3 + 7.5 O2 + 7 H2O 2Fe(OH)3+ 4 Na2SO4 + 8 NaHCO32.2杂质元素的浸取杂质元素的浸取（4 4）钒、磷氧化物的反应）钒、磷氧化物的反应P P2 2O O5 5 + 3 NaCO + 3 NaCO3 3 2Na 2Na2 2POPO4 4 + 3CO + 3CO2 2V V2 2O O5 5 + NaCO + NaCO3 3 2Na 2Na2 2VOVO3 3 + CO + CO2 2（5 5）钙、镁碳酸盐及铁、铝氧化物）钙、镁碳酸盐及铁、铝氧化物碳酸钙、碳酸镁与碳酸钠不发生反应。铁、铝的

39、碳酸钙、碳酸镁与碳酸钠不发生反应。铁、铝的氧化物与碳酸钠的反应极其缓慢，它们在浸出液氧化物与碳酸钠的反应极其缓慢，它们在浸出液中的浓度只有万分之几。中的浓度只有万分之几。 总的说来，碱法浸取时杂质转入浸出液的量总的说来，碱法浸取时杂质转入浸出液的量是比较少的。是比较少的。2.3影响碱浸过程的主要因素影响碱浸过程的主要因素碱耗碱耗氧化剂氧化剂矿石粒度矿石粒度矿浆液固比矿浆液固比温度和压力温度和压力在浸出过程中，单位质量（在浸出过程中，单位质量（t）的铀矿石所消耗的碳酸盐和）的铀矿石所消耗的碳酸盐和碳酸氢盐的总量（碳酸氢盐的总量（t），一般用质量百分数（），一般用质量百分数（%）表示。）表示。 碱

40、耗碱耗由具体矿石中矿物由具体矿石中矿物的组成决定。的组成决定。一般情况：一般情况：25 g/L 60 g/L Na2CO3 5 g/L 25 g/L NaHCO3溶解铀氧化物溶解铀氧化物防止铀沉淀防止铀沉淀缺点：在碱性浸出剂中缺点：在碱性浸出剂中的溶解度较低，因此浸的溶解度较低，因此浸出过程氧化效率较低。出过程氧化效率较低。有时为了强化浸出，需有时为了强化浸出，需要采用加压措施。要采用加压措施。 空气空气、Cl2、Hg2Cl2、HgCl2、H2O2、K2S2O8、KMnO4等等.。氧化剂氧化剂空气压力对铀浸出率的影响空气压力对铀浸出率的影响 一般要求把矿石磨一般要求把矿石磨细到细到100-20

41、0100-200目。目。矿石粒度矿石粒度 矿石粒度对铀浸出率的影响矿石粒度对铀浸出率的影响 太大太大太小太小矿浆液固比矿浆液固比液固比：液固比：0.8-1.4降低浸出液降低浸出液中的铀浓度中的铀浓度和增大碱的和增大碱的耗量耗量影响矿影响矿浆的搅浆的搅拌和输拌和输送送温度和压力温度和压力浸出温度对铀浸出率的影响浸出温度对铀浸出率的影响 对大多数化学反应来对大多数化学反应来说，升高温度可以提说，升高温度可以提高化学反应的速度。高化学反应的速度。 空气压力：空气压力：490 kPa）2.4碱浸设备碱浸设备常压碱浸时，通常采用的设备是巴秋卡槽（空气搅拌槽）。常压碱浸时，通常采用的设备是巴秋卡槽（空气搅

42、拌槽）。加压碱浸时则采用卧式压煮器。加压碱浸时则采用卧式压煮器。在我国有的铀在我国有的铀水冶厂采用哨水冶厂采用哨式空气搅拌加式空气搅拌加压釜压釜 。2.5典型的碱浸流程典型的碱浸流程洗涤液洗涤液贫溶液贫溶液CO2循环溶液循环溶液试剂配制试剂配制尾弃尾弃矿浆矿浆水蒸气水蒸气空气空气硫化物精矿硫化物精矿浮选尾矿浮选尾矿破破 碎碎矿石矿石固液分离浸取固液分离浸取磨磨 矿矿浮浮 选选密度控制密度控制浸浸 取取再碳酸化再碳酸化沉沉 淀淀固液分离浸取固液分离浸取洗水洗水浸出液浸出液NaOH产品产品典型的碱法浸取流程典型的碱法浸取流程美国格兰茨铀水冶厂的碱浸流程图美国格兰茨铀水冶厂的碱浸流程图格兰茨铀水冶厂

43、两种浸取流程的工艺参数比较格兰茨铀水冶厂两种浸取流程的工艺参数比较工工 艺艺 参参 数数酸浸流程酸浸流程碱浸流程碱浸流程矿石粒度矿石粒度99%28目目95%48目目浸取剂浸取剂H2SO4Na2CO3+NaHCO3氧化剂氧化剂NaClO3空气空气设备材料设备材料碳钢衬橡胶碳钢衬橡胶碳钢碳钢浸取时间，浸取时间，h4.540浸取温度，浸取温度，43-6085-95浸取压力，浸取压力，常压常压常压常压0.45MPa浸出液中含铀，浸出液中含铀，mol/l4.210-314.710-3铀的浸取率，铀的浸取率，%9795不论酸法或碱法浸取，为了使溶解铀的反应进行得不论酸法或碱法浸取，为了使溶解铀的反应进行得

44、比较迅速、完全，都要控制一定的工艺参数，如温比较迅速、完全，都要控制一定的工艺参数，如温度、时间、酸碱度、矿浆的固液比等。度、时间、酸碱度、矿浆的固液比等。 3从贫铀矿和其他资源中回收铀从贫铀矿和其他资源中回收铀3.13.1从低品位铀矿石中回收铀从低品位铀矿石中回收铀 所谓低品位铀矿石所谓低品位铀矿石( (贫铀矿石贫铀矿石) )没有绝对的标没有绝对的标准，通常是泛指用普通方法进行开采和加工在准，通常是泛指用普通方法进行开采和加工在经济上无利可图的一类矿石。经济上无利可图的一类矿石。堆浸法、地下浸取、细菌浸取堆浸法、地下浸取、细菌浸取基本过程基本过程：将采出矿石适当破碎，并选择合适的场地，按照：

45、将采出矿石适当破碎，并选择合适的场地，按照一定要求把矿石堆成矿堆；然后从矿堆上部喷洒浸取剂，从一定要求把矿石堆成矿堆；然后从矿堆上部喷洒浸取剂，从矿堆下部收集浸出液。矿堆下部收集浸出液。堆浸法堆浸法法国西部矿业公司的堆浸工艺流程示意图法国西部矿业公司的堆浸工艺流程示意图地下浸取地下浸取矿石不运出地面而在地下进行浸取操作的过程称为矿石不运出地面而在地下进行浸取操作的过程称为地下浸取地下浸取。地下直接浸取地下直接浸取和和地下堆浸地下堆浸。 铀溶液采矿的矿井布置图铀溶液采矿的矿井布置图细菌浸取细菌浸取细菌浸取细菌浸取：利用某些细菌的生物化学作用为浸取铀：利用某些细菌的生物化学作用为浸取铀提供有利条件

46、的浸取过程，并非指细菌能和铀直接提供有利条件的浸取过程，并非指细菌能和铀直接发生作用。发生作用。 氧化硫杆菌、氧化铁硫杆菌氧化硫杆菌、氧化铁硫杆菌及及氧化铁杆菌氧化铁杆菌对一般对一般硫化矿物及其它矿物的浸取具有活性。硫化矿物及其它矿物的浸取具有活性。原理：细菌可以促使矿石中的硫化物或硫氧化生成原理：细菌可以促使矿石中的硫化物或硫氧化生成硫酸，并将亚铁离子氧化为三价铁离子，从而为铀硫酸，并将亚铁离子氧化为三价铁离子，从而为铀的浸取提供浸取剂（硫酸）和氧化剂（三价铁离的浸取提供浸取剂（硫酸）和氧化剂（三价铁离子）。子）。 3.23.2从磷酸中提取铀从磷酸中提取铀含铀磷矿中铀品位一般在含铀磷矿中铀品

47、位一般在0.02-0.03%之间，有的高之间，有的高达达0.05%。磷酸中提取铀比较广泛采取的是磷酸中提取铀比较广泛采取的是溶剂萃取法溶剂萃取法 3.33.3从海水中提取铀从海水中提取铀 海水中含铀浓度很低，但海水总量高达海水中含铀浓度很低，但海水总量高达1018 m3左左右，故海水中铀的总量估计约为右，故海水中铀的总量估计约为4.5109t，这个数，这个数字比目前探明的陆地铀储量多几千倍。字比目前探明的陆地铀储量多几千倍。 沉淀吸附法，离子交换法沉淀吸附法，离子交换法四、铀的提取与浓缩四、铀的提取与浓缩 目的：制备较纯的铀化合物。目的：制备较纯的铀化合物。 从浸出液中提取铀的方法有从浸出液中

48、提取铀的方法有化学沉淀法、离子交换化学沉淀法、离子交换法和溶剂萃取法法和溶剂萃取法等。等。 1溶剂萃取法提取铀溶剂萃取法提取铀1.1萃取剂萃取剂铀水冶工艺常用萃取剂分类铀水冶工艺常用萃取剂分类类类型型名称名称烷基中烷基中碳原子碳原子数数酸碱性酸碱性典型代表典型代表名称和结构式名称和结构式代号或缩写代号或缩写磷磷 类类烷基正磷酸烷基正磷酸单酯单酯8-12酸性酸性十二烷基磷酸十二烷基磷酸DDPA烷基正磷酸烷基正磷酸双酯双酯8-12酸性酸性二二(2-乙基己基乙基己基)磷酸磷酸D2EHPA烷基正磷酸烷基正磷酸酯酯8-12中性中性磷酸三丁酯磷酸三丁酯TBP胺胺 类类伯伯 胺胺8-10弱碱性弱碱性十八烷胺

49、十八烷胺仲仲 胺胺8-10碱性碱性二二(十二烷十二烷)胺胺叔叔 胺胺8-10碱性碱性三脂肪胺三脂肪胺N235季季 铵铵 盐盐8-10弱碱性弱碱性四烷基氯化季铵盐四烷基氯化季铵盐N263常用稀释剂、添加剂常用稀释剂、添加剂类别类别名称名称分子量分子量沸程沸程闪闪点点密度密度(25)g/cm3粘度粘度(25)，Cp外观外观稀释剂稀释剂煤油煤油147-24062-880.754-0.800.3-0.5无色透无色透明液体明液体添加剂添加剂混合混合醇醇含碳原含碳原子子12-18的仲醇的仲醇190-2400.79317.8浅黄色浅黄色油状液油状液体体萃取剂萃取性能比较萃取剂萃取性能比较萃取性能萃取性能胺胺

50、 类类磷磷 类类对铀选择性对铀选择性高，对杂质的分离系数在高，对杂质的分离系数在103-104范围内范围内一般，一般，D2EHPA还能还能同时萃取同时萃取Fe3+萃取速度萃取速度快快较慢较慢萃取能力萃取能力分配比分配比高高较低，中性磷酸酯比较低，中性磷酸酯比酸性磷酸酯更低酸性磷酸酯更低饱和容量饱和容量较低较低较高较高,中性磷酸酯容量最高中性磷酸酯容量最高反萃取情况反萃取情况易于反萃取，硝酸盐、氯化物、易于反萃取，硝酸盐、氯化物、碳酸盐等都可作为反萃取剂碳酸盐等都可作为反萃取剂需用需用10%的碳酸盐溶液或的碳酸盐溶液或强酸溶液才能进行反萃取强酸溶液才能进行反萃取对酸、碱、辐射稳定性对酸、碱、辐射