鈾鉬分離.docx

用離子交換法從某鈾鉬礦浸出液中回收與分離鈾鉬的研究因此,選擇性能較好的離子交換樹(shù)脂,使之對(duì)鈾、鉬都具有較高的吸附效率,選擇較好的鈾、鉬解吸劑和解吸流程,獲得較高的鈾、鉬解吸效率以及得到較高的鈾、鉬分離系數(shù),這些都是離子交換法分離鈾、鉬所要解決的主要問(wèn)題。某鈾礦是一個(gè)鈾鉬共生的礦床,采用復(fù)合助浸劑浸出。由于浸出技術(shù)有較大的突破,浸出液中的鈾、鉬質(zhì)量濃度都有較大的提高324,一般均在1.0g/L左右?，F(xiàn)以該鈾鉬礦的浸出液為料液,開(kāi)展離子交換分離鈾、鉬的研究工作。1樹(shù)脂的篩選分別選擇強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂和弱堿性陰離子交換樹(shù)脂等對(duì)該浸出液進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其中2種樹(shù)脂進(jìn)行進(jìn)一步比較,即大孔強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂D2A與大孔弱堿性陰離子交換樹(shù)脂D2B。根據(jù)各種樹(shù)脂吸附鈾、鉬的情況,設(shè)想離子交換樹(shù)脂吸附分離鈾、鉬工藝可以采用以下2種方案進(jìn)行:1)用1種樹(shù)脂同時(shí)吸附鈾、鉬,然后再分步解吸鈾、鉬。使用樹(shù)脂D2A或D2B都可以達(dá)到這一目的。2)用2種樹(shù)脂分別吸附鈾、鉬,然后再分別解吸鈾、鉬。利用某幾種陽(yáng)離子交換樹(shù)脂不吸附鈾的優(yōu)勢(shì),可先吸附鉬,然后利用樹(shù)脂D2B或D2A吸附鈾,但在經(jīng)過(guò)幾個(gè)循環(huán)后需要對(duì)鉬進(jìn)行解毒。根據(jù)上述分析,擬采用第1種方案,即用樹(shù)脂D2A或樹(shù)脂D2B從鈾、鉬的浸出液中同步吸附鈾、鉬,然后再分步解吸鈾、鉬。試驗(yàn)表明,無(wú)論是吸附鈾還是吸附鉬樹(shù)脂D2B都比樹(shù)脂D2A吸附速度快,吸附鈾、鉬容量高。在水解吸氯化鈾酰配合物形式的鈾,再用氫氧化鈉溶液解吸鉬時(shí),鈾、鉬的解吸速度、解吸效率和解吸峰值,樹(shù)脂D2B均優(yōu)于樹(shù)脂D2A,再加上樹(shù)脂D2B又是弱堿性樹(shù)脂,而樹(shù)脂D2A是一種強(qiáng)堿性樹(shù)脂,因而在解吸鉬時(shí)無(wú)論是氨水還是氫氧化鈉都可以靈活運(yùn)用。因而樹(shù)脂D2B被采用。2鈾、鉬分離的解吸流程鈾、鉬有效解吸分離是樹(shù)脂D2B解吸流程的關(guān)鍵。如果先解吸鈾、且解吸鈾比較完全,鉬基本上或很少被解吸,則就能保證鈾、鉬有較高的分離系數(shù)。一般鈾的解吸劑有1.01.2mol/L的硫酸溶液、酸性氯化鈉溶液、酸性硝酸鹽溶液等,但當(dāng)采用上述解吸劑時(shí),將有一定量的鉬會(huì)隨鈾一起進(jìn)入鈾的解吸液中,從而降低鈾、鉬的分離系數(shù),且降低了鉬的回收率。當(dāng)樹(shù)脂上的硫酸鈾酰的陰離子配合物被飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)化為氯化鈾酰陰離子配合物后,由于氯化鈾酰陰離子配合物的穩(wěn)定常數(shù)比硫酸鈾酰配合物的穩(wěn)定常數(shù)小得多,前者一般僅為0.22,而后者一般在25003,因此只要用水就可以很容易將以氯化鈾酰形式存在的鈾解吸下來(lái)。小型試驗(yàn)表明,鈾的解吸效率達(dá)到95%以上。且一般在鈾解吸液中(Mo)40mg/L,在溶液中的鉬、鈾質(zhì)量比在0100201003,從而達(dá)到鈾、鉬的有效分離并提高了鉬的回收率。飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)型過(guò)程鈾有如下的平衡:(RNH)4UO2(SO4)3+6NaCl(RNH)UO2Cl3+3(RNH)Cl+3Na2SO4。(1)飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)型過(guò)程鉬不發(fā)生平衡的改變。用水解吸鈾有如下的平衡:(RNH)UO2Cl3H2ORNH+Cl+UO2+2+2Cl-。(2)載鈾、鉬的飽和樹(shù)脂用水解吸鈾的過(guò)程,鉬的平衡也不發(fā)生改變。水解吸鈾后再用堿解吸鉬,無(wú)論是用氫氧化鈉還是用氨水都能有效地將鉬以(NH4)2MoO4的形式解吸下來(lái),它們有如下的平衡:(RNH)2MoO4+2NH4OH2RN+(NH4)2MoO4+2H2O,(3)(RNH)2Mo7O22+14NH4OH2RN+7(NH4)2MoO4+8H2O,(4)(RNH)4Mo8O26+16NH4OH4RN+8(NH4)2MoO4+10H2O,(5)(RNH)Cl+NH4OHRN+NH4Cl+H2O。(6)小型試驗(yàn)還表明,采用氫氧化鈉溶液解吸鉬時(shí),其解吸液中的(U)特別低,一般的情況下當(dāng)鉬解吸液中(Mo)為6890g/L時(shí),溶液中的(U)只有3040mg/L,有時(shí)甚至更低,因而其鉬與鈾的分離系數(shù)都比較高,可以達(dá)到22003000。因此,載鈾、鉬的飽和樹(shù)脂用飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)型鈾水解吸鈾氨水(或氫氧化鈉)解吸鉬的流程是一個(gè)可選擇的離子交換流程。3臺(tái)架試驗(yàn)在小型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)。某鈾礦用堆浸法浸出,浸出液采用多塔串聯(lián)吸附鈾、鉬的方式,吸附柱直徑為300mm2500mm,裝入樹(shù)脂量約為200L,吸附接觸時(shí)間為1520min,吸附流速為2.525.0m/h;吸附尾液(U)5mg/L,(Mo)50mg/L;轉(zhuǎn)型劑為飽和氯化鈉溶液,轉(zhuǎn)型體積為1.02.50個(gè)床體積,轉(zhuǎn)型接觸時(shí)間為45min,轉(zhuǎn)型流速為1.26m/h;用自來(lái)水解吸鈾,鈾解吸體積約10個(gè)床體積,鈾、鉬解吸接觸時(shí)間為2530min,鉬解吸劑為w(NH3)=5%的氨水,鉬解吸體積約15個(gè)床體積。由于使用堿解吸鉬,故解吸鉬后樹(shù)脂成為一種游離胺型,返回吸附前必須用酸進(jìn)行質(zhì)子化,酸化劑的(H2SO4)為80100g/L,酸化終點(diǎn)pH為12。3.1鈾、鉬的吸附鉬的吸附由于其吸附速度比較慢,因此一開(kāi)始流出液中(Mo)就比較高,當(dāng)鉬吸附的穿透點(diǎn)定為100mg/L時(shí),其穿透體積為80個(gè)床體積,但是達(dá)到飽和體積延續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng),從150個(gè)床體積延續(xù)到近200個(gè)床體積還沒(méi)有達(dá)到飽和。在小型試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),如果要使鉬達(dá)到飽和而繼續(xù)吸附時(shí),繼續(xù)吸附的鉬會(huì)將已吸附在樹(shù)脂上的鈾頂替下來(lái)從而使鈾的容量降低,這是不利于鈾、鉬同時(shí)吸附的。由于首先考慮的是鈾的回收與分離,因此在工藝上只根據(jù)鈾的吸附狀況決定是否切塔進(jìn)行轉(zhuǎn)型和解吸。當(dāng)鈾的飽和容量為61.5mg/g(干樹(shù)脂)時(shí),鉬的負(fù)載容量為198.5mg/g(干樹(shù)脂)。出現(xiàn)上述情況可能是在硫酸溶液中的鈾、鉬所形成的分子狀態(tài)不同所致。鈾在硫酸溶液中形成的分子是鈾酰三硫酸鹽和鈾酰二硫酸鹽陰離子,而鉬在溶液中所形成的是單鉬酸鹽和多鉬酸鹽的陰離子。在一般情況下,鉬酸鹽和多鉬酸鹽的陰離子的分子團(tuán)的離子半徑比鈾酰硫酸鹽的分子團(tuán)的離子半徑要大得多,它是一種大分子結(jié)構(gòu),因而樹(shù)脂對(duì)鉬酸鹽的吸附速度要比對(duì)鈾酰硫酸鹽慢得多。3.2飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)型采用飽和氯化鈉溶液在較低的流速下進(jìn)行轉(zhuǎn)型(接觸時(shí)間為60min),轉(zhuǎn)型2.53.0個(gè)床體積的溶液,就可以完全將樹(shù)脂上鈾的硫酸鹽化合物轉(zhuǎn)換成鈾的氯化配合物。在進(jìn)行轉(zhuǎn)型以前,須對(duì)吸附后的樹(shù)脂用水進(jìn)行充分的洗滌,以除去樹(shù)脂層中的硫酸氫根,否則中性的氯化鈉溶液會(huì)呈酸性,使少量的鈾隨轉(zhuǎn)型而解吸下來(lái)。酸洗滌得越干凈,轉(zhuǎn)型液中的鈾就越少。但實(shí)際上樹(shù)脂吸附的硫酸氫根很難洗凈,再加上樹(shù)脂柱中的水對(duì)氯根的稀釋作用導(dǎo)致樹(shù)脂上鈾的解吸,特別在樹(shù)脂的鈾容量較高時(shí),而負(fù)載樹(shù)脂又未達(dá)到充分的飽和時(shí),這種可能性就越大。因此,一般在轉(zhuǎn)型液中總會(huì)有一定數(shù)量的鈾(平均(U)約為3g/L)。在轉(zhuǎn)型液中有硫酸根、氯根及少量的鈾等,可根據(jù)其組分的組成分別返回至總流程的各部分。在飽和樹(shù)脂經(jīng)過(guò)飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)型后,已吸附在樹(shù)脂上的鈾的硫酸鈾酰陰離子配合物基本上轉(zhuǎn)化為氯化鈾酰陰離子配合物,轉(zhuǎn)型溶液流出0.6個(gè)床體積時(shí),溶液中的硫酸根很快增加至近90g/L;轉(zhuǎn)型液流出1.5個(gè)床體積以后才能轉(zhuǎn)型基本完全,此時(shí)只有少量的未能轉(zhuǎn)化;到流出液達(dá)2.0個(gè)床體積后,溶液中硫酸根還有近40g/L,因此,必須轉(zhuǎn)型1.52.0個(gè)床體積以上,才不至于影響水解吸鈾的效果。3.3鈾的解吸轉(zhuǎn)型后樹(shù)脂的鈾容量約為43.7mg/g(干樹(shù)脂),用水解吸鈾,解吸的接觸時(shí)間為30min,用水解吸鈾時(shí),只要10個(gè)床體積就可以把鈾解吸完全,鈾主要集中在前1154.0個(gè)床體積之中,最高(U)可達(dá)到近14g/L,通過(guò)10個(gè)床體積的解吸,其解吸液中(U)可以降到幾十mg/L。如果取1.093.75個(gè)床體積作為鈾合格液(一般為2.66個(gè)床體積),合格液中平均的(U)為10.86g/L,(SO2-4)為4.96g/L,(Cl-)為30.80g/L。因此,在合格液中存在的主要離子除鈾以外大量的是氯離子,極少量鉬在水解吸鈾時(shí)進(jìn)入鈾的合格液中,(Mo)為30.6mg/L,鉬、鈾的質(zhì)量比約為0.003。鈾的解吸效率很高,達(dá)到98.9%97.7%,貧樹(shù)脂含鈾為0.51.0mg/g(干樹(shù)脂)。314鉬的解吸采用810g/L的氫氧化鈉溶液對(duì)鉬進(jìn)行單柱解吸,解吸接觸時(shí)間為30min。采用單柱解吸鉬,解吸液中最高(Mo)接近40g/L,且主要鉬的含量都集中在35個(gè)床體積中,其平均(Mo)接近20g/L,到78個(gè)床體積基本解吸完全,此時(shí)流出液中(Mo)100mg/L。雖然進(jìn)行單柱解吸,可能解吸液中的鉬濃度比較低,但是由于在合格液中還存在一定的堿度,為了充分利用堿度,可以讓鉬合格液返回再進(jìn)行解吸,通過(guò)多次返回解吸,就可以把鉬的合格液中的鉬質(zhì)量濃度提高到適合于制取四鉬酸銨所需要的沉淀的質(zhì)量濃度,如達(dá)6890g/L。鉬的解吸合格液中(U)為1030mg/L,鈾、鉬質(zhì)量比約為0.0003。鉬解吸率可達(dá)99.9%,貧鉬樹(shù)脂含鉬為0.050.2mg/g(干樹(shù)脂)。4結(jié)果與討論1)試驗(yàn)研究表明,從某鈾、鉬礦浸出液中回收分離鈾、鉬,采用弱堿性陰離子交換樹(shù)脂D2B同步吸附鈾、鉬飽和氯化鈉溶液轉(zhuǎn)型水解吸鈾氫氧化鈉或氫氧化銨溶液解吸鉬的離子交換流程是可行的,鈾、鉬在離子交換過(guò)程中的回收率分別達(dá)到95%和98%,鈾合格解吸液中鉬、鈾質(zhì)量比為0.0020.003,鉬合格解吸液中鈾、鉬的質(zhì)量比為0.0003,與浸出液相比,鈾合格解吸液中鈾與鉬的分離系數(shù)為350,鉬合格解吸液中鉬與鈾的分離系數(shù)可達(dá)3000。2)上述離