一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法
2023-06-01 22:52:56
專利名稱：一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法
技術領域：
本發明涉及冶金技術領域，具體涉及一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法。
背景技術：
經濟的發展推動了對能源的需求，核電作為清潔的能源越來越受到重視，從而加大了對核燃料的需求量。目前國內在鈾的開發上只集中於常規鈾礦的開發，以單純的鈾礦石為原料製備重鈾酸銨的工藝流程已經實現工業化。面對能源緊缺和鈾礦資源緊缺的現狀，從非常規鈾資源中提取鈾的技術開始受到關注。鈾通常與鈮、鉭伴生，鈮鉭精礦中含有一定濃度的鈾，因產地不同鈾的含量也有所差異。工業上採用氫氟酸和硫酸溼法冶金工藝從鈮鉭精礦中提取有用成分鈮和鉭。研究表明伴生的鈾大部分流向鈮鉭尾渣中，並得到富集，含量約在0. 08% 0. 4%之間，達到經濟開採的標準。但鈮鉭尾渣中含有餘酸(氫氟酸，硫酸)、有機組分(MIBK等)和無機組分(鐵，鋁等)，對鈾的提取造成很大的困難，如萃取時乳化現象嚴重、陰離子交換樹脂中毒等。由於目前沒有有效的提取技術，生產企業一般是將該類鈮鉭尾渣封存，不但帶來放射性汙染，也使得該類鈾資源不能得到充分地利用。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法。為實現上述目的，本發明的技術方案如下一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，包括以下步驟步驟一，硫酸浸出，向100重量份的用硫酸、氫氟酸處理過的含鈾鈮鉭浸出尾渣中加入50 200重量份的去離子水，間歇攪拌浸出，以浸出尾渣中游離態的鈾，1 池後過濾得到含鈾浸出液和固體渣；向固體渣中加入50 200重量份的去離子水及1 20重量份的濃度為98%的濃硫酸，攪拌浸出2 證，將尾礦中被包裹的鈾浸出，過濾得到含鈾浸出液和固體渣；重複上述加入硫酸攪拌浸出的操作，直至固體渣中鈾含量小於82ug/g;檢測各次含鈾浸出液中鈾的濃度，將鈾濃度大於800mg/L的浸出液合併，用於下一步驟的萃取提鈾，將濃度低於800mg/L的浸出液循環使用，用於浸出下一批次的固體渣。步驟二，對步驟一中合併後的浸出液進行萃取，萃取劑組成為3 10%的二(2-乙基己基)膦酸，1 3%的高碳醇和88 94%的磺化煤油；萃取相比(0/W)為1/5 1/10， 接觸時間為5 lOmin，澄清時間為10 60min，萃取級數為3 6級，萃取至無機相中U < 0. 005g/L 為止。步驟三，反萃取，每100重量份的含鈾有機相中加入20 40重量份2 6%的硫酸溶液進行洗滌，以除去有機相中連同鈾一起被萃取的鐵等雜質，洗滌兩次後進行反萃取， 反萃液為5 15%的碳酸銨溶液，反萃取級數為3 5級，反萃取相比為2/1 8/1，反萃接觸時間為10 20min，反萃澄清時間為10 60min ；將反萃取得到的反萃液合併後加熱煮沸後，不斷加入50 %的氨水，加至鐵的含量少於lOug/mL後，靜置澄清後過濾，得到含鈾清液和主要成分為氫氧化鐵的固體沉澱；加熱含鈾清液至煮沸，逐漸加入10%氫氧化鈉溶液沉澱鈾，加至沉澱不再生成為止，靜置M小時後過濾，得到黃色沉澱即為鈾的粗產品。步驟四，提純——萃取，由於步驟三製得的鈾的粗產品中含有雜質元素，需進一步提純處理；往步驟三製得的鈾的粗產品中加入2 溶解，直至固體完全溶解；將得到的含鈾溶液作為萃原液，進行萃取，萃取劑組成為3 10% N235U 5%的壬醇和85 96%的磺化溶劑煤油；萃取相比(0/W)為1/5 1/10，接觸時間為5 IOmin ；澄清時間 10 60min ；萃取級數3 6級。步驟五，提純一反萃取，用有機相體積的20 40%的洗滌步驟四製得的有機相2 5次後，用2 15%的碳酸銨溶液進行反萃取，反萃相比(0/W) ；2/1 5/1 ；反萃接觸時間10 20min ；反萃澄清時間為10 60min，反萃取級數為3 6級。將反萃取後得到的含鈾溶液加熱煮沸，逐漸加入10%氫氧化鈉溶液沉澱鈾，加至沉澱不再生成為止， 冷卻靜置24h後過濾，最終得到重鈾酸鈉固體產品沉澱。進一步，上述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其中，步驟二中萃取劑組成為8%的二 O-乙基己基)膦酸、2%的壬醇和90%磺化溶劑煤油。進一步，上述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其中，步驟三中反萃劑組成為10%的碳酸銨溶液。進一步，上述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其中，步驟四中萃取劑組成為5%的N235、l%的壬醇和94%的磺化溶劑煤油。進一步，上述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其中，步驟五中反萃劑組成為6%的碳酸銨溶液。進一步，上述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其中，萃取後的萃餘液可以用於步驟一的返回浸出，反萃後的有機相可以用2 6%的硫酸溶液再生後得到酸化的有機相和含鈾的水相，分別循環使用，，提高經濟效益。和現有技術相比，本發明的有益效果如下(1)本發明採用交叉浸出路線，將鈾含量較低的浸出液返回另一批次的尾渣中浸出，減少了原材料消耗；(2)處理採用本發明的方法處理含鈾的鈮鉭浸出尾渣，無需開採、選礦等前處理工藝，在實際工藝中減少了能耗； (3)本發明採用兩步液-液萃取技術，解決了從複雜基體中提取鈾的工藝難題，成功製得了合格鈾產品，回收率大於85%。
具體實施例方式含鈾的鈮鉭浸出尾礦樣品從寧夏某鉭業股份有限公司獲得，其鈾含量在0. 08% 0.4%，隨機取不同批次的鈮鉭浸出尾礦混合均勻，分為多組進行以下操作實施實例1步驟一，硫酸浸出，稱取上述鈮鉭尾礦樣500g於2000mL玻璃燒杯中，加入500mL 去離子水，每隔30min攪拌一次，間歇攪拌浸出尾渣中游離態的鈾，連續浸出2h後過濾，得到含鈾浸出液和固體渣；向固體渣中加入500mL去離子水及IOmL濃硫酸，每30min攪拌一次，連續浸出3h，過濾得到含鈾浸出液及固體渣；重複上一步操作8次後測得的固體渣中鈾的含量小於82ug/g，第8次硫酸浸出液中鈾的含量小於lOOug/mL，此時鈾的浸出率大於 90% ；檢測各次浸出液中鈾的濃度，將濃度大於800mg/L的含鈾清液合併，用於下一步驟的萃取提鈾；將濃度低於800mg/L的浸出液循環使用，用於浸出下一批次的固體渣，直至浸出液中鈾的含量大於800mg/L ；將鈾含量小於82ug/g的固體渣密封貯存。步驟二，對步驟一中合併後的浸出液(鈾濃度大於800mg/L)進行萃取，用500mL 的分液漏鬥分批次進行，每次移取400mL浸出液於分液漏鬥中，加入SOmL萃取劑進行萃取操作，萃取劑組成為6%的二乙基己基)膦酸，3%的壬醇3%和91%的磺化溶劑煤油， 萃取級數為3級，萃取相比(0/W) :1/5，劇烈震蕩分液漏鬥5min，放置澄清30min後，分離水相和有機相，3級萃取操作後測得無機相中U < 0. 005g/L。步驟三，反萃取，每次移取400mL萃取後的有機相於500mL分液漏鬥中，用5% H2SO4溶液IOOmL分兩次進行洗滌；再用10%碳酸銨反萃，反萃取相比(0/W)為5/1，反萃時劇烈震蕩分液漏鬥lOmin，放置澄清15min，反萃級數為3級。將反萃液合併在電熱板上煮沸後加入50mL 50%的氨水(濃氨水水的體積比為1 1)，持續煮沸lOmin，加至鐵的含量少於lOug/mL後，靜置沉澱60min後過濾得到含鈾清液和主要成分為氫氧化鐵的固體沉澱，加熱含鈾清液至煮沸，向含鈾清液中加入10%氫氧化鈉溶液沉澱鈾，加至沉澱不再生成為止，靜置M小時後過濾，得到鈾的粗產品重鈾酸鈉沉澱。步驟四，提純——萃取，採用N235作萃取劑對步驟三製得的鈾的粗產品進行進一步純化。往步驟三製得的鈾的粗產品中加入5% WH2SO4溶解，直至固體完全溶解，將得到的含鈾溶液為萃原液，進行萃取，萃取劑組成為3%的N235、2%的壬醇和95%的磺化溶劑煤油，萃取相比(0/W) :1/5;萃取時劇烈震蕩分液漏鬥lOmin，放置澄清30min，萃取級數為 5級，5級萃取操作後萃餘水相中鈾的含量小於0. 001g/L。步驟五，提純——反萃取，用5% H2SO4溶液60mL分3次洗滌步驟四製得的200mL 有機相後，用15%碳酸銨反萃有機相中的鈾，反萃取相比(0/W) :2/1，劇烈震蕩分液漏鬥 lOmin，放置澄清30min，反萃取級數為3級。3級反萃後鈾的萃取回收率大於95%。加熱含鈾的反萃水相至煮沸，逐漸加入10%氫氧化鈉溶液沉澱鈾，加至沉澱不再生成為止，冷卻靜置24h後過濾，最終得到重鈾酸鈉固體產品沉澱。在本實施例中使用ICP-AES法測量鈾含量和鐵雜質含量。鈾的總回收率大於 85%，檢測產品中雜質含量，鐵、鈣、鎂、鉀、釷、磷均符合國家相應要求。實施例2實施例2的操作條件和步驟同實施例1，其區別在於(1)步驟一中的去離子水為IOOOmL,濃硫酸為90mL ；經過4次浸出，固體渣中鈾的含量小於82ug/g，鈾的浸出率大於90%。(2)步驟二中加入60mL萃取劑進行萃取，萃取劑組成為3%的二乙基己基) 膦酸、3%的壬醇和94%的磺化溶劑煤油，萃取相比(0/W) :1/5，劇烈震蕩分液漏鬥lOmin， 放置澄清10min，5級萃取操作後測得無機相中U < 0. 005g/L。(3)步驟三中用2% H2SO4溶液IOOmL分兩次進行洗滌；再用5%碳酸銨反萃，反萃取相比(0/W)為2/1 ；反萃時劇烈震蕩分液漏鬥20min，放置澄清30min，反萃級數為5級， 萃取回收率大於95%。(4)步驟四中的萃取劑組成為5%的N235、l%的壬醇和94%的磺化溶劑煤油，反萃取相比(0/W)為1/10 ；萃取時劇烈震蕩分液漏鬥5min，放置澄清lOmin，萃取級數為3級； 第3級萃餘水相中鈾的含量小於0. 005g/L。(5)步驟五中的洗滌液為2% H2SO4溶液80mL ；有機相中的鈾用2%碳酸銨反萃，反萃取相比(0/W) :5/1，劇烈震蕩分液漏鬥20min，放置澄清60min，反萃取級數為6級。6級反萃後鈾的萃取回收率大於90%。檢測重鈾酸鈉固體產品雜質含量，鐵、鈣、鎂、鉀、釷、磷均符合國家相應要求。實施例3實施例3的操作條件和步驟同實施例1，其區別在於(1)步驟一中的加入的去離子水為IOOOmL,濃硫酸為50mL ；經過6次浸出，固體渣中鈾的含量小於82ug/g，鈾的浸出率大於90%。(2)步驟二中加入40mL進行萃取，萃取劑組成為8%的二 O-乙基己基)膦酸，2% 的壬醇和90%磺化溶劑煤油，放置澄清50min，6級萃取操作後測得無機相中U < 0. 005g/ L0(3)步驟三中用2% H2SO4溶液IOOmL分兩次進行洗滌；再用15%碳酸銨反萃，反萃取相比(0/W)為8/1 ；反萃時劇烈震蕩分液漏鬥15min，放置澄清90min ；反萃級數為5級， 萃取回收率大於95%。(4)步驟四中的萃取劑由10% N235，l%壬醇和89%磺化溶劑煤油組成；萃取級數3級；放置澄清50min ；第3級萃餘水相中鈾的含量小於0. 001g/L。(5)步驟五中有機相中的鈾用6%碳酸銨反萃，反萃取相比(0/t) :4/1，劇烈震蕩分液漏鬥lOmin，放置澄清20min，反萃取級數為5級。5級反萃後鈾的萃取回收率大於 95%。檢測重鈾酸鈉固體產品雜質含量，鐵、鈣、鎂、鉀、釷、磷均符合國家相應要求。為了提高利用率，上述實施例中萃取後的萃餘液可以用於步驟一的返回浸出，反萃後的有機相可以用2 6%的硫酸溶液再生後得到酸化的有機相和含鈾的水相，分別循環使用，提高經濟效益。上面對本發明的實施例對作了詳細說明，上述實施方式僅為本發明的最優實施例，但是本發明並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。
權利要求
1.一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，包括以下步驟步驟一，硫酸浸出，向100重量份的用硫酸、氫氟酸處理過的含鈾鈮鉭浸出尾渣中加入 50 200重量份的去離子水，間歇攪拌浸出，1 池後過濾得到含鈾浸出液和固體渣；向固體渣中加入50 200重量份的去離子水及1 20重量份的濃度為98%的濃硫酸，攪拌浸出2 證，過濾得到含鈾浸出液和固體渣；重複上述加入硫酸攪拌浸出的操作，直至固體渣中鈾含量小於82ug/g ；檢測各次含鈾浸出液中鈾的濃度，將鈾濃度大於800mg/L的浸出液合併，用於下一步驟的萃取提鈾，將濃度低於800mg/L的浸出液循環使用，用於浸出下一批次的固體渣；步驟二，對步驟一中合併後的浸出液進行萃取，萃取劑組成為3 10%的二乙基己基)膦酸，1 3%的高碳醇和88 94%的磺化煤油；萃取相比(0/W)為1/5 1/10， 接觸時間為5 lOmin，澄清時間為10 60min，萃取級數為3 6級，萃取至無機相中U < 0. 005g/L 為止；步驟三，反萃取，每100重量份的含鈾有機相中加入20 40重量份2 6%的硫酸溶液進行洗滌，洗滌兩次後進行反萃取，反萃液為5 15%的碳酸銨溶液，反萃取級數為3 5 級，反萃取相比為2/1 8/1，反萃接觸時間為10 20min，反萃澄清時間為10 60min ；將反萃取得到的反萃液合併後加熱煮沸後，不斷加入50%的氨水，加至鐵的含量少於IOug/ mL後，靜置澄清後過濾，得到含鈾清液和主要成分為氫氧化鐵的固體沉澱；加熱含鈾清液至煮沸，逐漸加入10%氫氧化鈉溶液沉澱鈾，加至沉澱不再生成為止，靜置M小時後過濾， 得到黃色沉澱即為鈾的粗產品；步驟四，提純——萃取，由於步驟三製得的鈾的粗產品中含有雜質元素，需進一步提純處理；往步驟三製得的鈾的粗產品中加入2 溶解，直至固體完全溶解；將得到的含鈾溶液作為萃原液，進行萃取，萃取劑組成為3 10% N235、l 5%的壬醇和85 96% 的磺化溶劑煤油；萃取相比(0/W)為1/5 1/10，接觸時間為5 IOmin ；澄清時間10 60min ；萃取級數3 6級；步驟五，提純——反萃取，用有機相體積的20 40%的洗滌步驟四製得的有機相2 5次後，用2 15%的碳酸銨溶液進行反萃取，反萃相比(0/W) 2/1 5/1 ；反萃接觸時間10 20min ；反萃澄清時間為10 60min，反萃取級數為3 6級。將反萃取後得到的含鈾溶液加熱煮沸，逐漸加入10%氫氧化鈉溶液沉澱鈾，加至沉澱不再生成為止，冷卻靜置24h後過濾，最終得到重鈾酸鈉固體產品沉澱。
2.如權利要求1所述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其特徵在於步驟二中萃取劑組成為8%的二乙基己基)膦酸、2%的壬醇和90%磺化溶劑煤油。
3.如權利要求1所述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其特徵在於步驟三中反萃劑組成為10%的碳酸銨溶液。
4.如權利要求1所述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其特徵在於步驟四中萃取劑組成為5%的N235、l%的壬醇和94%的磺化溶劑煤油。
5.如權利要求1所述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其特徵在於步驟五中反萃劑組成為6%的碳酸銨溶液。
6.如權利要求1所述的一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，其特徵在於萃取後的萃餘液可以用於步驟一的返回浸出，反萃後的有機相可以用2 6%的硫酸溶液再生後得到酸化的有機相和含鈾的水相，分別循環使用。
全文摘要
一種從含鈾的鈮鉭浸出尾渣中提取鈾的方法，包括硫酸浸出、萃取、反萃取、提純——萃取和提純——反萃取等步驟。和現有技術相比，本發明減少了原材料消耗，無需開採、選礦等前處理工藝，在實際工藝中減少了能耗，解決了從複雜基體中提取鈾的工藝難題，成功製得了合格鈾產品。
文檔編號C22B7/00GK102312094SQ20101021894
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優先權日2010年7月7日
發明者夭華, 張彥輝, 曾青雲, 李伯平, 李子穎, 武朝暉, 王志明, 郭冬發 申請人:核工業北京地質研究院