CO2+O2地浸采铀饱和树脂酸化技术与应用

介绍了CO₂+O₂地浸采铀和酸法地浸采铀的水冶回收工艺,依据新疆某地浸铀矿山的铀矿水冶工艺现状,提出将CO₂+O₂地浸采铀工艺下饱和树脂纳入酸法地浸水冶回收系统进行处理的酸化工艺。分析了CO₂+O₂浸出工艺下碳酸铀酰型饱和树脂的酸化转化机理,开展了以酸法水冶系统中淋洗剂、转型剂、洗涤合格液为酸化剂的搅拌浸泡试验。结果表明,酸法水冶系统中的洗涤合格液是符合工艺要求的酸化剂,可充分利用洗涤合格液中的剩余酸度对碳酸铀酰型饱和树脂进行转化,并将转化后树脂对铀的吸附容量由74.71 g/L提高至76.73 g/L,实现了与酸法水冶系统再饱和树脂的共同淋洗和转型。     

某CO2+O2地浸采铀场抽液钻孔氡浓度与释放量的估算

CO₂+O₂原位浸出采铀是第三代铀矿冶技术的典型代表，该技术在辐射防护方面具有氡释放量、所致公众有效剂量均明显低于非地浸铀矿山技术的特征。地浸抽液管是分布于地浸井场的半封闭体系，具有分散排放放射性气体氡的特点。针对目前缺乏地浸抽液钻孔氡释放量测量方法问题，本研究采用理论模型推算了氡浓度释放浓度特征，与现场实测数据进行验证。结果表明，CO₂+O₂原位浸出采铀场的抽液钻孔氡释放量为30.83 GBq/a,归一化释放量为0.085 TBq/tU。进一步证实了CO₂+O₂原位浸出采铀先进性，并为地浸采铀进一步控制氡释放量，降低辐射环境影响提供了方法借鉴与数据基础。     

不同地浸采铀工艺主要元素迁移强度与饱和状态研究

针对新疆某铀矿床矿石碳酸钙含量高的特点,为掌握酸法、碱法及CO₂+O₂中性3种原地浸出采铀工艺条件下主要元素的迁移强度和矿物饱和状态,开展了3种工艺条件下的室内及现场浸铀对比试验,并应用水文地球化学原理对碳酸钙与硫酸钙的饱和指数进行了计算。结果表明,酸法浸出时U、Ca、Mg、Al、Fe的迁移强度高于碱法及中性时的;碱法与中性浸出时,U的迁移强度基本相同,中性浸出Ca、Mg的迁移强度大于碱法,两种工艺下Fe、Al的迁移强度均弱于U、Ca、Mg。中性浸出时,硫酸钙始终未发生沉淀,pH值控制在6.6以下时,碳酸钙不会发生沉淀;碱法浸出时,碳酸钙不可避免地会发生沉淀;酸法浸出时,硫酸钙不可避免地会发生沉淀。对于该矿床,CO₂+O₂中性浸出工艺为首选,控制pH值在6.6以下可有效避免碳酸钙沉淀,确保铀正常浸出。     

铀水冶废渣氯化焙烧强化预处理提铀工艺研究

针对某铀水冶企业生产过程中产生的废渣(铀品位12.000%)浸出效果不佳、铀回收率低、至今尚未回收利用的现状,开展了低温氯化焙烧强化预处理-硝酸浸出试验研究,考察了焙烧温度、氯化钠添加量、焙烧时间、样品粒度等因素对铀浸出行为的影响。结果表明：在氯化钠添加量为样品量的20%、焙烧温度200℃、焙烧时间2 h、硝酸浓度7.4 mol/L、浸出温度80℃、浸出时间2 h的条件下,铀浸出率达到95.97%,与传统酸浸工艺相比,提高了19.52%。物相分析结果表明：经过氯化钠焙烧预处理后的废渣比表面积和孔隙率明显增加,促进了铀的解离,加大了铀与酸的接触面积,从而使得铀浸出率大幅提升。该工艺为铀水冶工艺废渣的回收利用提供了技术支撑。     

细菌氧化再生液逆流淋浸铀矿石的技术和应用

简述了氧化亚铁硫杆菌氧化再生菌浸液淋浸铀矿的过程、原理、作用、菌种驯化、菌浸液氧化再生方式、技术、设备和逆流淋浸方式等技术的应用,以及氧化亚铁硫杆菌在提铀工艺过程中的其它技术问题。实践证明,采用该技术淋浸铀矿,浸出率>95％,节省酸用量30％～50％,节省软锰矿(MnO_240％)2％。应用于原生矿和不便加固体氧化剂的堆置浸出时,同采用硫酸溶液淋浸相比较,在相同时间内浸出率高于40％;而在获得相同浸出率时,缩短时间约1/2,节省硫酸35％。     

Al2O3色层法从低浓铀靶件中分离99Mo条件研究

在裂变⁹⁹Mo的生产工艺中,常用Al₂O₃色层法分离纯化⁹⁹Mo。为建立Al₂O₃色层法从低浓铀(LEU)靶件中分离裂变⁹⁹Mo的工艺,考察吸附时间、温度、酸度、预处理方式等对Al₂O₃吸附Mo效果的影响。研究采用Al₂O₃色层法从不同浓度HNO₃溶液中分离Mo。测定Al₂O₃色层法对Al和主要杂质元素Sr、Ru、Zr、Te、Cs、I的去污系数。研究结果表明,在0.05~0.1 mol/L HNO₃介质中Al₂O₃对Mo有出色的吸附性能,Mo吸附率在99%以上,在NH₄OH溶液中Al₂O₃不吸附Mo。经500 ℃活化3 h预处理得到的Al₂O₃-C具有更大的比表面积,且在HNO₃浓度大于0.1 mol/L时相比于150 ℃活化3 h预处理得到的Al₂O₃-B以及未经高温预处理得到的Al₂O₃-A对于Mo有更好的吸附性能。采用该工艺,通过Al₂O₃色层法从模拟的LEU靶件溶液中提取Mo,Mo回收率大于90%,Al₂O₃色层法对裂变杂质元素Ru、Sr、Zr、Te、Cs等的去除率均大于99.99%,对¹³¹I的去除率大于92%。由此可见,Al₂O₃在HNO₃介质中对Mo的吸附率高,能够有效地去除⁹⁹Mo产品中的杂质核素,适用于从低浓铀靶件中分离裂变⁹⁹Mo。     

制备工艺对铀烧绿石基玻璃陶瓷固化体结构及性能的影响

针对锕系元素在玻璃陶瓷固化体中易残留于玻璃基体的不足,在传统的熔融 热处理玻璃陶瓷制备工艺基础上对工艺适当改进,研究工艺差异对玻璃陶瓷固化体物相结构的影响,并利用XRD、FT-IR、SEM-EDS、ICP-MS等分析手段对各种固化体的结构性能进行表征。实验结果表明：采用传统方法（工艺A）获得的GC1样品主要以钙长石（CaAl₂Si₂O₈）和钙铀氧化物（CaUO₄）为主相;当增加预烧结（工艺B）或球磨（工艺C）处理后,样品中CaUO₄相的生长得到一定抑制,铀烧绿石的析出量小幅增长;当预烧结和球磨技术联用（工艺D）时,获得的样品GC4中CaAl₂Si₂O₈和CaUO₄两相同时得到抑制,并析出大量的四方铀烧绿石相,且该相与最初设计的析出相组分基本吻合,U在烧绿石晶体结构中A位上的占比高达近0.75。去离子水中浸出14 d后,玻璃基体表面有微弱溶解,陶瓷相在浸出期间没有明显变化。     

超临界水氧化处理核电站废阴离子交换树脂研究

在间歇式超临界水氧化(SCWO)设备中,对粉碎处理后的阴离子交换树脂水悬浮液在超临界条件下进行了氧化降解处理。实验研究了反应温度、反应压力、反应时间、过氧系数对COD去除率的影响,同时考察了催化剂种类、反应压力和反应温度对氨氮去除率的影响。通过正交试验,得到主要因素对处理效果影响的显著程度排序为:反应温度>反应压力>反应时间>过氧系数。结果表明:在反应温度540 ℃、反应压力26 MPa、反应时间8 min、过氧系数3的条件下,COD去除率为99.65%。针对阴离子树脂中NH₃-N含量高难以去除的问题,选用不同的催化剂CuSO₄、MnO₂、CeO₂添加到反应体系中,结果表明对NH₃-N的氧化效果顺序为CuSO₄>CeO₂>MnO₂,对NH₃-N的最高降解率达到96.53%。     

凹凸棒石与硫酸亚铁协同吸附铀

通过静态吸附实验,研究了pH值、吸附时间、铀初始质量浓度、吸附剂用量等因素对凹凸棒石及凹凸棒石与硫酸亚铁协同吸附铀的影响,从热力学和动力学方面对吸附过程进行了分析,并通过红外光谱（IR）和扫描电镜（SEM）探讨了其吸附机理。结果表明,当温度为25 ℃、pH值为5.0、凹凸棒石投加量为15 g/L、铀初始质量浓度为100 mg/L、吸附反应30 min时,凹凸棒石对UO²⁺₂的吸附率达89.5%,饱和吸附量可达40.8 mg/g以上;加硫酸亚铁后,凹凸棒石和硫酸亚铁协同吸附铀的效果大幅提高,在25 ℃、pH值为6.5、凹凸棒石用量20 g/L、FeSO₄用量1 g/L、铀初始质量浓度为100 mg/L、吸附时间30 min时,凹凸棒石和硫酸亚铁协同对UO²⁺₂的吸附率达99.9%以上,经处理的含铀废水能达国标排放。凹凸棒石对UO²⁺₂的吸附遵循Langmuir吸附等温线;凹凸棒石及其协同体系对UO²⁺₂的吸附动力学模型符合准二级动力学方程。凹凸棒石吸附铀前后的红外光谱表明,凹凸棒石主要是通过羟基、胺基等基团与铀络合进行吸附的。     

高品位铀矿石堆浸研究

对主要以沥青铀矿形式存在的硅酸盐铀矿石,用二氧化锰作氧化剂,硫酸高铁溶液作浸出剂进行堆浸研究。采用两段逆流淋滤浸出,含铀和铁的浸出液返回中和预浸段,浸出液中铁沉淀在新矿石堆中。酸加到主浸段,溶解沉淀铁作为硫酸高铁浸出剂。与搅拌浸出比较,淋滤浸出节省酸21％、二氧化锰29％,铀提取率降低1.86％。     

铀矿石酸化-细菌柱浸的动力学分析

研究了沥青铀矿石酸化阶段和细菌浸出阶段体系中pH值、Eh值和浸出率随时间的变化规律,采用JMA动力学模型分析了酸化过程和细菌浸出过程的动力学行为特征。结果表明：在酸化阶段,同一级数中各酸化体系的pH值和浸出率随酸化时间的增加而升高,Eh值随酸化时间的增加而降低;在细菌浸出阶段,同一级数中各浸出体系的pH值、Eh值和浸出率随浸出时间的增加而升高;随着酸化级数和细菌浸出级数的增加,各酸化体系和浸出体系的pH值、Eh值和浸出率随时间的变化量减小。动力学分析结果表明：酸化阶段的动力学方程为-ln(1-α)=(0.534 9～0.310 3) t^{0.175 7～0.701 6},初、中期反应过程属于扩散控制,后期反应过程属于混合控制;细菌浸出阶段的动力学方程为-ln(1-α)=(0.132 5～0.002 3)•t^{0.212 7～2.033 0},初期反应过程属于扩散控制,中期反应过程属于混合控制,后期反应速率接近于零。     

硫粉量对铀矿石嗜酸氧化硫硫杆菌通气柱浸的影响

研究了铀矿石酸化-硫粉细菌通气柱浸体系的pH值、Eh值和铀离子浓度等参数随时间的变化规律,探索了铀矿石的浸出率与硫粉含量的关系。结果表明:在酸化阶段,同一酸化级数下各酸化体系的pH值和铀离子浓度随酸化时间的延长而升高,Eh值随酸化时间的延长而降低;随酸化级数的增加,各酸化体系的pH值、Eh值和铀离子浓度随酸化时间的延长变化量减小。在细菌浸出阶段,同一酸化浸出级数下各浸出体系的pH值、Eh值和铀离子浓度随浸出时间的延长而升高;随浸出级数的增加,各浸出体系的pH值和铀离子浓度的增长率减小,Eh值的增长率增大;硫粉加入量越大,浸出体系pH值降低的幅度越大,Eh值和铀离子浓度升高的幅度也越大。铀矿石的浸出率与硫粉含量呈正相关,硫粉含量为5g/L的浸出体系中,铀的浸出率高达95.45%。     

亚硝气用于1BP料液的调价

由1BP料液制备2AF料液的过程中需要氧化去除1BP中还原剂,同时将Pu(Ⅲ)氧化至Pu(Ⅳ)。以气液并流模式在玻璃填料柱中研究了亚硝气对模拟1BP料液中还原剂的氧化情形,考察了亚硝气用量、料液停留时间、HNO_3浓度和温度对模拟1BP料液中还原剂氧化率的影响。结果表明:25℃时,在羟胺、肼浓度均约为0.08mol/L,c(HNO_3)=1.5mol/L、ρ_0(U(Ⅳ))=1.26g/L、Pu(Ⅲ)(以Fe(Ⅱ)代替)质量浓度为8.76g/L的1BP料液中,当N_2O_4液体为还原剂总量的1.2倍(摩尔比)、停留时间为3min时,1BP料液中还原剂的氧化率达到99.9%以上,Pu(Ⅲ)的氧化率在99.9%以上。     

U3Si2粉末氟化制备UF4工艺研究

在元件生产过程中，不合格的含铀物料种类多、存量大，为了提高铀的可利用率，满足日益增多燃料元件生产任务所需物料的稳定供给，需要进行铀回收。本实验研究了将U₃Si₂粉末先煅烧氧化制成U氧化物，再将U氧化物与固体氟化铵反应制备UF₄的干法工艺，通过研究氟化物加入量、反应温度、反应时间等因素对产品UF₄质量的影响，摸索出最佳工艺参数。实验结果表明，U₃Si₂粉末煅烧氧化后与固体氟化铵或氟化氢铵反应能制备出符合质量要求的UF₄产品，反应温度在500℃左右、保温时间4.5 h可将UF₄中的UO₂F₂含量降到较低水平。      

四氧化三铁/氧化石墨烯纳米带复合材料对铀的吸附性能

以高锰酸钾/浓硫酸氧化法轴向切割多壁碳纳米管（MWCNTs）所制备的氧化石墨烯纳米带（GONRs）为原料,采用水热法制备了一种便于固液分离的功能性四氧化三铁/GONRs复合材料（MGONRs）,对其进行了SEM、FT-IR、XRD等表征,并考察了其对U(Ⅵ)的吸附性能。探讨了溶液pH值、MGONRs用量、铀初始浓度、吸附时间和温度对MGONRs吸附U(Ⅵ)的影响。结果表明：MGONRs对U(Ⅵ)的吸附过程是与pH值和时间相关的自发的吸热过程;吸附符合准二级动力学模型和Langmuir模型,MGONRs对U(Ⅵ)的吸附量可达123.2 mg/g,且具有良好的再生性能,有望用于从放射性废水中分离和回收铀。     

基于地球化学模拟分析杂质矿物对酸法地浸采铀的影响

为探明酸法地浸采铀过程中杂质矿物对铀浸出的影响,以分批浸出试验为基础,采用反应路径模拟探讨杂质矿物对铀浸出机制的影响,利用反应溶质运移模型探讨杂质矿物对铀浸出化学场时空特征的影响。模拟结果表明：方解石、黄铁矿、赤铁矿会与铀矿竞争酸,竞争由强至弱依次为方解石、赤铁矿、黄铁矿,其中黄铁矿在酸浸条件下溶解较弱,但生成的低价硫和亚铁离子能降低溶浸液的Eh值,导致铀浸出减少,赤铁矿在酸浸条件下因耗酸而降低溶浸液的酸度,但又促进黄铁矿的溶解,进而影响铀的浸出;在时间上,杂质矿物会使铀的溶解迁移存在不同程度的滞后,铀的溶解-沉淀旋回周期延长,整个模拟矿层沥青铀矿完全溶解时间更长,铀浸出速率降低;在空间上,杂质矿物会使模拟矿层中铀矿溶解范围减小,铀矿溶解-沉淀旋回过程中沉淀量增加,U（Ⅵ）迁移浸出所需时间延长,浸出铀的迁移累积峰值变化不同。     

氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌在四价铀浸出中作用研究

采用广东某矿低品位铀矿石,在相同的培养条件下,研究了氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌对U4 的浸出作用。研究结果表明,在氧化亚铁硫杆菌作用下铀的浸出率比在氧化硫硫杆菌作用下高21.34%;氧化亚铁硫杆菌为UO2的氧化提供了高效氧化剂,而氧化硫硫杆菌则显著降低了浸矿体系的pH值,对UO22 的络合析出非常有利。因此,氧化亚铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌对U4 的浸出具有互补作用。