專利名稱：利用超聲波的高效鈾浸出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈾浸出方法，尤其涉及通過(guò)在含有鈾的礦物中添加硫酸的同時(shí)施加超聲波而提高鈾的浸出效率的利用超聲波的高效鈾浸出方法。
背景技術(shù)：
將鈾礦石浸出到硫酸水溶液時(shí)，鈾礦石中含有的氧化鈾通過(guò)三價(jià)鐵離子0 3+)而氧化成氧化鈾正離子(UO22+)并浸出為水溶液。但是，如果將含有鈾的黑色粘板巖礦石添加到硫酸水溶液而進(jìn)行浸出反應(yīng)，需要黑色粘板巖礦石中所含有的鐵成分首先被硫酸水溶液溶解才能使鐵成分氧化鈾而使鈾浸出到水溶液，這個(gè)過(guò)程很慢，大約需要數(shù)十至數(shù)百小時(shí)的時(shí)間，因此導(dǎo)致鈾浸出時(shí)間很長(zhǎng)且浸出率低下的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個(gè)目的在于提供一種高效的鈾浸出方法，在含有鈾的礦物中添加混合水、硫酸、氧化劑及硫酸鐵而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)，并在上述浸出反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)施加超聲波而使鈾的浸出效果最大化。本發(fā)明的另一目的在于提供一種高效的鈾浸出方法，在含有鈾的黑色粘板粉末及水投入到反應(yīng)槽內(nèi)之后，在上述反應(yīng)槽內(nèi)添加混合硫酸及氧化劑的同時(shí)通過(guò)施加超聲波而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)而使鈾的浸出效果最大化。為了實(shí)現(xiàn)上述一個(gè)目的的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的根據(jù)施加超聲波的高效的鈾浸出方法的特征在于，在含有鈾的礦物中添加混合水、硫酸、氧化劑及硫酸鐵而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)，并在上述浸出反應(yīng)過(guò)程中施加超聲波。優(yōu)選地，在上述浸出反應(yīng)過(guò)程中，pH值控制成1 2，氧化還原電位控制成450 600mV。在上述浸出反應(yīng)過(guò)程中，以硫酸控制上述pH，以氧化劑的投入量調(diào)節(jié)上述氧化還原電位。優(yōu)選地，上述硫酸鐵添加2 5g/l。優(yōu)選地，上述浸出反應(yīng)在20 40°C的溫度下進(jìn)行。
上述混合以250 550rpm攪拌。優(yōu)選地，上述超聲波施加10 90W的輸出電壓。上述浸出反應(yīng)過(guò)程中，浸出速度為1. Oppm/min以上及氧化劑消耗量為27. Og/Ι以下。優(yōu)選地，上述氧化劑是二氧化錳(MnO2)。優(yōu)選地，上述礦物是黑色粘板巖。為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的根據(jù)施加超聲波的高效的鈾浸出方法的特征在于，包括步驟a)將含有鈾的黑色粘板巖粉碎而準(zhǔn)備含有鈾的黑色粘板粉末；步驟b)將上述含有鈾的黑色粘板粉末及水投入到反應(yīng)槽內(nèi)；及步驟C)在上述反應(yīng)槽內(nèi)添加混合硫酸及氧化劑的同時(shí)施加超聲波而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)。上述a)步驟過(guò)程中，進(jìn)行粉碎而使上述含有鈾的黑色粘板粉末具有20 250目 (mesh)的平均粒度。上述c)步驟過(guò)程中，優(yōu)選地，在上述反應(yīng)槽內(nèi)還投入硫酸鐵。上述硫酸鐵添加2 5g/l。上述c)步驟過(guò)程中，優(yōu)選地，上述浸出反應(yīng)在20 40°C的溫度下進(jìn)行。
上述氧化劑使用二氧化錳(MnO2)。上述c)步驟過(guò)程中，上述混合以250 550rpm攪拌。上述c)步驟過(guò)程中，上述超聲波施加10 90W的輸出電壓。上述c)步驟過(guò)程中，上述施加超聲波通過(guò)將發(fā)生超聲波的超聲波裝置裝入反應(yīng)槽內(nèi)而進(jìn)行施加。上述施加超聲波可以以將上述超聲波裝置向水平方向移動(dòng)而施加的掃描方式進(jìn)行。上述c)步驟過(guò)程中，浸出速度為1. Oppm/min以上及氧化劑消耗量為27. Og/Ι以下。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在含有鈾的礦物中添加混合水、硫酸、氧化劑及硫酸鐵而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)，并在上述浸出反應(yīng)過(guò)程中持續(xù)地施加超聲波而將通過(guò)空腔化(cavitation) 的混合效果及有效沖突頻率的增加效果僅以微量的氧化劑就能夠?qū)⑩櫟慕鲂Ч畲蠡?br>

圖1是概略地表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用超聲波的高效鈾浸出方法的工序順序圖；圖2是概略地表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用超聲波的高效鈾浸出方法的工序模式圖；圖3是表示對(duì)實(shí)施例及比較例的根據(jù)浸出時(shí)間的鈾浸出率的圖表；圖4是表示對(duì)實(shí)施例及比較例的根據(jù)鈾浸出量的氧化劑投入量的圖表。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖及詳細(xì)敘述的實(shí)施例就可以明確本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及特征，及其實(shí)現(xiàn)的方法。但是，本發(fā)明不會(huì)被下面公開(kāi)的實(shí)施例而限定而是以不同的多種方式實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例僅僅使本發(fā)明的公開(kāi)完整，并對(duì)本發(fā)明所屬領(lǐng)域的完全技術(shù)人員告知發(fā)明的范疇而提供，本發(fā)明僅以權(quán)利要求的范疇而被定義。在整個(gè)說(shuō)明書中相同的參照符號(hào)代表相同的構(gòu)成要素。下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的利用超聲波的高效的鈾浸出方法如下。圖1是概略地表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用超聲波的高效鈾浸出方法的工序順序圖。圖2是概略地表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用超聲波的高效鈾浸出方法的工序模式圖。
參照?qǐng)D1及圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用超聲波的高效的鈾浸出方法包括準(zhǔn)備黑色粘板粉末的步驟(Slio)、投入到反應(yīng)槽的步驟(S120)及進(jìn)行浸出反應(yīng)的步驟(S130)。準(zhǔn)備黑色粘板粉末的步驟在準(zhǔn)備黑色粘板粉末的步驟(SllO)中粉碎含有鈾的黑色粘板巖而準(zhǔn)備含有鈾的黑色粘板粉末。此時(shí)，優(yōu)選地，上述含有鈾的黑色粘板粉末粉碎成具有20 250目(mesh)的平均粒度。如果，上述黑色粘板粉末的平均粒度不到20目會(huì)導(dǎo)致過(guò)多地消耗粉碎費(fèi)用，相反，黑色粘板粉末的平均粒度超過(guò)250目時(shí)浸出效果會(huì)變得微弱。投入到反應(yīng)槽的步驟投入到反應(yīng)槽的步驟(S120)中將含有鈾的黑色粘板粉末及水投入到反應(yīng)槽100 內(nèi)。此時(shí)，優(yōu)選地，在上述反應(yīng)槽100內(nèi)適當(dāng)投入含有鈾的黑色粘板粉末及水，應(yīng)該是不會(huì)從反應(yīng)槽溢出的程度。在上述反應(yīng)槽100內(nèi)還可以配置氧化還原電位電極110及pH電極120，優(yōu)選地，這種氧化交換電位電極110及PH電極120裝入為在相鄰的位置互相面對(duì)。這種氧化還原電位電極110及pH電極120的周圍還可以配置投入后述的硫酸的硫酸投入口 130及投入氧化劑的氧化劑投入口 140。并且，雖然在附圖中未顯示，在上述氧化還原電位電極110及pH電極120周圍還可以配置投入氧化鐵的氧化鐵投入口(未圖示)。進(jìn)行浸出反應(yīng)的步驟進(jìn)行浸出反應(yīng)的步驟(S130)中在反應(yīng)槽100內(nèi)添加混合硫酸及氧化劑的同時(shí)施加超聲波而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)。此時(shí)，硫酸及氧化劑對(duì)比含有鈾的礦物和水的整個(gè)重量部分別以1 IOg/1及37 39g/l含量比添加。此時(shí)，在上述反應(yīng)槽100內(nèi)還可以添加硫酸鐵，優(yōu)選地，這種硫酸鐵對(duì)比含有鈾的礦物和水的整個(gè)重量部添加2 5g/l。上述硫酸、氧化劑及硫酸鐵分別通過(guò)硫酸投入口 130、氧化劑投入口 140及硫酸鐵投入口而添加到反應(yīng)槽100內(nèi)。如果，反應(yīng)槽100內(nèi)的整個(gè)混合水(170)，即硫酸鐵的添加量對(duì)比含有鈾的礦物和水的整個(gè)重量部添加不到2g/l時(shí)，會(huì)導(dǎo)致根據(jù)硫酸鐵的添加的鈾浸出效果微弱，相反硫酸鐵的添加量超過(guò)5g/l時(shí)由于過(guò)度添加硫酸鐵而發(fā)生費(fèi)用上升問(wèn)題。上述混合水170的pH控制成1 2，氧化還原電位 (oxidationreductionpotential :0RP)控制成 450 600mV。此時(shí)，通過(guò)硫酸控制上述 pH， 通過(guò)氧化劑的投入量調(diào)節(jié)上述氧化還原電位。此時(shí)，作為上述氧化劑利用二氧化錳(MnO2)。還有，優(yōu)選地，上述浸出反應(yīng)在20 40°C的溫度下進(jìn)行，上述混合以250 550rpm攪拌。如此，優(yōu)選地，供給到反應(yīng)槽100內(nèi)的混合水170以不會(huì)從反應(yīng)槽100溢出的程度的速度通過(guò)攪拌機(jī)150的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使其攪拌一定時(shí)間。并且，優(yōu)選地，上述浸出反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行0. 1 3小時(shí)。此時(shí)，在本發(fā)明的情況下，浸出反應(yīng)時(shí)間能夠縮短到三小時(shí)以內(nèi)起因于后述的根據(jù)施加超聲波的空腔化(cavitation) 效果，對(duì)此的詳細(xì)說(shuō)明將在后面敘述。在根據(jù)本發(fā)明的鈾浸出反應(yīng)時(shí)，通過(guò)硫酸及硫酸鐵浸出含有鈾的黑色粘板粉末時(shí)，由于狗3+將UO2氧化成UO22+，此時(shí)包含于黑色粘板粉末的3價(jià)鐵離子參與浸出反應(yīng)。S卩，在上述含有鈾的黑色粘板粉末添加混合水、硫酸、氧化劑及硫酸鐵的混合水中共存的三價(jià)鐵離子產(chǎn)生浸出反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如下述化學(xué)式1、2的反應(yīng)。[化學(xué)式1]FeS+402+2H2S04 — FeS04+2H2S04[化學(xué)式2]2FeS2+702+2H20 — 2FeS04+2H2S04上述溶解的!^eSO4通過(guò)氧化劑變成!^e2 (SO4)3，并發(fā)生如下述化學(xué)式3、4、5的反應(yīng)。[化學(xué)式3]4FeS04+02+2H2S04 — 2Fe2 (SO4) 3+2H20[化學(xué)式4]2FeS04+Mn02+2H2S04 — Fe2 (SO4) 3+MnS04+2H20[化學(xué)式5]U02+Fe2 (SO4) 3 — U02S04+2FeS04還有，鈾的浸出反應(yīng)會(huì)發(fā)生如下述化學(xué)式6的反應(yīng)。[化學(xué)式6]U02+2Fe3+ — U022++2Fe2+由此，上述!^e2 (SO4) 3溶解鈾。另外，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高效的鈾浸出方法的情況下，其特征在于在反應(yīng)槽 100內(nèi)添加混合硫酸及氧化劑的同時(shí)施加超聲波而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)。此時(shí)，優(yōu)選地，超聲波施加10 90W的輸出電壓。如果，超聲波的輸出電壓不到 IOW時(shí)，由于根據(jù)施加超聲波的空腔化(cavitation)效果微弱而無(wú)法順利進(jìn)行浸出反應(yīng)， 相反，超聲波的輸出電壓超過(guò)90W而施加時(shí)由于過(guò)度施加超聲波而導(dǎo)致浸出的鈾再次減少的問(wèn)題。如此，在上述的浸出反應(yīng)過(guò)程中，對(duì)混合水持續(xù)地施加超聲波時(shí)，能夠通過(guò)空腔化的混合效果及有效沖突頻率的增加效果而加快浸出速度使鈾的浸出效果最大化，從而具有縮短浸出反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。特別是，在上述浸出反應(yīng)時(shí)，優(yōu)選地，通過(guò)將超聲波裝置160的端部組件裝入反應(yīng)槽100內(nèi)而施加超聲波。如此，將上述超聲波裝置160的端部組件裝入反應(yīng)槽100內(nèi)而直接照射超聲波時(shí)，存在可以使施加到混合水170的超聲波強(qiáng)度大而將超聲波效果最大化的優(yōu)點(diǎn)。此時(shí)，上述可以以移動(dòng)超聲波裝置160而施加超聲波的掃描方式(scantype)進(jìn)行，通過(guò)這種掃描方式可以調(diào)節(jié)成對(duì)反應(yīng)槽100內(nèi)的整個(gè)部分均勻地施加超聲波。由此，如本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)利用超聲波的鈾浸出方法而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)時(shí)，可具有浸出速度1. Oppm/min以上及氧化劑消耗量27. Og/Ι以下。如上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用超聲波的鈾浸出方法通過(guò)在含有鈾的礦物中添加混合水、硫酸、氧化劑及硫酸鐵而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)，并在上述浸出反應(yīng)時(shí)持續(xù)地施加超聲波通過(guò)空腔化(cavitation)的混合效果及有效沖突頻率的增加效果具有以微量的氧化劑就可以將鈾的浸出效果最大化的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例將含有鈾的600g黑色粘板巖粉碎成40目而準(zhǔn)備含有鈾的黑色粘板粉末。然后在含有上述鈾的黑色粘板粉末添加蒸餾水4001、硫酸鐵1. 5g/l及硫酸3g/l而制造混合水。 將上述混合水以400rpm攪拌的同時(shí)持續(xù)地施加超聲波而進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的浸出反應(yīng)。此時(shí)， 在進(jìn)行浸出反應(yīng)期間添加硫酸和二氧化錳，從而維持浸出反應(yīng)溫度為30°C，上述混合水的 PH為2.0，還有氧化還原電位為550mV?？偟慕龇磻?yīng)進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)，并在每三十分鐘或者一個(gè)小時(shí)采取樣本而過(guò)濾后通過(guò)ICP分析溶液而得到鈾浸出率。比較例將含有鈾的600g黑色粘板巖粉碎成40目而準(zhǔn)備含有鈾的黑色粘板粉末。然后在含有上述鈾的黑色粘板粉末添加蒸餾水4001、硫酸鐵3. 5g/l及硫酸3g/l而制造混合水。 將上述混合水以400rpm攪拌的同時(shí)沒(méi)有施加超聲波而進(jìn)行三個(gè)小時(shí)的浸出反應(yīng)。此時(shí)，在進(jìn)行浸出反應(yīng)期間添加硫酸和二氧化錳，從而維持浸出反應(yīng)溫度為30°C，上述混合水的pH 為2. 0，還有氧化還原電位為550mV?？偟慕龇磻?yīng)進(jìn)行三個(gè)小時(shí)，并在每三十分鐘或者一個(gè)小時(shí)采取樣本而過(guò)濾后通過(guò)ICP分析溶液而得到鈾浸出率。圖3是表示對(duì)實(shí)施例及比較例的根據(jù)浸出時(shí)間的鈾浸出率的圖表。圖4是表示對(duì)實(shí)施例及比較例的根據(jù)鈾浸出量的氧化劑投入量的圖表。如圖3所示，可以確認(rèn)雖然在實(shí)施例的硫酸鐵的投入量比比較例其投入的量要少，但是根據(jù)時(shí)間經(jīng)過(guò)的浸出率全面上升。并且，如圖4所示可以得知，在實(shí)施例的情況下，氧化劑投入量根據(jù)鈾的浸出量逐漸增加并在投入一定量以上時(shí)，由于實(shí)際反應(yīng)中所利用的量的增加而使氧化劑投入量減少，而在比較例的情況下與鈾的浸出量成比例，氧化劑投入量持續(xù)增加。表1是比較根據(jù)實(shí)施例及比較例的浸出速度和氧化劑消耗量及利用率而表示的。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種高效的鈾浸出方法，其特征在于，在含有鈾的礦物中添加混合水、硫酸、氧化劑及硫酸鐵而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)，并在所述浸出反應(yīng)過(guò)程中施加超聲波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，在所述浸出反應(yīng)過(guò)程中，PH值控制成1 2，氧化還原電位控制成450 600mV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈾浸出方法，其特征在于，在所述浸出反應(yīng)過(guò)程中，以硫酸控制所述PH，以氧化劑的投入量調(diào)節(jié)所述氧化還原電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述硫酸鐵添加2 5g/l。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述浸出反應(yīng)在20 40°C的溫度下進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述混合以250 550rpm攪拌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述超聲波施加10 90W的輸出電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述浸出反應(yīng)過(guò)程中，浸出速度為 1. Oppm/min以上及氧化劑消耗量為27. Og/Ι以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述氧化劑是二氧化錳(MnO2)15
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述礦物是黑色粘板巖。
11.一種鈾浸出方法，其特征在于，包括步驟a)將含有鈾的黑色粘板巖粉碎而準(zhǔn)備含有鈾的黑色粘板粉末；步驟b)將所述含有鈾的黑色粘板粉末及水投入到反應(yīng)槽內(nèi)；及步驟 c)在所述反應(yīng)槽內(nèi)添加混合硫酸及氧化劑的同時(shí)施加超聲波而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，在所述a)步驟過(guò)程中，進(jìn)行粉碎而使所述含有鈾的黑色粘板粉末具有20 250目的平均粒度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述c)步驟過(guò)程中，在所述反應(yīng)槽內(nèi)還投入硫酸鐵。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述硫酸鐵添加2 5g/l。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述c)步驟過(guò)程中所述浸出反應(yīng)在20 40°C的溫度下進(jìn)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述氧化劑使用二氧化錳 (MnO2)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述c)步驟過(guò)程中，所述混合以 250 550rpm 攪拌。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述c)步驟過(guò)程中，所述超聲波施加10 90W的輸出電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述c)步驟過(guò)程中，所述施加超聲波通過(guò)將發(fā)生超聲波的超聲波裝置裝入反應(yīng)槽內(nèi)而進(jìn)行施加。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述施加超聲波可以以將所述超聲波裝置向水平方向移動(dòng)而施加的掃描方式進(jìn)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鈾浸出方法，其特征在于，所述c)步驟過(guò)程中，浸出速度為 1. Oppm/min以上及氧化劑消耗量為27. Og/Ι以下。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種利用超聲波的高效的鈾浸出方法，其通過(guò)在含有鈾的礦物中添加硫酸的同時(shí)施加超聲波而使鈾的浸出效率最大化。根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)施加超聲波的高效的鈾浸出方法的特征在于，包括步驟a)將含有鈾的黑色粘板巖粉碎而準(zhǔn)備含有鈾的黑色粘板粉末；步驟b)將上述含有鈾的黑色粘板粉末及水投入到反應(yīng)槽內(nèi)；及步驟c)在上述反應(yīng)槽內(nèi)添加混合硫酸及氧化劑的同時(shí)施加超聲波而進(jìn)行鈾浸出反應(yīng)。
文檔編號(hào)C22B3/08GK102477487SQ20111010691
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者尹虎成, 鄭景友, 金哲主 申請(qǐng)人:韓國(guó)地質(zhì)資源研究院