含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：2020-03-21所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1275次

摘 要： 摘要：在鈾產(chǎn)品及核燃料元件制造過程中，各種可燃性廢物經(jīng)裂解焚燒減容處理而產(chǎn)生大量含鈾灰渣(通過對(duì)含鈾灰渣進(jìn)行多級(jí)逆流浸出，考察灰渣預(yù)處理方式、灰渣粒度、浸出級(jí)數(shù)以及超聲作用對(duì)溶解浸出效率的影響，結(jié)果表明：#)含鈾灰渣的預(yù)處理方式對(duì)溶解浸出過程

　　摘要：在鈾產(chǎn)品及核燃料元件制造過程中，各種可燃性廢物經(jīng)裂解焚燒減容處理而產(chǎn)生大量含鈾灰渣(通過對(duì)含鈾灰渣進(jìn)行多級(jí)逆流浸出，考察灰渣預(yù)處理方式、灰渣粒度、浸出級(jí)數(shù)以及超聲作用對(duì)溶解浸出效率的影響，結(jié)果表明：#)含鈾灰渣的預(yù)處理方式對(duì)溶解浸出過程有明顯的影響&20C烘干預(yù)處理灰渣比800C煅燒預(yù)處理灰渣更易于浸出;#)灰渣粒度對(duì)浸出過程無明顯影響;(3)含鈾灰渣經(jīng)一級(jí)浸出后，鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%左右降至1.5%以下，二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.8%左右，三級(jí)浸出灰渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大;(4)超聲能明顯強(qiáng)化含鈾灰渣的溶解浸出過程，使一級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.26%降至0.34%，超聲強(qiáng)化二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.12%。

　　關(guān)鍵詞：含鈾灰渣;浸出;工藝技術(shù);超聲

　　鈾產(chǎn)品及核燃料元件制造過程會(huì)產(chǎn)生各種可燃性廢物，如廢棄的勞保用品、清潔用品、紙張、包裝容器、手套等，對(duì)這些可燃性廢物通過裂解焚燒進(jìn)行減容處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量含鈾灰渣。研究含鈾灰渣減容和鈾的回收工藝技術(shù)，不僅能降低核廢料庫存,減小環(huán)保和安全壓力，還會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的實(shí)際意義「T。對(duì)含鈾灰渣處理目前主要有硫酸熟化和硝酸浸取兩種方法卩7。采用硫酸熟化法浸后渣鈾含量最低可達(dá)0.08%，但采用硫酸熟化法需要加氧化劑，易產(chǎn)生新的廢水8;硝酸浸取法適用于含鈾灰渣的浸出，而且其本身也具有氧化性，得到的浸出液可以直接進(jìn)入TBP萃取工藝對(duì)鈾進(jìn)行回收提取，但其浸出效率較低[5\為解決殘?jiān)锈櫤科吆腿芙饨∵^程產(chǎn)生大量工藝廢水等問題，本工作擬采用一種多級(jí)逆流硝酸浸取工藝方法，通過多次浸出過程以提高含鈾灰渣中鈾的浸出效率，由于該工藝所得每一級(jí)浸出液以及洗滌液最終都能返回到上一級(jí)的溶解和浸出過程，所以過程中無工藝廢水產(chǎn)生。最近有報(bào)道910通過超聲的方法能有效提高鈾礦石的浸出效率。例如AU2011201975A19通過在10〜90W超聲功率范圍內(nèi)，能使鈾的浸出效率從0.76X10_6/min增至1.12X10_6/min。采用超聲協(xié)助含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝,可提高灰渣中鈾的浸出效率，最終實(shí)現(xiàn)含鈾灰渣中鈾的高效回收利用，減少放射性含鈾灰渣存放的危險(xiǎn)。

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1主要原料及儀器

　　含鈾灰渣取自某核燃料元件制造企業(yè)倉庫，其主要組成列入表1(由表1可知，灰渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.72%，主要雜質(zhì)是Pb、Si、Mg、Ca、Al、Fe、P、C,其次是Zn、Cu、Mn、Ti等元素。濃硝酸，分析純，重慶無機(jī)化學(xué)試劑廠;其他試劑均為市售分析純。

　　對(duì)灰渣分別采用120e烘干和800e煅燒兩種預(yù)處理方式，然后過篩并分析鈾及水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果列入表2。

　　AK-124內(nèi)置式超聲波發(fā)生器，深圳鈺潔清洗設(shè)備有限公司TD5M臺(tái)式離心機(jī)，上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

　　1.2含鈾灰渣的三級(jí)逆流浸出工藝

　　1一級(jí)浸出過程：取20g經(jīng)預(yù)處理的灰渣于250mL燒杯中，加一定比例的水和濃硝酸，攪拌使體系不粘稠，放入80C水浴中，燒杯蓋上表面皿,磁力攪拌反應(yīng)3h后，將樣品取出并離心3min,倒出上清液，繼續(xù)用稀硝酸pH=2)離心洗滌3次，取適量灰渣放入燒杯烘干，研磨，分析一級(jí)浸出渣鈾含量。

　　2二級(jí)浸出過程:經(jīng)一級(jí)浸出洗滌的灰渣,加水和濃硝酸加(灰渣加(水加(濃硝酸=1=1■5=1.8,下同，繼續(xù)在80C水浴中磁力攪拌浸出3h后，將樣品取出并離心3min,倒出上清液，取適量二級(jí)浸出灰渣放入燒杯烘干，研磨,分析渣鈾含量。

　　(3三級(jí)浸出過程二級(jí)浸出濕渣不需洗滌,繼續(xù)加水和濃硝酸，在80C水浴中磁力攪拌進(jìn)行三級(jí)浸出3h后取出離心3#%,三級(jí)浸出渣用稀硝酸pH=2)離心洗滌灰渣3次后，用清水把三級(jí)浸出渣洗滌全部倒入燒杯中烘干，得尾渣稱重并測(cè)其鈾含量$

　　整個(gè)工藝過程，得到的一級(jí)浸出液和洗滌液進(jìn)入TBP萃取工序，二級(jí)浸出液返回配制一級(jí)浸出液，三級(jí)浸出液返回配制二級(jí)浸出液，三級(jí)洗滌液可返回配制二級(jí)浸出液，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程無工藝廢水產(chǎn)生$

　　1.3含鈾灰渣的超聲強(qiáng)化溶解浸出工藝

　　取粒徑小于0.58mm的201烘干灰渣于錐形瓶中，加水和濃硝酸，然后放入801水浴中，反應(yīng)器上架內(nèi)置式超聲波發(fā)生器"0kHz,100W)，加磁力攪拌，每隔30min取樣1次，離心3min后，倒出上清液，繼續(xù)用稀硝酸pH=2)離心洗滌灰渣2次后，用清水把浸出渣洗滌全部倒入燒杯中烘干，分析尾渣中鈾含量$

　　1.4含鈾灰渣中鈾含量的分析

　　按文獻(xiàn)[11]測(cè)定灰渣中鈾含量$分析過程主要包括溶樣、過濾、滴定三步驟，大致過程如下：首先取研磨后的灰渣0.1〜1.0g于干凈小燒杯中，分別加入10mL鹽酸、3mL過氧化氫、1mL氫氟酸后蓋上表面皿，待大量氣泡消失后置于電阻爐上煮沸溶樣，待溶劑蒸發(fā)約為2mL左右時(shí)，接著用濾紙快速過濾，并用熱的稀鹽酸(!=2%)洗滌表面皿、燒杯、濾紙各3次，使得濾液的體積約為20mL,接著向?yàn)V液中加入12mL磷酸，在不斷搖動(dòng)下滴加三氯化鈦溶液，使溶液呈穩(wěn)定的紫紅色，接著加亞硝酸鈉至棕褐色消失后立即加入5mL尿素，靜止5min,滴加3滴二苯胺磺酸鈉，用適當(dāng)濃度的釩酸銨溶液滴定，至溶液呈為紫色，靜止30s不變即為滴定終點(diǎn)$

　　2結(jié)果和討

　　2.1含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝影響因素

　　采用三級(jí)逆流浸出工藝，分別對(duì)烘干和煅燒兩種預(yù)處理后的灰渣進(jìn)行溶解浸出處理，結(jié)果列入表3$觀察到如下幾個(gè)現(xiàn)象$

　　(1)在一級(jí)溶解過程中，相對(duì)于1201烘干預(yù)處理,8001煅燒灰渣溶解過程需要更多的浸出劑，否則體系會(huì)很粘稠。這可能是由于在煅燒過程中灰渣因高溫氧化而形成富含親水性晶體結(jié)構(gòu)，從而增加了其體系粘稠性。此外1201烘干灰渣在溶解過程產(chǎn)生大量氣泡，可能是由于灰渣中存在有機(jī)質(zhì)成分、在強(qiáng)氧化劑作用下分解成氣體所致。而從總的溶解浸出過程來看,對(duì)灰渣8001煅燒并未明顯提高其溶解浸出效率，卻在一級(jí)溶解浸出過程因需要更多的浸出劑而增加了成本。

　　(2)粒度對(duì)溶解浸出過程影響并不明顯，對(duì)每一級(jí)浸出過程，得到的渣鈾含量都相似$對(duì)三種粒度的烘干灰渣經(jīng)三級(jí)浸出后渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.71%、0.74%、0.72%而煅燒灰渣經(jīng)三級(jí)浸出后渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.75%、0.83%、0.78%$

　　(3)浸出級(jí)數(shù)能明顯提高浸出效率，經(jīng)一級(jí)浸出后，灰渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)已從起始的20%左右降至1.5%以下，接著的二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.8%左右，三級(jí)浸出灰渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化已經(jīng)非常小$

　　期刊推薦：《核化學(xué)與放射化學(xué)》Journal of Nuclear and Radiochemistry(雙月刊)1979年創(chuàng)刊，是中國核學(xué)會(huì)與放射化學(xué)學(xué)會(huì)主辦的學(xué)術(shù)刊物。辦刊宗旨是為核化學(xué)與放射化學(xué)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域提供一個(gè)學(xué)術(shù)交流、成果推廣的園地。本刊主要報(bào)道核化學(xué)與放射化學(xué)基礎(chǔ)研究、放化工藝研究、輻射化學(xué)、同位素化學(xué)及有關(guān)分離分析方法的科研成果，適當(dāng)報(bào)道國內(nèi)外核化學(xué)與放射化學(xué)的新成就和發(fā)展動(dòng)態(tài)及重要會(huì)議消息等。

　　2.2超聲對(duì)灰渣鈾的浸出效果影響

　　超聲強(qiáng)化一級(jí)浸出與未超聲強(qiáng)化一級(jí)浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖1由圖1可知(1)不管是否超聲強(qiáng)化一級(jí)浸出過程，在1h內(nèi)灰渣中鈾含量下降明顯，但在隨后的長時(shí)間范圍內(nèi)，鈾含量下降趨于緩和(2)超聲作用明顯強(qiáng)化了一級(jí)浸出效率，使一級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.26%降至0.34%，而且浸出速率也明顯加快。這種強(qiáng)化作用可能是由于超聲使難溶的灰渣顆粒表面產(chǎn)生裂紋，提高了硝酸與其反應(yīng)的擴(kuò)散速率與化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高了鈾的浸出效率。

　　對(duì)超聲一級(jí)浸出產(chǎn)生的尾渣進(jìn)行二級(jí)浸出實(shí)驗(yàn)，結(jié)果示于圖2。由圖2可知，未超聲對(duì)隨后的二級(jí)浸出效果影響并不明顯，而通過超聲二級(jí)浸出能使鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.34%降至0.12%。

　　3結(jié)論

　　研究了含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝過程&結(jié)果表明：

　　(1)含鈾灰渣的預(yù)處理方式對(duì)溶解浸出效果有明顯的影響120C烘干預(yù)處理灰渣比800C煅燒預(yù)處理灰渣更易于浸出;

　　(2)灰渣粒度對(duì)浸出過程無明顯影響;

　　(3)含鈾灰渣經(jīng)一級(jí)浸出后，鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%左右降至1.5%以下，接著的二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.8%左右，三級(jí)浸出灰渣鈾含量變化不大;

　　(4)超聲能明顯強(qiáng)化含鈾灰渣的溶解浸出過程，使一級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.26%降至0.34%，進(jìn)一步超聲強(qiáng)化二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.12%。

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