دانلود مقاله لیچینگ

لیچینگ کانه های اورانیوم لیچینگ مرحله ای مهم از فراوری اورانیوم است.

لیچینگ بر مبنای مواد مورد مصرف به دو دسته کلی تقسیم می شود یکی لیچینگ اسیدی و دیگری لیچینگ قلیایی است.

در لیچینگ اسیدی معمولاً از اسید سولفوریک و در لیچینگ قلیایی معمولاً از محلول کربنات بی کربنات سدیم دقیق استفاده می کنند.

لیچینگ کربناتی (قلیایی) مواد ریزتر می خواهد و انتخابی تر عمل می کند، به طور مثال کانه های حاوی بیشتر از 9-7 درصد کربنات بهتر است که به صورت کربناتی لیچ شوند.

البته سایر فاکتورها نیز باید منظور شوند که عبارتند از میزان بازیابی اورانیوم، آب مصرفی، … .

اگرچه لیچینگ اسیدی در بیشتر کارخانه های اورانیوم استفاده می شود، ولی لیچینگ قلیایی نیز دارای مزایایی به شرح زیر است: - محلول برای کانی های اورانیوم به صورت خاص عمل می کند.

با بیشتر گانگها واکنش نمی دهد.

- محلول کربناتی در مقایسه با منحلول اسیدی خورندگی کمتری دارد.

- اورانیوم می تواند مستقیماً از محلول رسوب داده شود، و جدایش آن از عناصر دیگر آسانتر می گردد.

- محلول کربناتی به آسانی می تواند باز تولید شود.

این روش معایبی نیز دارد که به شرح زیر است: - برای در برگرفتن کانی های اورانیوم توسط محلول خردایش ریز نیاز است چرا که قادر به حل کردن و نفوذ در گانگ نیست.

- بعضی کانی های گانگ مثل سولفات کلسیم و پیریت ی توانند با معرف قلیایی واکنش داده و مصرف آنرا بالا ببرند.

- بیشتر کانی های مقاوم اورانیوم در وضعیت قلیایی حل نمی شوند.

بنابراین خواص کانی شناس کانه نیز در تعیین نوع عملیات موثرند، اسیدی یا قلیایی بودن عملیات بستگی به گانگ موجود و نوع کانی اورانیوم دارد.

لیچینگ اسیدی مقدمه روش لیچینگ انتخابی برای حل اورانیوم از کانه بستگی به خواص فیزیکی و شیمیایی کانه از قبیل نوع کانی های اورانیوم، درجه آزادی، طبیعت دیگر کانی‌های موجود در ترکیب دارد.

لیچینگ اسیدی عموماً به لیچینگ با اسید سولفوریک اشاره دارد.

اسید نیتریک خواص اکسید کنندگی قوی دارد ولی بسیار گرانقیمت تر از اسید سولفوریک است که نیترات اورانیل در محلول رقیق تشکیل خواهد شد.

نیترات اورانیل سازگار بااستفاده از روش تعویض یونی نوع آنیونیکی می باشد.

اسید نیتریک زمانی که عملیات روی کانه عیار بالاست استفاده می شود.

اسید هیدروکلریک برای لیچینگ در عملیاتی که از تشویه نمکی استفاده شده است، کاربرد دارد.

در این عملیات اسید از گازهای تشویه بازیابی می شود.

از طرف دیگر اسید هیدروکلریک بسیار گرانقیمت است.

همچنین خورندگی شدید دارد.

کلریدفریک و سولفات فریک همچنین برای بسیاری از کانی‌های اورانیم دار به عنوان Lixiviant استفاده می شود.

اسید سولفوریک در محلول به شکل سولفات و بی سولفات و یون هیدروژن یونیزه می‌شود.

در واکنش با اورانیوم شش ظرفیتی تولید سولفات اورانیل و کمپلکس آنیونیک سولفات اورانیل طبق واکنش زیر می کند: اورانیوم حل شده ممکن است در هر یک از شکلهای فوق یافت شود، که به غلظت اورانیوم و اسید، درجه حرارت و دیگر کمپلکسهای موجود در سیستم بستگی دارد.

حضور یون سولفات برای تشکیل کمپلکس یون اورانیل مهم است و عدم حضور آن به رسوب فلز طبق واکنش زیر کمک می کند: از نقطه نظر ترمودینامیکی، هیدرولیز اورانیل، آسانتر از واکنشهای کمپلکس شدن است.

با وجود این با حضور یون سولفات، واکنش کمپلکس از نظر سینتیک مساعدت می شود.

یکی از مزایای استفاده از اسید سولفوریک در لیچینگ تولید کمپلکس سولفات آنیونیکی است، چرا که رزین های تعویض یونی آنیونیک، خاصیت انتخابی بیشتری نسبت به نوع کاتیونیک برای اورانیوم دارند.

اورانیوم موجود در کانی ها در شکل 4 ظرفیتی باید قبل از حل شدن، اکسید شونده آهن فریک به عنوان یک اکسید کننده اصلی عمل می کند، که اورانیوم 4 ظرفیتی را در عملیات لیچینگ اسیدی، اکسید می کند.

آهن در اثر وجود در ترکیبات کانی ها یا عملیات مقدماتی، سائیده شدن آسیا و سنگ شکن ها، همیشه حضور دارد.

ولی ممکن است به صورت فرو (دو ظرفیتی) باشد.

از دی اکسید منگنز (پیرولوزیت) جهت اکسید کردن آهن II به آهن III استفاده می شود.

مصرف اسید تابعی از ترکیب گانگ موجود در کانه است، کلیت، دولومیت، مگنزیت و سیدریت سریعاً با اسید دقیق در دمای معمولی واکنش می دهند.

سولفیدها، آهن فلزی، بعضی فسفاتها، مولیبداتها، و اناداتها، اکسیدها، فلوریدها اسید اضافی را مصرف می کنند و محلول را هنگامی که درجه حرارت یا غلظت اسید افزایش یابد، آلوده می کنند.

واکنشهای تیپیک به شرح زیر است: انحلال بعضی کمپلکسهای آلومینوسیلکاتها مثل رسهای هیدراته یا دیگر سبکلاتها قابل حل در اسید ممکن است با بالا رفتن درجه حرارت اتفاق افتد، که طبق واکنش زیر عمل می شود: اسید سیلیک و شکل کلوئیدی دارد، که ممکن است به صورت ژله ای رسوب نماید، این امر باعث بروز مشکلاتی در مراحل بعدی می شود و رسوب مجدد بعد از انحلال یک موضوع مهم در شیمی لیچینگ است.

شکست و نگهداشتن وضعیت اکسیداسیون در محلول ممکن است ترکیبات نمکی اورانیوم را نتیجه دهد، که در مقادیری از PH از محلول رسوب می کند.

متغیرهای فرآیند دانه بندی ماده معدنی یکی از مهمترین اهداف خردایش در فرآوری مواد معدنی آزادسازی کانی‌های با ارزش از مواد با طله همراه در درشتترین ابعاد ممکن است.

در حقیقت تولید یک محصول پرعیار در گرو مطالعه صحیح سایز و درجه آزادی است، اگرچه در فرآیندهای هیدرومتالورژیکی مسئله بدین شدت نیست، کافی است تا بخشی از کانی در معرض تماس با حلال قرار گیرد.

آزادسازی کافی کانی های اورانیوم برای اغلب کانه‌های ایالات متحده آمریکا برای آماده سازی لیچینگ اسیدی با خردایش تا زیر 28 مش با 30 تا 40 درصد زیر 200 مش بدست می آید.

کانه های استرالیا و کانادا حاوی برانریت یا دیویدیت خردایش تا 55-60 درصد زیر 200 مش نیاز دارند، تا لیچینگ رضایت بخش بدست آید.

خردایش بیشتر باعث افزایش ویسکوزیته پالپ می شود.

بنابراین اثر معکوس روی سرعت لیچینگ داد.

غلظت اسید عمده ترین نیاز عملیات لیچینگ، کافی نگهداشتن غلظت اسید برای حمله به کانی‌های اورانیوم بدون حل کردن مقادیر زیاد از گانگهای درگیر با کانه است.

برای رسیدن به چنین مقادیر کافی، مقداری اسید ابتدائاً باید برای خنثی کردن کانی های کربناتی گانگ اضافه شود، که قبل از کانی های اورانیو واکنش خواهند کرد.

در بعضی کانه‌های حاوی آهک زیاد، بالای 400 پوند برش کانه، اسید سولفوریک ممکن است مصرف شود.

بسته به نوع کانی های اورانیوم موجود، غظت اسید آزاد از 1 تا 90 گرم بر لیتر ممکن است در دوره انحلال نیاز باشد.

مصرف اسید منحصراً برای استخراج اورانیوم در ایالات متحده در دامنه 40 تا 120 پوند اسید سولفوریک بر تن کانه است.

هنگامی که وانادیوم نیز موجود باشد این مقدار تا 300 پوند بر تن کانه می رسد.

اکسیداسیون نگهداشتن محیط لیچینگ در وضعیت اکسیداسیون برای رسیدن به استحصال بالای اورانیوم در رتبه بعدی از اهمیت (بعد از غلظت اسید) قرار دارد.

اکسیدانها برای نگهداری ORP (پتانسیل اکسیداسیون احیاء) در حد مطلوب به محلول اضافه می‌شوند.

حد مطلوب آن بین 425 میلی ولت تا 475 میلی ولت با الکترود جیوه اشباع است.

ثابت نگه داشتن ORP چندان بحرانی نیست و هدف از نگهداری ORP در محدوده خاص اطمینان از حضور آهن فریک در محلول است.

نگهداشتن محیط لیچینگ در وضعیت اکسیداسیون برای رسیدن به استحصال بالای اورانیوم در رتبه بعدی از اهمیت (بعد از غلظت اسید) قرار دارد.

عمده اکسید کننده های مورد استفاده دی اکسید منگنز (پیرولوزیت) و کرات سدیم هستند، به همزنی با هوا نیر دز تانک یا جو کا قادر به اکسیداسیون آهن II به آهن III است، که آهن III قادر به اکسیداسیون اورانیوم می باشند.

اسید کاروس به فرمول H2So5 در بعضی موارد جایگزین Mno2 شده است.

اکسیداسیون بوسیله عملیات بیولیچینگ نیز برای اکسید کردن آهن II به III استفاده می شود.

باکتری های تیوباسیلوس- فرواکسیدان یا فروباسیلوس فرواکسیدان عموماً استفاده می شود.

دما و زمان لیچینگ زمان و درجه حرارت فاکتورهای وابسته به هم در لیچینگ لورانیوم هستند.

افزایش دمای عملیات لیچینگ، زمان واکنش را کاهش می دهد و استخراج کانی های نامحلول را بهبود می بخشد.

معایب لیچینگ در دمای بالا شامل افزایش مصرف معرف، انحلال دیگر کانی ها درگیر با اورانیوم، افزایش خورندگی تجهیزات حتی استیل های زنگ نزن، افزایش مقادیر سولفیدها، فسفاتها، مولیبداتها و بعضی کانی های سیلکاته در محلول می باشد.

زمان مورد نیاز لیچینگ تحت تاثیر فاکتورهایی که قبلاً بحث شده، می باشد.

این فاکتورها شامل: غلظت اسید، ابعاد دانه ها، نوع کانی ها و کانی های در برگیرنده، سرعت همزنی و… می باشد.

بدون شک برای هر کانه زمان بهینه لیچینگ بی نهایت است، که در مجموع افزایش زمان توجیه اقتصادی برای هر افزایش استخراج اورانیوم را ندارد.

بنابراین باید از نظر اقتصادی بحث زمان با توجه به افزایش استخراج اورانیوم حل شود.

زمان لیچینگ ممکن است با افزایش درجه حرارت جایگزین شود و اقتصادی تر آن است که عوامل به نحوی طراحی شوند که کمترین دما و بیشترین زمان مورد نیاز باشد.

در لیچینگ های متداول در ایالات متحده آمریکا زمان لیچینگ از 4 تا 24 ساعت و دما از معمولی تا 80 درجه سانتیگراد متفاوت است.

زمان لیچینگ طولانی تر از 48 ساعت در کارخانه های کانادا و آفریقای جنوبی غیر معمول نیست.

دانسیته و ویسکوزیته پالپ بهترین دانسیته پالپ در لیچینگ، معمولاص همان ماکزیمم مقدار آن است، تا جایی که اجازه سیالیت کافی در پالپ برای اجتناب از تماس ضعیف بین مایع وجامد داده شود.

ویسکوزیته بیش از حد، همراه همزنی ضعیف باعث می شود که سرعت لیچینگ به جای اینکه با سیرعت واکنش های شیمیایی کنترل گردد با عسرت لیچینگ کنترل شود.

در مورد هیپ لیچینگ به خاطر درشت بودن ذرات سرعت لیچینگ با سرعت نفوذ به سنگ کنترل می شود که موجب طولانی شدن زمان لیچینگ می شود.

دانسیته پالپ در طی لیچینگ در مثالهای عملی ایالات متحده از 50 تا 60 درصد جامد است.

برای کانه ای با مقادیر رس بالا دانسیته پائین حدود 40% جامد ممکن است نیاز باشد در دانسیته بالا، ترکیبات حل شده کانه در محلول ممکن است بیش از حد شده و باعث کاهش انحلال اورانیوم و رسوب مجدد اورانیوم شود.

لیچینگ با سولفات فریک واژه لیچینگ سولفات فریکی به همه لیچینگ های اسیدی اورانیوم های چهار ظرفیتی در حضور آهن III به عنوان اکسید کننده اولیه اطلاق می شود.

آزمایشات نشان داده اند که غلظت آهن 7 گرم بر لیتر استخراج اورانیوم 93% در مقایسه با 80 و 85 درصد بدست آمد بوسیله لیچینگ معمولی در حضور Mno2 را داراست.

لیچینگ قلیایی تشکیل آنیون قابل حل اونیل تری کربنات (Uo2(Co3)-4) اجازه استفاده برای قلیا و نمک کربنات آمونیوم به منظور انحلال تقریباً انتخابی کانه های مناسب اورانیوم فراهم می کند.

ترکیبات آهن، آلومینیوم، تیتانیوم و… تقریباً نامحلول در محلول کربناتی هستند.

مقادیر کمی از مولیبدانها، سیلکانها، واناداتها، فسفاتها، آلومیناتها و بعضی کمپلکسهای کربنات فلزی در محلول لیچینگ یافت می شوند.

لیچینگ کربناتی به صورت ویژه در مورد کانی های کربناته توسعه یافته است، چرا که این کانی ها با محلول کربناته واکنش نمی دهند.

برای اغلب این کانه ها، درگیری کانی های کربناته و اورانیوم باعث می شود، که خردایش زیادی نیاز باشد تا کانی های اورانیوم در معرض محلول قرار گیرند.

لیچینگ کربناتی کانی های اورانیوم نوع سیلکاته به سختی انجام می شود و این روش برای کانی های کم محلول (High Refractory) که در گروه چند اکسیده قرار دارند، موثر نیست.

کانی های اکسیده اورانیوم به راحتی در محلول کربناتی حل می شوند.

اما کانی‌های اورانیوم چهار ظرفیتی نیازمند رفتار شدید با اکسیدان و زمان ماند طولانی و درجه حرارت و فشار بالا قبل از انحلال است.

استفاده از لیچینگ کربناتی احتیاج به استفاده از مسیر بسته دارد، که محلول لیچینگ برگردانده شود.

کانه اورانیوم در یک پالپ شامل 50-40 گرم بر لیتر کربنات سدیم و 10 تا 20 گرم بر لیتر بی کربنات سدیم لیچینگ می شود.

بعد از انحلال مواد باقی مانده از محلول جدا می شوند و اورانیوم با اضافه کردن مقدار زیادی سود سوز آور که بی کربنات را خنثی می کند رسوب داده می شود.

اورانات سدیم تولید شده فیلتر و سپس شسته می شود و محلول کربنات سدیم، سودسوزآور بی بار دوباره با Co2 تولید بی‌کربنات سدیم و کربنات سدیم می کند و به چرخه برگردانده می شود.

کربنات در چرخه لیچینگ بوسیله کانی های سولفات یا سولفیدی مصرف می شود، که ممکن است موجب افزایش مصرف گردد.

بی کربنات هم برای انحلال اورانیوم مصرف می‌شود، اما بوسیله واکنش بین کربنات و سولفیدها تولید می شود.

کربنات سدیم مصرف شده بوسیله اضافه کردن جبران می شود.

بیش از یک سوم کارخانه های تولید اورانیوم در ایالات متحده از لیچینگ کربناتی استفاده می کنند.

واکنشهای نهایی که انحلال اکسید اورانیوم را در محلول کربنات- بی کربنات نشان می دهد، به شرح زیر هستند: در مرحله رسوب دهی، بی کربنات اضافی، ابتدا با سودسوزآور خنثی شده، و سودسوزآور اضافه می شود تا اورانیوم طبق واکنشهای زیر رسوب یابد.

بعد از رسوب دهی، محلول شامل کربنات سدیم و هیدروکسید سدیم اضافی و مقداری از اورانیوم که راسب نشده است می باشد.

این محلول در مجاورت گاز Co2، تولید بی کربنات می کند.

اکسیداسیون در لیچینگ کربناتی اکسیداسیون در لیچینگ کربناتی به سه روش اصلی زیر تقسیم می شود: - اکسیداسیون مستقیم با هوا - اکسیداسیون با واکنش های شیمیایی مستقیم - اکسیداسیون بواسطه کاتالیزور، که یک ماده مناسب با اورانیوم واکنش دهنده و آنرا اکسید می کند.

اکسید کننده ها مجدداً بوسیله هوا یا اکسیدان های دیگر تولید می شود.

استفاده از پرمنگنات سدیم به عنوان اکسید کننده در سیستم های اتمسفر یک مطلوب می باشد.

با توسعه لیچینگ تحت فشار در کانادا، اکسید کردن مستقیم با هوا اقتصادی تر شد و مطالعات بیشتر، استفاده از کمپلکس Cupric-Amonia به همراه هوادهی را نتیجه داد، که اکسیداسیون سریع و اقتصادی اورانیوم در هر دو سیستم اتمسفریک و تحت فشار را به دنبال دارد.

بیشترین علاقه اخیراً به سمت استفاده تنها از هوادهی در فشار اتمسفر در تانکهای پاچوکا است، با توجه به آنکه از نظر اقتصادی اضافه شدن وقت لیچینگ از اضافه کردن معرف بهتر است.

پرمنگنات پتاسیم شناخته شده ترین اکسید کننده شیمیایی است و کارآیی اولیه بالایی در پالپهای کربناتی دارد.

این معرف گران است و دیگر اینکه Mno2 روی سطح کانی های اورانیوم رسوب می کند و موجب توقف واکنش می گردد.

دیگر اکسید کننده های موثر NaoCl، H2O، K2S2O8، CuSo4 به همراه آمونیا هستند.

معایب استفاده از H2O2 شامل هزینه بالا و میل به تجزیه شدن در محلول است.

NaoCl معایب بیشتری دارد و باعث تشکیل کلرید در محلول برگشتی می شود، که ممکن است مشکل خورندگی را به وجود آورد.

NaoCl با وجود این اقتصادی ترین اکسیدان بالقوه براساس ظرفیت اکسیداسیون بر واحد وزن و هزینه هایش است.

بیولیچینگ (حل کردن با باکتری): رشد سریع صنعت انرژی هسته ای باعث مصرف سریع منابع عیار بالای اورانیوم شده و تکنیکهای استخراج کانسارهای عیار پائین و باطله های کارخانه های فرآوری توسعه داده شده اند.

هزینه این تکنیکها مهم است و راه پیشنهادی استفاده از فروشویی نفوذی همراه با میکروارگانیزم هاست.

از کل هزینه های تولید کیک زرد U3O8، 75 درصد ان به خاطر اولین مراحل که همان بدست آوردن محلول باردار است، می باشد.

پس داشتن فرآیند لیچینگ ارزان قابل درک است.

اولین تولید تجاری اورانیوم بوسیله بیولیچینگ در سال 1957 در پرتقال در معدن Urgerica بوده است.

تولید اورانیوم در کانادا به این روش 10-20 درصد کل تولید آن کشور است.

با توجه به مسائل سینتیکی هیدرومتالورژی و مشکلات ناشی آن در 30 سال اخیر استفاده از باکتری ها به منظور حل کردن مواد معدنی در صنعت متداول شده است.

این میکروارگانیزم ها با ترشح آنزیمهای خاص خود، واکنش های حل شدن را به شدت تسریع می کنند.

به طوری که در بعضی موارد سرعت واکنش با کاربرد باکتری به چند صد برابر سرعت بدون استفاده از باکتری می رسد.

بیولیچینگ و کانی شناسی کانه بعضی محققین عنوان کرده اند که پیرریت موجود در کانه نقش سازی در بیولیچینگ بازی می کند.

به این دلیل استفاده از بیولیچینگ در مورد استحصال اورانیوم از کانه های با کانی های سولفیدی بالا محدود می شود.

مطالعاتی در مورد اضافه کردن پیریت به کانه اورانیوم انجام شده است که سودمند نشان داده شده است.

در پرتغال و هند، kg/tonore5 پیریت اضافه می شود.

در اسپانیا این مقدار kg/ton9 است، که این مقدار بستگی به کانی های موجود در کانه فروشویی شونده و خواص پیریت اضافه شونده دارد.

دیگر مورد مهم در بیولیچینگ اورانیوم کانی شناسی اورانیوم است Miller و همکارانش اظهار کرده اند که کانه های نامحلول مانند برازیت برای این عملیات مشکل هستند.

با این حال در معدنی نزدیک Elliot Lake کانادا که این کانه فراوان است بیولیچینگ با نتایج خوبی استفاده شده است.

به طور کلی اکسیدها، فسفاتها، سولفاتها، کربناتهای اورانیوم به آسانی قابل حل هستند.

با این حال، انحلال سیلکاتها مشکل یا حتی غیر ممکن است.

به طور خلاصه می توان گفت که اگر کانه شرایط زیر را داشته باشد استحصال اورانیوم بالا خواهد بود: - کانه پیریتیک باشد.

- مقادیر کمی کربنات داشته باشد.

- کانی شناسی اورانیوم بسیار مهم است و اورانیوم به شکل سیلکات نباید وجود داشته باشد و یا با فازهای مقاوم همکاری نداشته باشد.

- اکسیداسیون باکتریایی آهن انجام شود.

- حضور کانی های نمکی که به عنوان مغزی برای میکروارگانیزم ها عمل می‌کنند.

- نفوذ پذیری مناسب.

- عدم وجود ترکیبات پایه.

تجهیزات لیچینگ روشهای لیچینگ از مجاورت استاتیک اسید و کانه، مانند بهبود اسیدی (Acidcuring) و یا بعضی تکنیکهای هیپ لیچینگ تا مخلوط کردن شدید با هوا یا به هم زدن مکانیکی در تانکها متفاوت است.

اکسیداسیون حتی ممکن است با هوازدگی یا در معرض هوا قرار دادن توده انجام شود.

در چندین کارخانه کانه آرایی در آمریکا مقادیر زیادی از کانه آماده سازی شده و اجازه داده می شود به طور طبیعی اکسیده شود.

بعد از انتخاب معرف بحث اصلی بعدی انتخاب سیستم لیچینگ است.

پنج تکنیک زیر قابل دسترسی هستند.

1- لیچینگ همزنی در فشار اتمسفر 2- لیچینگ تحت فشار 3- Strong Acidpugging & Curino 4- لیچینگ حوضچه ای 5-هیپ لیچینگ فاکتورهای موثر در انتخاب سیستم لیچینگ در شکل صفحه بعد خلاصه شده است.

هیپ لیچینگ معدنکاری انحلالی به طور عمده در کاربرد برای کانه های با کانی شناسی خاص و عوارض ساختمانی و بافتی که اجازه نفوذ معرف به کانی اورانیوم را می دهد محدود می شود که زمان طولانی نیاز دارد.

لیچینگ در حال حاضر محدود به سازندهای ماسه سنگی (نفوذ پذیری بالا) که حاوی کانسارهای نسبتاً کوچک کم عیار در عمق نسبتاً کم هستند، می باشند.

با وجود این می تواند به طور اقتصادی و به خوبی در میدان عمل جایگزین معدنکاری، سنگ شکنی و تجهیزات لیچینگ معمولی شود.

عیب عمده آن مانند هیپ لیچینگ بازیابی پائین است.

انتخاب بین تکنیکهای 1و2و3 (بالا) عمدتاً به وسیله مطالعات کانی شناس اورانیوم و گانگ تعیین می شود.

لیچینگ همزنی در فشار اتمسفر بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

لیچینگ همزنی با فشار برای کانه های مقاوم استفاده می شود.

Acid Pugging ممولاً بر روی کانه های نامحلول اعمال می شود.

قابلیت استفاده از کانه های درشت تر نه تنها هزینه های خردایش را کاهش می دهد، بلکه جدایش جامد و مایع را آسانتر می سازد.

در یک سیستم همزنی باید سرعت همزنی کافی باشد تا از ایجاد سطح ایستا و یا حرکات ضعیف پالپ جلوگیری شود.

سرعت بهینه به هم زنی باعث می شود انحلال بوسیله سرعت انجام واکنشهای شیمیایی در سطح کانی کنترل شود.

شدت همزنی بیشتر از مقادیر مفید نبوده و باعث افزایش فرسایش ذرات و گرم شدن پالپ می شوند.

لیچینگ تحت فشار برای کانی هایی که به سختی لیچ می شوند و برای کانه های شامل کانی های سولفیدی کافی که تولید اسید سولفوریک در محل و در طی عملیات می کنند پیشنهاد شده است.

لیچینگ همزنی در این روش ماده معدنی آسیا شده، با آب به صورت گلاب با چگالی 40 تا 75 درصد جامد در می آید.

برای جلوگیری از ته نشین شدن ذرات جامد در مخازن پالپ به هم زده می شود، شرایط استفاده از این روش به شرح زیر است: 1- عیار ماده معدنی متوسط به بالا باشد.

2- فلز در ابعاد ریز در متن سنگ پراکنده شده باشد، و بنابراین کاملاً خرد شود تا ماده معدنی آزاد یا در معرض اسید قرار گیرد.

3- فلز مورد نظر به سختی حل شود، که در این صورت استفاده از روشهای دیگر مشکل است.

این نوع فروشویی بیشترین بازیابی در کوتاهترین زمان را به همراه دارد.

عملیات فروشویی می تواند به صورت ناپیوسته و پیوسته (همسو و ناهمسو) در خلاء، فشار متعارف، یا فشار زیاد انجام شود.

لیچینگ ناپیوسته وقتی ظرفیت کم است و یا کنترل فرآیند ضروریست به کار می‌رود.

برای عملیات پیوسته همسو حداقل 3 مخزن انحلال لازم است، که به صورت سری قرار گیرند.

چون غلظت مواد حل شونده در کانسنگ و حلال در محلول با پیشرفت فرآیند کاهش می یابد، سرعت واکنش به تدریج کاسته می شود، برای جبران این عمل از جریان ناهمسو (جامد و حلال) استفاده می شود.

در چنین سیستمی کانسنگ تازه دراوینس مرحله با محلول مصرف شده از مرحله دوم فروشویی می شود.

این بخشی از کانسنگ را حل می کند.

در نهایت جامد و محلول از هم جدا شده و محلول غنی شده به بخش بازیابی ارسال می شود.

جامد فروشویی شده با حلال تازه مخلوط شده، تحت دومین مرحله قرار می گیرد.

سیستمهای ناهمسو ممکن است شامل 5 مرحله جداگانه باشند.

هزینه سرمایه ای آن بیشتر از روش همسو است زیرا به تجهیزات جداسازی جامد مایع در بین مراحل نیاز است.

همزدن پالپ به دو صورت مکانیکی و هوایی انجام می گیرد.

روش همزنی هوایی هزینه‌های کمتری دارد.

فرآیندهای لیچینگ همزنی تحت فشار دو دسته هستند، در غیاب هوا یا اکسیژن و دیگری در حضور هوا یا اکسیژن است.

در مواردی که سرعت فروشویی در دمای معمولی متوسط یا کم است و باید واکنش در دمای بیشتر از نقطه جوش محلول انجام شود، تا سرعت واکنش افزایش یابد از روش اول استفاده می‌کنند.

در حالت دوم فروشویی در دمای معمولی یا متوسط غیر ممکن است، مگر آنکه هوا یا اکسیژن، به عنوان عامل اکسیدان حضور داشته باشند.

اتوکلاوهای صنعتی حجمی بین 7 تا 10 مترمکعب دارند و در فشارهای 2500-5000 کیلو پاسکال کار می کنند.

همزدن در اتوکلاوها به سه صورت انجام می‌شود، مکانیکی، هوایی و چرخاندن اتوکلاو.

اتوکلاوها به صورت استوانه ای (افقی یا قائم)، کروی و یا به شکل لوله های طویل افقی ساخته می شوند.

توریم کانی های توریم همراه با عناصر نادر خاکی و اورانیوم است.

مصرف جهانی آن 8000 تن است.

توریم عمدتاً 4 ظرفیتی است اما می تواند ظرفیتهای 2 و3 نیز داشته باشد.

در هوای مرطوب و در دمای اتاق توریم فلزی به آهستگی اکسید می شود.

توریم شیشه منگنز (Mangnesiun) می سوزد.

پیدایش کانسارهای اولیه توریم ماگماهای گرانیتی و ماگماتیتی اسیدی هستند.

کانسارهای ثانویه در پلانسرها در دهانه رودخانه ها در مناطق گرانیتی یافت می شود.

کانسارهای توریم در طی مسیر همراه کانی های سنگین غنی می شوند.

توریم همراه عناصر نادر خاکی در فاز جدایش در لایه های سیلکاتی باقی می مانند.

در سنگهای رسوبی مونازیت همراه کانی های سنگین از قبیل مگنیت، روتیل، کاستریت، گاونت، ایلمینت از پر کن و گاهی طلا است.

تغلیظ (Concentration) ابتدا یک جدایش ثقلی به منظور تغلیظ اولیه استفاده می شود.

در یک مورد کنسانترد حاوی 80-65 درصد ایلمینت 6-3 درصد روتیل- زیرکن و 5-1 درصد سلیمانیت و گارنت و همچنین مقادیری کاستریت و مقادیر کمی طلا و 1-5 درصد مونازیت است.

روش پیش تغلیظ شده به اولیه یا ثانویه بودن کانسار متغیر است.

در یک کانسار اولیه در آ‚ریکا روش زیر استفاده می شود.

پگماتیت حاصل از معدنکاری ابتدا خرد می‌شود.

سپس کانه در دمای 60 درجه فلوتاسیون می شود.

این فرایند کنسانتره 60 درصد در توریم و REE می دهد.

کربناتهای قلیایی کانه بوسیله اسید کلریدریک حل می شوند که عیار کنسانتره به 73 درصد می رسد.

تیکنسر کردن و فیلتر کردن و کلسیته کردن عیار را به 90 درصد Th و عناصر نادر می رساند.

هضم کانه و بازیابی توریم ore digestion & thorium recovery مونازیت از نظر شیمیایی نسبتاً خنثی است.

فرآیند شیمیایی صنعتی هضم کانه در اوایل قرن پیش پایه گذاری شده بود.

اوایل به ساده ترین روش ممکن (از قبیل عملیات با اسید سولفوریک داغ و غلیظ در ظرفیت جدنی و بعد از رسوب انتخابی بوسیله رقیق کردن با آب) انجام می شد.

به خاطر سرعت پائین انحلال و حضور REE و توریم و یونهای کمپلکس فسفات و سولفات در محلول، امکان ایجاد تغییرات کمی در عملیات بود و موفقیت به فرمولاسیون دقیق و همچنین ترکیب و ابعاد ذرات مونازیت بستگی داشت.

روشهای دیگری برای دوری از این مشکلات توسعه داده شده که به دلایل اقتصادی روش هضم قلیایی بوسیله هیدروکسید سدیم داغ موفق بودته اگرچه فرآیند گرانتر از هضم اسیدی است.

اما این فرآیند فسفات را حذف می کند و این برای تولید توریم با خلوص بالا در اولین مرحله قبل از استخراج مناسب تر است.

بعداً بعضی فرآیندها که هدفشان تولید توریم خالص از نوکلیرها بود در آمریکا، هند و برزیل توسعه داده شدند.

هضم اسیدی هضم با اسید سولفوریک معمولاً در دو مرحله بوسیله اسید سولفوریک 93% (چک شود با منبع) در دمای 230-210 انجام می شود (شکل 6-42).

در اولین مرحله که متجاوز از 60 درصد اسید مصرف شد.

تکمیل واکنش بسته به ابعاد ذرات جامد و نسبت جامد/ اسید و دما و زمان واکنش است.

متاسفانه افزایش دمای واکنش به 300 دیسک تشکیل پیروفسفاتهای توریم نامحلول را ایجاد می کند و باید از آن حذب کرد.

از آنجائیکه واکنش گرما زاست نسبت به افزایش دما باید دقت نمود.

در دمای زیر 200 واکنش خیلی کند پیشرفت می کند.

به منظور کمیته کردن حجم محلول بعد از سرد شدن خمیر مخلوط تا دمای 70 آن با ده برابر نمکهای REE و توریم و… محلول می مانند و مونازیت حل نشده به دلیل وزن مخصوص بالا سریعاً ته نشین می شود.

این ذرات ته نشین شده (مونازیت) می توانند به مرحله اول برگردانده شود و بقیه پالپ فیلتر شود.

مرحله بعدی جدایش توریم و REE براساس این واقعیت است که توریم اغلب به صورت فسفات در PH=1.3 رسوب می کند.

از آنجائیکه مقادیر عمده ای از REE در PH=2 رسوب می کنند، عامل خنثی کننده مثل کربنات سدیم و آمونیاک به آرامی اضافه می شوند و باید به صورت هموژن در مخلوط (پالپ) توزیع شود تا PH به صورت موضعی افزایش پیدا نکند که این عمل باعث جلوگیری از رسوب منطقه‌ای REE می شود.

رسوبات REE مجدداً محلول نمی شوند.

مهمترین نتایج بوسیله توفیق با آب خالص است اما به دلایلی استفاده نمی شود (مثل حجم زیاد).

هیچ فرآیندی به صورت رضایت بخش انتخابی عمل نمی کند و مراحل بعدی برداشتن عناصر نادر از توریم و یا برعکس نیاز است.

در سال 1950 در مرحله بعدی هضم اسیدی (با H2So4) خالص سازی بوسیله استخراج با حلال توریم و نیترات REE بوسیله TBP انجام شد.

بعد از هضم اسیدی فسفات و سولفاتها بوسیله رسوب اکسالات جدا می شوند، اکسالات ها بوسیله هضم قلایی که تشکیل رسوب هیدروکسید می دهد که بعد در HNo3 حل می شوند فرآوری می شوند.

فرآیند قابل اجرا ولی گران قیمت است.

هضم قلیایی در فرآیند هضم قلیایی از محلول هیدروکسید سدیم استفاده می شود که بوسیله چند فاکتور محدود می شود.

اگر درجه حرارت خیلی بالا رود اکسید توریم نامحلول تشکیل می شود.

و مقادیر زیادی اورانیوم در جامد فیلتر شده ظاهر می گردد.

اگر غلظت قلیا خیلی پائین باشد، فرآیند انحلال بسیار طولانی می گردد.

مقدار تپلیم غلظت 45-30 درصد محلول هیدروکسید سدیم در دمای 140 و زمان واکنش 3 ساعت است.

برای اطمینان از انجام واکنش ها خردایش ریز (کمتر از 45 میکرون) نیاز است.

بعد از فیلتر شدن، کیک فیلتر شده حاوی عناصر نادر خاکی، توریم، اورانیوم و دی اورانات سدیم است، همه فسفاتها در محلول به شکل فسفات سدیم (Na3Po3) باقی می مانند.

با سرد کردن محلول تا زیر 60، Na3Po4.10H2O کریستاله می شود.

اورانیوم موجود در تری سدیم فسفات (فسفات سدیم) با افزایش مقدار Sio2 افزوده می شود و قبل از اینکه به عنوان محصول همراه به فروش برشد باید مجدداً کریستاله شود.

هیدروکسیدهای حاصل در HCC 37 درصد در دمای 80 حل می شوند.

بعد از فیلتر کردن، به مواد جامد (کیک حاصل) محلول 47 درصد NaoH اضافه می شود.

توریم و اورانیوم تقریباً به طور کامل در PH=5.8 راسب می گردند.

با وجود این کیک فیلتر شده قلیایی نباید کاملاً خشک شود وگرنه مقادیری در مجاورت هوا تشکیل می‌شود که کلرین را از Hd آزاد می کند.

عناصر REE با افزایش بیشتر PH راسب می‌شوند.

خنثی سازی می تواند بوسیله NaoH باقی مانده از هضم قلیایی انجام پذیرد.

اگر توریم و اورانیوم بوسیله استخراج با حلال از عناصر نادر جدا می شوند، کیک فیلتر شده حاصل از هضم قلیایی سریعاً به وسیله HNo3 حل می شود.

با وجود این انحلال کامل توری بویژه در حضور هیدروکسید تیتانیم که مقادیر زیادی توریم را گرفتار می کند، ضمانت نمی شود.

انحلال خوب ThO2 در فشار 10 بار و 23 در Hno3 در سال 1986 کشف شد و تا کنون در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است.

فرآوری تیتانیوم پخت Baking این فرایند وقتی که لیچینگ غیر ممکن باشد انجام می شود، پالپ در مراحل اولیه لیچینگ جامد می شود.

بنابراین ترکیب جامد شده بدون همزنی در دمای200 مورد واکنش قرار می گیرد که در این مورد واژه پخت (Baking) استفاده می شود.

واکنش در دابجسترها (هضم کننده ها) و کوره های دوار (Rotary Kilns) یا Pugmills انجام گیرد.

هضم کننده ها (Digesters) هضم کننده ها استوانه هایی با ارتفاع 10 متر و قطر 4 متر که دارای یک سوراخ cm15 در ته استوانه جهت تخلیه و یک سوراخ به همین ابعاد در بالا می باشند.

آنها از پوشش استیل (Mild Steel) با پوشش داخلی آجری مقاومت در برابر اسید ساخته می‌شوند.

نوع دیگر آن بتنی با پوشش داخلی آجری مقاوم در برابر اسید است.

آنها به طور مثال برای لیچینگ ایلمنیت یا سرباره تیتانیوم بوسیله اسید سولفوریک غلیظ استفاده می شوند.

مقدار 18 تن جامد با حدود 23 تن اسید مخلوط می شوند.

مخلوط بوسیله بخار تحت فشار بالا تا دمای 180 گرم می شود.

مواد گرمازاست و بعد از چند لحظه مخلوط جامد و همزنی غیر ممکن می گردد جامد حاصل برای مدت زمان 13 ساعت در یک راکتور قرار داده می شود تا واکنش ها به وسیله گرمای خودش تکمیل شوند بعد از سرد شدن مخلوط با اسیدسولفوریک دقیق یا آب برای انحلال و تخلیه کیک دقیق می گردد.

کوره های دوار Rotary Kilns این ها سیلندرهای طویل هستند که با آجر پوشش داده شده اند، که با یک شیب کم روی زمین قرار داده می شوند.

آنها بوسیله سوختهای کربنی گرم می شوند.

این کوره‌ها به طور مثال در مورد ماسه های مونازیتی استفاده می وند.

اسید سولفوریک غلیظ و ماده معدنی در داخل کوره تا دمای 200 گرم می شوند.

محلول جامد خارج شده از کوره با آب لیچ می شود.

Pugmills تانکها افقی دارای تیغه های دوار (Rotating Blads) هستند که قادر به حرکت خمیره حاصل هستند.

این تانکها برای عملیات روی کنسانتره های سولفیدی با اسید غلیظ استفاده می شود.

Pugmill ممکن است بوسیله ژاکتهای بخار گرم شود.