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.