铀钼分离.docx

用离子交换法从某铀钼矿浸出液中回收与分离铀钼的研究因此,选择性能较好的离子交换树脂,使之对铀、钼都具有较高的吸附效率,选择较好的铀、钼解吸剂和解吸流程,获得较高的铀、钼解吸效率以及得到较高的铀、钼分离系数,这些都是离子交换法分离铀、钼所要解决的主要问题。某铀矿是一个铀钼共生的矿床,采用复合助浸剂浸出。由于浸出技术有较大的突破,浸出液中的铀、钼质量浓度都有较大的提高324,一般均在1.0g/L左右。现以该铀钼矿的浸出液为料液,开展离子交换分离铀、钼的研究工作。1树脂的筛选分别选择强酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂等对该浸出液进行静态吸附试验。根据试验结果对其中2种树脂进行进一步比较,即大孔强碱性阴离子交换树脂D2A与大孔弱碱性阴离子交换树脂D2B。根据各种树脂吸附铀、钼的情况,设想离子交换树脂吸附分离铀、钼工艺可以采用以下2种方案进行:1)用1种树脂同时吸附铀、钼,然后再分步解吸铀、钼。使用树脂D2A或D2B都可以达到这一目的。2)用2种树脂分别吸附铀、钼,然后再分别解吸铀、钼。利用某几种阳离子交换树脂不吸附铀的优势,可先吸附钼,然后利用树脂D2B或D2A吸附铀,但在经过几个循环后需要对钼进行解毒。根据上述分析,拟采用第1种方案,即用树脂D2A或树脂D2B从铀、钼的浸出液中同步吸附铀、钼,然后再分步解吸铀、钼。试验表明,无论是吸附铀还是吸附钼树脂D2B都比树脂D2A吸附速度快,吸附铀、钼容量高。在水解吸氯化铀酰配合物形式的铀,再用氢氧化钠溶液解吸钼时,铀、钼的解吸速度、解吸效率和解吸峰值,树脂D2B均优于树脂D2A,再加上树脂D2B又是弱碱性树脂,而树脂D2A是一种强碱性树脂,因而在解吸钼时无论是氨水还是氢氧化钠都可以灵活运用。因而树脂D2B被采用。2铀、钼分离的解吸流程铀、钼有效解吸分离是树脂D2B解吸流程的关键。如果先解吸铀、且解吸铀比较完全,钼基本上或很少被解吸,则就能保证铀、钼有较高的分离系数。一般铀的解吸剂有1.01.2mol/L的硫酸溶液、酸性氯化钠溶液、酸性硝酸盐溶液等,但当采用上述解吸剂时,将有一定量的钼会随铀一起进入铀的解吸液中,从而降低铀、钼的分离系数,且降低了钼的回收率。当树脂上的硫酸铀酰的阴离子配合物被饱和氯化钠溶液转化为氯化铀酰阴离子配合物后,由于氯化铀酰阴离子配合物的稳定常数比硫酸铀酰配合物的稳定常数小得多,前者一般仅为0.22,而后者一般在25003,因此只要用水就可以很容易将以氯化铀酰形式存在的铀解吸下来。小型试验表明,铀的解吸效率达到95%以上。且一般在铀解吸液中(Mo)40mg/L,在溶液中的钼、铀质量比在0100201003,从而达到铀、钼的有效分离并提高了钼的回收率。饱和氯化钠溶液转型过程铀有如下的平衡:(RNH)4UO2(SO4)3+6NaCl(RNH)UO2Cl3+3(RNH)Cl+3Na2SO4。(1)饱和氯化钠溶液转型过程钼不发生平衡的改变。用水解吸铀有如下的平衡:(RNH)UO2Cl3H2ORNH+Cl+UO2+2+2Cl-。(2)载铀、钼的饱和树脂用水解吸铀的过程,钼的平衡也不发生改变。水解吸铀后再用碱解吸钼,无论是用氢氧化钠还是用氨水都能有效地将钼以(NH4)2MoO4的形式解吸下来,它们有如下的平衡:(RNH)2MoO4+2NH4OH2RN+(NH4)2MoO4+2H2O,(3)(RNH)2Mo7O22+14NH4OH2RN+7(NH4)2MoO4+8H2O,(4)(RNH)4Mo8O26+16NH4OH4RN+8(NH4)2MoO4+10H2O,(5)(RNH)Cl+NH4OHRN+NH4Cl+H2O。(6)小型试验还表明,采用氢氧化钠溶液解吸钼时,其解吸液中的(U)特别低,一般的情况下当钼解吸液中(Mo)为6890g/L时,溶液中的(U)只有3040mg/L,有时甚至更低,因而其钼与铀的分离系数都比较高,可以达到22003000。因此,载铀、钼的饱和树脂用饱和氯化钠溶液转型铀水解吸铀氨水(或氢氧化钠)解吸钼的流程是一个可选择的离子交换流程。3台架试验在小型试验的基础上进行台架试验。某铀矿用堆浸法浸出,浸出液采用多塔串联吸附铀、钼的方式,吸附柱直径为300mm2500mm,装入树脂量约为200L,吸附接触时间为1520min,吸附流速为2.525.0m/h;吸附尾液(U)5mg/L,(Mo)50mg/L;转型剂为饱和氯化钠溶液,转型体积为1.02.50个床体积,转型接触时间为45min,转型流速为1.26m/h;用自来水解吸铀,铀解吸体积约10个床体积,铀、钼解吸接触时间为2530min,钼解吸剂为w(NH3)=5%的氨水,钼解吸体积约15个床体积。由于使用碱解吸钼,故解吸钼后树脂成为一种游离胺型,返回吸附前必须用酸进行质子化,酸化剂的(H2SO4)为80100g/L,酸化终点pH为12。3.1铀、钼的吸附钼的吸附由于其吸附速度比较慢,因此一开始流出液中(Mo)就比较高,当钼吸附的穿透点定为100mg/L时,其穿透体积为80个床体积,但是达到饱和体积延续的时间比较长,从150个床体积延续到近200个床体积还没有达到饱和。在小型试验中发现,如果要使钼达到饱和而继续吸附时,继续吸附的钼会将已吸附在树脂上的铀顶替下来从而使铀的容量降低,这是不利于铀、钼同时吸附的。由于首先考虑的是铀的回收与分离,因此在工艺上只根据铀的吸附状况决定是否切塔进行转型和解吸。当铀的饱和容量为61.5mg/g(干树脂)时,钼的负载容量为198.5mg/g(干树脂)。出现上述情况可能是在硫酸溶液中的铀、钼所形成的分子状态不同所致。铀在硫酸溶液中形成的分子是铀酰三硫酸盐和铀酰二硫酸盐阴离子,而钼在溶液中所形成的是单钼酸盐和多钼酸盐的阴离子。在一般情况下,钼酸盐和多钼酸盐的阴离子的分子团的离子半径比铀酰硫酸盐的分子团的离子半径要大得多,它是一种大分子结构,因而树脂对钼酸盐的吸附速度要比对铀酰硫酸盐慢得多。3.2饱和氯化钠溶液转型采用饱和氯化钠溶液在较低的流速下进行转型(接触时间为60min),转型2.53.0个床体积的溶液,就可以完全将树脂上铀的硫酸盐化合物转换成铀的氯化配合物。在进行转型以前,须对吸附后的树脂用水进行充分的洗涤,以除去树脂层中的硫酸氢根,否则中性的氯化钠溶液会呈酸性,使少量的铀随转型而解吸下来。酸洗涤得越干净,转型液中的铀就越少。但实际上树脂吸附的硫酸氢根很难洗净,再加上树脂柱中的水对氯根的稀释作用导致树脂上铀的解吸,特别在树脂的铀容量较高时,而负载树脂又未达到充分的饱和时,这种可能性就越大。因此,一般在转型液中总会有一定数量的铀(平均(U)约为3g/L)。在转型液中有硫酸根、氯根及少量的铀等,可根据其组分的组成分别返回至总流程的各部分。在饱和树脂经过饱和氯化钠溶液转型后,已吸附在树脂上的铀的硫酸铀酰阴离子配合物基本上转化为氯化铀酰阴离子配合物,转型溶液流出0.6个床体积时,溶液中的硫酸根很快增加至近90g/L;转型液流出1.5个床体积以后才能转型基本完全,此时只有少量的未能转化;到流出液达2.0个床体积后,溶液中硫酸根还有近40g/L,因此,必须转型1.52.0个床体积以上,才不至于影响水解吸铀的效果。3.3铀的解吸转型后树脂的铀容量约为43.7mg/g(干树脂),用水解吸铀,解吸的接触时间为30min,用水解吸铀时,只要10个床体积就可以把铀解吸完全,铀主要集中在前1154.0个床体积之中,最高(U)可达到近14g/L,通过10个床体积的解吸,其解吸液中(U)可以降到几十mg/L。如果取1.093.75个床体积作为铀合格液(一般为2.66个床体积),合格液中平均的(U)为10.86g/L,(SO2-4)为4.96g/L,(Cl-)为30.80g/L。因此,在合格液中存在的主要离子除铀以外大量的是氯离子,极少量钼在水解吸铀时进入铀的合格液中,(Mo)为30.6mg/L,钼、铀的质量比约为0.003。铀的解吸效率很高,达到98.9%97.7%,贫树脂含铀为0.51.0mg/g(干树脂)。314钼的解吸采用810g/L的氢氧化钠溶液对钼进行单柱解吸,解吸接触时间为30min。采用单柱解吸钼,解吸液中最高(Mo)接近40g/L,且主要钼的含量都集中在35个床体积中,其平均(Mo)接近20g/L,到78个床体积基本解吸完全,此时流出液中(Mo)100mg/L。虽然进行单柱解吸,可能解吸液中的钼浓度比较低,但是由于在合格液中还存在一定的碱度,为了充分利用碱度,可以让钼合格液返回再进行解吸,通过多次返回解吸,就可以把钼的合格液中的钼质量浓度提高到适合于制取四钼酸铵所需要的沉淀的质量浓度,如达6890g/L。钼的解吸合格液中(U)为1030mg/L,铀、钼质量比约为0.0003。钼解吸率可达99.9%,贫钼树脂含钼为0.050.2mg/g(干树脂)。4结果与讨论1)试验研究表明,从某铀、钼矿浸出液中回收分离铀、钼,采用弱碱性阴离子交换树脂D2B同步吸附铀、钼饱和氯化钠溶液转型水解吸铀氢氧化钠或氢氧化铵溶液解吸钼的离子交换流程是可行的,铀、钼在离子交换过程中的回收率分别达到95%和98%,铀合格解吸液中钼、铀质量比为0.0020.003,钼合格解吸液中铀、钼的质量比为0.0003,与浸出液相比,铀合格解吸液中铀与钼的分离系数为350,钼合格解吸液中钼与铀的分离系数可达3000。2)上述离