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铀矿选矿设备

    铀是一种化学性质十分活跃的元素,易与其他元素化合成铀矿物。在地壳演变过程中,在岩浆作用、沉积作用、变质作用以及表生作用下,铀聚集而成不同类型的铀矿床。铀作为核燃料,是实现能量高度密集的核裂变的主要物质。

左图:晶质铀矿  右图:针钙铀矿


    铀在国防、工业、科研中有着极其重要的地位。由于其核裂解时能释放大的能量,从而成为核武器的主要原料。随着人们对于铀的认识由过去的单一性向多元化转变,从而更加重视起了对铀的开发和利用。
铀矿选矿工艺流程


    铀矿石选矿是从铀矿石或含铀矿石中分离、富集、提取铀,得到不同形式铀产品的过程。铀矿石的分选方法主要包括化学选矿和物理选矿两种。大多数铀矿石通常不经过物理选矿,而直接采用化学选矿法水冶加工提取铀。对个别铀矿石,有时在浸出前先予以焙烧预处理;焙烧可以提高有用组分的溶解度或改善矿石的物理性质,提高铀的浸出率。对含铀多金属硫化矿,一般先选出混合精矿,浸出后再予以分离;或先浮选出单金属精矿再分别浸出,根据槽中产品的性质,或酸浸或碱浸提取铀,或经处理后废弃一部分尾矿。含铀铁硼矿则采用磁选–重选–分级流程,分别回收铁、铀、硼等,回收率较高。含铀0.15%~0.20%的铀精矿用10.5%的酸浸出,浸出率高达98.5%。
铀矿的提取纯化


    从铀矿石中提取铀直到制成核纯(见放射性核素纯度)铀化合物的工艺过程,是天然铀生产的重要步骤。主要产品有重铀酸铵(俗称黄饼)和三碳酸铀酰铵等。纯化(又称精制)后的铀化合物产品,必须达到核纯的要求。精制的产品进一步干燥、煅烧,加工成二氧化铀或八氧化三铀,供制作反应堆元件或六氟化铀(用于U-235的同位素分离)用。整个过程须经下述单元操作:铀矿石的破碎和磨细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。可根据矿石种类、产品要求等不同情况,选择由上述单元操作所组成的适当流程。
1、破碎和磨细
   破碎是将矿石经颚式破碎机、圆锥破碎机或锤式破碎机粗碎、中碎和细碎以达到所要求的力度。然后进行细磨,以达到浸取工序所要求的粒度。
2、浸取
   用溶剂将矿石中的铀选择性地溶解。铀矿石经浸取后,铀与大部分脉石分离,浸取液中铀与杂质的比例比原矿石中约提高10~30倍,因此,浸取过程也是铀与杂质初步分离的过程。
3、矿浆的固液分离
   矿石浸取后所得到的酸性或碱性矿浆(包括含铀溶液、部分杂质及固体矿渣)中的溶液和矿渣须经分离。根据需要也可进行粗矿分级,以除去+200~40目的粗砂,得到细泥矿浆。常用的固液分离设备有过滤机、浓密机(沉降槽);分级设备有螺旋分级机、水力旋流器。中国还采用流态化塔进行分级和洗涤。

铀矿提出工艺流程图

上图为:从铀矿石提取铀的工艺流程示意图


4、离子交换法提取铀
   固液分离后的浸取液中八氧化三铀的含量大致为500~1000毫克/升。对于含铀浓度低的浸取液采用离子交换法提取铀较为合宜。离子交换法一般采用强碱性阴离子交换树脂吸附铀。按吸附液含固量的多少,吸附可分为清液吸附、混浊液吸附和矿浆吸附。当树脂吸咐饱和后,经水洗,再用淋洗剂将铀从树脂上淋洗下来。
5、萃取法提取和精制铀
   在铀水冶厂,硫酸体系的萃取多采用磷类和胺类两种萃取工艺(碱性体系的萃取常用季铵盐萃取工艺),如烷基膦萃取工艺和胺类萃取工艺流程,后者在世界上应用较多。中国应用较多的是淋萃流程。
   铀水冶厂生产的产品一般为工业铀浓缩物,仍含有硫酸盐、硅、钙、镁等杂质,须进一步精制,才能得到核纯产品。精制过程中常用的是TBP萃取工艺,TBP对铀饱和容量大,可处理含铀量高的溶液,在有机相接近饱和的条件下,对杂质元素有较高的净化能力。
6、从含铀溶液中沉淀铀
   在浸取所得溶液中,也可将铀以不溶性化合物的状态分离出来;并可通过对沉淀物的多次溶解及再沉淀而进行纯化。常采用的是碱中和法和过氧化氢沉淀法。
铀矿资源展望


    为了减少对石油的依赖,从生态、环保、世界能源供应等多种角度来考虑,发展核电, 可减少二氧化碳的排放,是保护环境的一种有效手段。后世界对核能的需求量将以年均 0.6%速度低速增长。工业发达国家和前苏联地区将呈下降趋势;而发展中国家将 以 4.1%速度增长,其中增长快的地区为亚太发展中国家,将以 4.4%速度增长;增长快 的国家为中国和印度,增长速度将分别为 9.7%和 5.5%。但世界铀矿山产量仍不能满足需求,约 55%的需求量需由二次铀来弥补。俄罗斯是世界的二次铀供应者,目前,这种依赖战略性库存满足未来核电发展的需求是不能长久的。有信息表明,战略性库存供应将下降, 在不久的将来战略性库存将降为低限度,二次供应量的比例将会下降,因此,从长远看需要新增铀矿山产量来满足核电发展的需求。

 

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