含铀渣液混合物中铀的硝酸浸出工艺研究

雷云霞，郑 越，屈晓刚

（中核北方核燃料元件有限公司，内蒙古 包头 014035）

在二氧化铀粉末生产过程中，由于原料或溶解工艺不同，硝酸溶解产出的渣液混合物中铀质量分数会偏高，约为17%。这些渣液混合物不符合废物存放要求，也造成铀资源浪费，必须对其进行处理并回收其中的铀。

从这类渣液混合物中回收铀的方法国内尚未见有报道，但从合金或尾渣中回收金属和从矿石中提取金属铀［1-6］均采用浸出法。浸出有酸法浸出和碱法浸出，因碱法浸出能力较弱［7］，所以一般选用酸法浸出。酸浸剂可采用硫酸或硝酸，因硝酸盐在浸出过程中可以起到氧化剂的作用［8］，而且原料溶解时采用的也是硝酸，所以，为便于生产工艺的控制，试验采用稀硝酸浸出法回收铀。

1 试验部分

1．1 主要原料与试剂

渣液混合物（w（U）＝22%，w（H2O）＝40%），分析纯硝酸，工业硝酸。

1．2 主要设备及仪器

恒温水浴锅，温度计，搅拌装置，循环水式多用真空泵，抽滤瓶，布氏漏斗，量筒，烧杯及滤布。

2 试验原理与方法

渣液混合物中的铀少部分以U3O8形式存在，大部分以UO2＋2形式存在，而与硝酸反应后均以UO2＋2或硝酸铀酰形式扩散到固体外表面，然后通过液膜扩散到液相中。

小型试验中，将原料称重后放入烧杯中，按设定的试验条件加入浸出剂，然后加热并搅拌一定时间，抽滤后分析滤渣中铀质量分数。

生产线上，在反应槽内配制一定浓度的硝酸溶液，将一定量渣液混合物加入反应槽中，在一定温度下搅拌反应一定时间，之后，将浆体打至板框压滤机中压滤，滤液打至贮槽，滤渣用淋洗剂淋洗，吹滤后取样分析渣中铀质量分数，计算铀浸出率。

3 试验结果与讨论

3．1 硝酸浓度对铀浸出率的影响

在渣液混合物质量30g、反应温度80℃、硝酸体积200mL、浸出时间1h、搅拌速度400 r／min条件下，硝酸浓度对铀浸出率的影响试验结果见表1。

表1 硝酸浓度对铀浸出率的影响试验结果

从表1看出，硝酸浓度对铀浸出率影响显著：随硝酸浓度增大，铀浸出率升高；硝酸浓度高于3 mol／L后，铀浸出率变化不大，且浸出过程中易产生酸气，不利于操作。因此，浸出剂硝酸浓度以3 mol／L为宜。

3．2 浸出温度对铀浸出率的影响

在渣液混合物质量30g、硝酸浓度3mol／L、硝酸体积200mL、浸出时间1h、搅拌速度400 r／min条件下，温度对铀浸出率的影响试验结果见表2。

表2 温度对铀浸出率的影响试验结果

从表2看出，在试验范围内，随温度升高，铀浸出率升高；但温度为100℃时，烧杯底部有发光现象，可能是硝酸铀酰发生分解所致。因此，确定温度不宜过高，以80℃为宜。

3．3 液固体积质量比对铀浸出率的影响

在渣液混合物质量30g、硝酸浓度3mol／L、反应温度80℃、浸出时间1h、搅拌速度400 r／min条件下，液固体积质量比对铀浸出率的影响试验结果见表3。

表3 液固体积质量比对铀浸出率的影响试验结果

从表3看出，随液固体积质量比增大，铀浸出率升高。但液固体积质量比增大，溶液中铀质量浓度降低，对后续处理过程不利，所以确定适宜的液固体积质量比为5∶1。

3．4 浸出时间对铀浸出率的影响

在渣液混合物质量30g、硝酸浓度3mol／L、反应温度80℃、硝酸体积200mL、搅拌速度400 r／min条件下，浸出时间对铀浸出率的影响试验结果见表4。

表4 浸出时间对铀浸出率的影响试验结果

由表4看出，随浸出时间延长，铀浸出率升高。但浸出时间过长会影响生产效率，因此，选定适宜的浸出时间为1h，此时铀浸出率为94．22%。

3．5 硝酸浸出渣的洗涤

对渣液混合物的硝酸浸出渣，用酸度为1 mol／L的洗水60mL，在40℃下洗涤1次，滤渣中残留的铀质量分数降低，满足堆存要求。

4 综合试验

根据小型试验结果（硝酸浓度3mol／L，浸出温度80℃，浸出时间1h），在生产线上处理渣液混合物，试验结果见表5。

表5 综合试验结果

从表5看出，铀浸出率达93．86%，渣液混合物减容60%以上。采用该工艺共处理9．3t渣液混合物，回收1．5t金属铀，处理后渣质量减少为3t。

5 结论

对陶瓷级UO2粉末生产过程中产出的渣液混合物，采用硝酸浸出法可以回收其中的金属铀；在硝酸浓度3mol／L、80℃下浸出1h，然后用1 mol／L硝酸溶液淋洗浸出渣，其中约94%的铀得以回收，渣液混合物体积减小60%以上。将该试验条件用于生产，取得了较好的浸出效果，处理后的渣可堆存在废物库。

［1］阙为民，王海峰，牛玉清，等．中国铀矿采冶技术发展与展望［J］．中国工程科学，2008，10（3）：44-53．

［2］曾毅君，牛玉清，张飞凤，等．中国铀矿冶生产技术进展综述［J］．铀矿冶，2003，22（1）：24-28．

［3］刘峙嵘，吴一峰，曾凯，等．铝土矿渣再利用的研究［J］．耐火材料，2008，42（5）：379-381．

［4］李铭生，陈绍强．某含铀铁矿石的综合利用——提取铀工艺研究［J］．铀矿冶，1983，2（1）：25-30．

［5］姜英，黄杵睿，兰婷，等．稀土矿山废弃渣中稀土资源的回收研究［J］．四川师范大学学报，2013，36（2），302-305．

［6］黎海雁．从碳酸盐型含钨的泥质铀矿石中提取铀及铀钨分离［J］．铀矿冶，1987，6（4）：29-34．

［7］赵宁．含铀碱渣浸取及其浸出液的过氧化氢沉淀［D］．北京：清华大学，2008．

［8］周锡堂，阙为民．硝酸盐在地浸采铀中的氧化性能研究［J］．广东工艺大学学报，2001，18（2）：88-92．