鈾提取工藝

第1章 緒論

1.1 鈾生產(chǎn)簡(jiǎn)史

1.2 鈾提取工藝技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

習(xí)題

第2章 鈾及其化合物的性質(zhì)

2.1 自然界中的鈾

2.2 鈾在元素周期表中的位置

2.3 鈾的重要化合物

2.4 鈾的水溶液化學(xué)

2.5 鈾離子絡(luò)合物

2.6 鈾鹽

習(xí)題

第3章 鈾的浸出

3.1 基本概念

3.2 鈾在自然界的分布和富集特性

3.3 鈾礦石的取樣與破碎

3.4 鈾礦石的機(jī)械富集

3.5 鈾浸出過(guò)程的物理化學(xué)問(wèn)題

3.6 浸出方法

3.7 鈾礦石的浸出性能與礦物組成的關(guān)系

3.8 溶浸采鈾技術(shù)

習(xí)題

第4章 礦漿的固液分離和洗滌

4.1 概述

4.2 濃密

4.3 濃密機(jī)

4.4 連續(xù)逆流傾析(CCD)

4.5 流態(tài)化洗滌

4.6 絮凝劑

4.7 沉淀物的過(guò)濾和過(guò)濾設(shè)備

習(xí)題

第5章 離子交換法提鈾工藝

5.1 概述

5.2 離子交換樹(shù)脂及離子交換反應(yīng)

5.3 離子交換過(guò)程的物理化學(xué)問(wèn)題

5.4 離子交換樹(shù)脂吸附鈾

5.5 樹(shù)脂上鈾的解吸

5.6 離子交換樹(shù)脂中毒

5.7 離子交換技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

習(xí)題

第6章 萃取法提鈾工藝

6.1 概述

6.2 萃取過(guò)程的化學(xué)機(jī)理及基本規(guī)律

6.3 常用的鈾萃取工藝

6.4 有機(jī)相的配制和再生

6.5 乳化現(xiàn)象和防乳化措施

6.6 萃取工藝流程與設(shè)備

6.7 降低萃取劑損耗的措施

習(xí)題

第7章 鈾的沉淀

7.1 概述

7.2 沉淀法的基本原理

7.3 酸性溶液中沉淀鈾

7.4 堿性溶液中沉淀鈾

《鈾提取工藝學(xué)》可作為高等院校有關(guān)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書(shū)，亦可供從事鈾濕法冶金工作的科研、設(shè)計(jì)人員以及廠礦工程技術(shù)人員參考。

主要產(chǎn)品有重鈾酸銨(俗稱黃餅)和三碳酸鈾酰銨等。純化(又稱精制)后的鈾化合物產(chǎn)品，必須達(dá)到核純的要求。精制的產(chǎn)品進(jìn)一步干燥、煅燒，加工成二氧化鈾或八氧化三鈾,供制作反應(yīng)堆元件或六氟化鈾(用于鈾235的同位素分離)用。整個(gè)過(guò)程須經(jīng)下述單元操作:鈾礦石的破碎和磨細(xì)、鈾礦石的浸取、礦漿的固液分離、離子交換和溶劑萃取法提取鈾濃縮物、溶劑萃取法純化鈾濃縮物?？筛鶕?jù)礦石種類、產(chǎn)品要求等不同情況，選擇由上述單元操作所組成的適當(dāng)流程。

破碎和磨細(xì) 破碎是將礦石經(jīng)顎式破碎機(jī)、圓維破碎機(jī)或錘式破碎機(jī)粗碎、中碎和細(xì)碎以達(dá)到所要求的粒度。然后進(jìn)行細(xì)磨，以達(dá)到浸取工序所要求的粒度。

浸取 用溶劑將礦石中的鈾選擇性地溶解。鈾礦石經(jīng)浸取后，鈾與大部分脈石分離，浸取液中鈾與雜質(zhì)的比例比原礦石中約提高10~30倍，因此，浸取過(guò)程也是鈾與雜質(zhì)初步分離的過(guò)程。

鈾礦石浸取方法一般有酸法和堿法兩種。多數(shù)鈾水冶廠采用酸浸取法,少數(shù)廠用堿浸取法,只有個(gè)別廠同時(shí)采用酸、堿兩種浸取流程。酸浸取法一般用硫酸作浸取劑，礦石中的鈾和硫酸反應(yīng),生成可溶的鈾酰離子(UO卂)和硫酸鈾酰離子 【UO(SO)】;浸取時(shí)常加入氧化劑(常用二氧化錳、氯酸鈉)，以保持適宜的氧化還原電勢(shì)(約450毫伏)，使四價(jià)鈾氧化成六價(jià),以提高鈾的浸出率。含碳酸鹽的鈾礦石主要用堿法浸取，常用的浸取劑為碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液，在鼓入空氣的條件下，礦石中的鈾與碳酸鈉生成碳酸鈾酰鈉 Na【UO(CO)】,溶于浸取液。

礦漿的固液分離 礦石浸取后所得到的酸性或堿性礦漿(包括含鈾溶液、部分雜質(zhì)及固體礦渣)中的溶液和礦渣須經(jīng)分離。根據(jù)需要也可進(jìn)行粗礦分級(jí)，以除去+200~40目的粗砂,得到細(xì)泥礦漿。常用的固液分離設(shè)備有過(guò)濾機(jī)、沉降槽(濃密機(jī));分級(jí)設(shè)備有螺旋分級(jí)機(jī)、水力旋流器。中國(guó)還采用流態(tài)化塔進(jìn)行分級(jí)和洗滌。

分離出的溶液可用離子交換法分離鈾，也可用溶劑萃取法分離和純化鈾，或?qū)⑩檹暮櫲芤褐谐恋沓鰜?lái)。

離子交換法提取鈾 固液分離后的浸取液中八氧化三鈾的含量大致為500~1000毫克/升。對(duì)于含鈾濃度低的浸取液采用離子交換法提取鈾較為合宜。離子交換法一般采用強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂吸附鈾。按吸附液含固量的多少，吸附可分為清液吸附、混濁液吸附和礦漿吸附。當(dāng)樹(shù)脂吸咐飽和后，經(jīng)水洗，再用淋洗劑(硫酸-氯化鈉、硫酸-氯化銨、硝酸-硝酸鈉、硝酸-硝酸銨、稀硫酸或稀硝酸)將鈾從樹(shù)脂上淋洗下來(lái)。

萃取法提取和精制鈾 鈾水冶廠處理的溶液是體積大、鈾濃度低、雜質(zhì)含量高的稀溶液，須將鈾與雜質(zhì)分離并初步使鈾濃縮，而在精制工藝中，處理的是高濃度的含鈾溶液，產(chǎn)品質(zhì)量要求達(dá)到核純。在鈾的萃取工藝中常用的有機(jī)膦與烷基胺類萃取劑有磷酸三丁酯 (TBP)、二(2-乙基己基)磷酸、三辛胺等。

在鈾水冶廠，硫酸體系的萃取多采用磷類和胺類兩種萃取工藝(堿性體系的萃取常用季銨鹽萃取工藝)，如烷基膦萃取工藝和胺類萃取工藝流程，后者在世界上應(yīng)用較多。中國(guó)應(yīng)用較多的是淋萃流程。淋萃過(guò)程的原則流程見(jiàn)圖1。吸附鈾的飽和樹(shù)脂，用1摩/升硫酸淋洗,隨后對(duì)此淋洗液進(jìn)行萃取。例如淋萃流程所用的萃取劑是0.2摩/升二(2-乙基己基)磷酸-0.1摩/升三烷基氧膦體系.有機(jī)相的飽和度控制在85%以上，經(jīng)水洗后，用碳酸銨結(jié)晶反萃取，可得核純?nèi)妓徕欟！４肆鞒讨辛芟磁c萃取結(jié)合,使萃取所處理的液量減少,金屬回收率高，節(jié)省試劑，產(chǎn)品純度也高。

鈾的提取和純化 鈾的提取和純化 鈾水冶廠生產(chǎn)的產(chǎn)品一般為工業(yè)鈾濃縮物，仍含有硫酸鹽、硅、鈣、鎂等雜質(zhì)，須進(jìn)一步精制，才能得到核純產(chǎn)品。精制過(guò)程中最常用的是TBP萃取工藝，TBP對(duì)鈾飽和容量大，可處理含鈾量高的溶液，在有機(jī)相接近飽和的條件下,對(duì)雜質(zhì)元素有較高的凈化能力。TBP精制工業(yè)鈾濃縮物的典型流程見(jiàn)圖2。

從含鈾溶液中沉淀鈾 在浸取所得溶液中，也可將鈾以不溶性化合物的狀態(tài)分離出來(lái);并可通過(guò)對(duì)沉淀物的多次溶解及再沉淀而進(jìn)行純化。主要有堿中和法和過(guò)氧化氫沉淀法:

① 堿中和法 將堿性沉淀劑如氨水、氧化鎂、氣態(tài)氨等加入到酸性含鈾溶液中,并控制最終pH值為6.5~8.0,鈾以重鈾酸鹽形式完全沉淀出來(lái)。對(duì)堿性浸取液主要采用氫氧化鈉沉淀劑，得鈾酸鈉或重鈾酸鈉沉淀。如果從純化過(guò)的酸性溶液中沉淀鈾，則其沉淀物重鈾酸銨的純度較高。

② 過(guò)氧化氫沉淀法 將含鈾溶液的 pH調(diào)至2.5~4.0，緩慢加入比化學(xué)計(jì)算量過(guò)量的 30%過(guò)氧化氫，再加入適量的氨水，以中和反應(yīng)過(guò)程生成的酸，使最終pH達(dá)2.8，生成鈾的過(guò)氧化物(UO·HO)沉淀。過(guò)氧化氫沉淀法對(duì)鈾選擇性高，并可獲得晶狀、易處理的產(chǎn)品，也具有工業(yè)意義。

目的建立棉花根皮中棉酚的提取工藝并對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化。方法利用乙醚超聲萃取法提取棉花根皮中 的 棉酚，洗滌、濃縮得到棉酚粗產(chǎn)品;研究了各種實(shí)驗(yàn)條件對(duì)棉酚產(chǎn)率的影響，采用分光光度法測(cè)定該成分含量，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。結(jié)果最佳工藝為超聲提取法。冷浸1h，料液比(g·cm-3)1∶2。5，超聲提取3次，料液比1∶1，15min/次，溫度為15℃以下。結(jié)論超聲提取工藝具有節(jié)能、省時(shí)、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

棉根皮，錦葵科植物棉花的干燥根皮，有補(bǔ)氣、止咳、平喘功能，用于慢性支氣管炎、體虛浮腫、子宮脫垂等。棉根皮中含棉酚(gossypol)1。5%~2。5%，并含天冬酰胺及少量揮發(fā)油等[1]。棉酚為多羥基酚類化合物，為男性抗生育與抗腫瘤的有效成分[1，2]。為了充分利用這一優(yōu)勢(shì)資源，本文以棉酚為考查對(duì)象，對(duì)棉根皮中的棉酚進(jìn)行提取，并優(yōu)選出棉酚的最佳提取工藝。

1、儀器與試劑

新鮮陸地棉根皮(采于新疆農(nóng)八師145團(tuán)場(chǎng)，經(jīng)石河子大學(xué)棉花研究所孫杰所長(zhǎng)鑒定)、乙醚、亞硫酸氫鈉(均為分析純)、棉酚標(biāo)準(zhǔn)品(SIGMA公司)、KQ5200B型超聲波清洗器、RE?85A真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、UV762可見(jiàn)/紫外分光光度計(jì)、分析天平、容量瓶等。

2、方法與結(jié)果

2。1標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備及標(biāo)準(zhǔn)

曲線的繪制稱取50mg棉酚標(biāo)準(zhǔn)品，置于50cm3的燒杯中，加入乙醚溶解并轉(zhuǎn)移到50cm3容量瓶中，稀釋至 刻度，得到1mg·cm-3棉酚溶液。取該溶液2。5cm3，置于50cm3的容量瓶中，加入純乙醚稀釋至刻度，得到50μg·cm-3棉酚溶液。分別吸取0，0。l，0。2，0。4，0。8，1。6，2。4cm3棉酚標(biāo)準(zhǔn)液，置于10cm3的容量瓶中，加入純乙醚稀釋至刻度，混勻，靜置5min，即得標(biāo)準(zhǔn)溶液(2001湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，余虹宇《醋酸棉酚的制備》)。

將上述稀釋了的棉酚標(biāo)準(zhǔn)溶液在360nm下進(jìn)行比色測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)圖1)，游離棉酚濃度C(μg·cm-3)與吸光度A呈線性關(guān)系，得回歸方程:A=0。0314C-0。001，r=0。9997。

2。2棉酚提取基本工藝流程[3]見(jiàn)圖2。

2。3提取工藝優(yōu)選

2。3。1棉酚提取方法

冷浸法:稱取棉根皮粉末5g，加入乙醚12。5ml，密封，冷浸12h，抽濾，濾渣再冷浸1h，用溶劑10ml，二次抽濾，合并濾液，減壓濃縮至10ml。

回流法:稱取棉根皮粉末5g，加入乙醚12。5ml，回流提取4h，抽濾，減壓濃縮至10ml。

先冷浸后超聲法:稱取棉根皮粉末5g，加入乙醚12。5ml，先冷浸1h，然后超聲提取3次，用溶劑8ml/次，時(shí)間15min，抽濾，合并濾液，減壓濃縮至10ml。

2。3。2提取方法的比較將上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1。表13種提取方法結(jié)果的比較(略)

顯然，先冷浸后超聲法所得提取物中的棉酚含量明顯高于冷浸法和乙醚回流法。

2。3。3棉酚提取最佳工藝根據(jù)棉酚的理化性質(zhì)，考慮到提取過(guò)程中的超聲使用次數(shù)(先冷浸后超聲)、料液比、實(shí)驗(yàn)溫度、乙醚萃取次數(shù)等因素對(duì)提取的影響，每個(gè)因素選擇3個(gè)水平，以L9(34)正交表(見(jiàn)表2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，從而優(yōu)選最佳提取工藝。表2L9(34)正交設(shè)計(jì)因素水平(略)

實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):準(zhǔn)確稱取棉根皮粉末10g，分別根據(jù)正交設(shè)計(jì)因素水平表的實(shí)驗(yàn)條件按2。3基本工藝流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把最后的合并液轉(zhuǎn)移到100ml的容量瓶中，用乙醚定容，混勻，精密取1ml置50ml容量瓶中，用乙醚定容，混勻，再精密取1ml至10ml容量瓶中，用乙醚定容，混勻，按2。2測(cè)定棉酚的含量，并計(jì)算，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。表3正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果(略)

結(jié)果分析:根據(jù)各因素的影響來(lái)看，其影響大小順序是B>A>D>C，即料液比>;超聲次數(shù)>;實(shí)驗(yàn)溫度>;乙醚萃取次數(shù)。因此，可知最佳工藝為A2B2C1D3。即加2。5倍乙醚，先冷浸后超聲3次，控制溫度在15℃以下，乙醚溶劑萃取3次，從方差分析可知因素B具有顯著性影響。

3、討論

以棉酚為考查對(duì)象，對(duì)棉根皮中的棉酚進(jìn)行提取工藝研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳工藝為超聲提取法。最佳條件是:冷浸1h，料液比(g/ml)1∶2。5，超聲提取3次，15min/次，溫度為15℃以下。