专利名称：一种高澄清度铀溶液的制备方法
技术领域：
本发明涉及核化工领域的固液分离技术，具体涉及一种高澄清度铀溶液的制备方法。
背景技术：
在核燃料循环过程中，从粗铀浓缩物(黄饼)制备出核级或核电级产品的一系列 化工过程称为铀的精制过程。铀的精制分为干法精制与湿法精制，在铀的湿法精制过程中， 主要包括固液分离、萃取分离、沉淀结晶、干燥煅烧等几个工序，萃取分离是铀精制流程的 核心，如何减少萃取过程中乳化现象的发生是萃取过程多年来进行研究的重点。铀精制流程萃原液的制备是以铀浓缩物(黄饼)为原料，采用硝酸溶解，得到铀溶 解液，再采用过滤工序去除溶解液中的固体物质得到澄清铀溶液。由于国产铀浓缩物(黄 饼)的主要成分为重铀酸钠或重铀酸铵，其含有大量的硅及硝酸不溶物杂质，多以悬浮物 形式存在。采用普通的过滤方法，则很快会在过滤介质表面形成一层致密的滤层，致使过滤 速度很慢，且所得滤液久置后会出现絮状沉淀，极有可能造成后续萃取工序乳化的发生。研 究发现，这些悬浮物质是不同聚合状态的硅和其它微小颗粒所组成，采用普通的过滤方法， 则很快会形成一层致密的滤层，过滤速度很慢，且滤液久置后会出现絮状沉淀，极有可能造 成后续萃取工序的乳化。工业上为防止溶解液中硅的聚集，一是采用在700 800°C将铀浓 缩物煅烧的方法，以使不定型硅改性成定型硅，从而避免硅在溶解液中的聚集现象，提高过 滤速度和滤液的澄清度。或者是采用将铀溶解液长期静置的方法，使溶液中的硅予以聚集， 以悬浮物的形式沉降，其间可加入絮凝剂，依靠絮凝剂的絮凝作用加快硅的聚集，使絮团线 度加长，增大沉降速度。然后再分别对上清液和底流分别过滤，滤液为澄清铀溶液，用作萃 原液，滤渣返回矿山进行浸出。上述方法存在着以下不足在采用干燥、煅烧的方法使铀浓缩物中不定型硅改性、然后再采用硝酸溶解煅烧 产物制备澄清铀溶液(萃原液)的方法中，虽然溶解液的过滤速度较快，萃原液澄清度也较 高，但铀浓缩物经700 800°C高温煅烧，不但每吨铀要增加2500元煅烧费用，而且由于铀 浓缩物中还含有其它杂质，颗粒松散度较差，部分颗粒存在烧结现象，这部分烧结物会包裹 部分的重铀酸钠，在硝酸溶解时很难被溶出，导致滤渣中铀含量在1 2%，铀在滤渣中损 失较大。在对溶解液中悬浮物先沉降后过滤的方法中，虽然节省了煅烧的能耗，但溶解液 经长时间(>48h)的静置，溶液中的底部有悬浮物聚集，对这种底流物料采用浓密的方法 仍不能达到固液的有效分离，仍需采用板框压滤机进行分离，不但滤速慢，滤渣含水较高， 难以进行洗涤等操作，铀在滤渣中损失较大；上部溶液虽然悬浮物大为减少，但仍含有部分 悬浮物，况且颗粒更加细小，与底流物料相比，过滤速度未见明显提升，况且滤液久置后仍 有悬浮物出现，难以达到后续萃取工序对萃原液的质量的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高澄清度铀溶液的制备方法，其获得了高澄清度萃原 液(滤液固体浓度< 50mg/L)，满足后续萃取工序对萃原液的质量需求，解决了现行萃原液 制备技术中所存在的或能耗高、过滤收率低或过滤速度慢、滤液澄清度低、过滤收率低的问 题实现本发明目的的技术方案一种高澄清度铀溶液的制备方法，其包括如下步 骤(1)采用硝酸溶液对重铀酸盐固体进行溶解，直至重铀酸盐固体溶解完全，酸溶结 束；(2)在步骤⑴酸溶结束0 M小时以内，在搅拌条件下向步骤⑴所得的铀溶 解液中加入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液1 50kg，反应0. 5 1小时结束；(3)然后在步骤(2)结束0 5小时以内，采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝 酸铀酰溶液，该溶液中固体浓度< 50mg/L ；其中，板框压滤机的滤布上预先涂覆一层硅藻 土，硅藻土涂层厚度在1 2mm，过滤压力0. 2 0. 6Mpa。如上所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法，其所述的重铀酸盐为重铀酸钠、重 铀酸铵、重铀酸镁或重铀酸钙。如上所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法，其步骤(1)的溶解温度为50 100°C。如上所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法，其步骤⑴所用的硝酸浓度质量百 分比在40 98%。本发明的效果在于本发明提出一种高澄清度铀溶液的制备方法，该技术采用较经济的手段，获得了 高澄清度萃原液(滤液固体浓度< 50mg/L)，满足了后续萃取工序对萃原液的质量需求，解 决了现行萃原液制备技术中所存在的或能耗高、过滤收率低或过滤速度慢、滤液澄清度低、 过滤收率低的问题。本发明在铀溶解液中加入硅藻土，通过对硅藻土加入时机的掌握，即在酸溶结束 24小时以内向铀溶解液中加入硅藻土，以及在5小时以内采用板框压滤机过滤铀溶解液， 可以防止溶解液中的a-Si02* 0^02聚集形成Y-SiO2，避免絮状Y-SiO2对滤孔形成 的堵塞，又利用硅藻土形成的微孔将β-SiO2去除，得到稳定的高澄清度的含铀滤液。本发 明在板框压滤机的滤布上预先涂覆一层硅藻土，减少微小颗粒的穿滤，避免滤布堵塞。本发明以硅藻土为助滤剂和预涂剂，通过对硅藻土加入条件的优化，有效地解决 了不同状态的硅酸对过滤操作的干扰，在获得较高滤速的同时，有效地去除了对萃取过程 影响较大的Y_Si02，滤液固体浓度小于50mg/L，滤液久置后也没有絮状物质产生，获得了 高澄清度的过滤液。以此滤液为萃原液，可以有效减少塔式和槽式设备上出现的乳化现象， 可以大大降低后续萃取步骤的清洗次数。
图1为本发明所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法作 进一步描述。实施例1如图1所示，采用本发明方法获得高澄清度铀溶液(1)在75°C下，采用硝酸溶液对重铀酸钠进行溶解，硝酸浓度质量百分比在63%， 直至重铀酸钠固体溶解完全，酸溶结束；(2)在步骤⑴酸溶结束0. 5小时，在搅拌条件下向步骤⑴所得的铀溶解液中加 入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液20kg ；反应0. 5小时结束；(3)然后在步骤( 完成0. 5小时，采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝酸铀酰 溶液，铀浓度为287g/L，溶液中固体浓度< 50mg/L。其中，板框压滤机的滤布上预先涂覆一 层硅藻土，硅藻土涂层厚度在1. 5mm，过滤压力0. 4Mpa。滤渣铀含量0. 027%。与不加硅藻土助滤剂和预涂剂相比，采用本发明方法滤速提升明显，滤液澄清度 明显提高，滤液固体浓度< 50mg/L。与煅烧铀浓缩物制备萃原液的方法相比，采用本发明方法尾渣铀含量由2%下降 到0. 03%，过滤收率得到提高。实施例2如图1所示，采用本发明方法获得高澄清度铀溶液(1)在50°C下，采用硝酸溶液对重铀酸铵进行溶解；硝酸浓度质量百分比在40%， 直至重铀酸盐固体溶解完全，酸溶结束；(2)在步骤⑴酸溶结束M小时，在搅拌条件下向步骤⑴所得的铀溶解液中加 入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液Ig ；反应0. 5小时结束。(3)然后在步骤( 完成5小时，采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝酸铀酰溶 液，铀浓度为255g/L，溶液中固体浓度< 50mg/L。其中，板框压滤机的滤布上预先涂覆一层 硅藻土，硅藻土涂层厚度在1mm，过滤压力0. 2Mpa。滤渣铀含量0. 045%。实施例3如图1所示，采用本发明方法获得高澄清度铀溶液(1)在100°C下，采用硝酸溶液对重铀酸钠进行溶解；硝酸浓度质量百分比在 98%，直至重铀酸钠固体溶解完全，酸溶结束；(2)在步骤⑴酸溶结束10小时，在搅拌条件下向步骤⑴所得的铀溶解液中加 入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液50kg ；反应1小时结束。(3)然后在步骤( 完成3小时，采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝酸铀酰溶 液，铀浓度为315g/L，溶液中固体浓度< 50mg/L。其中，板框压滤机的滤布上预先涂覆一层 硅藻土，硅藻土涂层厚度在2mm，过滤压力0.6Mpa。滤渣铀含量0. 035%。实施例4如图1所示，采用本发明方法获得高澄清度铀溶液(1)在85°C下，采用硝酸溶液对重铀酸钠进行溶解；硝酸浓度质量百分比在63%， 直至重铀酸钠固体溶解完全，酸溶结束；(2)在步骤⑴酸溶结束立即在搅拌条件下向步骤⑴所得的铀溶解液中加入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液IOkg ；反应45分钟结束。(3)然后在步骤( 完成立即采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝酸铀酰溶液， 铀浓度为306g/L，溶液中固体浓度< 50mg/L。其中，板框压滤机的滤布上预先涂覆一层硅 藻土，硅藻土涂层厚度在1.5mm，过滤压力0. 45Mpa。滤渣铀含量0. 025%。研究表明，硅酸在溶液中的聚合状态是不同的，按聚合程度的大小可分为α、β、 Y三种形态，α-SiO2为低聚形态的硅酸，β-SiO2为中聚硅酸，Y_Si02高聚硅酸。在一定条 件下，溶液中硅酸的聚合状态会随时间的延长而加剧，而导致溶液中Y-S^2的浓度增大。 由于Y -SiO2是由直径为4 ISnm的胶体微粒聚集而成，它是造成萃取过程产生乳化现象 的元凶，应尽量减少滤液中Y-SiO2的浓度；β-SiO2虽然对萃取过程过程中乳化现象的发 生没有直接影响，但会缓慢聚集成Y-SiO2,而加速萃取过程中乳化现象的发生；α -SiO2粒 径较小，易穿过滤层，进入滤液，不但对溶液的澄清度影响较小，而且对萃取过程中乳化现 象的产生也没影响。在硝酸溶解铀浓缩物所得的溶解液中，溶液中的硅发生如下反应Na2Si03+2HN03 = NaN03+Si O2H2O新产生的硅酸主要以α -SiO2和β -SiO2形式存在，若此时未加硅藻土直接过滤， 由于滤布滤孔较大，线性较小的β-SiO2和α-SiO2会穿滤进入滤液，滤液久置后，溶液中的 β-SiO2仍会聚合成Y-SiO2,形成外观可见的絮状物，使滤液的澄清度降低，以此溶液进行 萃取操作，极有可能发生乳化现象。如将溶解液久置，β-SiO2会聚合成Y-SiO2，在溶解液 中会有大量的絮状物质出现，在过滤时会堵塞滤布的滤孔，形成非常致密的滤层，过滤速度 较慢，难以在工业上实施。硅藻土主要由二氧化硅构成，是在硅藻残骸沉积层中得到的，其颗粒组成在生物 学上有几种不同的类型，每种类型都有不同的形状，有些是片状的，有些是柱状的，含有椭 球形、纤维型和针状的。颗粒本身由于其具有的骨架结构并有很高的内部渗透性。在由铀 浓缩物酸溶结束后，立即向溶解液中加入硅藻土并进行过滤，此时溶解液中的β -SiO2还未 形成聚合度较高的Y-SiO2,难以形成致密的滤层，尽管β-SiO2聚合度中等，但仍可被硅藻 土形成的滤孔截留达到去除目的。
权利要求
1.一种高澄清度铀溶液的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)采用硝酸溶液对重铀酸盐固体进行溶解，直至重铀酸盐固体溶解完全，酸溶结束；(2)在步骤(1)酸溶结束0 M小时以内，在搅拌条件下向步骤(1)所得的铀溶解液 中加入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液1 50kg，反应0. 5 1小时结束；(3)然后在步骤( 结束0 5小时以内，采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝酸铀 酰溶液，该溶液中固体浓度< 50mg/L ；其中，板框压滤机的滤布上预先涂覆一层硅藻土，硅 藻土涂层厚度在1 2mm，过滤压力0. 2 0. 6Mpa。
2.根据权利要求1所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法，其特征在于所述的重铀 酸盐为重铀酸钠、重铀酸铵、重铀酸镁或重铀酸钙。
3.根据权利要求1所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法，其特征在于步骤⑴的 溶解温度为50 100°C。
4.根据权利要求1所述的一种高澄清度铀溶液的制备方法，其特征在于步骤(1)所 用的硝酸浓度质量百分比在40 98%。
全文摘要
本发明提供一种高澄清度铀溶液的制备方法，其包括如下步骤(1)采用硝酸溶液对重铀酸盐固体进行溶解，直至重铀酸盐固体溶解完全，酸溶结束；(2)在酸溶结束0～24小时以内，在搅拌条件下向步骤(1)所得的铀溶解液中加入硅藻土，硅藻土加入量为每立方米溶解液1～50kg，反应0.5～1小时结束；(3)在步骤(2)结束0～5小时以内，采用板框压滤机过滤铀溶解液，得到硝酸铀酰溶液，该溶液中固体浓度＜50mg/L；板框压滤机的滤布上预先涂覆一层硅藻土，硅藻土涂层厚度在1～2mm，过滤压力0.2～0.6MPa。本发明采用较经济的手段，获得了高澄清度萃原液，满足了后续萃取工序对萃原液的质量需求。
文档编号C22B3/06GK102127639SQ20101060341
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者刘超, 周志全, 张永明, 李伟才, 牛玉清, 舒祖骏, 赵凤岐 申请人:核工业北京化工冶金研究院