专利名称：一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法
技术领域：
本发明涉及从铀水冶合格液中沉淀铀的技术领域，具体是一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的技术。
背景技术：
铀是核军工和核电的原料，对国防建设和国民经济发展具有非常重要的作用。 根据核军工的需求和核电的发展规划，预计到2020年我国对天然铀的年需求量将达到 10000t。由于我国铀矿资源储量不十分丰富，且已探明的铀矿资源品位低，这对铀矿的采冶技术提出了更高的要求。我国铀矿浸出的主要工艺有地表堆浸、原地浸出、就地破碎浸出搅拌浸出以及细菌浸出。铀矿经过地表堆浸/原地浸出/就地破碎浸出/搅拌浸出/细菌浸出后，得到铀矿浸出液，然后通过萃取或离子交换得到去除了杂质的高浓度含铀溶液称为铀水冶合格液，为了回收铀，需要从铀水冶合格液中沉淀铀，然后通过固液分离，得到铀产目前我国沉淀铀水冶合格液中的铀的方法主要为化学沉淀法。从酸性的铀水冶合格液沉淀铀，最常用的方法是用氨中和至PH = 7-8，然后采用煅烧的方法除氨，最后得到水合的氧化物、重铀酸盐和碱式硫酸铀酰的混合物，此方法对铀的选择性沉淀不强。此外，也可使用石灰、氢氧化钠或氧化镁从酸性铀水冶合格液中和沉淀铀，但都存在试剂耗量大，选择性沉淀不强，环境污染较严重的缺点。近年来，在实际应用中，过氧化氢也经常用来沉淀酸性铀水冶合格液中的铀，反应方程式如下U022++H202+2H20 = UO4 · 2H202+2H+，这种方法比中和法选择性好，但要求的化学试剂耗量仍然很大，为了中和产生的酸，仍要求使用氨水， 加入过氧化氢的量要超过理论需要量的35% -100%，每沉淀Ikg铀，需要消耗0. 95kg的浓度为30%的过氧化氢。此方法还存在稀溶液中的铀沉淀不完全，沉淀发生前需要较长时间的诱导，过量的硫酸根会导致沉淀效率降低等问题。还有将铀水冶合格液中的铀以四价铀的形态沉淀的方法，如电解或SO2还原后加HF，使之生成UF4 · XH2O2的沉淀法，但这种方法由于对设备要求高，沉淀过程复杂，几乎没有被采用。从碱性铀水冶合格液中沉淀铀，当浸出液中铀的浓度大于3g/L时，一般直接用氢氧化钠沉淀，生成重铀酸钠浓缩物。反应方程式如下2Na4U02 (CO3) 3+6Na0H = Na2U207+6Na2C03+H20o也可先对铀水冶合格液进行酸化，将过量的碳酸根分解掉，然后用氧化镁或氨水来沉淀铀。但当浸出液中铀的浓度小于3g/L时，试剂的消耗就会使得该沉淀方法不经济。此外，采用该方法对铀水冶合格液中的铀进行沉淀，还存在需要升温，一般需要升温至50-80°C，耗时长，需要6-12h，要循环大部分沉淀物等缺点。综上所述，采用化学沉淀法对铀水冶合格液中的铀进行沉淀，存在所需的化学试剂耗量大，选择性沉淀铀的性能不强，得到的最终化学浓缩物含铀量不高，且沉淀剂的用量大，易污染环境等缺点。因此，研究新的资源节约型、环境友好型的铀水冶合格液中铀的沉淀方法，是我国铀水冶科技工作者的紧迫任务。
发明内容
针对以上情况，本发明的目的是提供一种从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，该方法既具有化学试剂耗量小、沉淀效率高、铀产品质量好，又具有操作步骤简单，环境风险小等多重优点。为解决上述任务，本专利发明了一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，无需其他辅助手段和化学试剂，其工艺流程见说明书附图1。铀水冶合格液指的是铀矿浸出液经过萃取或离子交换后得到含高浓度铀的溶液。具体措施是(1)调节铀水冶合格液的pH值用酸、碱调节铀水冶合格液的pH至5. 5-8. 0范围；(2)采用微波对铀水冶合格液进行辐照采用功率为0. 7-30kw的工业微波炉产生的微波直接对铀水冶合格液进行辐照处理；(3)沉降处理微波辐照处理后，等待铀水冶合格液冷却到室温，其中的铀化合物自然沉淀；(4)固液分离待铀水冶合格液中的铀化合物沉淀后，采取过滤或直接抽去上清液的方法进行固液分离，得到高质量的铀产品。其进一步的措施是对铀水冶合格液进行预处理，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl体系或 lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3体系，将铀水冶合格液的pH调节至5. 5-8. 0的范围内。铀水冶合格液的铀浓度最大可达19. 228g/L。取80ml-1000mL，25V的铀水冶合格液，采用微波功率为0. 7-30kw的的工业微波炉，微波辐照时间控制在16-60S之间，铀水冶合格液的温度上升至75°C以上，能耗控制在 0. 08-0. 27kw · h/L，铀的沉淀率可达到71. 4% -98. 5%。该方法主要是使温度上升至75°C 以上，而温度的升高与体积成反比、与功率和时间成正比，具体的对应关系可有用能耗来衡量，大约是0. 08-0. 27kw · h/L铀水冶合格液。微波辐射后，等待铀水冶合格液冷却到室温，其中的铀化合物在较短时间内生成细小的可沉淀颗粒，待铀化合物颗粒完全沉降后，溶液再次恢复澄清，沉降处理完成。固液分离是指待铀水冶合格液中的铀化合物颗粒沉淀后，采取过滤或静置一定时间后直接抽去上清液的方法进行固液分离，得到高质量的铀产品，该铀产品的铀元素的质量百分比为 62. 25 %,主要成分为=Na2U3O10 · IOH2O(65 % ) > UO3 · 2H20(25 % )、 UO4 · 2H20(10% )，杂质含量< 1%0本发明利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀，解决了现有的沉淀方法化学试剂耗量大、发生沉淀所需时间长、选择性沉淀铀的性能不强，得到的最终化学浓缩物含铀量不高，且过多的沉淀剂会造成环境污染等问题。本专利发明的一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，相比现有的技术方法，具有以下技术优势(1)采用工业微波炉产生的微波对铀水冶合格液进行直接辐照，促使其中的铀化合物沉淀，无需其他辅助手段，不会产生二次污染。(2)本发明具有工艺流程短，反应过程容易控制，所需时间短，60秒钟内即可完成反应，冷却到室温，产生大量含铀化合物的沉淀，沉淀的形貌见说明书附图2。(3)本发明所需设备体积小，节能省电，最低的能耗可控制在0. OSkw · h/L铀水冶合格液。化学试剂消耗量大大减少，工艺运行费用大大降低。(4)利用该发明所产生的沉淀中铀含量高，铀元素的质量比达到62. 25%，见说明书附图3。(5)利用该发明所得的铀产品质量好、性能高，生成沉淀的主要成分为 Na2U3O10 · IOH2O (65% )、UO3 · 2H20(25% )、UO4 · 2H20(10% )，见说明书附图 4。它适用于铀水冶合格液中铀的沉淀以及高浓度含铀废水的处理。与传统的沉淀方法相比，本发明具有工艺流程短，反应过程容易控制，所需时间短，设备体积小，无二次污染，节能省电，化学试剂消耗量减少，运行费用低，沉淀中铀含量高，铀产品质量、性能高等优点。该发明专利对推动我国铀水冶技术的进步，提高铀矿资源的回收率，具有重要的意义。
图1利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法流程2铀水冶合格液经微波辐照后所生成的铀化合物沉淀的晶体形貌3铀水冶合格液经微波辐照后所生成的铀化合物沉淀的能谱4铀水冶合格液经微波辐照后所生成的铀化合物沉淀的X射线衍射物相分析谱图
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的说明。I材料组成40KW工业微波炉、铀水冶合格液II材料配置及实施方法对铀水冶合格液进行预处理，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl体系或 lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3体系，将铀水冶合格液的pH调节至5. 5-8. 0的范围内。取一定体积的铀水冶合格液，采用微波功率为40KW的工业微波炉，设定一定的功率对其进行经一定的时间的微波辐照，使其温度上升至75°C以上。微波辐射后，等待铀水冶合格液冷却到室温后，铀水冶合格液中在较短时间内生成细小的铀化合物颗粒沉淀，待铀化合物颗粒完全沉降后，溶液再次恢复澄清，此时，铀水冶合格液分为上下两层，上层为不含铀的上清液，下层为含铀化合物的沉淀层。采取过滤或直接抽去上清液的方法进行固液分离， 得到高质量的铀产品。III 原理微波场可以直接作用于化学体系从而促进或改变各类化学反应。在微波辐照下， 铀水冶合格液中的极性分子在微波场作用下，发生高频振荡，由于介质损耗而引起热效应， 加速化学反应的进行。微波除了能加速反应之外，还具有分子间直接作用而引起的非热效应，降低化学反应的活化能，对化学反应具有催化作用。虽然铀矿的浸出方法不同，所得到的铀水冶合格液的成分和浓度也不尽相同，但是铀的存在形态基本类似，主要是以U(VI)的化合物及其络合物的形态存在。U(VI)在水溶液中不稳定，在酸性溶液中与氧结合生成酰离子UO22+,在碱性溶液中则生成重铀酸根U2O7，在一定PH范围内两者相互转化，其可溶性较好，不容易沉淀。当铀水冶合格液中的铀化合物暴露在微波场中，浸出液中铀化合物发生剧烈的物理化学反应，转化成不可溶物质和絮体物沉淀。其化学反应式为2U20广+U022++2Na++14H20 — Na2U3O10 · IOH2O J, +UO3 · 2H20 I +UO4 · 2H20 I采用功率为24KW频率为2450Hz的工业微波炉产生的微波辐射处理pH为7. 0，浓度为1000mg/L的铀水冶合格液16S，产生的沉淀经固液分离、干燥后。采用QUANTA-200扫描电镜(SEM)进行形貌分析(见说明书附图2)，能谱仪(EDAX)进行元素分析(见说明书附图3)、再通过X-射线衍射仪(XRD)进行物相分析(见说明书附图4)，结果表明该沉淀是一种混合物，形成沉淀颗粒的的直径在2-5 μ m，由元素U、0、Na、Cl组成，各元素的平均质量百分比分别为 62. 25%,34. 65%,2. 81%,0. 30%，主要成分为 Na2U3O10 · IOH2O(65% )、 UO3 · 2H20(25% )、U04 · 2H20(10% )。采用微波辐照对SOmL铀浓度为19. 228g/L的铀水冶合格液进行沉淀，将pH调节到6. 79后，采用700W的微波功率辐射60S后，铀的沉淀率达98. 5%以上，可以达到工业生产的要求。IV
具体实施例方式一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，其具体步骤是(1)铀水冶合格液预处理用酸、碱调节铀水冶合格液的pH至5. 5-8. 0范围；(2)微波辐射采用功率为0. 7-30kw工业微波炉产生的微波直接对量铀水冶合格液进行辐照处理；(3)沉降处理微波辐照处理后，等待铀水冶合格液冷却到室温后，其中的铀化合物自然沉淀；(4)固液分离待铀水冶合格液中的铀化合物沉降后，采取过滤或直接抽去上清液的方法进行固液分离，得到高质量的铀产品。V实施例实施例1，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为IOOOmg/ L的铀水冶合格液的pH调节至5. 5。设置工业微波炉的功率为30KW，微波连续辐照32S，冷却到室温，铀的沉淀率为71.4%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例2，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为400mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6。设置工业微波炉的功率为24KW，微波连续辐照28S，冷却到室温，铀的沉淀率为78.5%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例3，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为IOOOmg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6。设置工业微波炉的功率为18KW，微波连续辐照20S，冷却到室温，铀的沉淀率为85.2%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。
实施例4，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为IOOOmg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6。设置工业微波炉的功率为18KW，微波连续辐照20S，冷却到室温，铀的沉淀率为85.2%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例5，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为600mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6. 5。设置工业微波炉的功率为30KW，微波连续辐照20S，冷却到室温，铀的沉淀率为87.3%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例6，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为600mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6. 5。设置工业微波炉的功率为30KW，微波连续辐照20S，冷却到室温，铀的沉淀率为87.3%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例7，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为800mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6. 5。设置工业微波炉的功率为18KW，微波连续辐照24S，冷却到室温，铀的沉淀率为92.2%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例8，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将IL铀浓度为IOOOmg/ L的铀水冶合格液的pH调节至6. 5。设置工业微波炉的功率为21KW，微波连续辐照28S，冷却到室温，铀的沉淀率为96%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例9，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为200mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至7。设置工业微波炉的功率为27KW，微波连续辐照20S，冷却到室温，铀的沉淀率为89.8%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例10，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为400mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至7。设置工业微波炉的功率为30KW，微波连续辐照24S，冷却到室温，铀的沉淀率为90.7%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例11，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为600mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至7。设置工业微波炉的功率为18KW，微波连续辐照28S，冷却到室温，铀的沉淀率为93.2%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例12，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为800mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至7。设置工业微波炉的功率为21KW，微波连续辐照32S，冷却到室温，铀的沉淀率为96.2%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例13，采用lmol/L的Na2COjP lmol/L的妝!10)3溶液，将IL铀浓度为IOOOmg/ L的铀水冶合格液的pH调节至7。设置工业微波炉的功率为24KW，微波连续辐照16S，冷却到室温，铀的沉淀率为96.4%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例14，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为400mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至8。设置工业微波炉的功率为18KW，微波连续辐照32S，冷却到室温，铀的沉淀率为94. 1%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例15，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为600mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至8。设置工业微波炉的功率为21KW，微波连续辐照16S，冷却到室温，铀的沉淀率为96.9%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例16，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为800mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至8。设置工业微波炉的功率为24KW，微波连续辐照20S，冷却到室温，铀的沉淀率为96.7%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例17，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为800mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至8。设置工业微波炉的功率为27KW，微波连续辐照24S，冷却到室温，铀的沉淀率为97.4%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例18，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将IL铀浓度为800mg/ L的铀水冶合格液的pH调节至8。设置工业微波炉的功率为27KW，微波连续辐照24S，冷却到室温，铀的沉淀率为97.4%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例19，采用lmol/L的Na2CO3和lmol/L的NaHCO3溶液，将80mL铀浓度为 19. 228g/L的铀水冶合格液的pH调节至6. 97。设置工业微波炉的功率为700KW，微波连续辐照60S，冷却到室温，铀的沉淀率为98. 5%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。实施例20，采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl溶液，将80mL铀浓度为 19. 228g/L的铀水冶合格液的pH调节至6. 02。设置工业微波炉的功率为700KW，微波连续辐照60S，冷却到室温，铀的沉淀率为97. 2%，固液分离后，其沉淀的回收率为100%。以上仅仅是本发明的较佳实施方式，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可对此作出各种修改和变换。例如，变换铀水冶合格液的浓度和质量，将铀水冶合格液调节成不同PH值，改变微波的功率，采用不同种类的微波源，对微波辐照时间进行调整，以及采用此方法处理高浓度含铀废水等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明的实质。
8
权利要求
1.一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，其特征在于，具体步骤是(1)调节铀水冶合格液的PH值用酸、碱调节铀水冶合格液的PH至5. 5-8. 0的范围；(2)采用微波对铀水冶合格液进行辐照采用微波功率为0. 7-30kw的工业微波炉产生的微波直接对铀水冶合格液进行辐照处理；(3)沉降处理微波辐照处理后，等待铀水冶合格液冷却到室温后，其中的铀化合物自然沉淀；(4)固液分离待铀水冶合格液中的铀化合物沉淀后，采取过滤或静置一定时间后直接抽去上清液的方法进行固液分离，得到高质量的铀产品。
2.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，其特征在于铀水冶合格液的铀浓度最大可达19. 228g/L。
3.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法， 其特征在于其微波辐照时间控制在16-60S之间较为适宜，使铀水冶合格液的温度上升至 750C以上，其能耗控制在0. 08-0. 27kw · h/L。
4.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法，其特征在于采用2mol/L的NaOH溶液和1 1的HCl体系或lmol/L的Na2CO3和lmol/L的 NaHCO3体系，将铀水冶合格液的pH调节至5. 5-8. 0的范围内。
5.根据权利要求1所述的一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法， 其特征在于所得的铀产品的主要成分为=Na2U3O10 · IOH2O (65 %), UO3 · 2H20(25 % UO4 · 2H20(10% )。
全文摘要
铀水冶合格液，是铀矿浸出液经过离子交换或萃取后所得到的高浓度铀溶液。本发明涉及一种利用微波辐照技术从铀水冶合格液中沉淀铀的方法。该方法采用工业微波炉产生的微波直接对铀水冶合格液进行辐照，具体实施方法是(1)对铀水冶合格液进行预处理；(2)对预处理后的铀水冶合格液进行微波辐照处理；(3)对经微波辐照处理后的铀水冶合格液进行沉降处理；(4)对产生沉淀的铀水冶合格液进行固液分离处理，得到高质量的铀产品。该发明专利解决了铀水冶合格液中铀的沉淀问题，具有快速、高效、设施简单、化学试剂耗量低、可操作性强、产品质量好、易分离、无环境污染等优点。
文档编号C22B3/44GK102260793SQ201110208978
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者丁德馨, 孙静, 扶海鹰, 李广悦, 王永东, 胡南 申请人:南华大学