تحقيق در مورد ليچينگ ( فرآوري اورانيوم ) تحت pdf

تحقيق در مورد ليچينگ ( فرآوري اورانيوم ) تحت pdf دارای 27 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقيق در مورد ليچينگ ( فرآوري اورانيوم ) تحت pdf کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي تحقيق در مورد ليچينگ ( فرآوري اورانيوم ) تحت pdf ،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد

---

بخشی از متن تحقيق در مورد ليچينگ ( فرآوري اورانيوم ) تحت pdf :

لیچینگ كانه های اورانیوم

لیچینگ مرحله ای مهم از فراوری اورانیوم است. لیچینگ بر مبنای مواد مورد مصرف به دو دسته كلی تقسیم می شود یكی لیچینگ اسیدی و دیگری لیچینگ قلیایی است. در لیچینگ اسیدی معمولاً از اسید سولفوریك و در لیچینگ قلیایی معمولاً از محلول كربنات بی كربنات سدیم دقیق استفاده می كنند.

لیچینگ كربناتی (قلیایی) مواد ریزتر می خواهد و انتخابی تر عمل می كند، به طور مثال كانه های حاوی بیشتر از 9-7 درصد كربنات بهتر است كه به صورت كربناتی لیچ شوند. البته سایر فاكتورها نیز باید منظور شوند كه عبارتند از میزان بازیابی اورانیوم، آب مصرفی، … . اگرچه لیچینگ اسیدی در بیشتر كارخانه های اورانیوم استفاده می شود، ولی لیچینگ قلیایی نیز دارای مزایایی به شرح زیر است:

– محلول برای كانی های اورانیوم به صورت خاص عمل می كند. با بیشتر گانگها واكنش نمی دهد.

– محلول كربناتی در مقایسه با منحلول اسیدی خورندگی كمتری دارد.

– اورانیوم می تواند مستقیماً از محلول رسوب داده شود، و جدایش آن از عناصر دیگر آسانتر می گردد.

– محلول كربناتی به آسانی می تواند باز تولید شود.

این روش معایبی نیز دارد كه به شرح زیر است:

– برای در برگرفتن كانی های اورانیوم توسط محلول خردایش ریز نیاز است چرا كه قادر به حل كردن و نفوذ در گانگ نیست.

– بعضی كانی های گانگ مثل سولفات كلسیم و پیریت ی توانند با معرف قلیایی واكنش داده و مصرف آنرا بالا ببرند.

– بیشتر كانی های مقاوم اورانیوم در وضعیت قلیایی حل نمی شوند.

بنابراین خواص كانی شناس كانه نیز در تعیین نوع عملیات موثرند، اسیدی یا قلیایی بودن عملیات بستگی به گانگ موجود و نوع كانی اورانیوم دارد.

لیچینگ اسیدی

مقدمه

روش لیچینگ انتخابی برای حل اورانیوم از كانه بستگی به خواص فیزیكی و شیمیایی كانه از قبیل نوع كانی های اورانیوم، درجه آزادی، طبیعت دیگر كانی‌های موجود در تركیب دارد.

لیچینگ اسیدی عموماً به لیچینگ با اسید سولفوریك اشاره دارد. اسید نیتریك خواص اكسید كنندگی قوی دارد ولی بسیار گرانقیمت تر از اسید سولفوریك است كه نیترات اورانیل در محلول رقیق تشكیل خواهد شد. نیترات اورانیل سازگار بااستفاده از روش تعویض یونی نوع آنیونیكی می باشد. اسید نیتریك زمانی كه عملیات روی كانه عیار بالاست استفاده می شود. اسید هیدروكلریك برای لیچینگ در عملیاتی كه از تشویه نمكی استفاده شده است، كاربرد دارد. در این عملیات اسید از گازهای تشویه بازیابی می شود. از طرف دیگر اسید هیدروكلریك بسیار گرانقیمت است. همچنین خورندگی شدید دارد. كلریدفریك و سولفات فریك همچنین برای بسیاری از كانی‌های اورانیم دار به عنوان Lixiviant استفاده می شود.

اسید سولفوریك در محلول به شكل سولفات و بی سولفات و یون هیدروژن یونیزه می‌شود. در واكنش با اورانیوم شش ظرفیتی تولید سولفات اورانیل و كمپلكس آنیونیك سولفات اورانیل طبق واكنش زیر می كند:

اورانیوم حل شده ممكن است در هر یك از شكلهای فوق یافت شود، كه به غلظت اورانیوم و اسید، درجه حرارت و دیگر كمپلكسهای موجود در سیستم بستگی دارد. حضور یون سولفات برای تشكیل كمپلكس یون اورانیل مهم است و عدم حضور آن به رسوب فلز طبق واكنش زیر كمك می كند:

از نقطه نظر ترمودینامیكی، هیدرولیز اورانیل، آسانتر از واكنشهای كمپلكس شدن است. با وجود این با حضور یون سولفات، واكنش كمپلكس از نظر سینتیك مساعدت می شود.

یكی از مزایای استفاده از اسید سولفوریك در لیچینگ تولید كمپلكس سولفات آنیونیكی است، چرا كه رزین های تعویض یونی آنیونیك، خاصیت انتخابی بیشتری نسبت به نوع كاتیونیك برای اورانیوم دارند.

اورانیوم موجود در كانی ها در شكل 4 ظرفیتی باید قبل از حل شدن، اكسید شونده آهن فریك به عنوان یك اكسید كننده اصلی عمل می كند، كه اورانیوم 4 ظرفیتی را در عملیات لیچینگ اسیدی، اكسید می كند. آهن در اثر وجود در تركیبات كانی ها یا عملیات مقدماتی، سائیده شدن آسیا و سنگ شكن ها، همیشه حضور دارد. ولی ممكن است به صورت فرو (دو ظرفیتی) باشد. از دی اكسید منگنز (پیرولوزیت) جهت اكسید كردن آهن II به آهن III استفاده می شود.

مصرف اسید تابعی از تركیب گانگ موجود در كانه است، كلیت، دولومیت، مگنزیت و سیدریت سریعاً با اسید دقیق در دمای معمولی واكنش می دهند. سولفیدها، آهن فلزی، بعضی فسفاتها، مولیبداتها، و اناداتها، اكسیدها، فلوریدها اسید اضافی را مصرف می كنند و محلول را هنگامی كه درجه حرارت یا غلظت اسید افزایش یابد، آلوده می كنند. واكنشهای تیپیك به شرح زیر است:

انحلال بعضی كمپلكسهای آلومینوسیلكاتها مثل رسهای هیدراته یا دیگر سبكلاتها قابل حل در اسید ممكن است با بالا رفتن درجه حرارت اتفاق افتد، كه طبق واكنش زیر عمل می شود:

اسید سیلیك و شكل كلوئیدی دارد، كه ممكن است به صورت ژله ای رسوب نماید، این امر باعث بروز مشكلاتی در مراحل بعدی می شود و رسوب مجدد بعد از انحلال یك موضوع مهم در شیمی لیچینگ است. شكست و نگهداشتن وضعیت اكسیداسیون در محلول ممكن است تركیبات نمكی اورانیوم را نتیجه دهد، كه در مقادیری از PH از محلول رسوب می كند.

متغیرهای فرآیند

دانه بندی ماده معدنی

یكی از مهمترین اهداف خردایش در فرآوری مواد معدنی آزادسازی كانی‌های با ارزش از مواد با طله همراه در درشتترین ابعاد ممكن است. در حقیقت تولید یك محصول پرعیار در گرو مطالعه صحیح سایز و درجه آزادی است، اگرچه در فرآیندهای هیدرومتالورژیكی مسئله بدین شدت نیست، كافی است تا بخشی از كانی در معرض تماس با حلال قرار گیرد. آزادسازی كافی كانی های اورانیوم برای اغلب كانه‌های ایالات متحده آمریكا برای آماده سازی لیچینگ اسیدی با خردایش تا زیر 28 مش با 30 تا 40 درصد زیر 200 مش بدست می آید. كانه های استرالیا و كانادا حاوی برانریت یا دیویدیت خردایش تا 55-60 درصد زیر 200 مش نیاز دارند، تا لیچینگ رضایت بخش بدست آید. خردایش بیشتر باعث افزایش ویسكوزیته پالپ می شود. بنابراین اثر معكوس روی سرعت لیچینگ داد.

غلظت اسید

عمده ترین نیاز عملیات لیچینگ، كافی نگهداشتن غلظت اسید برای حمله به كانی‌های اورانیوم بدون حل كردن مقادیر زیاد از گانگهای درگیر با كانه است. برای رسیدن به چنین مقادیر كافی، مقداری اسید ابتدائاً باید برای خنثی كردن كانی های كربناتی گانگ اضافه شود، كه قبل از كانی های اورانیو واكنش خواهند كرد. در بعضی كانه‌های حاوی آهك زیاد، بالای 400 پوند برش كانه، اسید سولفوریك ممكن است مصرف شود.

بسته به نوع كانی های اورانیوم موجود، غظت اسید آزاد از 1 تا 90 گرم بر لیتر ممكن است در دوره انحلال نیاز باشد. مصرف اسید منحصراً برای استخراج اورانیوم در ایالات متحده در دامنه 40 تا 120 پوند اسید سولفوریك بر تن كانه است. هنگامی كه وانادیوم نیز موجود باشد این مقدار تا 300 پوند بر تن كانه می رسد.

اكسیداسیون

نگهداشتن محیط لیچینگ در وضعیت اكسیداسیون برای رسیدن به استحصال بالای اورانیوم در رتبه بعدی از اهمیت (بعد از غلظت اسید) قرار دارد. اكسیدانها برای نگهداری ORP (پتانسیل اكسیداسیون احیاء) در حد مطلوب به محلول اضافه می‌شوند. حد مطلوب آن بین 425 میلی ولت تا 475 میلی ولت با الكترود جیوه اشباع است. ثابت نگه داشتن ORP چندان بحرانی نیست و هدف از نگهداری ORP در محدوده خاص اطمینان از حضور آهن فریك در محلول است.

عمده اكسید كننده های مورد استفاده دی اكسید منگنز (پیرولوزیت) و كرات سدیم هستند، به همزنی با هوا نیر دز تانك یا جو كا قادر به اكسیداسیون آهن II به آهن III است، كه آهن III قادر به اكسیداسیون اورانیوم می باشند. اسید كاروس به فرمول H₂So₅ در بعضی موارد جایگزین Mno₂ شده است. اكسیداسیون بوسیله عملیات بیولیچینگ نیز برای اكسید كردن آهن II به III استفاده می شود. باكتری های تیوباسیلوس- فرواكسیدان یا فروباسیلوس فرواكسیدان عموماً استفاده می شود.

دما و زمان لیچینگ

زمان و درجه حرارت فاكتورهای وابسته به هم در لیچینگ لورانیوم هستند. افزایش دمای عملیات لیچینگ، زمان واكنش را كاهش می دهد و استخراج كانی های نامحلول را بهبود می بخشد. معایب لیچینگ در دمای بالا شامل افزایش مصرف معرف، انحلال دیگر كانی ها درگیر با اورانیوم، افزایش خورندگی تجهیزات حتی استیل های زنگ نزن، افزایش مقادیر سولفیدها، فسفاتها، مولیبداتها و بعضی كانی های سیلكاته در محلول می باشد.

زمان مورد نیاز لیچینگ تحت تاثیر فاكتورهایی كه قبلاً بحث شده، می باشد. این فاكتورها شامل: غلظت اسید، ابعاد دانه ها، نوع كانی ها و كانی های در برگیرنده، سرعت همزنی و… می باشد. بدون شك برای هر كانه زمان بهینه لیچینگ بی نهایت است، كه در مجموع افزایش زمان توجیه اقتصادی برای هر افزایش استخراج اورانیوم را ندارد. بنابراین باید از نظر اقتصادی بحث زمان با توجه به افزایش استخراج اورانیوم حل شود. زمان لیچینگ ممكن است با افزایش درجه حرارت جایگزین شود و اقتصادی تر آن است كه عوامل به نحوی طراحی شوند كه كمترین دما و بیشترین زمان مورد نیاز باشد. در لیچینگ های متداول در ایالات متحده آمریكا زمان لیچینگ از 4 تا 24 ساعت و دما از معمولی تا 80 درجه سانتیگراد متفاوت است. زمان لیچینگ طولانی تر از 48 ساعت در كارخانه های كانادا و آفریقای جنوبی غیر معمول نیست.

دانسیته و ویسكوزیته پالپ

بهترین دانسیته پالپ در لیچینگ، معمولاص همان ماكزیمم مقدار آن است، تا جایی كه اجازه سیالیت كافی در پالپ برای اجتناب از تماس ضعیف بین مایع وجامد داده شود. ویسكوزیته بیش از حد، همراه همزنی ضعیف باعث می شود كه سرعت لیچینگ به جای اینكه با سیرعت واكنش های شیمیایی كنترل گردد با عسرت لیچینگ كنترل شود. در مورد هیپ لیچینگ به خاطر درشت بودن ذرات سرعت لیچینگ با سرعت نفوذ به سنگ كنترل می شود كه موجب طولانی شدن زمان لیچینگ می شود.

دانسیته پالپ در طی لیچینگ در مثالهای عملی ایالات متحده از 50 تا 60 درصد جامد است. برای كانه ای با مقادیر رس بالا دانسیته پائین حدود 40% جامد ممكن است نیاز باشد در دانسیته بالا، تركیبات حل شده كانه در محلول ممكن است بیش از حد شده و باعث كاهش انحلال اورانیوم و رسوب مجدد اورانیوم شود.

لیچینگ با سولفات فریك

واژه لیچینگ سولفات فریكی به همه لیچینگ های اسیدی اورانیوم های چهار ظرفیتی در حضور آهن III به عنوان اكسید كننده اولیه اطلاق می شود. آزمایشات نشان داده اند كه غلظت آهن 7 گرم بر لیتر استخراج اورانیوم 93% در مقایسه با 80 و 85 درصد بدست آمد بوسیله لیچینگ معمولی در حضور Mno₂ را داراست.

لیچینگ قلیایی

تشكیل آنیون قابل حل اونیل تری كربنات (Uo₂(Co₃)^-4) اجازه استفاده برای قلیا و نمك كربنات آمونیوم به منظور انحلال تقریباً انتخابی كانه های مناسب اورانیوم فراهم می كند. تركیبات آهن، آلومینیوم، تیتانیوم و… تقریباً نامحلول در محلول كربناتی هستند. مقادیر كمی از مولیبدانها، سیلكانها، واناداتها، فسفاتها، آلومیناتها و بعضی كمپلكسهای كربنات فلزی در محلول لیچینگ یافت می شوند.

لیچینگ كربناتی به صورت ویژه در مورد كانی های كربناته توسعه یافته است، چرا كه این كانی ها با محلول كربناته واكنش نمی دهند. برای اغلب این كانه ها، درگیری كانی های كربناته و اورانیوم باعث می شود، كه خردایش زیادی نیاز باشد تا كانی های اورانیوم در معرض محلول قرار گیرند. لیچینگ كربناتی كانی های اورانیوم نوع سیلكاته به سختی انجام می شود و این روش برای كانی های كم محلول
(High Refractory) كه در گروه چند اكسیده قرار دارند، موثر نیست.

كانی های اكسیده اورانیوم به راحتی در محلول كربناتی حل می شوند. اما كانی‌های اورانیوم چهار ظرفیتی نیازمند رفتار شدید با اكسیدان و زمان ماند طولانی و درجه حرارت و فشار بالا قبل از انحلال است.

استفاده از لیچینگ كربناتی احتیاج به استفاده از مسیر بسته دارد، كه محلول لیچینگ برگردانده شود. كانه اورانیوم در یك پالپ شامل 50-40 گرم بر لیتر كربنات سدیم و 10 تا 20 گرم بر لیتر بی كربنات سدیم لیچینگ می شود. بعد از انحلال مواد باقی مانده از محلول جدا می شوند و اورانیوم با اضافه كردن مقدار زیادی سود سوز آور كه بی كربنات را خنثی می كند رسوب داده می شود. اورانات سدیم تولید شده فیلتر و سپس شسته می شود و محلول كربنات سدیم، سودسوزآور بی بار دوباره با Co₂ تولید بی‌كربنات سدیم و كربنات سدیم می كند و به چرخه برگردانده می شود. كربنات در چرخه لیچینگ بوسیله كانی های سولفات یا سولفیدی مصرف می شود، كه ممكن است موجب افزایش مصرف گردد. بی كربنات هم برای انحلال اورانیوم مصرف می‌شود، اما بوسیله واكنش بین كربنات و سولفیدها تولید می شود. كربنات سدیم مصرف شده بوسیله اضافه كردن جبران می شود. بیش از یك سوم كارخانه های تولید اورانیوم در ایالات متحده از لیچینگ كربناتی استفاده می كنند.

واكنشهای نهایی كه انحلال اكسید اورانیوم را در محلول كربنات- بی كربنات نشان می دهد، به شرح زیر هستند:

در مرحله رسوب دهی، بی كربنات اضافی، ابتدا با سودسوزآور خنثی شده، و سودسوزآور اضافه می شود تا اورانیوم طبق واكنشهای زیر رسوب یابد.

بعد از رسوب دهی، محلول شامل كربنات سدیم و هیدروكسید سدیم اضافی و مقداری از اورانیوم كه راسب نشده است می باشد. این محلول در مجاورت گاز Co₂، تولید بی كربنات می كند.

اكسیداسیون در لیچینگ كربناتی

اكسیداسیون در لیچینگ كربناتی به سه روش اصلی زیر تقسیم می شود:

– اكسیداسیون مستقیم با هوا

– اكسیداسیون با واكنش های شیمیایی مستقیم

– اكسیداسیون بواسطه كاتالیزور، كه یك ماده مناسب با اورانیوم واكنش دهنده و آنرا اكسید می كند.

اكسید كننده ها مجدداً بوسیله هوا یا اكسیدان های دیگر تولید می شود. استفاده از پرمنگنات سدیم به عنوان اكسید كننده در سیستم های اتمسفر یك مطلوب می باشد. با توسعه لیچینگ تحت فشار در كانادا، اكسید كردن مستقیم با هوا اقتصادی تر شد و مطالعات بیشتر، استفاده از كمپلكس Cupric-Amonia به همراه هوادهی را نتیجه داد، كه اكسیداسیون سریع و اقتصادی اورانیوم در هر دو سیستم اتمسفریك و تحت فشار را به دنبال دارد. بیشترین علاقه اخیراً به سمت استفاده تنها از هوادهی در فشار اتمسفر در تانكهای پاچوكا است، با توجه به آنكه از نظر اقتصادی اضافه شدن وقت لیچینگ از اضافه كردن معرف بهتر است.

پرمنگنات پتاسیم شناخته شده ترین اكسید كننده شیمیایی است و كارآیی اولیه بالایی در پالپهای كربناتی دارد. این معرف گران است و دیگر اینكه Mno₂ روی سطح كانی های اورانیوم رسوب می كند و موجب توقف واكنش می گردد. دیگر اكسید كننده های موثر NaoCl، H­₂O، K₂S₂O₈، CuSo₄ به همراه آمونیا هستند. معایب استفاده از H₂O₂ شامل هزینه بالا و میل به تجزیه شدن در محلول است. NaoCl معایب بیشتری دارد و باعث تشكیل كلرید در محلول برگشتی می شود، كه ممكن است مشكل خورندگی را به وجود آورد. NaoCl با وجود این اقتصادی ترین اكسیدان بالقوه براساس ظرفیت اكسیداسیون بر واحد وزن و هزینه هایش است.

بیولیچینگ (حل كردن با باكتری):

رشد سریع صنعت انرژی هسته ای باعث مصرف سریع منابع عیار بالای اورانیوم شده و تكنیكهای استخراج كانسارهای عیار پائین و باطله های كارخانه های فرآوری توسعه داده شده اند. هزینه این تكنیكها مهم است و راه پیشنهادی استفاده از فروشویی نفوذی همراه با میكروارگانیزم هاست. از كل هزینه های تولید كیك زرد U₃O₈، 75 درصد ان به خاطر اولین مراحل كه همان بدست آوردن محلول باردار است، می باشد. پس داشتن فرآیند لیچینگ ارزان قابل درك است.

[ بازدید : 220 ] [ امتیاز : 3 ] [ نظر شما : ]