发布时间：2020-03-21所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要：在铀产品及核燃料元件制造过程中，各种可燃性废物经裂解焚烧减容处理而产生大量含铀灰渣(通过对含铀灰渣进行多级逆流浸出，考察灰渣预处理方式、灰渣粒度、浸出级数以及超声作用对溶解浸出效率的影响，结果表明：#)含铀灰渣的预处理方式对溶解浸出过程
摘要：在铀产品及核燃料元件制造过程中，各种可燃性废物经裂解焚烧减容处理而产生大量含铀灰渣(通过对含铀灰渣进行多级逆流浸出，考察灰渣预处理方式、灰渣粒度、浸出级数以及超声作用对溶解浸出效率的影响，结果表明：#)含铀灰渣的预处理方式对溶解浸出过程有明显的影响&20C烘干预处理灰渣比800C煅烧预处理灰渣更易于浸出;#)灰渣粒度对浸出过程无明显影响;(3)含铀灰渣经一级浸出后，铀质量分数从20%左右降至1.5%以下，二级浸出渣铀质量分数降至0.8%左右，三级浸出灰渣铀质量分数变化不大;(4)超声能明显强化含铀灰渣的溶解浸出过程，使一级浸出渣铀质量分数从1.26%降至0.34%，超声强化二级浸出渣铀质量分数可降至0.12%。
关键词：含铀灰渣;浸出;工艺技术;超声
铀产品及核燃料元件制造过程会产生各种可燃性废物，如废弃的劳保用品、清洁用品、纸张、包装容器、手套等，对这些可燃性废物通过裂解焚烧进行减容处理时，会产生大量含铀灰渣。研究含铀灰渣减容和铀的回收工艺技术，不仅能降低核废料库存,减小环保和安全压力，还会带来可观的经济效益，具有十分重要的实际意义「T。对含铀灰渣处理目前主要有硫酸熟化和硝酸浸取两种方法卩7。采用硫酸熟化法浸后渣铀含量最低可达0.08%，但采用硫酸熟化法需要加氧化剂，易产生新的废水8;硝酸浸取法适用于含铀灰渣的浸出，而且其本身也具有氧化性，得到的浸出液可以直接进入TBP萃取工艺对铀进行回收提取，但其浸出效率较低[5\为解决残渣中铀含量偏高和溶解浸取过程产生大量工艺废水等问题，本工作拟采用一种多级逆流硝酸浸取工艺方法，通过多次浸出过程以提高含铀灰渣中铀的浸出效率，由于该工艺所得每一级浸出液以及洗涤液最终都能返回到上一级的溶解和浸出过程，所以过程中无工艺废水产生。最近有报道910通过超声的方法能有效提高铀矿石的浸出效率。例如AU2011201975A19通过在10〜90W超声功率范围内，能使铀的浸出效率从0.76X10_6/min增至1.12X10_6/min。采用超声协助含铀灰渣的多级逆流浸出工艺,可提高灰渣中铀的浸出效率，最终实现含铀灰渣中铀的高效回收利用，减少放射性含铀灰渣存放的危险。
1实验部分
1.1主要原料及仪器
含铀灰渣取自某核燃料元件制造企业仓库，其主要组成列入表1(由表1可知，灰渣中铀质量分数为20.72%，主要杂质是Pb、Si、Mg、Ca、Al、Fe、P、C,其次是Zn、Cu、Mn、Ti等元素。浓硝酸，分析纯，重庆无机化学试剂厂;其他试剂均为市售分析纯。
对灰渣分别采用120e烘干和800e煅烧两种预处理方式，然后过筛并分析铀及水的质量分数，结果列入表2。
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1.2含铀灰渣的三级逆流浸出工艺
1一级浸出过程：取20g经预处理的灰渣于250mL烧杯中，加一定比例的水和浓硝酸，搅拌使体系不粘稠，放入80C水浴中，烧杯盖上表面皿,磁力搅拌反应3h后，将样品取出并离心3min,倒出上清液，继续用稀硝酸pH=2)离心洗涤3次，取适量灰渣放入烧杯烘干，研磨，分析一级浸出渣铀含量。
2二级浸出过程:经一级浸出洗涤的灰渣,加水和浓硝酸加(灰渣加(水加(浓硝酸=1=1■5=1.8,下同，继续在80C水浴中磁力搅拌浸出3h后，将样品取出并离心3min,倒出上清液，取适量二级浸出灰渣放入烧杯烘干，研磨,分析渣铀含量。
(3三级浸出过程二级浸出湿渣不需洗涤,继续加水和浓硝酸，在80C水浴中磁力搅拌进行三级浸出3h后取出离心3#%,三级浸出渣用稀硝酸pH=2)离心洗涤灰渣3次后，用清水把三级浸出渣洗涤全部倒入烧杯中烘干，得尾渣称重并测其铀含量$
整个工艺过程，得到的一级浸出液和洗涤液进入TBP萃取工序，二级浸出液返回配制一级浸出液，三级浸出液返回配制二级浸出液，三级洗涤液可返回配制二级浸出液，从而实现整个过程无工艺废水产生$
1.3含铀灰渣的超声强化溶解浸出工艺
取粒径小于0.58mm的201烘干灰渣于锥形瓶中，加水和浓硝酸，然后放入801水浴中，反应器上架内置式超声波发生器"0kHz,100W)，加磁力搅拌，每隔30min取样1次，离心3min后，倒出上清液，继续用稀硝酸pH=2)离心洗涤灰渣2次后，用清水把浸出渣洗涤全部倒入烧杯中烘干，分析尾渣中铀含量$
1.4含铀灰渣中铀含量的分析
按文献[11]测定灰渣中铀含量$分析过程主要包括溶样、过滤、滴定三步骤，大致过程如下：首先取研磨后的灰渣0.1〜1.0g于干净小烧杯中，分别加入10mL盐酸、3mL过氧化氢、1mL氢氟酸后盖上表面皿，待大量气泡消失后置于电阻炉上煮沸溶样，待溶剂蒸发约为2mL左右时，接着用滤纸快速过滤，并用热的稀盐酸(!=2%)洗涤表面皿、烧杯、滤纸各3次，使得滤液的体积约为20mL,接着向滤液中加入12mL磷酸，在不断摇动下滴加三氯化钛溶液，使溶液呈稳定的紫红色，接着加亚硝酸钠至棕褐色消失后立即加入5mL尿素，静止5min,滴加3滴二苯胺磺酸钠，用适当浓度的钒酸铵溶液滴定，至溶液呈为紫色，静止30s不变即为滴定终点$
2结果和讨
2.1含铀灰渣的多级逆流浸出工艺影响因素
采用三级逆流浸出工艺，分别对烘干和煅烧两种预处理后的灰渣进行溶解浸出处理，结果列入表3$观察到如下几个现象$
(1)在一级溶解过程中，相对于1201烘干预处理,8001煅烧灰渣溶解过程需要更多的浸出剂，否则体系会很粘稠。这可能是由于在煅烧过程中灰渣因高温氧化而形成富含亲水性晶体结构，从而增加了其体系粘稠性。此外1201烘干灰渣在溶解过程产生大量气泡，可能是由于灰渣中存在有机质成分、在强氧化剂作用下分解成气体所致。而从总的溶解浸出过程来看,对灰渣8001煅烧并未明显提高其溶解浸出效率，却在一级溶解浸出过程因需要更多的浸出剂而增加了成本。
(2)粒度对溶解浸出过程影响并不明显，对每一级浸出过程，得到的渣铀含量都相似$对三种粒度的烘干灰渣经三级浸出后渣中铀质量分数分别达到0.71%、0.74%、0.72%而煅烧灰渣经三级浸出后渣中铀质量分数分别达到0.75%、0.83%、0.78%$
(3)浸出级数能明显提高浸出效率，经一级浸出后，灰渣中铀质量分数已从起始的20%左右降至1.5%以下，接着的二级浸出渣铀质量分数降至0.8%左右，三级浸出灰渣铀质量分数变化已经非常小$
期刊推荐：《核化学与放射化学》Journal of Nuclear and Radiochemistry(双月刊)1979年创刊，是中国核学会与放射化学学会主办的学术刊物。办刊宗旨是为核化学与放射化学科学技术领域提供一个学术交流、成果推广的园地。本刊主要报道核化学与放射化学基础研究、放化工艺研究、辐射化学、同位素化学及有关分离分析方法的科研成果，适当报道国内外核化学与放射化学的新成就和发展动态及重要会议消息等。
2.2超声对灰渣铀的浸出效果影响
超声强化一级浸出与未超声强化一级浸出实验结果示于图1由图1可知(1)不管是否超声强化一级浸出过程，在1h内灰渣中铀含量下降明显，但在随后的长时间范围内，铀含量下降趋于缓和(2)超声作用明显强化了一级浸出效率，使一级浸出渣铀质量分数从1.26%降至0.34%，而且浸出速率也明显加快。这种强化作用可能是由于超声使难溶的灰渣颗粒表面产生裂纹，提高了硝酸与其反应的扩散速率与化学反应速率，从而提高了铀的浸出效率。
对超声一级浸出产生的尾渣进行二级浸出实验，结果示于图2。由图2可知，未超声对随后的二级浸出效果影响并不明显，而通过超声二级浸出能使铀质量分数从0.34%降至0.12%。
3结论
研究了含铀灰渣的多级逆流浸出工艺过程&结果表明：
(1)含铀灰渣的预处理方式对溶解浸出效果有明显的影响120C烘干预处理灰渣比800C煅烧预处理灰渣更易于浸出;
(2)灰渣粒度对浸出过程无明显影响;
(3)含铀灰渣经一级浸出后，铀质量分数从20%左右降至1.5%以下，接着的二级浸出渣铀质量分数降至0.8%左右，三级浸出灰渣铀含量变化不大;
(4)超声能明显强化含铀灰渣的溶解浸出过程，使一级浸出渣铀质量分数从1.26%降至0.34%，进一步超声强化二级浸出渣铀质量分数可降至0.12%。
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