铀提取工艺

第1章 绪论

1.1 铀生产简史

1.2 铀提取工艺技术的现状与发展趋势

习题

第2章 铀及其化合物的性质

2.1 自然界中的铀

2.2 铀在元素周期表中的位置

2.3 铀的重要化合物

2.4 铀的水溶液化学

2.5 铀离子络合物

2.6 铀盐

习题

第3章 铀的浸出

3.1 基本概念

3.2 铀在自然界的分布和富集特性

3.3 铀矿石的取样与破碎

3.4 铀矿石的机械富集

3.5 铀浸出过程的物理化学问题

3.6 浸出方法

3.7 铀矿石的浸出性能与矿物组成的关系

3.8 溶浸采铀技术

习题

第4章 矿浆的固液分离和洗涤

4.1 概述

4.2 浓密

4.3 浓密机

4.4 连续逆流倾析(CCD)

4.5 流态化洗涤

4.6 絮凝剂

4.7 沉淀物的过滤和过滤设备

习题

第5章 离子交换法提铀工艺

5.1 概述

5.2 离子交换树脂及离子交换反应

5.3 离子交换过程的物理化学问题

5.4 离子交换树脂吸附铀

5.5 树脂上铀的解吸

5.6 离子交换树脂中毒

5.7 离子交换技术的发展趋势

习题

第6章 萃取法提铀工艺

6.1 概述

6.2 萃取过程的化学机理及基本规律

6.3 常用的铀萃取工艺

6.4 有机相的配制和再生

6.5 乳化现象和防乳化措施

6.6 萃取工艺流程与设备

6.7 降低萃取剂损耗的措施

习题

第7章 铀的沉淀

7.1 概述

7.2 沉淀法的基本原理

7.3 酸性溶液中沉淀铀

7.4 碱性溶液中沉淀铀

《铀提取工艺学》可作为高等院校有关专业的教材或教学参考书，亦可供从事铀湿法冶金工作的科研、设计人员以及厂矿工程技术人员参考。

主要产品有重铀酸铵(俗称黄饼)和三碳酸铀酰铵等。纯化(又称精制)后的铀化合物产品，必须达到核纯的要求。精制的产品进一步干燥、煅烧，加工成二氧化铀或八氧化三铀,供制作反应堆元件或六氟化铀(用于铀235的同位素分离)用。整个过程须经下述单元操作:铀矿石的破碎和磨细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。可根据矿石种类、产品要求等不同情况，选择由上述单元操作所组成的适当流程。

破碎和磨细 破碎是将矿石经颚式破碎机、圆维破碎机或锤式破碎机粗碎、中碎和细碎以达到所要求的粒度。然后进行细磨，以达到浸取工序所要求的粒度。

浸取 用溶剂将矿石中的铀选择性地溶解。铀矿石经浸取后，铀与大部分脉石分离，浸取液中铀与杂质的比例比原矿石中约提高10~30倍，因此，浸取过程也是铀与杂质初步分离的过程。

铀矿石浸取方法一般有酸法和碱法两种。多数铀水冶厂采用酸浸取法,少数厂用碱浸取法,只有个别厂同时采用酸、碱两种浸取流程。酸浸取法一般用硫酸作浸取剂，矿石中的铀和硫酸反应,生成可溶的铀酰离子(UO卂)和硫酸铀酰离子 【UO(SO)】;浸取时常加入氧化剂(常用二氧化锰、氯酸钠)，以保持适宜的氧化还原电势(约450毫伏)，使四价铀氧化成六价,以提高铀的浸出率。含碳酸盐的铀矿石主要用碱法浸取，常用的浸取剂为碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液，在鼓入空气的条件下，矿石中的铀与碳酸钠生成碳酸铀酰钠 Na【UO(CO)】,溶于浸取液。

矿浆的固液分离 矿石浸取后所得到的酸性或碱性矿浆(包括含铀溶液、部分杂质及固体矿渣)中的溶液和矿渣须经分离。根据需要也可进行粗矿分级，以除去+200~40目的粗砂,得到细泥矿浆。常用的固液分离设备有过滤机、沉降槽(浓密机);分级设备有螺旋分级机、水力旋流器。中国还采用流态化塔进行分级和洗涤。

分离出的溶液可用离子交换法分离铀，也可用溶剂萃取法分离和纯化铀，或将铀从含铀溶液中沉淀出来。

离子交换法提取铀 固液分离后的浸取液中八氧化三铀的含量大致为500~1000毫克/升。对于含铀浓度低的浸取液采用离子交换法提取铀较为合宜。离子交换法一般采用强碱性阴离子交换树脂吸附铀。按吸附液含固量的多少，吸附可分为清液吸附、混浊液吸附和矿浆吸附。当树脂吸咐饱和后，经水洗，再用淋洗剂(硫酸-氯化钠、硫酸-氯化铵、硝酸-硝酸钠、硝酸-硝酸铵、稀硫酸或稀硝酸)将铀从树脂上淋洗下来。

萃取法提取和精制铀 铀水冶厂处理的溶液是体积大、铀浓度低、杂质含量高的稀溶液，须将铀与杂质分离并初步使铀浓缩，而在精制工艺中，处理的是高浓度的含铀溶液，产品质量要求达到核纯。在铀的萃取工艺中常用的有机膦与烷基胺类萃取剂有磷酸三丁酯 (TBP)、二(2-乙基己基)磷酸、三辛胺等。

在铀水冶厂，硫酸体系的萃取多采用磷类和胺类两种萃取工艺(碱性体系的萃取常用季铵盐萃取工艺)，如烷基膦萃取工艺和胺类萃取工艺流程，后者在世界上应用较多。中国应用较多的是淋萃流程。淋萃过程的原则流程见图1。吸附铀的饱和树脂，用1摩/升硫酸淋洗,随后对此淋洗液进行萃取。例如淋萃流程所用的萃取剂是0.2摩/升二(2-乙基己基)磷酸-0.1摩/升三烷基氧膦体系.有机相的饱和度控制在85%以上，经水洗后，用碳酸铵结晶反萃取，可得核纯三碳酸铀酰。此流程中淋洗与萃取结合,使萃取所处理的液量减少,金属回收率高，节省试剂，产品纯度也高。

铀的提取和纯化 铀的提取和纯化 铀水冶厂生产的产品一般为工业铀浓缩物，仍含有硫酸盐、硅、钙、镁等杂质，须进一步精制，才能得到核纯产品。精制过程中最常用的是TBP萃取工艺，TBP对铀饱和容量大，可处理含铀量高的溶液，在有机相接近饱和的条件下,对杂质元素有较高的净化能力。TBP精制工业铀浓缩物的典型流程见图2。

从含铀溶液中沉淀铀 在浸取所得溶液中，也可将铀以不溶性化合物的状态分离出来;并可通过对沉淀物的多次溶解及再沉淀而进行纯化。主要有碱中和法和过氧化氢沉淀法:

① 碱中和法 将碱性沉淀剂如氨水、氧化镁、气态氨等加入到酸性含铀溶液中,并控制最终pH值为6.5~8.0,铀以重铀酸盐形式完全沉淀出来。对碱性浸取液主要采用氢氧化钠沉淀剂，得铀酸钠或重铀酸钠沉淀。如果从纯化过的酸性溶液中沉淀铀，则其沉淀物重铀酸铵的纯度较高。

② 过氧化氢沉淀法 将含铀溶液的 pH调至2.5~4.0，缓慢加入比化学计算量过量的 30%过氧化氢，再加入适量的氨水，以中和反应过程生成的酸，使最终pH达2.8，生成铀的过氧化物(UO·HO)沉淀。过氧化氢沉淀法对铀选择性高，并可获得晶状、易处理的产品，也具有工业意义。

目的建立棉花根皮中棉酚的提取工艺并对工艺进行了优化。方法利用乙醚超声萃取法提取棉花根皮中 的 棉酚，洗涤、浓缩得到棉酚粗产品;研究了各种实验条件对棉酚产率的影响，采用分光光度法测定该成分含量，作为评价指标。结果最佳工艺为超声提取法。冷浸1h，料液比(g·cm-3)1∶2。5，超声提取3次，料液比1∶1，15min/次，温度为15℃以下。结论超声提取工艺具有节能、省时、效率高的优点。

棉根皮，锦葵科植物棉花的干燥根皮，有补气、止咳、平喘功能，用于慢性支气管炎、体虚浮肿、子宫脱垂等。棉根皮中含棉酚(gossypol)1。5%~2。5%，并含天冬酰胺及少量挥发油等[1]。棉酚为多羟基酚类化合物，为男性抗生育与抗肿瘤的有效成分[1，2]。为了充分利用这一优势资源，本文以棉酚为考查对象，对棉根皮中的棉酚进行提取，并优选出棉酚的最佳提取工艺。

1、仪器与试剂

新鲜陆地棉根皮(采于新疆农八师145团场，经石河子大学棉花研究所孙杰所长鉴定)、乙醚、亚硫酸氢钠(均为分析纯)、棉酚标准品(SIGMA公司)、KQ5200B型超声波清洗器、RE?85A真空旋转蒸发仪、UV762可见/紫外分光光度计、分析天平、容量瓶等。

2、方法与结果

2。1标准溶液的制备及标准

曲线的绘制称取50mg棉酚标准品，置于50cm3的烧杯中，加入乙醚溶解并转移到50cm3容量瓶中，稀释至 刻度，得到1mg·cm-3棉酚溶液。取该溶液2。5cm3，置于50cm3的容量瓶中，加入纯乙醚稀释至刻度，得到50μg·cm-3棉酚溶液。分别吸取0，0。l，0。2，0。4，0。8，1。6，2。4cm3棉酚标准液，置于10cm3的容量瓶中，加入纯乙醚稀释至刻度，混匀，静置5min，即得标准溶液(2001湖南大学硕士学位论文，余虹宇《醋酸棉酚的制备》)。

将上述稀释了的棉酚标准溶液在360nm下进行比色测定，绘制标准曲线(见图1)，游离棉酚浓度C(μg·cm-3)与吸光度A呈线性关系，得回归方程:A=0。0314C-0。001，r=0。9997。

2。2棉酚提取基本工艺流程[3]见图2。

2。3提取工艺优选

2。3。1棉酚提取方法

冷浸法:称取棉根皮粉末5g，加入乙醚12。5ml，密封，冷浸12h，抽滤，滤渣再冷浸1h，用溶剂10ml，二次抽滤，合并滤液，减压浓缩至10ml。

回流法:称取棉根皮粉末5g，加入乙醚12。5ml，回流提取4h，抽滤，减压浓缩至10ml。

先冷浸后超声法:称取棉根皮粉末5g，加入乙醚12。5ml，先冷浸1h，然后超声提取3次，用溶剂8ml/次，时间15min，抽滤，合并滤液，减压浓缩至10ml。

2。3。2提取方法的比较将上述实验结果进行比较，结果见表1。表13种提取方法结果的比较(略)

显然，先冷浸后超声法所得提取物中的棉酚含量明显高于冷浸法和乙醚回流法。

2。3。3棉酚提取最佳工艺根据棉酚的理化性质，考虑到提取过程中的超声使用次数(先冷浸后超声)、料液比、实验温度、乙醚萃取次数等因素对提取的影响，每个因素选择3个水平，以L9(34)正交表(见表2)进行实验研究，从而优选最佳提取工艺。表2L9(34)正交设计因素水平(略)

实验方法及实验数据:准确称取棉根皮粉末10g，分别根据正交设计因素水平表的实验条件按2。3基本工艺流程进行实验，把最后的合并液转移到100ml的容量瓶中，用乙醚定容，混匀，精密取1ml置50ml容量瓶中，用乙醚定容，混匀，再精密取1ml至10ml容量瓶中，用乙醚定容，混匀，按2。2测定棉酚的含量，并计算，正交实验结果见表3。表3正交实验结果(略)

结果分析:根据各因素的影响来看，其影响大小顺序是B>A>D>C，即料液比>;超声次数>;实验温度>;乙醚萃取次数。因此，可知最佳工艺为A2B2C1D3。即加2。5倍乙醚，先冷浸后超声3次，控制温度在15℃以下，乙醚溶剂萃取3次，从方差分析可知因素B具有显著性影响。

3、讨论

以棉酚为考查对象，对棉根皮中的棉酚进行提取工艺研究。实验结果表明，最佳工艺为超声提取法。最佳条件是:冷浸1h，料液比(g/ml)1∶2。5，超声提取3次，15min/次，温度为15℃以下。