لیچینگ Leaching ( فرآوری اورانیوم )

لیچینگ کانه های اورانیوم

لیچینگ مرحله ای مهم از فراوری اورانیوم است. لیچینگ بر مبنای مواد مورد مصرف به دو دسته کلی تقسیم می شود یکی لیچینگ اسیدی و دیگری لیچینگ قلیایی است. در لیچینگ اسیدی معمولاً از اسید سولفوریک و در لیچینگ قلیایی معمولاً از محلول کربنات بی کربنات سدیم دقیق استفاده می کنند.

لیچینگ کربناتی (قلیایی) مواد ریزتر می خواهد و انتخابی تر عمل می کند، به طور مثال کانه های حاوی بیشتر از 9-7 درصد کربنات بهتر است که به صورت کربناتی لیچ شوند. البته سایر فاکتورها نیز باید منظور شوند که عبارتند از میزان بازیابی اورانیوم، آب مصرفی، … . اگرچه لیچینگ اسیدی در بیشتر کارخانه های اورانیوم استفاده می شود، ولی لیچینگ قلیایی نیز دارای مزایایی به شرح زیر است:

• – محلول برای کانی های اورانیوم به صورت خاص عمل می کند. با بیشتر گانگها واکنش نمی دهد.
• – محلول کربناتی در مقایسه با منحلول اسیدی خورندگی کمتری دارد.
• – اورانیوم می تواند مستقیماً از محلول رسوب داده شود، و جدایش آن از عناصر دیگر آسانتر می گردد.
• – محلول کربناتی به آسانی می تواند باز تولید شود.

لیچینگ اسیدی

روش لیچینگ انتخابی برای حل اورانیوم از کانه بستگی به خواص فیزیکی و شیمیایی کانه از قبیل نوع کانی های اورانیوم، درجه آزادی، طبیعت دیگر کانی‌های موجود در ترکیب دارد.

لیچینگ اسیدی عموماً به لیچینگ با اسید سولفوریک اشاره دارد. اسید نیتریک خواص اکسید کنندگی قوی دارد ولی بسیار گرانقیمت تر از اسید سولفوریک است که نیترات اورانیل در محلول رقیق تشکیل خواهد شد. نیترات اورانیل سازگار بااستفاده از روش تعویض یونی نوع آنیونیکی می باشد. اسید نیتریک زمانی که عملیات روی کانه عیار بالاست استفاده می شود. اسید هیدروکلریک برای لیچینگ در عملیاتی که از تشویه نمکی استفاده شده است، کاربرد دارد. در این عملیات اسید از گازهای تشویه بازیابی می شود. از طرف دیگر اسید هیدروکلریک بسیار گرانقیمت است. همچنین خورندگی شدید دارد. کلریدفریک و سولفات فریک همچنین برای بسیاری از کانی‌های اورانیم دار به عنوان Lixiviant استفاده می شود.

دانه بندی ماده معدنی

یکی از مهمترین اهداف خردایش در فرآوری مواد معدنی آزادسازی کانی‌های با ارزش از مواد با طله همراه در درشتترین ابعاد ممکن است. در حقیقت تولید یک محصول پرعیار در گرو مطالعه صحیح سایز و درجه آزادی است، اگرچه در فرآیندهای هیدرومتالورژیکی مسئله بدین شدت نیست، کافی است تا بخشی از کانی در معرض تماس با حلال قرار گیرد. آزادسازی کافی کانی های اورانیوم برای اغلب کانه‌های ایالات متحده آمریکا برای آماده سازی لیچینگ اسیدی با خردایش تا زیر 28 مش با 30 تا 40 درصد زیر 200 مش بدست می آید. کانه های استرالیا و کانادا حاوی برانریت یا دیویدیت خردایش تا 55-60 درصد زیر 200 مش نیاز دارند، تا لیچینگ رضایت بخش بدست آید. خردایش بیشتر باعث افزایش ویسکوزیته پالپ می شود. بنابراین اثر معکوس روی سرعت لیچینگ داد.

اکسیداسیون

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

دما و زمان لیچینگ

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

دانسیته و ویسکوزیته پالپ

بهترین دانسیته پالپ در لیچینگ، معمولاص همان ماکزیمم مقدار آن است، تا جایی که اجازه سیالیت کافی در پالپ برای اجتناب از تماس ضعیف بین مایع وجامد داده شود. ویسکوزیته بیش از حد، همراه همزنی ضعیف باعث می شود که سرعت لیچینگ به جای اینکه با سیرعت واکنش های شیمیایی کنترل گردد با عسرت لیچینگ کنترل شود. در مورد هیپ لیچینگ به خاطر درشت بودن ذرات سرعت لیچینگ با سرعت نفوذ به سنگ کنترل می شود که موجب طولانی شدن زمان لیچینگ می شود.

لیچینگ با سولفات فریک

واژه لیچینگ سولفات فریکی به همه لیچینگ های اسیدی اورانیوم های چهار ظرفیتی در حضور آهن III به عنوان اکسید کننده اولیه اطلاق می شود. آزمایشات نشان داده اند که 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

تشکیل آنیون قابل حل اونیل تری کربنات (Uo₂(Co₃)^-4) اجازه استفاده برای قلیا و نمک کربنات آمونیوم به منظور انحلال تقریباً انتخابی کانه های مناسب اورانیوم فراهم می کند. ترکیبات آهن، آلومینیوم، تیتانیوم و… تقریباً نامحلول در محلول کربناتی هستند. مقادیر کمی از مولیبدانها، سیلکانها، واناداتها، فسفاتها، آلومیناتها و بعضی کمپلکسهای کربنات فلزی در محلول لیچینگ یافت می شوند.

اکسیداسیون در لیچینگ کربناتی

اکسیداسیون در لیچینگ کربناتی به سه روش اصلی زیر تقسیم می شود:

• – اکسیداسیون مستقیم با هوا
• – اکسیداسیون با واکنش های شیمیایی مستقیم
• – اکسیداسیون بواسطه کاتالیزور، که یک ماده مناسب با اورانیوم واکنش دهنده و آنرا اکسید می کند.

بیولیچینگ (حل کردن با باکتری)

رشد سریع صنعت انرژی هسته ای باعث مصرف سریع منابع عیار بالای اورانیوم شده و تکنیکهای استخراج کانسارهای عیار پائین و باطله های کارخانه های فرآوری توسعه داده شده اند. هزینه این تکنیکها مهم است و راه پیشنهادی استفاده از فروشویی نفوذی همراه با میکروارگانیزم هاست. از کل هزینه های تولید کیک زرد U₃O₈، 75 درصد ان به خاطر اولین مراحل که همان بدست آوردن محلول باردار است، می باشد. پس داشتن فرآیند لیچینگ ارزان قابل درک است.

بیولیچینگ و کانی شناسی کانه

بعضی محققین عنوان کرده اند که پیرریت موجود در کانه نقش سازی در بیولیچینگ بازی می کند. به این دلیل استفاده از بیولیچینگ در مورد استحصال اورانیوم از کانه های با کانی های سولفیدی بالا محدود می شود. مطالعاتی در مورد اضافه کردن پیریت به کانه اورانیوم انجام شده است که سودمند نشان داده شده است. در پرتغال و هند، kg/tonore5 پیریت اضافه می شود. در اسپانیا این مقدار kg/ton9 است، که این مقدار بستگی به کانی های موجود در کانه فروشویی شونده و  خواص پیریت اضافه شونده دارد.

تجهیزات لیچینگ

روشهای لیچینگ از مجاورت استاتیک اسید و کانه، مانند بهبود اسیدی (Acidcuring) و یا بعضی تکنیکهای هیپ لیچینگ تا مخلوط کردن شدید با هوا یا به هم زدن مکانیکی در تانکها  متفاوت است. اکسیداسیون حتی ممکن است با هوازدگی یا در معرض هوا قرار دادن توده انجام شود. در چندین کارخانه کانه آرایی در آمریکا مقادیر زیادی از کانه آماده سازی شده و اجازه داده می شود به طور طبیعی اکسیده شود.

بعد از انتخاب معرف بحث اصلی بعدی انتخاب سیستم لیچینگ است. پنج تکنیک زیر قابل دسترسی هستند:

1. لیچینگ همزنی در فشار اتمسفر
2. لیچینگ تحت فشار
3. Strong Acidpugging & Curino
4. لیچینگ حوضچه ای
5. هیپ لیچینگ

توریم

کانی های توریم همراه با عناصر نادر خاکی و اورانیوم است. مصرف جهانی آن 8000 تن است. توریم عمدتاً 4 ظرفیتی است اما می تواند ظرفیتهای 2 و3 نیز داشته باشد. در هوای مرطوب و در دمای اتاق توریم فلزی به آهستگی اکسید می شود. توریم شیشه منگنز (Mangnesiun) می سوزد.

فرآوری تیتانیوم

این فرایند وقتی که لیچینگ غیر ممکن باشد انجام می شود، پالپ در مراحل اولیه لیچینگ جامد می شود. بنابراین ترکیب جامد شده بدون همزنی در دمای200 مورد واکنش قرار می گیرد که در این مورد واژه پخت (Baking) استفاده می شود. واکنش در دابجسترها (هضم کننده ها) و کوره های دوار (Rotary Kilns) یا Pugmills انجام گیرد.

فراوری ایلمینت

همانقدر که فراوری روتیل آسان است فراوری تیتانیوم بدلیل وجود آهن بالا پیچیده است. روتیل بوسیله روش کلریناسیون فراوری می شود. اما از آنجایی که 90 درصد ذخایر تیتال به شکل ایلمینت است، فراوری ایلمینت بسیار مهم است.

• لیچینگ کانه های اورانیوم
• لیچینگ اسیدی
• مقدمه
• متغیرهای فرآیند
• دانه بندی ماده معدنی
• غلظت اسید
• اکسیداسیون
• دما و زمان لیچینگ
• دانسیته و ویسکوزیته پالپ
• لیچینگ با سولفات فریک
• لیچینگ قلیایی
• اکسیداسیون در لیچینگ کربناتی
• بیولیچینگ (حل کردن با باکتری)
• بیولیچینگ و کانی شناسی کانه
• تجهیزات لیچینگ
• لیچینگ همزنی
• توریم
• پیدایش
• تغلیظ (Concentration)
• هضم کانه و بازیابی توریم ore digestion & thorium recovery
• هضم اسیدی
• هضم قلیایی
• فرآوری تیتانیوم
• پخت Baking
• هضم کننده ها (Digesters)
• کوره های دوار Rotary Kilns
• Pugmills
• فراوری ایلمینت
• تولید روتیل مصنوعی