2. Đã đưa ra quy trình hòa tách quặng theo phương pháp hòa tách đống và xác định được các thông số thích hợp để xử lý quặng urani nghèo theo phương
1.2.3. Hoà tách qua lớp quặng tĩnh
Trong phương pháp này, pha lỏng chứa tác nhân hoà tách chuyển động qua lớp quặng đứng yên. Dung dịch có thể tự chảy và thấm từ trên xuống dưới hoặc được đẩy từ dưới lên trên bằng áp lực từ bên ngoài.
Sử dụng phương pháp tĩnh có thuận lợi là đơn giản về thiết bị, không phải nghiền mịn quặng, không phải thực hiện quá trình lọc tách pha sau hoà tách. Tuy nhiên tốc độ hoà tách chậm, thời gian hoà tách kéo dài, dễ bị tắc hoặc thấm không đồng đều, nạp quặng theo từng mẻ nên khó thực hiện q trình liên tục.
Hồ tách ngầm, hoà tách đống và tại chỗ là các phương pháp hồ tách tĩnh thường dùng trong cơng nghệ urani.
Trong phương pháp hồ tách ngầm, quặng khơng bị chuyển khỏi vị trí vốn có trong lịng đất. Dung dịch hồ tách được cấp vào một giếng thẳng đứng để thấm qua lớp quặng theo phương nằm ngang (xem hình 3). Người ta cũng có thể cho nổ phá thân quặng dưới lòng đất, song giữ quặng nằm tại chỗ và dẫn dung dịch chứa tác nhân hồ tách qua, sau đó thu hồi dung dịch tại phía dưới lớp quặng.
Một điều kiện để thực hiện q trình hồ tách ngầm là thân quặng urani nằm trong tầng chứa nước và được giới hạn giữa lớp phiến thạch ít thấm nước hoặc đá sét kết. Như vậy mới đảm bảo khả năng thấm định hướng của tác nhân hoà tách qua thân quặng và không bị thất thốt dung dịch hồ tách.
Ưu điểm của hồ tách ngầm là ít gây ảnh hưởng tới môi trường trên mặt đất, đồng thời không cần tới các công đoạn nghiền đập chuyển tải, giảm được nhân công
và đảm bảo điều kiện vận hành an tồn hơn. Trong hồ tách ngầm khơng phải xử lý một lượng lớn bã thải rắn, nhưng các khâu xử lý thải lỏng cũng đòi hỏi như trong q trình hồ tách trên mặt đất.
Nhiều kiểu giếng có cấu tạo đặc biệt được dùng trong phương pháp hoà tách ngầm để bơm cấp dung dịch hoà tách vào khu vực quặng urani. Các dung dịch này chứa nồng độ thích hợp các tác nhân như: amoni, natri hoặc canxi-magie cacbonat- bicacbonat, axit sunfuric và tác nhân oxy hoá tương ứng. Dung dịch hoà tách chuyển qua cát kết có khả năng thấm tốt để tiếp xúc với các khoáng vật urani, oxy hoá urani hoá trị 4 về trạng thái hoá trị 6, chuyển urani vào dung dịch dưới dạng phức cacbonat hoặc phức sulfat tương ứng với tác nhân hoà tách đã sử dụng.
Hiệu suất thu hồi urani phụ thuộc vào các điều kiện thuỷ văn, động học quá trình chuyển khối và tốc độ phản ứng hố học. Các mơ hình thuỷ văn và địa hoá học đã được phát triển để mơ tả trạng thái vận chuyển của dung dịch hồ tách và nước ngầm trong khi triển khai các công đoạn của hệ thống hoà tách ngầm trên thực tế. Trong phương pháp hoà tách đống quặng được khai thác và chất thành đống trên một hệ thống sàn thu dung dịch. Dung dịch hoà tách được phân bố (thường bằng giàn tưới) trên đống và thấm qua lớp quặng, sau đó được thu lại đem xử lý tiếp. Trong hoà tách đống, do khơng cần kích thước hạt mịn, quặng có thể trực tiếp chuyển vào từ khâu khai thác mỏ hoặc qua đập nghiền thơ.
Khi đó quặng được nghiền đến kích thước - 1 inch (-25,4 mm) hoặc nhỏ hơn (đôi khi được agglomerat hóa), sau đó cho vào các bể hoặc thùng chứa. Dung dịch hoà tách được thấm từ trên xuống hoặc từ dưới lên qua lớp quặng tĩnh.
Trong khi đó, trộn ủ quặng là phưong pháp dùng một thể tích nhỏ axit sulfuric đặc (khoảng 10%) chỉ đủ thấm ướt quặng nghiền thô (1-3 mm), sau đó ủ tại nhiệt độ 65- 1000C trong khoảng 12- 24 giờ. Urani trở thành dễ hồ tan sau q trình trộn ủ trên được rửa bằng nước tưới qua lớp quặng trên băng chuyền hoặc máng. Người ta cũng có thể bổ sung nước vào quặng ủ trên, trộn thành bùn và tách rắn lỏng theo các phương pháp thông thường.
Phương pháp trộn ủ quặng được dùng với loại quặng khó hồ tách, có thể giảm tiêu tốn axit và đạt hiệu quả hoà tách cao hơn so với khi sử dụng phương pháp hồ tách thơng thường. Các ưu điểm của phương pháp này là:
- Nồng độ axit lớn do đưa trực tiếp axit nồng độ cao vào bề mặt hạt quặng tạo điều kiện để axit phản ứng thuận lợi với các khoáng vật urani đồng thời giảm lượng dư axit giữ lại trong pha lỏng so với trong quá trình hồ tách thơng thường. Axit đặc nóng đóng vai trị chất oxy hố có tác dụng làm tăng khả năng hồ tan của urani (chuyển urani hoá trị 4 sang urani hố trị 6 dễ hồ tan hơn).
- Do khống chế lượng nước đưa vào ở mức tối thiểu trong quá trình tác dụng axit trên quặng mà hạn chế được các phản ứng phụ của tác nhân hồ tách trên các khống vật đất đá, giảm q trình hồ tan của silic, nhơm..., nhờ đó giảm đáng kể tiêu tốn tác nhân và tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý dung dịch sau hồ tách.
- Kích thước quặng lớn, khơng cần q trình nghiền mịn, làm đơn giản q trình tách pha rắn lỏng.
- Lượng nước dùng cho q trình ít hơn, dung dịch thu được sau giai đoạn rửa có nồng độ urani cao hơn, dễ hơn trong quá trình tinh chế và làm giàu tiếp theo.
- Lượng tiêu tốn axit dư giảm thấp làm giảm lượng tác nhân trung hoà cần thiết trong các công đoạn xử lý đuôi thải rắn.
Quá trình hồ tách bằng phương pháp ủ quặng với H2SO4 được thực hiện theo các bước sau:
- Trộn và ủ quặng với axit và chất oxy hoá. - Rửa quặng bằng nước.
Thường thực hiện trộn quặng với axit trong thiết bị trống quay (đường kính 2- 3m, chiều dài 5- 9m, thời gian lưu khoảng 10- 20 phút, lượng ẩm tổng cộng khoảng 10- 15%). Ủ quặng trong các trống quay có chiều dài lớn hơn (30- 40m) với thời gian lưu khoảng 3 giờ, hoặc trên băng tải (dài 42m, rộng 2,5m, tốc độ 0,03m/s).