Hoà tách cacbonat

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

1.2.2. Hoà tách cacbonat

Cơ sở của phương pháp hoà tách cacbonat là phản ứng của U6+ với dung dịch nước của natri hoặc amoni cacbonat:

UO3 + 3Na2CO3 + H2O  Na4UO2(CO3)3 + 2NaOH (21)

UO3 + 3(NH4)2CO3 + H2O  (NH4)4UO2(CO3)3 + 2NH4OH (22)

Các khống urani ngun sinh khó hồ tách vì U4+ khơng chuyển vào dung dịch, tuy nhiên nếu dùng chất oxy hố thì q trình hồ tách cacbonat đối với loại quặng này cũng có thể đạt tới hiệu suất 90- 95%. Trong q trình hồ tách cacbonat khơng có sự tác dụng mạnh của tâc nhân hoà tách tới các thành phần khác của quặng như trong trường hợp hồ tách axit. Do đó tạp chất đi vào dung dịch ít hơn, tuy nhiên do tác nhân hồ tách ít tác dụng với rào chắn các khoáng vật tạo đá khác nên khả năng tiếp xúc của khoáng vật urani với tác nhân hồ tách kém hơn, địi hỏi quặng phải được nghiền mịn từ 100 - 325 mesh (tương ứng 0,149 – 0,044 mm) và nồng độ tác nhân hoà tách cao. Khả năng phá quặng thấp dẫn tới hiệu suất hoà tách thấp và thời gian hoà tách kéo dài.

Giá tác nhân hoà tách trong trường hợp dùng phương pháp cacbonat có thể cao hơn so với phương pháp axit, song bù lại có thể thu hồi để tái sử dụng, đồng thời phương pháp này đơn giản hơn về công nghệ và thiết bị do khả năng ăn mịn hố học kém hơn của tác nhân hoà tách.

Các phản ứng (21) và (22) làm tăng độ kiềm của dung dịch, có thể làm kết tủa natri diuranat:

2Na4UO2(CO3)3 + 6NaOH  Na2U2O7 + 3H2O + 6Na2CO3 (23)

Vì thế trong q trình hồ tách cacbonat người ta dùng bicacbonat để duy trì một pH thích hợp:

NaOH + NaHCO3  Na2CO3 + H2O (24)

Tỷ lệ NaHCO3 trong hỗn hợp tác nhân có thể thay đổi, thường chiếm khoảng 10- 30% lượng cacbonat tổng.

Urani hố trị IV có trong quặng chỉ có thể được hồ tách khi có mặt chất oxy hoá:

UO2 + 1/2O2 + Na2CO3 + 2NaHCO3  Na4UO2(CO3)3 + H2O (25)

Chất oxy hố có thể là KMnO4 hoặc oxy khơng khí. Nếu dùng KMnO4 phản ứng oxy hoá xẩy ra nhanh ở ngay nhiệt độ thường. Tuy nhiên, q trình oxy hố

bằng oxy khơng khí diễn ra tương đối chậm, phải tăng tốc độ bằng cách tăng áp suất oxy hoặc có thể dùng xúc tác (ví dụ đồng).

Các khống vật khác có trong quặng urani có thể tác dụng với dung dịch soda. Mặc dù mức độ phản ứng không cao, song trong một số trường hợp có thể làm giảm hiệu quả hoà tách cacbonat. Chẳng hạn các loại sunfua (như pirit, chancopirit) tác dụng với soda khi có mặt chất oxy hố theo phản ứng sau:

2FeS2 + 8Na2CO3 + 71/2O2 + 7 H2O  2Fe(OH)3 + 4Na2 SO4 + 8NaHCO3 (26)

Khi hàm lượng sunfua >2-4%, phương pháp hồ tách cacbonat trở nên khơng kinh tế, cần tách loại trước chúng ra khỏi quặng (bằng phương pháp thiêu hoặc tuyển nổi) hoặc dùng phương pháp hoà tách bằng axit. Tạp chất trong dung dịch sau hoà tách soda là thạch cao và magie sunfat tạo thành theo phản ứng sau:

CaSO4 + Na2CO3  CaCO3 + Na2 SO4 (27)

MgSO4 + Na2CO3  MgCO3 + Na2 SO4 (28)

Si, Al, Fe chuyển vào dung dịch một lượng không đáng kể (nồng độ thuỷ tinh hồ tan trong dung dịch ít khi >0,4 g/l, nhơm và sắt tồn tại trong dung dịch hồ tách cacbonat dưới dạng Na3Fe(CO3)3 và Na[Al(OH)4]: Nồng độ Al, Fe chiếm từ 10- 100g/l). Quặng canxi và magie cacbonat không bị tác dụng.

Photpho và vanadi cũng như urani hoà tan nhiều trong dung dịch cacbonat:

P2O5 + 3Na2CO3  Na3PO4 + CO2 (29)

V2O5 + Na2CO3  2NaVO3 + CO2 (30)

Asen và molipden oxit cũng dễ phản ứng với cacbonat và chuyển vào dung dịch.

Để hoà tách quặng urani cũng có thể dùng sơ đồ hoà tách kết hợp cả 2 phương pháp axit và cacbonat. Theo sơ đồ hoà tách này, quặng urani được xử lý trước hết bằng H2SO4 và HNO3 với lượng dư axit thấp (khoảng 3- 5 g/l). Trong giai đoạn này có sự phân huỷ các khoáng vật urani nguyên sinh, các muối uranyl tạo thành uranat bị thuỷ phân một phần tạo thành các chất khơng hồ tan trong nước, song lại hoà tan tốt trong soda. Sau đó xử lý bùn axit nhận được bằng dung dịch cacbonat để hoà tách urani. Đa số tạp chất bị kết tủa bằng soda theo phản ứng:

Fe2 (SO4)3 + 3Na2CO3 + 3 H2O  2Fe(OH)3 + 3Na2 SO4 + 3CO2 (31)

Al2 (SO4)3 + 3Na2CO3 + 3 H2O  2Al(OH)3 + 3Na2 SO4 + 3CO2 (32)

MgSO4 + Na2CO3  MgCO3 + Na2SO4 (33) Việc sử dụng sơ đồ hồ tách axit-cacbonat có nhiều ưu điểm: Nhờ sự phân huỷ bằng axit mà mức độ hoà tách tăng hơn so với chỉ dùng phương pháp soda. Cơng đoạn tách pha rắn lỏng đơn giản hơn vì tránh được việc lọc bã chứa axit (so với hoà tách chỉ theo phương pháp axit) và dễ lọc vì nguyên liệu đưa vào khơng phải nghiền mịn (so với khi hồ tách cacbonat).