曾廣軍，王桂碩，劉忠臣，向秋林，劉會武，黃 永

(1.西安中核藍天鈾業(yè)有限公司，陜西 西安 710500；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

從溶液中分離鈾常用溶劑萃取法[1-2]。對于礦石酸性浸出液中的鈾，常用胺類萃取劑萃取，萃取機制為陰離子締合[3-6]。

多金屬鈾礦石低酸浸出液中的鈾可用N235萃取分離[7-12]。N235對鈾有較強的萃取能力，一般陽離子雜質，如Ca2+、Mg2+、Mn2+等不干擾萃取，鈾與這些雜質離子的分離系數(shù)高達103～104；但溶液中的鐵以配合陰離子形式存在，易被N235萃取，且具有較高的分配系數(shù)，通過單級萃取無法實現(xiàn)與鈾的分離[13]。

從負載鈾的N235有機相中反萃取鈾，目前常用碳酸鈉與碳酸氫鈉作反萃取劑。碳酸根離子與鈾酰離子之間的強配合作用可將鈾反萃取到水相中，碳酸根與質子化的胺鹽陽離子反應使胺鹽失去對鈾的萃取能力[14-16]。在多級逆流反萃取過程中，溶液中鈾質量濃度及pH的變化，會導致體系中形成渾濁物，生成第三相，影響反萃取效果等問題。

試驗針對現(xiàn)有工藝中存在的問題，研究了用N235作萃取劑、Na2CO3+NaHCO3作反萃取劑，以多級逆流萃取及多級逆流反萃取工藝從某鈾礦石酸性浸出液中分離鈾。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與試劑

萃原液：某鈾礦石浸出液，主要組成見表1，pH=0.80，主要雜質有鐵、鋁、鎂、鈣等離子。

表1 萃原液組成 g/L

有機相：5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，體積比。

N235，磺化煤油，硫酸，均為工業(yè)純；TBP，NaOH，Na2CO3，NaHCO3，均為分析純。

1.2 試驗設備

pH計，pHS-3B，上海雷磁儀器有限公司；電磁攪拌器，JB-2，上海雷磁儀器有限公司；電子天平，PL2002，梅特勒托利多科技有限公司；ICP-AES，5300DV，美國Perkin Elmer公司；電磁計量泵，CONC1600，普羅名特流體控制有限公司；蠕動泵，BT100S，保定雷弗流體科技有限公司；混合澄清槽，自制；燒杯，分液漏斗等。

1.3 試驗原理與方法

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(4)

N235萃取鈾酰離子的反應為陰離子交換反應，不受Al3+、Mg2+、Ca2+等陽離子干擾；而Fe3+與硫酸根離子形成的配合陰離子被萃入到有機相中，可通過多級萃取，以硫酸鈾酰陰離子取代后而從有機相中置換出來[15]。

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溶劑萃?。簩⑤驮杭坝袡C相按一定體積比加入到燒杯中，室溫下，磁力攪拌(300 r/min)一定時間后置于分液漏斗中分相，分析有機相及萃余液中鈾質量濃度，計算鈾萃取率。

反萃?。簩⒇撦d有機相與反萃取劑按一定體積比加入到燒杯中，室溫下磁力攪拌(300 r/min)一定時間后置于分液漏斗中分相，分析有機相與反萃取液中鈾質量濃度，計算鈾反萃取率。

多級逆流萃?。憾嗉壞媪鬏腿≡诨旌铣吻宀壑羞M行，萃取段萃原液在第1級、有機相在第5級用蠕動泵輸送至混合室，洗滌段洗水在第1級用蠕動泵輸送至混合室，反萃取段反萃取劑在第1級用蠕動泵輸送至混合室，待運行穩(wěn)定后在各級取樣分析。

2 試驗結果與討論

2.1 萃原液pH對萃取鈾的影響

有機相組成為5%N235+3.5%TBP+91.5% 磺化煤油，Vo/Va=1/1，接觸時間3 min，有機相為連續(xù)相，常溫，萃原液pH(用NaOH調(diào)節(jié))對鈾萃取率的影響試驗結果見表2。

表2 萃原液pH對鈾萃取率的影響

由表2看出：隨萃原液pH升高，鈾的分配系數(shù)及萃取率均有所提高；pH由0.80升高至1.00，分配系數(shù)由33.05提升至78.44，此時萃余液中鈾質量濃度降低至18 mg/L。溶液中的硫酸氫根與鈾酰離子均可被N235萃取，隨萃原液pH升高，硫酸氫根離子濃度降低，有利于鈾的萃取。調(diào)節(jié)萃原液pH雖有利于鈾的萃取，但會增加操作成本，且原pH條件下鈾萃取率已達97.06%，最終確定萃原液pH不需調(diào)整。

2.2 溫度對萃取鈾的影響

有機相組成為5%N235+3.5%TBP+91.5% 磺化煤油，Vo/Va=1/1，接觸時間3 min，有機相連續(xù)，溫度對鈾萃取率的影響試驗結果如圖1所示?？梢钥闯觯瑴囟壬邔︹欇腿÷视绊懖淮?。常溫條件下，鈾萃取率已達97.06%；升溫，鈾萃取率僅略有變化；升至40 ℃后，鈾萃取率有所下降?？傮w來看，在20～60 ℃范圍內(nèi)，溫度對萃取鈾的影響不大。綜合考慮，確定萃取在常溫下進行。

圖1 溫度對鈾萃取率的影響

2.3 接觸時間對萃取鈾的影響

有機相組成為5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，Vo/Va=1/1，常溫，有機相連續(xù)，接觸時間對鈾萃取率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 接觸時間對鈾萃取率的影響

由圖2看出，N235對鈾的萃取反應速度較快：兩相接觸時間為1 min時，鈾萃取率已達95.2%；接觸5 min后反應趨于平衡，鈾萃取率為97.67%并趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定接觸時間以5 min為宜。

2.4 萃取等溫線

有機相組成為5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，接觸時間5 min，常溫，有機相連續(xù)，不同相比條件下，以萃取平衡時水相中鈾質量濃度對有機相中鈾質量濃度繪制萃取平衡等溫線。5%N235的理論鈾飽和容量為4.5 g/L，取其80%為操作容量，以Vo/Va=1/2.5繪制操作線，結果如圖3所示。根據(jù)圖3，利用階梯作圖法求得，經(jīng)過3級萃取，鈾萃取率大于99.24%，萃余水相中鈾質量濃度低于10 mg/L，處理后可達標排放?？紤]到實際情況，確定逆流萃取級數(shù)以5級為宜。

圖3 鈾的萃取平衡等溫線

2.5 鈾的反萃取

負載鈾的有機相中夾帶一定量水相，含一定量雜質，如Fe3+、Al3+、Mg2+等，需洗滌去除。用pH=1.4的酸化水洗滌2次，洗水中鈾質量濃度小于40 mg/L。

2.6 多級逆流萃取及反萃取

混合澄清槽共11級，混合室容積64 mL，其中，5級萃取，2級洗滌，4級反萃取。兩相溶液流向如圖4所示[17]。

圖4 鈾的萃取、洗滌、反萃取流程示意

萃?。河袡C相組成為5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，流量10 mL/min；水相中鈾質量濃度1.31 g/L，流量30 mL/min；接觸相比Vo/Va=1/1，常溫。

洗滌：洗水為10 g/L的硫酸溶液，流量2.0 mL/min。

反萃?。悍摧腿┙M成為60 g/L Na2CO3+20 g/L NaHCO3，流量1.5 mL/min，接觸相比Vo/Va=1.5/1。

5級逆流萃取、4級逆流反萃取試驗結果分別見表3、4。

表3 5級逆流萃取試驗結果

表4 4級逆流反萃取試驗結果

試驗共進行30 h，投入萃原液50 L。試驗過程中，各段的相分離良好，兩相界面干凈，無污物存在。經(jīng)5級逆流萃取，萃余液中鈾質量濃度降至22 mg/L，鈾萃取率為98.5%。負載有機相經(jīng)4級逆流反萃取，鈾反萃取率達98.8%。

3 結論

用N235從鈾礦石酸性浸出液中萃取分離鈾是可行的，適宜條件(有機相組成為5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，流比3/1，相比1/1，反萃取劑組成60 g/L Na2CO3+20 g/L NaHCO3，接觸相比1.5/1，常溫)下，經(jīng)5級逆流萃取，2級洗滌，4級逆流反萃取，鈾萃取率可達98.5%，反萃取率可達98.9%。