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摘 要： 摘要：在鈾產(chǎn)品及核燃料元件制造過(guò)程中，各種可燃性廢物經(jīng)裂解焚燒減容處理而產(chǎn)生大量含鈾灰渣(通過(guò)對(duì)含鈾灰渣進(jìn)行多級(jí)逆流浸出，考察灰渣預(yù)處理方式、灰渣粒度、浸出級(jí)數(shù)以及超聲作用對(duì)溶解浸出效率的影響，結(jié)果表明：#)含鈾灰渣的預(yù)處理方式對(duì)溶解浸出過(guò)程
摘要：在鈾產(chǎn)品及核燃料元件制造過(guò)程中，各種可燃性廢物經(jīng)裂解焚燒減容處理而產(chǎn)生大量含鈾灰渣(通過(guò)對(duì)含鈾灰渣進(jìn)行多級(jí)逆流浸出，考察灰渣預(yù)處理方式、灰渣粒度、浸出級(jí)數(shù)以及超聲作用對(duì)溶解浸出效率的影響，結(jié)果表明：#)含鈾灰渣的預(yù)處理方式對(duì)溶解浸出過(guò)程有明顯的影響&20C烘干預(yù)處理灰渣比800C煅燒預(yù)處理灰渣更易于浸出;#)灰渣粒度對(duì)浸出過(guò)程無(wú)明顯影響;(3)含鈾灰渣經(jīng)一級(jí)浸出后，鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%左右降至1.5%以下，二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.8%左右，三級(jí)浸出灰渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大;(4)超聲能明顯強(qiáng)化含鈾灰渣的溶解浸出過(guò)程，使一級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.26%降至0.34%，超聲強(qiáng)化二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.12%。
關(guān)鍵詞：含鈾灰渣;浸出;工藝技術(shù);超聲
鈾產(chǎn)品及核燃料元件制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生各種可燃性廢物，如廢棄的勞保用品、清潔用品、紙張、包裝容器、手套等，對(duì)這些可燃性廢物通過(guò)裂解焚燒進(jìn)行減容處理時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量含鈾灰渣。研究含鈾灰渣減容和鈾的回收工藝技術(shù)，不僅能降低核廢料庫(kù)存,減小環(huán)保和安全壓力，還會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的實(shí)際意義「T。對(duì)含鈾灰渣處理目前主要有硫酸熟化和硝酸浸取兩種方法卩7。采用硫酸熟化法浸后渣鈾含量最低可達(dá)0.08%，但采用硫酸熟化法需要加氧化劑，易產(chǎn)生新的廢水8;硝酸浸取法適用于含鈾灰渣的浸出，而且其本身也具有氧化性，得到的浸出液可以直接進(jìn)入TBP萃取工藝對(duì)鈾進(jìn)行回收提取，但其浸出效率較低[5\為解決殘?jiān)锈櫤科吆腿芙饨∵^(guò)程產(chǎn)生大量工藝廢水等問(wèn)題，本工作擬采用一種多級(jí)逆流硝酸浸取工藝方法，通過(guò)多次浸出過(guò)程以提高含鈾灰渣中鈾的浸出效率，由于該工藝所得每一級(jí)浸出液以及洗滌液最終都能返回到上一級(jí)的溶解和浸出過(guò)程，所以過(guò)程中無(wú)工藝廢水產(chǎn)生。最近有報(bào)道910通過(guò)超聲的方法能有效提高鈾礦石的浸出效率。例如AU2011201975A19通過(guò)在10〜90W超聲功率范圍內(nèi)，能使鈾的浸出效率從0.76X10_6/min增至1.12X10_6/min。采用超聲協(xié)助含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝,可提高灰渣中鈾的浸出效率，最終實(shí)現(xiàn)含鈾灰渣中鈾的高效回收利用，減少放射性含鈾灰渣存放的危險(xiǎn)。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要原料及儀器
含鈾灰渣取自某核燃料元件制造企業(yè)倉(cāng)庫(kù)，其主要組成列入表1(由表1可知，灰渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.72%，主要雜質(zhì)是Pb、Si、Mg、Ca、Al、Fe、P、C,其次是Zn、Cu、Mn、Ti等元素。濃硝酸，分析純，重慶無(wú)機(jī)化學(xué)試劑廠;其他試劑均為市售分析純。
對(duì)灰渣分別采用120e烘干和800e煅燒兩種預(yù)處理方式，然后過(guò)篩并分析鈾及水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果列入表2。
AK-124內(nèi)置式超聲波發(fā)生器，深圳鈺潔清洗設(shè)備有限公司TD5M臺(tái)式離心機(jī)，上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司。
1.2含鈾灰渣的三級(jí)逆流浸出工藝
1一級(jí)浸出過(guò)程：取20g經(jīng)預(yù)處理的灰渣于250mL燒杯中，加一定比例的水和濃硝酸，攪拌使體系不粘稠，放入80C水浴中，燒杯蓋上表面皿,磁力攪拌反應(yīng)3h后，將樣品取出并離心3min,倒出上清液，繼續(xù)用稀硝酸pH=2)離心洗滌3次，取適量灰渣放入燒杯烘干，研磨，分析一級(jí)浸出渣鈾含量。
2二級(jí)浸出過(guò)程:經(jīng)一級(jí)浸出洗滌的灰渣,加水和濃硝酸加(灰渣加(水加(濃硝酸=1=1■5=1.8,下同，繼續(xù)在80C水浴中磁力攪拌浸出3h后，將樣品取出并離心3min,倒出上清液，取適量二級(jí)浸出灰渣放入燒杯烘干，研磨,分析渣鈾含量。
(3三級(jí)浸出過(guò)程二級(jí)浸出濕渣不需洗滌,繼續(xù)加水和濃硝酸，在80C水浴中磁力攪拌進(jìn)行三級(jí)浸出3h后取出離心3#%,三級(jí)浸出渣用稀硝酸pH=2)離心洗滌灰渣3次后，用清水把三級(jí)浸出渣洗滌全部倒入燒杯中烘干，得尾渣稱(chēng)重并測(cè)其鈾含量$
整個(gè)工藝過(guò)程，得到的一級(jí)浸出液和洗滌液進(jìn)入TBP萃取工序，二級(jí)浸出液返回配制一級(jí)浸出液，三級(jí)浸出液返回配制二級(jí)浸出液，三級(jí)洗滌液可返回配制二級(jí)浸出液，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程無(wú)工藝廢水產(chǎn)生$
1.3含鈾灰渣的超聲強(qiáng)化溶解浸出工藝
取粒徑小于0.58mm的201烘干灰渣于錐形瓶中，加水和濃硝酸，然后放入801水浴中，反應(yīng)器上架內(nèi)置式超聲波發(fā)生器"0kHz,100W)，加磁力攪拌，每隔30min取樣1次，離心3min后，倒出上清液，繼續(xù)用稀硝酸pH=2)離心洗滌灰渣2次后，用清水把浸出渣洗滌全部倒入燒杯中烘干，分析尾渣中鈾含量$
1.4含鈾灰渣中鈾含量的分析
按文獻(xiàn)[11]測(cè)定灰渣中鈾含量$分析過(guò)程主要包括溶樣、過(guò)濾、滴定三步驟，大致過(guò)程如下：首先取研磨后的灰渣0.1〜1.0g于干凈小燒杯中，分別加入10mL鹽酸、3mL過(guò)氧化氫、1mL氫氟酸后蓋上表面皿，待大量氣泡消失后置于電阻爐上煮沸溶樣，待溶劑蒸發(fā)約為2mL左右時(shí)，接著用濾紙快速過(guò)濾，并用熱的稀鹽酸(!=2%)洗滌表面皿、燒杯、濾紙各3次，使得濾液的體積約為20mL,接著向?yàn)V液中加入12mL磷酸，在不斷搖動(dòng)下滴加三氯化鈦溶液，使溶液呈穩(wěn)定的紫紅色，接著加亞硝酸鈉至棕褐色消失后立即加入5mL尿素，靜止5min,滴加3滴二苯胺磺酸鈉，用適當(dāng)濃度的釩酸銨溶液滴定，至溶液呈為紫色，靜止30s不變即為滴定終點(diǎn)$
2結(jié)果和討
2.1含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝影響因素
采用三級(jí)逆流浸出工藝，分別對(duì)烘干和煅燒兩種預(yù)處理后的灰渣進(jìn)行溶解浸出處理，結(jié)果列入表3$觀察到如下幾個(gè)現(xiàn)象$
(1)在一級(jí)溶解過(guò)程中，相對(duì)于1201烘干預(yù)處理,8001煅燒灰渣溶解過(guò)程需要更多的浸出劑，否則體系會(huì)很粘稠。這可能是由于在煅燒過(guò)程中灰渣因高溫氧化而形成富含親水性晶體結(jié)構(gòu)，從而增加了其體系粘稠性。此外1201烘干灰渣在溶解過(guò)程產(chǎn)生大量氣泡，可能是由于灰渣中存在有機(jī)質(zhì)成分、在強(qiáng)氧化劑作用下分解成氣體所致。而從總的溶解浸出過(guò)程來(lái)看,對(duì)灰渣8001煅燒并未明顯提高其溶解浸出效率，卻在一級(jí)溶解浸出過(guò)程因需要更多的浸出劑而增加了成本。
(2)粒度對(duì)溶解浸出過(guò)程影響并不明顯，對(duì)每一級(jí)浸出過(guò)程，得到的渣鈾含量都相似$對(duì)三種粒度的烘干灰渣經(jīng)三級(jí)浸出后渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.71%、0.74%、0.72%而煅燒灰渣經(jīng)三級(jí)浸出后渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.75%、0.83%、0.78%$
(3)浸出級(jí)數(shù)能明顯提高浸出效率，經(jīng)一級(jí)浸出后，灰渣中鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)已從起始的20%左右降至1.5%以下，接著的二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.8%左右，三級(jí)浸出灰渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化已經(jīng)非常小$
期刊推薦：《核化學(xué)與放射化學(xué)》Journal of Nuclear and Radiochemistry(雙月刊)1979年創(chuàng)刊，是中國(guó)核學(xué)會(huì)與放射化學(xué)學(xué)會(huì)主辦的學(xué)術(shù)刊物。辦刊宗旨是為核化學(xué)與放射化學(xué)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域提供一個(gè)學(xué)術(shù)交流、成果推廣的園地。本刊主要報(bào)道核化學(xué)與放射化學(xué)基礎(chǔ)研究、放化工藝研究、輻射化學(xué)、同位素化學(xué)及有關(guān)分離分析方法的科研成果，適當(dāng)報(bào)道國(guó)內(nèi)外核化學(xué)與放射化學(xué)的新成就和發(fā)展動(dòng)態(tài)及重要會(huì)議消息等。
2.2超聲對(duì)灰渣鈾的浸出效果影響
超聲強(qiáng)化一級(jí)浸出與未超聲強(qiáng)化一級(jí)浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖1由圖1可知(1)不管是否超聲強(qiáng)化一級(jí)浸出過(guò)程，在1h內(nèi)灰渣中鈾含量下降明顯，但在隨后的長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)，鈾含量下降趨于緩和(2)超聲作用明顯強(qiáng)化了一級(jí)浸出效率，使一級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.26%降至0.34%，而且浸出速率也明顯加快。這種強(qiáng)化作用可能是由于超聲使難溶的灰渣顆粒表面產(chǎn)生裂紋，提高了硝酸與其反應(yīng)的擴(kuò)散速率與化學(xué)反應(yīng)速率，從而提高了鈾的浸出效率。
對(duì)超聲一級(jí)浸出產(chǎn)生的尾渣進(jìn)行二級(jí)浸出實(shí)驗(yàn)，結(jié)果示于圖2。由圖2可知，未超聲對(duì)隨后的二級(jí)浸出效果影響并不明顯，而通過(guò)超聲二級(jí)浸出能使鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.34%降至0.12%。
3結(jié)論
研究了含鈾灰渣的多級(jí)逆流浸出工藝過(guò)程&結(jié)果表明：
(1)含鈾灰渣的預(yù)處理方式對(duì)溶解浸出效果有明顯的影響120C烘干預(yù)處理灰渣比800C煅燒預(yù)處理灰渣更易于浸出;
(2)灰渣粒度對(duì)浸出過(guò)程無(wú)明顯影響;
(3)含鈾灰渣經(jīng)一級(jí)浸出后，鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%左右降至1.5%以下，接著的二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至0.8%左右，三級(jí)浸出灰渣鈾含量變化不大;
(4)超聲能明顯強(qiáng)化含鈾灰渣的溶解浸出過(guò)程，使一級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1.26%降至0.34%，進(jìn)一步超聲強(qiáng)化二級(jí)浸出渣鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至0.12%。
