發布時間：2020-03-21所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：在鈾產品及核燃料元件制造過程中，各種可燃性廢物經裂解焚燒減容處理而產生大量含鈾灰渣(通過對含鈾灰渣進行多級逆流浸出，考察灰渣預處理方式、灰渣粒度、浸出級數以及超聲作用對溶解浸出效率的影響，結果表明：#)含鈾灰渣的預處理方式對溶解浸出過程
摘要：在鈾產品及核燃料元件制造過程中，各種可燃性廢物經裂解焚燒減容處理而產生大量含鈾灰渣(通過對含鈾灰渣進行多級逆流浸出，考察灰渣預處理方式、灰渣粒度、浸出級數以及超聲作用對溶解浸出效率的影響，結果表明：#)含鈾灰渣的預處理方式對溶解浸出過程有明顯的影響&20C烘干預處理灰渣比800C煅燒預處理灰渣更易于浸出;#)灰渣粒度對浸出過程無明顯影響;(3)含鈾灰渣經一級浸出后，鈾質量分數從20%左右降至1.5%以下，二級浸出渣鈾質量分數降至0.8%左右，三級浸出灰渣鈾質量分數變化不大;(4)超聲能明顯強化含鈾灰渣的溶解浸出過程，使一級浸出渣鈾質量分數從1.26%降至0.34%，超聲強化二級浸出渣鈾質量分數可降至0.12%。
關鍵詞：含鈾灰渣;浸出;工藝技術;超聲
鈾產品及核燃料元件制造過程會產生各種可燃性廢物，如廢棄的勞保用品、清潔用品、紙張、包裝容器、手套等，對這些可燃性廢物通過裂解焚燒進行減容處理時，會產生大量含鈾灰渣。研究含鈾灰渣減容和鈾的回收工藝技術，不僅能降低核廢料庫存,減小環保和安全壓力，還會帶來可觀的經濟效益，具有十分重要的實際意義「T。對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0.08%，但采用硫酸熟化法需要加氧化劑，易產生新的廢水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入TBP萃取工藝對鈾進行回收提取，但其浸出效率較低[5\為解決殘渣中鈾含量偏高和溶解浸取過程產生大量工藝廢水等問題，本工作擬采用一種多級逆流硝酸浸取工藝方法，通過多次浸出過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浸出液以及洗滌液最終都能返回到上一級的溶解和浸出過程，所以過程中無工藝廢水產生。最近有報道910通過超聲的方法能有效提高鈾礦石的浸出效率。例如AU2011201975A19通過在10〜90W超聲功率范圍內，能使鈾的浸出效率從0.76X10_6/min增至1.12X10_6/min。采用超聲協助含鈾灰渣的多級逆流浸出工藝,可提高灰渣中鈾的浸出效率，最終實現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。
1實驗部分
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倉庫，其主要組成列入表1(由表1可知，灰渣中鈾質量分數為20.72%，主要雜質是Pb、Si、Mg、Ca、Al、Fe、P、C,其次是Zn、Cu、Mn、Ti等元素。濃硝酸，分析純，重慶無機化學試劑廠;其他試劑均為市售分析純。
對灰渣分別采用120e烘干和800e煅燒兩種預處理方式，然后過篩并分析鈾及水的質量分數，結果列入表2。
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1.2含鈾灰渣的三級逆流浸出工藝
1一級浸出過程：取20g經預處理的灰渣于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3h后，將樣品取出并離心3min,倒出上清液，繼續用稀硝酸pH=2)離心洗滌3次，取適量灰渣放入燒杯烘干，研磨，分析一級浸出渣鈾含量。
2二級浸出過程:經一級浸出洗滌的灰渣,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，取適量二級浸出灰渣放入燒杯烘干，研磨,分析渣鈾含量。
(3三級浸出過程二級浸出濕渣不需洗滌,繼續加水和濃硝酸，在80C水浴中磁力攪拌進行三級浸出3h后取出離心3#%,三級浸出渣用稀硝酸pH=2)離心洗滌灰渣3次后，用清水把三級浸出渣洗滌全部倒入燒杯中烘干，得尾渣稱重并測其鈾含量$
整個工藝過程，得到的一級浸出液和洗滌液進入TBP萃取工序，二級浸出液返回配制一級浸出液，三級浸出液返回配制二級浸出液，三級洗滌液可返回配制二級浸出液，從而實現整個過程無工藝廢水產生$
1.3含鈾灰渣的超聲強化溶解浸出工藝
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，反應器上架內置式超聲波發生器"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[11]測定灰渣中鈾含量$分析過程主要包括溶樣、過濾、滴定三步驟，大致過程如下：首先取研磨后的灰渣0.1〜1.0g于干凈小燒杯中，分別加入10mL鹽酸、3mL過氧化氫、1mL氫氟酸后蓋上表面皿，待大量氣泡消失后置于電阻爐上煮沸溶樣，待溶劑蒸發約為2mL左右時，接著用濾紙快速過濾，并用熱的稀鹽酸(!=2%)洗滌表面皿、燒杯、濾紙各3次，使得濾液的體積約為20mL,接著向濾液中加入12mL磷酸，在不斷搖動下滴加三氯化鈦溶液，使溶液呈穩定的紫紅色，接著加亞硝酸鈉至棕褐色消失后立即加入5mL尿素，靜止5min,滴加3滴二苯胺磺酸鈉，用適當濃度的釩酸銨溶液滴定，至溶液呈為紫色，靜止30s不變即為滴定終點$
2結果和討
2.1含鈾灰渣的多級逆流浸出工藝影響因素
采用三級逆流浸出工藝，分別對烘干和煅燒兩種預處理后的灰渣進行溶解浸出處理，結果列入表3$觀察到如下幾個現象$
(1)在一級溶解過程中，相對于1201烘干預處理,8001煅燒灰渣溶解過程需要更多的浸出劑，否則體系會很粘稠。這可能是由于在煅燒過程中灰渣因高溫氧化而形成富含親水性晶體結構，從而增加了其體系粘稠性。此外1201烘干灰渣在溶解過程產生大量氣泡，可能是由于灰渣中存在有機質成分、在強氧化劑作用下分解成氣體所致。而從總的溶解浸出過程來看,對灰渣8001煅燒并未明顯提高其溶解浸出效率，卻在一級溶解浸出過程因需要更多的浸出劑而增加了成本。
(2)粒度對溶解浸出過程影響并不明顯，對每一級浸出過程，得到的渣鈾含量都相似$對三種粒度的烘干灰渣經三級浸出后渣中鈾質量分數分別達到0.71%、0.74%、0.72%而煅燒灰渣經三級浸出后渣中鈾質量分數分別達到0.75%、0.83%、0.78%$
(3)浸出級數能明顯提高浸出效率，經一級浸出后，灰渣中鈾質量分數已從起始的20%左右降至1.5%以下，接著的二級浸出渣鈾質量分數降至0.8%左右，三級浸出灰渣鈾質量分數變化已經非常小$
期刊推薦：《核化學與放射化學》Journal of Nuclear and Radiochemistry(雙月刊)1979年創刊，是中國核學會與放射化學學會主辦的學術刊物。辦刊宗旨是為核化學與放射化學科學技術領域提供一個學術交流、成果推廣的園地。本刊主要報道核化學與放射化學基礎研究、放化工藝研究、輻射化學、同位素化學及有關分離分析方法的科研成果，適當報道國內外核化學與放射化學的新成就和發展動態及重要會議消息等。
2.2超聲對灰渣鈾的浸出效果影響
超聲強化一級浸出與未超聲強化一級浸出實驗結果示于圖1由圖1可知(1)不管是否超聲強化一級浸出過程，在1h內灰渣中鈾含量下降明顯，但在隨后的長時間范圍內，鈾含量下降趨于緩和(2)超聲作用明顯強化了一級浸出效率，使一級浸出渣鈾質量分數從1.26%降至0.34%，而且浸出速率也明顯加快。這種強化作用可能是由于超聲使難溶的灰渣顆粒表面產生裂紋，提高了硝酸與其反應的擴散速率與化學反應速率，從而提高了鈾的浸出效率。
對超聲一級浸出產生的尾渣進行二級浸出實驗，結果示于圖2。由圖2可知，未超聲對隨后的二級浸出效果影響并不明顯，而通過超聲二級浸出能使鈾質量分數從0.34%降至0.12%。
3結論
研究了含鈾灰渣的多級逆流浸出工藝過程&結果表明：
(1)含鈾灰渣的預處理方式對溶解浸出效果有明顯的影響120C烘干預處理灰渣比800C煅燒預處理灰渣更易于浸出;
(2)灰渣粒度對浸出過程無明顯影響;
(3)含鈾灰渣經一級浸出后，鈾質量分數從20%左右降至1.5%以下，接著的二級浸出渣鈾質量分數降至0.8%左右，三級浸出灰渣鈾含量變化不大;
(4)超聲能明顯強化含鈾灰渣的溶解浸出過程，使一級浸出渣鈾質量分數從1.26%降至0.34%，進一步超聲強化二級浸出渣鈾質量分數可降至0.12%。
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