Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết pà lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion

Tóm tắt Hoà tách quặng urani bằng kỹ thuật trộn ủ với axit mạnh sau đó rửa và xử lý dung dịch bằng phương pháp trao đổi ion đã được sử dụng với quy mô sản xuất ở một số mỏ trên thế giới

Bộ Khoa học và Công nghệ Viện năng l−ợng nguyên tử việt nam

************

Báo cáo tổng kết

đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ

Năm 2008 - 2009

Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết

bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa

bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion

M∙ số: ĐT/05-08/NLNT

8756

Hà Nội, Tháng 04/2011

Danh sách những người tham gia thực hiện đề tài

1 Lê Thị Kim Dung ThS Trung tâm CNCB quặng PX

2 Nguyễn Hồng Hà CN Trung tâm CNCB quặng PX

4 Hoàng Bích Ngọc CN Trung tâm CNCB quặng PX

5 Nguyễn Đình Văn KS Trung tâm CNCB quặng PX

6 Vũ Khắc Tuấn CN Trung tâm CNCB quặng PX

7 Nguyễn Duy Pháp ThS Trung tâm CNCB quặng PX

8 Trịnh Nguyên Quỳnh CN Trung tâm CNCB quặng PX

9 Đoàn Đắc Ban KTV Trung tâm CNCB quặng PX

11 Lê Thị Hồng Hà KTV Trung tâm CNCB quặng PX

12 Trần Văn Hòa KS Trung tâm XLCTPX&MT

Tóm tắt

Hoà tách quặng urani bằng kỹ thuật trộn ủ với axit mạnh sau đó rửa và xử

lý dung dịch bằng phương pháp trao đổi ion đã được sử dụng với quy mô sản xuất ở một số mỏ trên thế giới do những ưu điểm của chúng

Trên cơ sở các số liệu thu được từ những đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ trước đây tại Viện Công nghệ xạ hiếm, học tập những kinh nghiệm của các

nước, đề tài "Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion" đã

được thực hiện và hoàn thành

Đề tài đã đưa ra được một quy trình công nghệ xử lý quặng cát kết khu vực Pà Lừa trên hệ thiết bị hoàn chỉnh từ khâu gia công quặng, hoà tách, trao đổi ion và kết tủa sản phẩm trên hệ thống thiết bị tương đối đồng bộ Theo quy trình này, hiệu suất thu hồi urani đạt được khoảng 76% và chất lượng sản phẩm urani

kỹ thuật đạt 80% U3O8 Quy trình thao tác của các công đoạn đơn giản, dễ thực hiện

Đã xây dựng được hệ thống thiết bị đồng bộ, quy mô và năng suất của các thiết bị tương đối hợp lý Năng suất của toàn bộ quá trình hoàn toàn tùy thuộc vào năng suất công đoạn hòa tách

Cải tiến cơ bản trong công đoạn hoà tách là giảm độ ẩm khi trộn với axit (6,6%) đảm bảo đủ độ xốp có thể chuyển thẳng vào đống Việc thay thế tác nhân ôxy hóa KClO3 bằng bột MnO2 đã tránh được sự sinh ra khí clo ảnh hưởng trực tiếp tới người lao động và môi trường Trong giai đoạn rửa bã quặng để thu dung dịch hòa tách ở quy mô 3 tấn quặng/mẻ, lần đầu tiên đã sử dụng giải pháp tưới dạng phun mưa trên bề mặt lớp bã quặng, đảm bảo dung dịch phân bố đồng

đều, đảm bảo hiệu quả rửa thu urani cao

Trong công đoạn xử lý dung dịch hòa tách, hệ trao đổi ion liên tục năng suất 20 lít/giờ đã được thiết kế, chế tạo thành công và thử nghiệm có hiệu quả

Đã tính toán các thông số công nghệ trong các giai đoạn hấp thu và rửa giải và xây dựng được quy trình vận hành đảm bảo hiệu suất thu hồi urani cao và mức

độ làm giàu và làm sạch dung dịch

Để đảm bảo chất lượng sản phẩm urani kỹ thuật, công đoạn kết tủa sản phẩm gồm 2 giai đoạn là kết tủa sơ bộ bằng sữa vôi để tách phần sắt trong dung dịch rửa giải, sau khi lọc bỏ bã tạp chất, kết tủa bằng dung dịch H2O2 có duy trì

pH bằng dung dịch NH4OH, không cần thiết bị có gia nhiệt

Đã tính toán được các chi phí nguyên vật liệu cơ bản, chi phí năng lượng

và nhân công của tất cả các công đoạn xử lý Qua tính toán có thể thấy rằng giá thành xử lý quặng phụ thuộc nhiều vào hàm lượng urani trong quặng

Abstract

Leaching of uranium ores by mixing and curing with strong acid then washing and solution concentration angd purification with ion exchange were used to production scale in some mines in the world due to their advantages

Based on data collected from research subjects of science and technology previously at Institute for Technology of Radioactive and Rare Elements and studying the experience of other countries, the topic "Completing the technological flowsheet and device for recovery of technical product of uranium from Pa Lua sandstone ore by mixing and curing techniques and ion-exchange" has been implemented and completed

The topic made a technological flowsheet for processing of Pa Lua sandstone ore including crushing, leaching, ion exchange and precipitation of product on a relatively synchronous system of equipments Under this flowsheet, uranium efficiency of recovery achieved approximately 76%, product contains 80% U3O8 Operation of stages is simple and easy to implement

Has built a complete equipment system, the size and productivity of the equipments are relatively reasonable Productivity of the whole process entirely depends on the capacity of the leaching stage

Basic improvement in leaching stage is to reduce moisture when mixed with acid (6.6%) This ensured sufficient porosity to move straight into the pile Replacing of KClO3 oxidation agent by MnO2 powder has avoided the effects of chlorine gas generated directly to workers and the environment In the period of ore residue washing for recovery pregnant solution in scale of 3 tons of ore/batch, for the first time procedure of spray solution as rain on the surface of ore residue was used to ensure uniform solution distribution and high efficiency

of uranium recovery

In the concentration and purification of pregnant solution, a continuous ion exchange system of yield 20 l/h have been designed, made successfully and tested effectively Technological parameters of stages of adsorption and elution were calculated Operational flowsheet of system was developed to ensure high uranium efficiency of recovery and high degree of enrichment and purification

To ensure quality technical product of uranium, precipitation includes 2 steps First, a preliminary precipitation with lime milk was carried out to separate the iron in the solution After filtering residue of impurities, product was precipitated by H2O2 solution during maintaining a pH by NH4OH solution without heating device

The costs of basic materials, energy and labor costs of all processing stages were also calculated Results of calculation showed that the ore

Mở đầu

Trong “Kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên từ vì mục đích hoà bình đến năm 2020” mà Chính phủ đã phê duyệt có

một đề án liên quan tới công nghệ xử lý quặng urani để thu nhận urani kỹ thuật

là Đề án 15 “Điều tra, đánh giá, thăm dò tài nguyên urani” nhằm mục tiêu hoàn

thành về cơ bản việc điều tra, đánh giá, thăm dò trữ lượng và hiệu quả kinh tế xã hội của việc khai thác và chế biến tài nguyên làm cơ sở cho hoạch định quốc gia

về khai thác thương mại và với nội dung điều tra để phát hiện các loại hình mỏ quặng rrani có giá trị kinh tế, tập trung thăm dò urani vùng bồn trũng Nông Sơn (Quảng Nam) với mục tiêu 8.000 tấn U 3 O 8 trữ lượng cấp 122, thăm dò các diện tích khác đã được đánh giá để gia tăng thêm trữ lượng

Để thực hiện đề án 15, Liên đoàn Địa chất xạ hiếm đã được giao lập và đã bắt đầu triển khai thực hiện đề án thăm dò quặng urani khu vực Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam, trong đó Viện Công nghệ xạ hiếm tham gia vào dự án thành phần Xử lý mẫu công nghệ để thu nhận urani kỹ thuật Việc đánh giá khả năng tách và chế tạo urani kỹ thuật từ mỗi đối tượng quặng phát hiện được là một nhiệm vụ của quá trình tìm kiếm thăm dò tài nguyên urani Giá trị nguồn tài nguyên phụ thuộc rất nhiều vào hiệu quả của các giải pháp công nghệ về khai thác và xử lý quặng đã áp dụng trong quá trình thực hiện đề án thăm dò

Trong 2 năm 2006 - 2007, nhóm tác giả đã thực hiện đề tài đã thực hiện

đề tài: “Xử lý quặng urani khu vực Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ ở quy mô 500 kg/mẻ để thu urani kỹ thuật” Trong đề tài đã nghiên cứu áp dụng kỹ thuật trộn

ủ để hoà tách quặng cát kết chứa cả loại hình chưa phong hoá và phong hoá Kết quả nghiên cứu cho thấy kỹ thuật này có thể áp dụng thành công ở quy mô lớn hơn Tuy nhiên, để có thể áp dụng được cần phải hoàn thiện kỹ thuật này, đồng thời cần nghiên cứu một cách tổng thể hơn với các công đoạn xử lý tiếp theo và trên hệ thống thiết bị nhất định

Đề tài “Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion” được thực hiện nhằm đạt hai mục tiêu, một là hoàn thiện hệ thống thiết bị công nghệ

và quy trình công nghệ thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion trên hệ thiết bị trao đổi liên tục quy mô sau phòng thí nghiệm, hai là xây dựng phương pháp tính toán các chi phí cho toàn bộ quá trình thu nhận urani kỹ thuật theo dây chuyền công nghệ thử nghiệm này

Để đạt được những mục tiêu đã đặt ra, đề tài đã tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:

1 Nghiên cứu bổ sung quá trình trao đổi ion trong phòng thí nghiệm;

2 Nghiên cứu khả năng hấp thu urani và làm việc của nhựa đối với dung dịch hoà tách thu được từ quá trình trộn ủ trong phòng thí nghiệm;

3 Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ để xử lý dung dịch hoà tách bằng trao đổi ion trên cột đơn trong phòng thí nghiệm;

4 Xác định thông số cơ bản và thiết kế chi tiết hệ trao đổi ion liên tục công suất 20 lít dung dịch/giờ;

5 Nghiên cứu quá trình xử lý dung dịch hoà tách trên hệ trao đổi ion liên tục;

6 Nghiên cứu quá trình kết tủa urani kỹ thuật dễ lọc, rửa;

7 Xử lý quặng thu nhận urani kỹ thuật và hoàn thiện quy trình công nghệ trên

hệ thống dây chuyền thiết bị;

8 Tính toán chi phí xử lý quặng theo sơ đồ công nghệ xử lý quặng trên hệ thống thiết bị thử nghiệm

Ngoài ra đề tài cũng thực hiện một số nội dung phục vụ cho các nội dung nghiên cứu trên đây

Các nội dung của đề tài được thực hiện trong 24 tháng từ tháng 03/2008

đến tháng 2/2010 tại Trung tâm Công nghệ xử lý quặng phóng xạ, Viện Công nghệ xạ hiếm với tổng kinh phí 600 triệu đồng từ Ngân sách nhà nước Việc sử dụng kinh phí hoàn toàn đúng theo quy định của Nhà nước

Phần I Tổng quan I.1 Cơ sở phương pháp

I.1.1 Công nghệ xử lý quặng chứa urani

Hiện nay, mặc dù các nhà máy xử lý quặng uran trên thế giới sử dụng các quy trình công nghệ khác nhau, chúng đều có một số công đoạn chính như nhau Sơ đồ công nghệ xử lý quặng urani được đưa ra trong hình 1.1

Trao đổi ion hoặc

Chiết dung môi

Có thể chia sơ đồ làm hai phần, phần đầu chủ yếu phụ thuộc vào khoáng vật và khối lượng của quặng được xử lý, và phần thứ hai chủ yếu phụ thuộc vào yêu cầu về lượng urani được thu hồi và độ sạch của sản phẩm

Chuẩn bị quặng: bao gồm các công việc như trộn, đập, nghiền, nung quặng

nhằm mục đích chuẩn bị nguyên liệu cho phép thu hồi uran nhiều nhất và giảm tối thiểu các chi phí trong các công đoạn tiếp theo Một số loại quặng đòi hỏi tất cả các công việc trên, một số khác thì chỉ cần một hoặc hay công việc

Hoà tách: đặc tính hoà tách được xác định bởi thành phần khoáng vật Mục tiêu

của hoà tách là nâng cao hiệu suất tách urani ra khỏi quặng, hạn chế lượng tạp vào dung dịch và giảm chi phí Tuỳ theo loại quặng mà người ta có thể áp dụng phương pháp hoà tách bằng cacbonat (đối với quặng có hàm lượng cacbonat cao) và hoà tách bằng axit sunfuric Đối với quặng cát kết vùng Nông Sơn, phương pháp hoà tách bằng axit sunfuric đã được thử nghiệm cho cả phương pháp khuấy trộn và tĩnh

Tách rắn lỏng: mục tiêu của tách rắn lỏng là tách dung dịch chứa urani từ bùn

hoà tách và rửa phần đã tan khỏi bã Hiệu suất rửa là rất quan trọng vì nếu mất mát urani ở giai đoạn này sẽ có tác động tới yếu tố kinh tế ở hầu hết các nhà máy, trên 75% tổng chi phí vận hành thuộc về khai mỏ và đưa urani vào dung dịch

Làm giàu và làm sạch nhằm nâng cao hàm lượng urani trong dung dịch và giảm

tối thiểu các tạp chất Sự phát triển của kỹ thuật trao đổi ion và chiết dung môi

để tách urani khỏi dung dịch hoà tách là một trong những đóng góp chủ yếu của công nghiệp urani vào công nghệ thuỷ luyện

Kết tủa, rửa và sấy sản phẩm: đây là những công đoạn cuối cùng để thu urani ở

dạng bánh vàng

I.1.2 Làm giàu và làm sạch dung dịch bằng trao đổi ion

Dung dịch thu được từ quá trình hoà tách quặng bằng phương pháp axit sunfuric chứa một hỗn hợp phức tạp các cation và anion Thành phần dung dịch phụ thuộc vào khoáng vật của quặng và điều kiện công nghệ của quá trình hoà tách Trong một số trường hợp, sản phẩm uran có thể thu được bằng cách kết tủa trực tiếp dung dịch hoà tách Nhưng nói chung, dung dịch hoà tách thường được làm giàu uran và làm sạch tạp chất trước khi kết tủa Có hai phương pháp chính

để đạt được mục đích này là trao đổi ion và chiết dung môi

Việc chế tạo các vật liệu và kỹ thuật trao đổi ion để thu hồi urani là một trong những bước phát triển rất quan trọng trong công nghệ xử lý quặng Phương pháp trao đổi ion dựa vào sự có mặt của các phức anion của urani trong dung dịch axit sunfuric loãng và natri cacbonat mà các phức này được hấp thu chọn lọc từ dung dịch hoà tách bằng các nhựa tổng hợp thích hợp Việc dễ tách

dung dịch giàu urani và sạch tạp chất là rất phù hợp để kết tủa sản phẩm có hàm lượng urani tương đối cao Cơ sở thương mại đầu tiên sử dụng kỹ thuật trao đổi ion trong công nghệ xử lý quặng urani là nhà máy West Rand Consolidated Mines, Ltd của Cộng hoà Nam Phi năm 1952

I.1.2.1 Đặc tính của nhựa [11], [12], [14], [16]

Đặc tính hoá học

Nhựa trao đổi ion sử dụng trong công nghiệp urani thường có dạng anion bazo mạnh hoặc yếu Những loại nhựa này được chế tạo ở dạng gel bán cứng hình cầu Mức độ và loại liên kết ngang trong các polime có thể thay đổi tuỳ cơ

sở sản xuất và có ảnh hưởng tới các tính chất hoá và cơ học của nhựa

Hình 1.2 Cấu trúc nhựa trao đổi ion

Nhựa anion bazo mạnh chứa nhóm amin bậc bốn Chúng được chế tạo bằng sự đồng pôlime hoá styrene và divinylbenzen, sau đó clometyl hoá sản phẩm và cho phản ứng với trimetylamin [12] (hình 1.2) Một số nhựa trao đổi ion có tên thương mại như Amberlite IRA-400, DeAcidite-530, Dowex, Ionac, Zeocarb

Các nhựa anion bazo mạnh có độ ion hoá rất cao, có thể sử dụng trong khoảng pH rộng, ổn định khi có mặt của các tác nhân ôxy hoá hoặc khử mạnh, không tan trong hầu hết các dung môi thông thường và chịu được nhiệt độ tới

60oC Các phản ứng trao đổi điển hình giữa ion linh động hấp phụ trên nhựa và các ion urani trong dung dịch (X là ion linh động) xảy ra như sau [16]:

4R4NX + [UO2(SO4)3]4- = (R4N)4UO2(SO4)3 + 4X- 4R4NX + [UO2(CO3)3]4- = (R4N)4UO2(CO3)3 + 4X- Các anion khác trong dung dịch hoà tách cũng bị hấp thu trên nhựa Nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ, trạng thái ôxy hoá, ảnh hưởng đến khả năng hấp thu của nhựa

CH3(Cl-)

ái lực của nhựa đối với các ion khác nhau trong dung dịch là rất khác nhau và mức độ chặt chẽ của liên kết giữa các ion cũng khác nhau Điều này làm cho nhựa có tính chọn lọc và được biểu diễn bằng hệ số chọn lọc (còn được gọi là hệ số trao đổi)

Đặc tính vật lý

Các kỹ thuật tổng hợp và các tác nhân tạo liên kết ngang khác nhau được

sử dụng để chế tạo các loại nhựa đặc biệt rất có ích trong công nghiệp urani Các loại nhựa này có những ưu điểm như tốc độ đạt cân bằng nhanh và hiệu suất tái sinh cao với sự thay đổi thể tích vừa phải và có độ bền vật lý cao

Trong trường hợp trao đổi ion lớp tĩnh ít nhất 95% hạt nhựa đã trương có kích thước trong khoảng 20 - 50 mesh, còn đối với trao đổi ion trong bùn thì phải có trên 90% trong khoảng 10 - 20 mesh [16] Các hạt nhựa có kích thước nhỏ sẽ có bề mặt lớn và tốc độ đạt cân bằng nhanh Tuy nhiên, trong trường hợp trao đổi ion lớp tĩnh cỡ hạt nhỏ sẽ dễ làm cản trở dòng chảy của dung dịch khi qua lớp nhựa và gây khó khăn khi tiến hành rửa ngược do dễ mất mát nhựa Đối với đa số các loại nhựa thương mại, trong trao đổi ion lớp tĩnh, phần không gian trống là khoảng 40% tổng thể tích của lớp nhựa Dung lượng hấp thu của các loại nhựa sử dụng để thu hồi urani thay đổi trong khoảng 3,5 ữ 5,0 eq/kg nhựa khô hoặc 1,2 ữ 1,8 eq/l nhựa trương [12]

Hàm lượng nước trong nhựa đã trương thay đổi phụ thuộc vào bản chất của ion linh động Đối với nhựa ở dạng Cl- thì hàm lượng nước thay đổi trong khoảng 40 ữ 60%, ví dụ nhựa Amberlite IRA - 420 có độ ẩm khoảng 48 ữ 54%

I.1.2.2 Các giai đoạn làm sạch và làm giàu urani bằng phương pháp trao đổi

ion

Giai đoạn hấp thu

Trong công nghiệp urani, quá trình tách các ion đã tan khỏi dung dịch bằng nhựa trao đổi ion thường được gọi là hấp thu Khả năng hấp thu tổng cộng của nhựa được biểu diễn bằng mili đương lượng trên gam nhựa khô hoặc mili

đương lượng trên mililit nhựa trương (ướt) [16] Cách biểu diễn thứ hai có lợi hơn do quá trình thường được biểu diễn như là một hàm của thể tích nhựa ướt Nhựa bazo mạnh amin bậc bốn dễ bị hỏng trong quá trình sử dụng do một phần amin bậc bốn bị chuyển về các amin bậc thấp hơn Vì vậy nhựa dần dần có tính chất như của nhựa trao đổi ion bazo yếu và giảm ái lực đối với ion uranyl và tốc

độ trao đổi chậm hơn Hấp dung toàn phần của một nhựa bazo mạnh còn được

định nghĩa là khả năng chuyển một muối trung hoà thành bazo tương ứng

Quá trình hấp thu của nhựa tiến hành trên cột có thể được đánh giá bằng

đường cong hấp thu thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ urani trong dung dịch ra khỏi cột và thể tích dung dịch chạy qua cột (biểu diễn bằng số thể tích lớp tích

luỹ) Thể tích lớp chính là thể tích dung dịch tương đương với thể tích của lớp nhựa Điểm ló thường được định nghĩa là điểm mà nồng độ urani trong dung dịch ra khỏi cột bằng 1 ữ 2% nồng độ urani trong dung dịch đầu và thể tích dung dịch qua cột tương ứng với điểm ló là thể tích ló Điểm bão hoà là điểm

mà nồng độ urani trong dung dịch đầu và dung dịch ra bằng nhau, và tổng thể tích dung dịch cho đến điểm bão hoà là thể tích bão hoà Tỷ lệ giữa thể tích ló

và thể tích bão hoà (được xác định bằng độ dốc của đường cong hấp thu) là một

đại lượng rất quan trọng, phản ánh hiệu quả sử dụng của nhựa cũng như nhiều yếu tố khác của hệ thống Một đường cong càng dốc thì lượng urani ra khỏi cột càng nhỏ Tỷ lệ giữa thể tích ló và thể tích bão hoà bằng 0,5 là tỷ lệ tối thiểu đối với hệ trao đổi ion lớp tĩnh hai cột do cột thứ nhất sẽ bão hoà trước khi cột thứ hai đạt tới điểm ló [16]

Trao đổi ion trong bùn khác với trao đổi ion trên cột ở trạng thái bão hoà Mỗi lần tiếp xúc giữa nhựa và dung dịch, quá trình hấp thu chỉ thực hiện đến khi thiết lập được cân bằng giữa urani trong nhựa và urani còn lại trong dung dịch Với nhiều lần tiếp xúc như vậy, nhựa mới hoàn toàn bão hoà

Hấp thu với dung dịch axit: trong dung dịch hoà tách bằng axit sunfuric, urani

có cân bằng động:

UO22+ ↔ UO2(SO4) ↔ [UO2(SO4)2]2- ↔ [UO2(SO4)3]Tuy nhiên, cân bằng ưu tiên sự hình thành phức [UO2(SO4)3]4- với tỷ lệ khoảng 7/1 so với phức [UO2(SO4)2]2- và khoảng 50/1 so với uranyl sunfat trung tính Tỷ

4-lệ SO4/U cao sẽ chuyển dịch cân bằng về phía hình thành phức [UO2(SO4)3]4- Nhiều nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng trong khoảng nồng độ thông thường

và khoảng pH từ 1,5 ữ 2 thì phức bị hấp thu trên nhựa ưu thế nhất là phức [UO2(SO4)3]4-[12], [16]

Khả năng hấp thu urani của nhựa thay đổi tuỳ theo thành phần của dung dịch Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp thu là pH, nồng độ urani, SO42-, Fe3+, phôtphat, asenat và ái lực của nhựa đối với anion

Khả năng hấp thu urani tăng lên khi tăng pH Khi pH < 1,2 thì khả năng hấp thu rất nhỏ Trong thực tế cũng có giới hạn pH trên Khi pH > 1,8, với sự có mặt của Fe3+ và các anion khác như PO43-, urani có thể bị kết tủa trong dung dịch hoặc trong nhựa [12]

Trong cùng một điều kiện như nhau, nồng độ urani trong dung dịch càng cao thì khả năng hấp thu urani lên nhựa càng cao

Các ion sunfat và bisunfat cũng cạnh tranh hấp thu trên nhựa Khi nồng

độ axit trong dung dịch tăng cao thì cân bằng:

H2SO4 ⇔ H+ + HSO4- (k >= 1) HSO4- ⇔ H+ + SO42- (k = 10-1,99)

chuyển dịch về phía hình thành dạng bisunfat Điều này làm giảm lượng urani

bị hấp thu trên nhựa do xu hướng hình thành các phức anion có thể hấp thu giảm

đi và bị bisunfat cạnh tranh Vì những lý do trên, người ta mong muốn tăng pH của dung dịch để tăng khả năng hấp thu của nhựa

Trong thực tế, sự có mặt của các ion khác như phôtphat và asenat sẽ làm cho urani kết tủa ngay ở pH = 2 Phôtphat và asenat cũng có thể tạo thành các anion H2PO4- và H2AsO4- mà chúng cũng tạo phức với urani và bị hấp thu trên nhựa Sự hấp thu như vậy làm khả năng kết tủa các phức này trên nhựa tăng lên khi rửa giải và phôtphat và asenat sẽ làm bẩn sản phẩm cuối cùng

Khả năng hấp thu urani cực đại của nhựa có thể đạt được khi nồng độ urani tương đối cao và nồng độ sunfat trong dung dịch thấp do ưu tiên hình thành phức [UO2(SO4)2]2-

Các anion Cl- và NO3- với nồng độ trên 2 g/l có hại cho việc hình thành các phức uranyl sunfat và khi nồng độ của chúng càng cao thì càng làm giảm sự hấp thu lên nhựa Tác động này có thể là do sự cạnh tranh giữa các anion uranyl sunfat, clorua và nitrat trên nhựa mà clorua và nitrat đều bị hấp thu mạnh Ion uranyl cũng có thể tạo thành dạng cation và phức trung hoà với cả clorua và nitrat làm giảm nồng độ phức anion của uranyl sunfat trong dung dịch

Các ion Fe3+ và vanadi thường có mặt trong các dung dịch hoà tách và sẽ tạo thành các phức anion cạnh tranh với urani trên nhựa [16] Cả sắt và vanadi ở trạng thái khử (bậc ôxy hoá thấp) đều không tạo thành các phức tương tự Fe3+

có khả năng tạo thành các phức sunfat dạng [Fe(SO4)n](3-2n) hoặc [Fe(OH)(SO4)2]2- và khả năng này có khuynh hướng tăng với mức độ lớn hơn các phức của urani khi tăng pH Trong dung dịch hoà tách, sắt cũng thường có nồng độ cao hơn urani đáng kể và sẽ hấp thu lên nhựa cạnh tranh với urani Khi dung dịch có sắt thì khả năng hấp thu của nhựa đối với urani giảm đi Tuy nhiên, các phức của Fe3+ đã bị hấp thu ở nhựa sẽ bị các phức của urani thay thế và với

hệ cột liên tục, tỷ lệ các phức này ở nhựa sẽ đạt đến một giá trị cân bằng phụ thuộc vào nồng độ của chúng Thường chỉ một vài phần trăm khả năng hấp thu của nhựa bị chiếm bởi sắt nếu đủ thời gian để nhựa bão hoà hoàn toàn Tác động của sắt trong hầu hết các hệ là làm giảm tốc độ để đạt được cân bằng Trong hệ nhiều cột chẳng hạn, khi cột đầu được tách khỏi hệ và cột tiếp theo bắt đầu ló urani thì lượng sắt đã bị hấp thu có thể làm urani thoát ra khỏi cột hai trước khi cột ban đầu đạt bão hoà Vì vậy, cột ban đầu bị tách khỏi hệ trước khi nó bão hoà và điều này dẫn đến việc thu hồi urani trong một chu kỳ giảm đi và tạp chất sắt trong dung dịch sau rửa giải tăng lên Trong điều kiện như vậy, có thể nên tiến hành hấp thu ở khoảng pH là 1,3 ữ 1,6 để giảm lượng sắt hấp thu trên nhựa

đến mức chấp nhận được Trong những trường hợp đặc biệt, có thể giảm lượng

Fe3+ trong dung dịch hoà tách bằng cách khử Fe3+ bằng sắt kim loại, nhôm hoặc kẽm, hoặc khí SO2 hoặc H2S Thường khí SO2 và H2S không được sử dụng do có

Vanadi (V) trong dung dịch axit sẽ tạo thành các anion như VO3- và

VO43-, và nếu nồng độ của chúng cao hơn 1 g/l thì chúng sẽ bị hấp thu trên nhựa mạnh hơn urani Hơn nữa, rất khó rửa giải vanadi đã hấp thu bằng các phương pháp thông thường và cũng có thể cản trở việc tách urani Trong thực tế, khi vanadi có hàm lượng đáng kể, để tránh điều này cần điều chỉnh thế ôxy hoá khử của dung dịch đầu để đảm bảo vanadi có mặt chỉ ở trạng thái khử và điều này thường được thực hiện bằng cách thêm sắt kim loại cho đến khi thế khử đạt 400

ữ 450 mV [16] Sắt kim loại sẽ khử Fe3+ thành Fe2+ và Fe2+ lại khử V5+ về V4+

Để duy trì giá trị thế khử trên, trong dung dịch cần phải có mặt cả Fe3+ và Fe2+

Sự có mặt của Fe2+ đảm bảo chắc chắn rằng toàn bộ vanadi đều bị khử và sự có mặt Fe3+ để đảm bảo có sự ôxy hoá hoàn toàn U4+ lên U6+

Giai đoạn rửa giải [12], [16]

Việc tách urani khỏi nhựa đã bão hoà được gọi là rửa giải Sự rửa giải thường được thực hiện bằng cách thay thế ion đã được giữ lại trong nhựa đơn giản bởi ion khác trong dung dịch khi tăng nồng độ của ion thay thế này theo quy luật tác dụng khối lượng Người ta thường sử dụng dung dịch nitrat loãng hoặc clorua loãng làm tác nhân rửa giải do chúng có khuynh hướng tạo thành các phức cation hoặc trung hoà với urani và không bị nhựa hấp Sự tách các phức này khỏi hạt nhựa vào dung dịch được thực hiện do khuếch tán Tốc độ khuếch tán của các ion ra và vào hạt nhựa quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình rửa giải

Tiêu chuẩn quan trọng của một tác nhân rửa giải tốt là giá rẻ và không bị nhựa hấp thu quá mạnh để cho sự trao đổi ở giai đoạn hấp thu tiếp theo là đủ nhanh Trong số các tác nhân nitrat, clorua và axit sunfuric, các ion nitrat có tác dụng rửa giải gần như nhanh gấp hai lần so với tác nhân clorua và cho dung dịch

có nồng độ urani cao hơn tuy nhiên nó có giá thành cao hơn, còn rửa giải bằng muối sunfat thì chậm hơn Khi rửa giải bằng sunfat, sự rửa giải có thể được thực hiện bằng dung dịch axit sunfuric 1M, trường hợp nồng độ axit cao hơn phần lớn các ion bisunfat đã bị hấp thu ở nhựa sẽ bị chuyển thành sunfat ở giai đoạn rửa bằng nước theo phản ứng:

2RHSO4 + H2O = R2SO4 + 2H+ + SO4Phản ứng trao đổi xảy ra khi rửa giải là hợp tỷ lượng, trong đó nhựa cơ bản sẽ chuyển hoàn toàn về dạng các ion hay ion rửa giải

2-Rửa giải với quá trình axit: axit được thêm vào chất rửa giải khi nhựa chứa phức

anion uranyl sunfat để tránh kết tủa các ion rửa giải do thuỷ phân và để đẩy nhanh việc tách các ion rửa giải chậm hơn khỏi nhựa Nói chung, nồng độ axit bằng 0,1N là đủ, nhưng có thể tăng đến 0,5N Nếu sử dụng axit có nồng độ cao hơn sẽ làm tăng chi phí sản xuất do axit này phải được trung hoà trong giai đoạn kết tủa tiếp theo Việc sử dụng axit sunfuric để axit hoá dung dịch rửa giải sẽ rẻ

hơn so với axit nitric hoặc axit clohydric Việc sử dụng hệ hỗn hợp là tốt do cả ion sunfat và bisunfat đều tách khỏi nhựa vào dung dịch và trong khi kết tủa

Rửa giải bằng clorua được thực hiện tốt ở các chu trình axit với nồng độ

Cl- thay đổi từ 0,5 ữ 1,5M Trong khoảng nồng độ này Cl- là một tác nhân rửa giải có hiệu quả Tuy nhiên, khi nồng độ Cl- >1,5M thì hiệu quả sẽ giảm và gần 5M hoặc 6M sẽ tạo thành phức như [UO2Cl4]2- bị nhựa hấp thu rất mạnh Tác nhân clorua hiệu quả nhất trong thực tế chứa NH4Cl hoặc NaCl 0,9M và HCl hoặc H2SO4 0,1M (pH ≈ 1,0) [16]

Rửa giải bằng nitrat tương tự như rửa giải bằng clorua và được thực hiện tốt nhất với dung dịch có nồng độ NO3- gần 1M, khi nồng độ NO3- dưới 0,8M thì

sự rửa giải trở nên chậm hơn, nhưng trên 0,8M thì hiệu quả rửa giải tăng khi tăng nồng độ do nitrat không tạo thành phức anion với urani trong khoảng nồng

độ khảo sát

Rửa giải bằng axit sunfuric có thể được thực hiện với nồng độ 1M, nhưng

sự trao đổi sẽ trở nên chậm hơn và kém hiệu quả hơn so với nitrat và clorua Tuy nhiên, nếu sử dụng quá trình "Eluex", dung dịch sau rửa giải có thể được xử lý bằng chiết dung môi để tách urani, cho phép tuần hoàn tác nhân rửa giải mà không cần trung hoà axit dư Kỹ thuật này cộng với giá tương đối thấp và axit sunfuric sẵn có làm cho phương pháp này khá được ưa chuộng Để làm tăng tốc

độ rửa giải, nhà máy Federal-American Partner ở Wyoming đã thêm vào axit sunfuric muối (NH4)2SO4 với nồng độ 100 g/l

Các kỹ thuật rửa giải đặc biệt là cần thiết để tách urani và vanadi khi các ion này đồng hấp thu lên nhựa Urani được rửa giải chọn lọc bằng dung dịch (NH4)2SO4 2,0 ữ 3,0M và sau đó vanadi được rửa giải tiếp theo bằng dung dịch bão hoà SO2 hoặc bằng dung dịch NaCl 5M Các tác nhân này cũng có thể được

sử dụng để rửa giải vanadi trước Dung dịch bão hoà SO2 rửa giải chọn lọc vanadi do nó có thể khử vanadi về dạng cation hoá trị IV không có ái lực với nhựa Sau khi tách vanadi, urani còn lại có thể được rửa giải bằng bất kỳ tác nhân thông thường nào, chẳng hạn như NH4Cl hay NaCl 1M và HCl 0,1M

I.1.2.3 Vấn đề ngộ độc nhựa và tái sinh nhựa [16]

Một ion được gọi là ion cạnh tranh khi nó cạnh tranh với urani để hấp thu lên nhựa nhưng sau đó được tách khỏi nhựa cùng với urani khi rửa giải bằng các tác nhân thông thường Tuy nhiên, các ion cũng bị hấp thu mạnh lên nhựa nhưng không bị tách khỏi nhựa bằng rửa giải thông thường thì được gọi là chất độc Chất độc tạm thời có thể tách được bởi các kỹ thuật tái sinh đặc biệt và chất độc vĩnh viễn là chất độc không thể tách khỏi nhựa nếu không phá huỷ nhựa Danh giới giữa chất độc tạm thời và vĩnh viễn là không rõ ràng do quá trình tái sinh không phục hồi hoàn toàn được khả năng hấp thu ban đầu của nhựa và quá trình

xử lý tái sinh mạnh quá có thể làm hỏng nhựa

Ngộ độc có thể xảy ra một cách cơ học do sự có mặt của các vật liệu bít kín các mao quản trong nhựa làm giảm tốc độ khuếch tán vào và ra khỏi nhựa

Các chất gây ngộ độc nhựa

Các cấu tử gây ngộ độc nhựa là silica, molibden, polythionat, lưu huỳnh, titan, và đặc biệt ở vùng Nam Phi còn có các phức coban cyanua và thiocyanat

ở một số cơ sở của Mỹ, Canada, một số chất gây ngộ độc nhựa như zirconi, hafni, thori và niobi cũng được đề cập tới Sự bít kín các mao quản trong nhựa cũng có thể xảy ra hoặc từ các phân tử hữu cơ hoà tan có kích thước lớn làm nguồn nuôi vi khuẩn phát triển gây tắc mao quản hoặc từ các vật liệu dầu Sự kết tủa CaCO3 trên bề mặt hoặc trong các kẽ hở trong hạt nhựa trong phương pháp cacbonat hoặc xử lý nước cũng làm giảm chất lượng nhựa

Silica tồn tại trong dung dịch axit chủ yếu ở dạng phân tử dễ tan không ion hoá khi pH < 4 mặc dù một số ion hoạt tính có thể tồn tại Các dạng ion này khi vào nhựa có thể tạo thành các phức yếu với các anion trong nhựa Nếu pH trong nhựa tăng lên sẽ dẫn đến tạo thành các polime hoặc gel lớn trong cấu trúc của nhựa

Trong dung dịch axit, molibden sẽ tạo thành phức anion sunfat bị hấp thu lên nhựa mạnh hơn urani Vonfram cũng bị hấp thu lên nhựa tương tự như molibden Trong thực tế dung dịch hoà tách thường chứa 20 ữ 50 ppm Mo và mặc dù chỉ 40 ữ 50% trong số đó bị hấp thu lên nhựa, nó sẽ được tích luỹ đến mức gây rắc rối cho nhựa Khi bị hấp thu bởi nhựa hầu hết molibden ở dạng kết tủa hoặc polime và không chiếm các vị trí ion trao đổi, do vậy trường hợp nhựa

có tới 20 ữ 50 g Mo/l, khả năng hấp thu urani của nhựa giảm không đáng kể ở dạng kết tủa hay polime, Mo gây ngộ độc cơ học nhựa và làm giảm đáng kể tốc

độ trao đổi giống như trường hợp silica

Các ion khác gây ngộ độc kiểu cơ học gồm titan, zirconi, hafni, niobi, antimon và các phức asenat hoặc phôtphat Chúng bị hấp thu lên nhựa ở dạng phức anion sunfat hoặc các phức anion khác nhưng sau đó có thể bị thủy phân

và kết tủa trong các mao quản của nhựa khi pH nhựa tăng lên vì bất cứ lý do nào

Trong dung dịch axit, thori cũng có thể có mặt ở dạng phức anion sunfat

và thường bị thay thế bởi urani Trong điều kiện độ axit thấp, có thể dẫn đến thuỷ phân và kết tủa một phần thori trong nhựa tương tự như titan và zirconi

Tái sinh nhựa [16]

Các chất gây ngộ độc nhựa thường được loại bỏ bằng cách xử lý nhựa bằng NaOH Molibden có thể rửa giải bằng 5 - 10 BV dung dịch chứa NaOH 0,5% hoặc hỗn hợp NH4OH và 0,1M Cl- hoặc NO3- Phản ứng rửa giải S4O62-trong nhựa bằng NaOH 5-10% xảy ra như sau:

4S4O62- + 6OH- = 5S2O32- + 2 S3O62- + 3H2O

S2O32- và S3O62- vẫn nằm trong nhựa nhưng sau đó sẽ được tách bằng cách xử lý với muối hoặc dung dịch axit loãng Khi xử lý bằng NaOH, sunfua chuyển rất chậm thành polysunfua và sau đó bị thay thế bằng clorua

Việc tách silica bằng NaOH xảy ra phản ứng hoà tan trực tiếp và sau đó khuếch tán ra khỏi nhựa Khi xử lý nhựa trên cột với nhựa đã axit hoá thì một

điều rất quan trọng là trước hết phải xử lý bằng dung dịch muối trung hoà hoặc dung dịch NaOH 0,5% để tránh hiện tượng tái kết tủa thành dạng sền sệt làm cho dung dịch chảy theo kênh trong lớp nhựa Lựa chọn tốt nhất cho việc xử lý ban đầu với dung dịch NaOH loãng là chuyển nhựa vào dung dịch NaOH đặc để tránh sự axit hoá lại dung dịch chứa silicat Có thể cần tới 192- 320 kg NaOH để tách silic cho 1 m3 nhựa

Dung dịch axit sulfuric mạnh có thể được sử dụng để tái sinh nhựa khi bị ngộ độc bởi T, Zr, Mo, Th, Fe, Si và các vật liệu hữu cơ Việc xử lý như vậy sẽ tách được phần còn lại của Mo, Si mà phần này sẽ được tách khỏi nhựa trong giai đoạn xử lý tiếp theo bằng NaOH 10% Kỹ thuật tái sinh được liệt kê trong bảng dưới đây đầu tiên xử lý bằng kiềm sau đó bằng axit mạnh Nhựa sẽ được tiếp xúc với dung dịch NH4NO3 + H2SO4 để ôxy hoá Mo dạng khử hoặc các chất hữu cơ Chuyển nhựa từ dạng OH- về dạng Cl- trước khi xử lý bằng axit mạnh Trong thực tế, 3 giai đoạn đầu tiên có thể không cần thiết

Một kỹ thuật tái sinh khác sử dụng hỗn hợp H2SO4 và NH4F để tách Si và

Ti, sử dụng cyanua kim loại kiềm (loãng) để rửa giải polythionat, sulfua và Si Việc sử dụng cả sulphit hoặc Na2S cũng có thể tách được polythionat Sự bao phủ bề mặt nhựa bởi CaCO3 có thể xử lý được một cách định kỳ bằng dung dịch HCl hoặc HNO3 (ở pH khoảng 1,0)

Tái sinh nhựa

I.1.2.4 Các hệ thống trao đổi ion liên tục [13]

Việc sử dụng hệ cột nhựa tĩnh tại các mỏ nhỏ hiện nay vẫn được quan tâm Tuy nhiên, những nhược điểm của hệ này càng trở nên rõ ràng hơn khi quy mô vận hành tăng lên Mặt khác, với dung dịch có hàm lượng urani càng thấp thì phương pháp chiết càng ít được quan tâm hơn Vì thế, việc sử dụng các hệ thống trao đổi ion liên tục có thể khắc phục được những khó khăn gặp phải ở các hệ cột tĩnh truyền thống 3 nhược điểm chính của các hệ cột nhựa tĩnh (FBIX) là:

+ Kích thước của hệ cột tĩnh là có giới hạn Giới hạn này dẫn đến cần thiết phải vận hành nhiều cột trao đổi ion song song khi lượng dung dịch cần xử lý lớn Như vậy sẽ tăng chi phí đầu tư cột, bơm, van, đường ống, thiết bị kiểm tra, nhân công, bảo dưỡng và phân tích Các chi phí này tăng tỷ lệ thuận với số hệ thống vận hành;

+ Hiệu quả sử dụng nhựa thấp Trong quá trình trao đổi luôn có một phần nhựa không tham gia trao đổi ion Trong khi hệ trao đổi liên tục có sự tiếp xúc ngược dòng giữa nhựa và dòng dung dịch thì hệ cột nhựa tĩnh không có Trong hệ cột nhựa tĩnh, phần nhựa ở

đáy của lớp nhựa không được rửa

giải tốt như ở đỉnh Khi dung dịch

hoà tách qua lớp nhựa cùng chiều

với tác nhân rửa giải, hiện tượng tự

rửa giải thường xuyên xảy ra ở đây,

một phần urani ở đáy lớp nhựa bị rửa

giải bởi chính dung dịch thải và

không thu hồi được;

+ Hệ cột nhựa tĩnh đòi hỏi dung dịch

xử lý phải trong do lớp nhựa đóng

vai trò như một lớp lọc có hiệu quả

đối với bùn mịn dẫn đến vấn đề thuỷ

lực và gây tắc

Có khoảng 27 hệ thống trao đổi

ion liên tục khác nhau Dưới đây sẽ

trình bày tóm tắt một số hệ thống trao

đổi ion liên tục đã được sử dụng trong

các nhà máy sản xuất urani

1 Hệ thống CHEM-SEPS

Hệ thống CHEM-SEPS (còn được gọi là vòng Higgin, hình 1.3) là hệ thống cổ nhất được sử dụng để thu hồi urani

Hình 1.3 Hệ thống CHEM-SEPS

Dung dịch hoà tách

Dung dịch thải

Cột hấp thu

Thùng Transfer

Dung dịch Transfer

Cột rửa giải

Tác nhân

Dung dịch giàu

lửng của nhựa khi nhựa

hấp thu urani giảm đi theo

chiều cao cột

Cột rửa giải của hệ

thống ít phức tạp hơn cột

hấp thu Nhựa từ ngăn đáy

của cột hấp thu được chuyển sang cột định lượng nhựa Từ cột này, một phần

Hình 1.4 Hệ thống CIX Himsley

Bơm tuần hoàn

Dung dịch hoà tách

Cột hấp thu Cột đo lường và

rửa nhựa

Cột rửa giải

Dung dịch sản phẩm

Tác nhân rửa giải Nước rửa

Dung dịch thải

Nước rửa

Đường vận chuyển nhựa

Đường nhựa quay lại

Vận chuyển nhựa

nhựa được bơm vào đáy cột rửa giải, chúng đẩy lớp nhựa cũ trong cột lên cao Lớp nhựa trên cùng được rửa và chuyển vào đỉnh cột hấp thu Dòng dung dịch tác nhân rửa giải được bơm từ trên xuống qua lớp nhựa trong khoảng thời gian giữa các lần bơm chuyển nhựa

3 Hệ thống NIMCIX

Hệ thống NIMCIX (hình 1.5) đã được các kỹ sư thuộc Viện Luyện kim quốc gia xây dựng và áp dụng thành công để thu urani ở Nam Phi Hệ thống NIMCIX đã được sử dụng ở quy mô công nghiệp kết hợp với CCD từ năm 1977

ở nhà máy sản xuất urani Blyvooruitzicht

I.1.3 Cân bằng vật chất (material balance) [14]

Trong quá trình xử lý quặng, có các dòng chất rắn, chất lỏng và chất khí Các dòng này phải được định lượng hoá và mô tả cân bằng vật chất của các đầu vào, đầu ra và trung gian Cân bằng vật chất cần có các dòng sau:

- Chất rắn: như quặng, bã hoà tách, chất thải rắn, sản phẩm urani và các hoá chất;

- Chất lỏng: dung dịch xử lý, nước rửa, hoá chất dạng lỏng và dung môi hữu cơ;

- Khí: hoá chất dạng khí, hơi nước, khí thông gió

Cân bằng vật chất đối với các chất rắn chủ yếu thường là đơn giản: độ ẩm của quặng và biến đổi khối lượng trong quá trình hoà tách phải xác định được Cân bằng vật chất đối với chất lỏng (hoặc cân bằng "nước") có thể khá phức tạp bởi vì dung dịch thường được sử dụng vài lần và được tuần hoàn trong quá trình Cân bằng vật chất cũng nên bao gồm cả nơi cất giữ thải Quan trọng nhất là cân bằng kim loại, nó chỉ ra phân bố urani trong các dòng khác nhau, thải lỏng, thải rắn, các sản phẩm và thải khác Tổng urani có trong các dòng này phải cân bằng với urani đi vào quá trình Cân bằng vật chất thường là cân bằng khối lượng, nhưng thể tích cũng phải được xác định đối với chất lỏng (dung dịch trong và bùn) Số liệu của các vật liệu khác nhau được tính cho 1 đơn vị khối lượng quặng khô Chẳng hạn:

- Tiêu hao hoá chất và vật liệu cho 1 tấn quặng, ví dụ tiêu hao thép trong quá trình nghiền, các chi phí axit, chất keo tụ, tác nhân trung hoà và chi phí môi trường lọc;

- Tiêu hao nước cho 1 tấn quặng, ví dụ nước cho quá trình nghiền, nước rửa trong quá trình lọc và lắng gạn, nước rửa thiết bị rửa sàn và làm đổ

Những chi phí tỷ lệ thuận với lượng quặng xử lý và không phụ thuộc vào mức hàm lượng của quặng thì được quy vào chi phí cho 1 đơn vị khối lượng quặng

Tiêu hao của một số tác nhân tỷ lệ thuận với lượng urani được xử lý, ví dụ amoniac cho giai đoạn kết tủa Với trường hợp này chi phí được tính cho 1 đơn

vị khối lượng urani (hoặc U3O8) trong sản phẩm Từ các số liệu về hàm lượng và hiệu suất thu hồi urani của toàn bộ quá trình các chi phí này có thể chuyển được

về dạng chi phí cho 1 đơn vị khối lượng quặng

Cân bằng vật chất là cơ sở để thiết kế thiết bị và tính toán kinh tế của quá trình

I.1.4 Tính toán chi phí [7, 13]

1 Vốn và chi phí vận hành

Mọi hoạt động sản xuất kinh doanh đều cần phải có chi phí Chi phí là khoản tiền phải chi cho công việc sản xuất kinh doanh nhằm tạo ra và bán các sản phẩm dịch vụ nào đó Tính chi phí là cách tính tổng các chi phí để làm ra và tiêu thụ một sản phẩm hoặc cung cấp một dịch vụ nào đó Nhiều doanh nghiệp không biết được tất cả các chi phí trong việc kinh doanh của họ do vậy họ không thể tính chính xác được giá thành của sản phẩm kinh doanh của mình

Mặc dù vốn đầu tư và chi phí vận hành tổng quát có thể ít được sử dụng một cách trực tiếp nhưng các thông tin này có thể rất hữu ích cho các dự án khai thác mỏ mới hoặc thay đổi cơ sở đang vận hành Đánh giá chi phí là một phần không thể thiếu trong các dự án thận trọng và việc nghiên cứu về chi phí cần

được nâng cấp liên tục khi có được những thông tin mới

Chi phí về vốn của nhà máy khai thác urani chủ yếu liên quan đến lượng quặng cần xử lý Tuy nhiên, đặc điểm về khoáng vật cũng có có thể ảnh hưởng nhất định tới chi phí

Việc tính toán chi phí giúp chúng ta xây dựng giá thành sản phẩm, khi đó

sẽ đặt được giá bán sao chi có lợi nhuận, giúp kiểm soát và giảm các chi phí Khi nắm vững được các chi phí sẽ đưa ra các giải pháp tốt hơn, rẻ hơn cho sản xuất và tiêu thụ sản phẩm hay dịch vụ của mình, đưa ra các quyết định đúng đắn trong sản xuất kinh doanh, có thể lên kế hoạch chi tiêu hay kế hoạch sử dụng vốn và lập kế hoạch sản xuất khi cần hỗ trợ về tài chính từ các ngân hàng

Mọi doanh nghiệp đều có hai loại chi phí: chi phí trực tiếp và chi phí gián tiếp Tuy nhiên, sự phân chia này có thể khác nhau tuỳ theo các công ty

Chi phí trực tiếp là các chi phí có thể xác định được với một sản phẩm, một dịch vụ Đối với một nhà máy sản xuất, chi phí trực tiếp bao gồm tất cả các chi phí có quan hệ trực tiếp tới việc sản xuất ra sản phẩm Chi phí trực tiếp bao gồm:

+ Chi phí nguyên, vật liệu trực tiếp: là tổng các khoản tiền phải trả để có

được các nguyên vật liệu mà sau này sẽ trở thành một phần của những sản phẩm sản xuất ra;

+ Chi phí lao động trực tiếp là những khoản tiền phải trả dưới dạng tiền công hay tiền lương, tiền thưởng cho những công nhân sản xuất ra các sản phẩm

Chi phí gián tiếp là tất cả các chi phí khác ngoài chi phí trực tiếp như đã nói ở trên cần để tiến hành hoạt động sản xuất kinh doanh của mình Các chi phí gián tiếp không liên quan trực tiếp tới một sản phẩm hay dịch vụ cụ thể nào Đó

là chi phí chung cho toàn bộ hoạt động sản xuất kinh doanh Các loại chi phí gián tiếp bao gồm:

+ Khấu hao: nếu thiết bị có giá trị và được sử dụng trong một thời gian dài, cần tính xem mỗi tháng giá trị của nó giảm đi bao nhiêu, cần tính

ra số tiền này để thay thế thiết bị đó khi nó hết thời gian sử dụng, gọi

là khấu hao tài sản;

+ Chi phí lao động gián tiếp là những chi phí lương thưởng cho chủ hoặc người làm công không trực tiếp làm ra sản phẩm (nhân công quản lý, phụ trách, văn phòng, phòng thí nghiệm, kế toán, kho, bảo vệ, ); + Các chi phí khác: có thể là chi phí văn phòng, thiết bị, thuê nhà, điện nước, bảo quản, sửa chữa, bảo dưỡng, các loại dịch vụ cho toàn bộ nhà máy, bảo hiểm (bảo hiểm thất nghiệp, an ninh xã hội, nghỉ lễ tết, nghỉ

ốm, bảo hiểm trách nhiệm công cộng, chi phí ngoài kế hoạch, )

2 Các bước tính chi phí [8]

Với một nhà sản xuất hay cung cấp dịch vụ, cần làm theo các bước sau để tính tổng chi phí sản xuất và bán một sản phẩm hay một dịch vụ nhất định của doanh nghiêp:

Bước 1: Tính chi phí nguyên, vật liệu trực tiếp:

Để tính chí phí của tất cả các nguyên liệu, bạn cần phải: xác định tất cả các loại nguyên liệu thô sẽ trở thành một phần của, hoặc liên quan trực tiếp tới sản phẩm hay dịch vụ; xác định chi phí mua mỗi loại nguyên liệu và số lượng cần có của mỗi loại nguyên liệu thô để làm ra một sản phẩm và cộng tất cả các chi phí cần thiết để tạo ra một sản phẩm

Bước 2: Tính chi phí lao động trực tiếp:

Cần phải xác định tổng chi phí lao động trực tiếp hàng tháng và tổng số giờ lao động trực tiếp hàng tháng Để tính chi phí lao động trực tiếp trong một giờ, chia Tổng chi phí lao động lao động trực tiếp hàng tháng cho tổng số giờ lao động trực tiếp hàng tháng Để tính tổng chi phí lao động trực tiếp cho một sản phẩm, nhân tổng số giờ lao động trực tiếp để làm ra một sản phẩm với chi phí lao động trực tiếp trong một giờ

Bước 3: Tính chi phí gián tiếp:

Chi phí khấu hao tài sản: Để tính các chi phí khấu hao tài sản, cần xác

định: những thiết bị nào nên tính khấu hao (thông thường, chỉ tính khấu hao những thiết bị có giá trị cao và thời gian sử dụng lâu); tính thời gian sử dụng thiết bị; giá trị khấu hao tài sản hàng năm cho mỗi thiết bị và tổng giá trị khấu hao hàng năm cho tất cả các thiết bị cần khấu hao

Chi phí lao động gián tiếp được tính bàng cách chia tổng chi phí lao động gián tiếp hàng tháng cho tổng số giờ lao động gián tiếp hàng tháng

Các phụ phí: thu thập các phụ phí gián tiếp như bảo hiểm, giấy phép, thiết

3 Khấu hao và các phương pháp tính khấu hao tài sản cố định (TSCĐ) [9]

Trong quá trình tham gia vào hoạt động sản xuất kinh doanh, do chịu tác

động củanhiều nguyên nhân nên TSCĐ bị hao mòn dần Sự hao mòn này có thể chia thành hao mòn hữu hình và hao mòn vô hình:

• Hao mòn hữu hình là sự giảm dần về giá trị sử dụng và theo đó giá trị của TSCĐ giảm dần

• Hao mòn vô hình là sự giảm thuần túy về mặt giá trị của TSCĐ mà nguyên nhân chủ yếu là do sự tiến bộ của khoa học và công nghệ

Do vậy, để thu hồi lại giá trị của TSCĐ do sự hao mòn trên, cần phải tiến hành khấu hao TSCĐ Khấu hao TSCĐ là sự phân bổ dần giá trị TSCĐ vào giá thành sản phẩm nhằm tái sản xuất TSCĐ sau khi hết thời gian sử dụng Để thực hiện khấu hao TSCĐ, người ta thường áp dụng một số phương pháp chủ yếu sau: a) Phương pháp khấu hao tuyến tính cố định (khấu hao đường thẳng)

Theo phương pháp này, mức khấu hao cơ bản hàng năm của TSCĐ là đều nhau trong suốt thời gian sử dụng TSCĐ và được xác định như sau:

Tỷ lệ khấu hao hàng năm (Tk) được xác định như sau:

hoặc

Nguyên giá TSCĐ bao gồm: giá mua thực tế phải trả (giá ghi trên hóa đơn trừ đi các khoản giảm giá, chiết khấu mua hàng nếu có), các chi phí vận chuyển, bốc dỡ, lắp đặt, chạy thử, các khoản lãi vay đầu tư cho TSCĐ khi chưa bàn giao

và đưa vào sử dụng, các khoản thuế và lệ phí trước bạ (nếu có)

Thời gian sử dụng TSCĐ là thời gian doanh nghiệp dự kiến sử dụng TSCĐ Nó được xác định căn cứ vào tuổi thọ kỹ thuật và tuổi thọ kinh tế của TSCĐ có tính đến sự lạc hậu, lỗi thời của TSCĐ do sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, mục đích sử dụng và hiệu quả sử dụng

Phương pháp khấu hao này có ưu điểm là việc tính toán đơn giản, tổng mức khấu hao của TSCĐ được phân bổ đều đặn trong các năm sử dụng TSCĐ và không gây ra sự đột biến trong giá thành sản phẩm hàng năm Nhưng phương pháp này có nhược điểm là trong nhiều trường hợp không thu hồi vốn kịp thời

do không tính hết được sự hao mòn vô hình của TSCĐ

Trong thực tế, để tính khấu hao cho toàn bộ TSCĐ của doanh nghiệp, người ta thường xác định tỷ lệ khấu hao tổng hợp bình quân chung Có nhiều cách xác định tỷ lệ khấu hao tổng hợp bình quân của doanh nghiệp nhưng cách xác định thông dụng nhất là theo phương pháp bình quân gia quyền:

Do đó, mức khấu hao trong kỳ của doanh nghiệp được xác định:

M = Nguyên giá bình quân

TSCĐ phải tính khấu hao x

Tỷ lệ khấu hao tổng hợp bình quân chung

b) Các phương pháp khấu hao nhanh: để thu hồi vốn nhanh, người ta có thể áp dụng các phương pháp khấu hao nhanh Hai phương pháp khấu hao nhanh thường được sử dụng là phương pháp khấu hao theo số dư giảm dần và phương pháp khấu hao theo tổng số các năm, gọi tắt là phương pháp khấu hao theo tổng

số Ưu điểm của các phương pháp khấu hao nhanh là thu hồi vốn nhanh, giảm bớt được tổn thất do hao mòn vô hình và đây là một biện pháp hoãn thuế trong những năm đầu của doanh nghiệp Nhược điểm của phương pháp là có thể gây nên sự đột biến về giá thành sản phẩm trong những năm đầu do chi phí khấu hao

lớn, sẽ bất lợi trong cạnh tranh Do vậy đối với những doanh nghiệp kinh doanh chưa ổn định, chưa có lãi thì không nên áp dụng các phương pháp khấu hao nhanh

Khấu hao TSCĐ là một yếu tố chi phí trong giá thành sản phẩm của doanh nghiệp nên việc lập kế hoạch khấu hao TSCĐ nằm trong nội dung của công tác lập kế hoạch tài chính của doanh nghiệp và có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với doanh nghiệp

Trước khi lập kế hoạch khấu hao TSCĐ cần xác định được phạm vi khấu hao TSCĐ:

+ Phạm vi TSCĐ phải tính khấu hao:

* Các tài sản cố định sau cần phải tính khấu hao là các TSCĐ có liên quan đến hoạt động kinh doanh Các TSCĐ ngừng hoạt động để sửa chữa lớn vẫn phải trích khấu hao TSCĐ

* Các TSCĐ không phải trích khấu hao TSCĐ là các TSCĐ phúc lợi (câu lạc bộ, nhà truyền thống, nhà ăn tập thể); những TSCĐ không cần dùng, chưa cần dùng; các TSCĐ đã khấu hao hết nhưng vẫn sử dụng vào hoạt động kinh doanh; các TSCĐ thuê vận hành và các TSCĐ chưa khấu hao hết đã hư hỏng

Việc tính khấu hao TSCĐ theo từng tháng được áp dụng theo nguyên tắc tính tròn tháng, tức là TSCĐ tăng lên hoặc giảm đi trong tháng này thì tháng sau mới trích hoặc thôi trích khấu hao Bởi vậy, nguyên giá TSCĐ cần tính khấu hao

ở đầu tháng này chính là nguyên giá TSCĐ cần tính khấu hao ở đầu tháng trước cộng với nguyên giá TSCĐ tăng lên trong tháng và trừ đi nguyên giá TSCĐ giảm đi trong tháng trước Ta có thể viết công thức tính số khấu hao của từng tháng như sau:

Số khấu hao TSCĐ tháng này = Số khấu hao TSCĐ tháng trước + Số khấu hao

tăng thêm trong tháng - Số khấu hao giảm đi trong tháng

I.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam

I.2.1 Nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới

I.2.1.1 Tình hình sản xuất urani trên thế giới [19]

Hiện nay, có nhiều mỏ của các nước trên thế giới đang được khai thác và sản xuất urani Khoảng 63% lượng urani được sản xuất từ các mỏ ở Canada, úc

và Kazakhstan (31.975 tấn U trong tổng số 50.572 tấn U trên toàn thế giới năm

2009, xem bảng 1.1), trong đó Kazakhstan chiếm tỷ trọng lớn nhất (27%), tiếp

đến là Canada (20%) và úc (16%) Lượng urani sản xuất ra đạt khoảng 76% nhu cầu cho các nhà máy điện hạt nhân

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất urani từ mỏ (tấn U- Nguồn: WNA, cập nhật tháng

Phương pháp khai thác mỏ có nhiều thay đổi Năm 1990, 55% urani được sản xuất từ các mỏ ngầm nhưng sau đó đến năm 1999 thì giảm mạnh (còn 33%)

Từ năm 2000, nó lại tăng lên do các mỏ của Canada, và với mỏ Olympic Dam, hiện nay chiếm tới 50% Theo số liệu năm 2009, urani thu được từ mỏ ngầm và

mỏ lộ thiên - 57%, hoà tách in situ (ISL) - 36% và từ sản phẩm phụ - 7% Năm

2009, 10 công ty sản xuất urani lớn nhất thế giới chiếm 89% tổng sản lượng, trong đó công ty Areva chiếm 17%, Cameco - 16%, Rio Tinto - 16%, KazAtomProm - 15%, ARMZ - 9%, BHP Billiton - 6%, Navoi - 5%, Uranium One - 5%, Paladin - 3% và GA/ Heathgate - 1%

Một số mỏ đang khai thác cung cấp sản lượng urani lớn nhất thế giới năm

2009 được đưa ra trong bảng 1.2

I.2.1.2 Một số ví dụ về xử lý quặng urani trên thế giới

1 Mỏ Sierra Pintada (Argentina) [10]

Quặng ở mỏ này là cát kết (hàm lượng cacbonat 6%) Khu mỏ này được khai thác trong khoảng thời gian 1976 - 1997 Hàm lượng urani trung bình trong quặng là 0,076% U Các khoáng chứa urani chủ yếu là uraninite, brannerite và coffinite Công nghệ xử lý quặng gồm các bước:

+ Sau khi tuyển phóng xạ, quặng được qua công đoạn làm giảm kích thước; + Công đoạn đập được thực hiện qua 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất sử dụng máy đập hàm để giảm kích thước từ 30 cm xuống 10 cm; sau đó sử dụng máy

đập nón để đưa về kích thước -2,5 cm Năng suất đập 100 - 120 tấn quặng/ngày; tại công đoạn này có hệ thống thu bụi;

+ Sử dụng hoà tách đống, có 6 ngăn, mỗi ngăn chứa 9.000 tấn quặng (tổng diện tích là 20.000 m2) Có hệ thống ống dẫn để thu dung dịch hoà tách ở đáy ngăn Chiều cao đống trung bình là 2,5 m Khối quặng được ngâm ngập bằng

dung dịch axit sunfuric Trong điều kiện thực tế, nhà máy xử lý 80.000 tấn quặng/năm và thu được 120 tấn U/năm

Bảng 1.2 Các mỏ sản xuất urani hàng đầu thế giới

Sản lượng (tU)

Tỷ lệ

% thế giới

McArthur River Canada Cameco Ngầm 7.339 15

Ranger Australia ERA (Rio Tinto

68%)

Lộ thiên 4.444 9

Rossing Namibia Rio Tinto (69%) Lộ thiên 3.520 7 Krazbokamensk Russia ARMZ Ngầm 3.004 6 Olympic Dam Australia BHP Billiton Sản phẩm

phụ/

Ngầm

2.955 6

Arlit Niger Areva/Onarem Lộ thiên 1.808 4

Rabbit Lake Canada Cameco Ngầm 1.447 3

Akouta Niger Areva/Onarem Ngầm 1.435 3 Budenovskoye 2 Kazakhstan Kazatomoprom ISL 1.415 3

Hiệu suất thu U: 80% 90%

2 Brazil hiện tại có 2 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động Nguồn urani cung cấp cho các nhà máy được sản xuất từ mỏ duy nhất ở Caetité, bang Bahia Hàm lượng trung bình của quặng là 0,252 %U3O8 (urani chủ yếu ở dạng ôxyt) Quặng

được đập thông qua 4 giai đoạn để đưa về cỡ hạt -13 mm Nước được tưới vào quặng với lưu lượng 5% (khối lượng so với quặng) trên hệ thống băng tải tới

(15 kg/tấn quặng) được trộn với quặng để agglomerat và ủ sơ bộ, sau đó quặng

được chuyển vào đống trên lớp lót HDPE Mỗi đống chứa 35 000 tấn quặng (cao không quá 5,5 m và chiếm diện tích 45 x 80 m) Hòa tách đống tiếp theo được tiến hành bằng cách tưới dung dịch axit sulfuric vào đống với lưu lượng 30 lít/m2.giờ bằng hệ thống phân phối nhỏ giọt (khoảng cách lỗ là 45 x 45 cm) Lần rửa đầu tiên (hòa tách) sử dụng dung dịch 25 g axit/l với thể tích 0,6 m3/tấn quặng, lần rửa thứ hai sử dụng dung dịch 5 g axit/l với thể tích 0,3 m3/tấn quặng

và lần rửa thứ ba sử dụng nước thường với thể tích 0,3 m3/tấn quặng Dung dịch hòa tách được thu vào bồn chứa có lót HDPE và sau đó bơm về nhà máy xử lý ở

đó dung dịch hòa tách được xử lý bằng phương pháp chiết, sản phẩm urani kỹ thuật được kết tủa ở dạng amon diuranat (ADU) Năng suất xử lý của nhà máy

đạt 180.000 tấn quặng/năm và thu được 400 tấn U3O8 dạng ADU/năm Từ cuối năm 2001 đến tháng 10/2008, nhà máy đã xử lý khoảng 1.120.000 tấn quặng và thu được khoảng 2.000 tấn U3O8 đạt hiệu suất thu hồi urani 76% với chi phí axit khoảng 40 kg/tấn quặng [15] Điều quan trọng là, trước đây cơ sở này đã sử dụng hòa tách thấm, nhưng sau một thời gian, hiệu suất thu hồi urani đã giảm từ

80 xuống còn 65% nên chuyển sang kỹ thuật sử dụng trộn quặng với axit sau đó tiến hành hòa tách thấm (tương tự với mỏ tại Somair ở Niger hiện nay)

3 Trong bài “Progression of Metallurgical Testwork during Heap Leach Design” [17], tác giả đã nêu ra các thông số quan trọng cần quan tâm khi nghiên

cứu áp dụng hoà tách đống Các thông số đó là: tiêu hao tác nhân (chi phí vận hành); hiệu suất thu hồi urani toàn quá trình và hàm lượng urani trong quặng (để tính toán lượng quặng cần xử lý); động học hoà tách (tính toán thời gian/mẻ); độ thấm của quặng (tính chiều cao hợp lý của đống); ảnh hưởng của sự tích luỹ tạp chất Ngoài ra, tác giả còn đưa ra các bước nghiên cứu đối với một mẫu quặng, bao gồm các bước: thí nghiệm hoà tách khuấy (hoặc thùng quay), nghiên cứu hoà tách cột 1 m, nghiên cứu hoà tách cột 6 m, thử nghiệm hoà tách đống và cuối cùng là đưa vào ứng dụng sản xuất

I.2.2 Nghiên cứu trong nước

Trong những năm qua, có một số đề tài nghiên cứu về xử lý quặng cát kết vùng bồn trũng Nông Sơn (tỉnh Quảng Nam) để thu urani kỹ thuật đã được thực hiện Tuy nhiên trong phần này chỉ nêu ra các công trình có đề cập tới việc nghiên cứu xử lý làm giàu và làm sạch dung dịch hoà tách bằng trao đổi ion

1 Với đề tài "Hoàn thiện quy trình công nghệ thiết bị thuỷ luyện quặng urani và nghiên cứu khả năng tinh chế đến độ sạch hạt nhân trực tiếp từ dung dịch thủy luyện", thuộc Chương trình KC.09 (1995) [5], việc nghiên cứu ứng dụng phương

pháp trao đổi ion để xử lý dung dịch hoà tách quặng cát kết đã được đề cập đến Các tác giả đã xác định được hấp dung toàn phần, các yếu tố ảnh hưởng như pH, nồng độ urani, nồng độ Fe3+ và nồng độ sunfat tổng tới hấp thu urani của nhựa anion bazo mạnh Amberlite IRA - 420 Các tác giả cũng đã thử nghiệm phương pháp để xử lý dung dịch hoà tách có nồng độ urani từ 0,5 - 1,5 g/l, xây dựng các

đường cong hấp thu, sử dụng hệ cột nhựa tĩnh 3 - 4 cột và thời gian làm việc của nhựa Đề tài đã sử dụng dung dịch NaCl 1M + H2SO4 0,1M để rửa giải urani ra khỏi nhựa Đề tài đã khẳng định rằng đối với dung dịch hoà tách quặng cát kết của Việt Nam chúng ta có thể sử dụng được phương pháp trao đổi ion để xử lý làm giàu và làm sạch

Hấp dung toàn phần của nhựa Amberlite IRA - 420 đạt khoảng 1,4 đương lượng/lít nhựa ướt Các số liệu về khả năng hấp thu của nhựa này đối với urani

và sắt trong các dung dịch có môi trường sunfat tuỳ thuộc vào nồng độ ban đầu

và pH đã được nghiên cứu chi tiết trong tài liệu [1] và được đưa ra trong các bảng dưới đây (bảng 1.3 và 1,4)

Bảng 1.3 Hấp dung uran của nhựa tại các nồng độ uran và pH khác nhau

Hấp dung uran (g/l nhựa ướt) Nồng độ uran

(Nồng độ SO 4 2- của dung dịch được giữ cố định là 20 g/l)

Bảng 1.4 Hấp dung sắt của nhựa tại các nồng độ sắt (III) và pH khác nhau

Hấp dung sắt (g/l nhựa ướt) Nồng độ Fe3+

(Nồng độ SO 4 2- của dung dịch được giữ cố định là 20 g/l)

2 Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ năm 2003 - 2004: "Nghiên cứu đánh giá một

số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và môi trường, thiết kế công nghệ và thiết bị cho quá

C1 thuộc bồn trũng Nông Sơn" [2], một lần nữa phương pháp trao đổi ion lại

được nghiên cứu tiếp Đề tài đã sử dụng loại quặng nghèo thuộc khu vực Pà Lừa, dung dịch hoà tách có hàm lượng urani nhỏ (khoảng 0,5 gU/l), tiến hành hấp thu trên hệ cột tĩnh, xác định được thời gian lưu trung bình khoảng 3,5 -4,1, thử nghiệm rửa giải nhựa bằng dung dịch NaCl và axit sunfuric Đề tài đã kết luận: các anion có mặt trong dung dịch hoà tách hấp thu cạnh tranh vào nhựa với urani làm hấp dung urani của nhựa IRA-420 giảm khoảng 20% so với từ dung dịch urani sạch Xử lý dung dịch hoà tách quặng bằng nhựa IRA-420 có thể thu

được dung dịch urani sạch có hàm lượng urani cao, đặc biệt khi rửa giải trên hệ gồm nhiều cột nối tiếp và hàm lượng của các tạp chất nhỏ Có thể sử dụng nhựa trao đổi này sau nhiều chu kỳ làm việc mà chưa cần giai đoạn tái sinh đặc biệt

Và để tăng hiệu quả sử dụng nhựa và đảm bảo dung dịch thải có hàm lượng urani thấp thì cần thiết phải sử dụng hệ trao đổi nhiều cột (tối thiểu là 2 cột hấp thu nối tiếp) nếu thực hiện trên cột tĩnh

3 Trong đề tài cấp cơ sở năm 2005 “Nghiên cứu thử nghiệm làm giàu và làm sạch dung dịch hoà tách quặng uran bằng phương pháp kết hợp trao đổi ion và chiết dung môi (Eluex)” [3] các tác giả đã thử nghiệm phương pháp kết hợp trao

đổi ion và chiết để làm giàu và làm sạch dung dịch hoà tách quặng urani loại nghèo Đề tài đã sử dụng nhựa trao đổi ion dạng anion bazo mạnh Amberlite IRA - 420 để tách urani khỏi dung dịch hoà tách, sau đó0 tách urani khỏi nhựa bằng dung dịch axit sunfuric Trong phần chiết thì sử dụng hệ dung môi chứa amin bậc 3 (dạng anion bazo yếu) là trioctylamine (TOA), thu hồi urani bằng tác nhân giải chiết là dung dịch (NH4)2SO4 1,5M có điều chỉnh pH bằng dung dịch NH4OH

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, điều kiện thích hợp cho giai đoạn rửa giải urani khỏi nhựa trao đổi ion là sử dụng dung dịch axit sunfuric 120 g/l, thực hiện 4 giai đoạn trên cột nhựa tĩnh với thời gian lưu trung bình 10 phút Dung dịch rửa giải thu được có nồng độ urani đạt khoảng 9,8 g/l, thể tích dung dịch giảm khoảng 20 lần

Trong giai đoạn chiết, đối với dung dịch rửa giải thì sử dụng hệ dung môi chứa 5% TOA, 3% isodecanol trong kerosen Hệ dung môi này có hấp dung urani cực đại là 6,9 g/l Chiết 3 bậc ngược chiều với thời gian mỗi bậc 30 - 60 giây và tỷ lệ A/O = 0,69 thì hấp dung của dung môi đạt xấp xỉ giá trị tối đa và hiệu suất tách urani đạt tới 99,9% Giải chiết 3 bậc ngược chiều với tỷ lệ O/A = 6,1 và điều chỉnh pH trong khoảng 4,1 - 4,3 sẽ thu được dung dịch sản phẩm có nồng độ urani cao, tới 31,7 g/l, sạch tạp chất Đề tài cũng thử nghiệm xử lý dung dịch hoà tách riêng rẽ từng phương pháp Kết quả cho thấy phương pháp ELUEX có hiệu quả làm giàu và làm sạch hơn nhiều, hầu hết các kim loại tạp chất trong dung dịch sản phẩm có nồng độ đạt tiêu chuẩn độ sạch hạt nhân

Đề tài nghiên cứu với dung dịch hoà tách quặng cát kết khu vực Pà Lừa

có nồng độ sunfat tổng là 19,5 g/l, pH được điều chỉnh về giá trị 1,6 Thành

phần các kim loại trong dung dịch đầu và trong dung dịch sản phẩm sau quá trình trao đổi ion được đưa ra trong bảng 1.5

Bảng 1.5 Thành phần một số kim loại trong dung dịch hoà tách và dung dịch sản phẩm

TT Nguyên

dịch đầu

Dung dịch sản phẩm

Pà Lừa (bao gồm cả 3 loại hình và có hàm lượng urani trung bình 0,043%U) Sau khi nghiên cứu khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hòa tách urani ở quy mô phòng thí nghiệm và thử

nghiệm hòa tách ở quy mô 500

kg quặng/mẻ đã đưa ra một quy

trình hòa tách bằng trộn ủ với

mẫu quặng này

Hiệu suất hoà tách urani

phụ thuộc rất nhiều vào độ hạt

của quặng (như ở hình bên) Cỡ

hạt càng lớn (đặc biệt loại hình

chưa phong hoá) thì hiệu suất

hoà tách urani càng giảm mạnh

Cả hai loại quặng đều có hiện

Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi urani vào cỡ hạt của các loại

quặng

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

có thể do các sản phẩm dạng kết tủa mới sinh có khả năng hấp phụ urani trong dung dịch hoặc do phản ứng hòa tan xảy ra mãnh liệt dẫn đến tăng pH và nồng

độ urani cao cục bộ làm cho urani bị tái kết tủa Theo đồ thị này, khoảng cỡ hạt thích hợp để trộn ủ là >0,3 và nhỏ hơn 2,5 mm Tuy nhiên, không thể có chế độ

đập nghiền để đưa về khoảng cấp hạt này do sẽ sinh ra lượng quặng quá mịn

Phần quặng dạng cục (chưa phong hóa và bán phong hóa) được đập 2 cấp

để có cỡ hạt - 20 mm Trong giai đoạn trộn quặng với axit, cứ 2 phần quặng đập thì thêm 1 phần quặng bột (phong hóa), sau đó bổ sung chất ôxy hóa (KClO3- theo tỷ lệ 3 kg/tấn quặng) Trước khi đưa axit vào trộn axit được pha loãng trước bằng nước (theo tỷ lệ 20 kg axit/500 kg quặng + 50 lít nước) Sau khi trộn đều, hỗn hợp phản ứng được đánh đống và ủ trong 3 ngày Sau đó chuyển khối quặng vào cột và tiến hành rửa theo kiểu gián đoạn Mỗi lần rửa được tính từ khi bơm dung dịch rửa vào cột (bơm cho đến khi dung dịch ló ra khỏi cột thì dừng) và cho tới khi dung dịch chảy hết khỏi cột Với độ cao khoảng 5 m của cột quặng,

đã tiến hành rửa 5 lần bằng dung dịch axit, lần thứ 6 rửa bằng nước thường Dung dịch các lần rửa sau có nồng độ urani rất nhỏ dùng làm dung dịch tuần hoàn cho mẻ hòa tách tiếp theo Theo quy trình này có thể thu được dung dịch hòa tách co nồng độ U = 1,2 g/l, hiệu suất hòa tách đạt tới 85% Tổng chi phí axit là 42,3 kg/tấn quặng, chi phí nước là 77% (theo khối lượng) Tổng thời gian

xử lý quặng bao gồm khâu trộn, ủ và rửa cho một mẻ là 11 ngày

5 Đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý chất thải phóng xạ của quá trình thuỷ luyện quặng urani” (năm 2006 - 2007) [6] đã đưa ra quy trình xử lý các chất thải sinh ra trong quá trình xử lý quặng:

- Với dung dịch thải: dung dịch được trung hòa trong thiết bị khuấy trộn bằng sữa vôi (có nồng độ khoảng 20 g CaO/l) tới khi pH = 8, sau đó bổ sung tiếp BaCl2.H2O ( khoảng 2 g/160 lít dung dịch) và khuấy tiếp trong 20 phút Sau đó tiếp tục bổ sung sữa vôi vào để nâng pH lên tới 10 và khuấy thêm khoảng 20 phút nữa cho Ra kết tủa cộng kết hoàn toàn với BaSO4 Để yên một vài ngày, sau đó lắng gạn phần dung dịch trong, phần bùn được chuyển sang lọc ly tâm Bã sau lọc được xử lý và quản lý cùng với bã quặng

- Với bã quặng: trộn đều bã với bột CaO với tỷ lệ 20 kg/tấn bã ẩm (độ ẩm khoảng 15 - 20%) bằng máy trộn; sau chuyển toàn bộ hỗn hợp đã trộn ở bước trên đây vào thùng sắt và nén chặt để giảm thể tích của chất thải Tiếp theo đóng nắp thùng Dán nhãn chứa đựng các thông tin của chất thải và đo suất liều bề mặt của từng thùng Cuối cùng huyển các thùng chứa chất thải rắn về kho chứa thải và xếp chúng theo từng lớp và quản lý

Những vấn đề cần giải quyết trong đề tài:

- Yếu tố có tính quyết định nhất trong các kỹ thuật hòa tách đống là sự phân bố dung dịch axit trong lớp quặng Trước đây, ở một số mỏ trên thế giới (như Brazil, Niger) người ta đã sử dụng kỹ thuật hòa tách thấm quặng sau khi đập

Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất, hiệu suất thu hồi urani khá thấp (50 - 56%), điều này có lẽ chủ yếu là do quặng sau khi đập có khá nhiều cỡ hạt khác nhau nên khi đổ đống (quặng khô) xuất hiện sự phân bố không đều của các cấp hạt làm cho dung dịch axit không thể thấm đều trong lớp quặng Vì thế họ đã cải tiến kỹ thuật hòa tách bằng cách trộn quặng với axit (để agglomerat hóa) trước khi hòa tách thấm Bằng cách này, dung dịch axit ban

đầu được trộn đều với các hạt quặng, hơn nữa một số sản phẩm phản ứng của các khoáng với axit và sự hydrat hóa làm cho các hạt mịn dính với các hạt lớn hơn tạo thành các tập hợp hạt nên tại mọi chỗ sự phân bố các cấp hạt tương

đối đều nhau Do đó hiệu suất thu hồi urani tăng đáng kể (70 - 76%) Trong

đề tài trước nghiên cứu về hòa tách quặng cát kết (có cả loại hình khó hòa tách và nhiều sét) sử dụng kỹ thuật trộn ủ với axit mạnh đã có hiệu suất thu hồi urani khá tốt (83%), rất phù hợp với xu thế hiện tại trên thế giới

- Tại 2 mỏ trên đây, khi trộn với dung dịch axit và qua hệ thống băng tải quặng

được đổ vào đống để tiến hành hòa tách Tại sao như vậy, đó là do khi trộn người ta chỉ sử dụng ít nước (độ ẩm đạt 5% với quặng có cỡ hạt max 13 mm) nên hỗn hợp quặng khá xốp do đó khi nạp vào đống chúng không bị nén chặt Trong khi đó trong đề tài trước, nhóm tác giả đã sử dụng độ ẩm 10% với quặng có cỡ hạt max 20 mm - theo đúng khả năng giữ ẩm của cỡ hạt này,

điều này làm cho khối quặng bị “nhão” và khi đổ vào đống quặng đã bị nén chặt không rửa được, để khắc phục điều đó đã phải ủ tại đống riêng sau đó mới chuyển vào cột để rửa (tương tự việc đảo đống) làm tăng chi phí Chính vì vậy đề tài này cần điều chỉnh độ hạt quặng và độ ẩm cũng như chế độ trộn

ủ để có thể nạp quặng sau trộn vào đống sau đó tiến hành ủ và rửa đảm bảo hiệu suất thu hồi urani cao

- Trong một số đề tài nghiên cứu về hòa tách quặng cát kết trước đây, các tác giả đều sử dụng tác nhân ôxy hóa là KClO3 Đây là tác nhân ôxy hóa rất có hiệu quả Tuy nhiên, với các kỹ thuật hòa tách sử dụng axit mạnh (như ngâm

và trộn ủ) và đặc biệt trong các thử nghiệm ở quy mô lớn thì vấn đề khí clo sinh ra nhiều trong phản ứng ảnh hưởng trực tiếp tới người vận hành và môi trường, cần có sự thay thế tác nhân khác

- Hòa tách đống được sử dụng rộng rãi trên thế giới đối với các loại quặng nghèo Tuy nhiên, để có thể áp dụng vào quy mô sản xuất thì cần có nhiều nghiên cứu chi tiết nhằm giảm thiểu rủi ro Theo kinh nghiệm từ mỏ ở Niger

và từ một số tài liệu khác, việc nghiên cứu công nghệ hòa tách quặng với mỗi

đối tượng quặng bằng các kỹ thuật hoà tách đống cần qua một số giai đoạn bắt buộc, bao gồm nghiên cứu phòng thí nghiệm; thử nghiệm trên cột (1 m và

6 m); sau đó thử nghiệm hòa tách quy mô đống và thử nghiệm pilôt Mỗi giai

đoạn có mục tiêu nhất định Trong đề tài trước, nhóm tác giả mới chỉ thử nghiệm ở các bước thí nghiệm hòa tách khuấy trộn phòng thí nghiệm, thử nghiệm hòa tách trộn ủ trên các cột 1 m và 5 m Như vậy, việc thử nghiệm

hòa tách quy mô 3 tấn quặng/mẻ ở đề tài này sau khi tiến hành thử nghiệm ở quy mô cột 5 m ở đề tài trước là hợp lý

- Với quặng nghèo như đã sử dụng, dung dịch hòa tách thường có nồng độ urani thấp (<1 gU/l) nên sử dụng trao đổi ion là thích hợp nhất ở quy mô sản xuất trên thế giới, phần lớn người ta sử dụng các hệ trao đổi ion liên tục (do tính ưu việt của chúng) và chỉ một số cơ sở nhỏ lẻ mới sử dụng hệ cột nhựa tĩnh Trong những năm qua, các nghiên cứu thử nghiệm làm giàu và làm sạch dung dịch hòa tách hầu hết sử dụng hệ cột nhựa tĩnh và cũng chỉ ở quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm do khó khăn về chế tạo thiết bị Một số thử nghiệm theo kiểu hệ Himsley cải tiến đã thực hiện (quy mô cột khoảng 20 ml nhựa) đã cho kết quả bước đầu khả quan Chính vì vậy, đề tài này mong muốn nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm trao đổi ion theo kiểu hệ Himsley cải tiến để xử lý dung dịch hòa tách

- Hầu hết các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung nghiên cứu một số công đoạn riêng lẻ, chưa có sự gắn kết và thống nhất giữa các công đoạn trong dây chuyền thiết bị công nghệ nên rất khó để đánh giá hiệu quả cũng như khả năng áp dụng ở quy mô lớn Vì vậy đề tài cần xây dựng hệ thống thiết bị đồng

bộ theo công nghệ đã lựa chọn và thử nghiệm nhằm hoàn thiện quy trình công nghệ và thiết bị

Như vậy, đề tài cần cải tiến công đoạn hòa tách, thử nghiệm trên hệ trao

đổi ion liên tục và thử nghiệm xử lý trên hệ thiết bị đồng bộ nhằm hoàn thiện công nghệ và thiết bị xử lý quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion

Phần II Thực nghiệm II.1 Tiến hành thực nghiệm

II.1.1 Nguyên vật liệu chính

II.1.1.1 Quặng cát kết

Để đảm bảo tính đại diện cho toàn khu vực quặng Pà Lừa và đảm bảo tỷ

lệ giữa quặng phong hóa, bán phong hóa và chưa phong hóa, Liên đoàn Địa chất

xạ hiếm đã lấy quặng ở cả 3 lớp đá chứa quặng 1, 2 và 3 (sơ đồ lấy mẫu ở phần

phụ lục) Quặng được lấy ở các vết lộ (quặng chưa phong hóa và bán phong hóa)

và trong các hào (quặng phong hóa)

Mẫu quặng được sử dụng để thử nghiệm phần lớn gồm loại quặng dạng

đá cục (các loại hình chưa phong hóa và bán phong hóa) và một phần dạng bột

(loại hình phong hóa) Phần đá cục trước khi đưa vào hòa tách cần được đập để

giảm cỡ hạt đến kích thước nhất định

Khoáng vật chủ yếu của quặng là quarts (SiO2), albite (NaAlSi3O8),

glauconite ((K,Na)(Fe+3,Al,Mg)2(Si,Al)4O10(OH)2), calcite (CaCO3), kaolinite

(Al2Si2O5(OH)4), sericite (K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O), illite ((KH3O)Al2Si3AlO10(OH)2), siderite (FeCO3), sphene (CaO.SiO2.TiO2) Khoáng

chứa urani chủ yếu là nasturan ((U,Th)O2.(O0,5-3)UO3.xPbO) (kết quả phân tích

khoáng vật trong phần phụ lục)

Thành phần hóa học chính của quặng là silic, nhôm, sắt, các kim loại

kiềm, kiểm thổ và nhiều tạp chất khác (như trong 2 bảng dưới đây) Hàm lượng

urani trung bình của quặng là 0,0422%, thuộc mức hàm lượng trung bình của

khu vực Pà Lừa Tuy nhiên, nếu phân tích riêng từng loại hình thì hàm lượng

urani trong quặng chưa phong hóa là 0,0529%, bán phong hóa là 0,0578% và

phong hóa chỉ có 0,016%

Thành phần hoá học chính của mẫu quặng nghiên cứu

Thành phần (%) Loại quặng

Trong các mẫu quặng, hàm lượng nhôm tương đối cao (trên 5%), khi chúng tan vào dung dịch có thể làm tăng độ nhớt của dung dịch và cản trở sự khuếch tán Chúng cũng sẽ ảnh hưởng tới quá trình hấp thu urani vào nhựa trong quá trình trao đổi ion Tổng các kim loại kiềm và kiềm thổ cũng khá lớn Ngoài

ra, cũng cần quan tam đến sự có mặt của nguyên tố vanadi, hàm lượng của vanadi tương đương với urani Vì vậy, trong quá trình hoà tách quặng cần lưu ý

sự hoà tan của nó Nếu nó tan vào dung dịch mạnh thì cần có khâu thu hồi trước khi thu hồi urani

II.1.1.2 Nhựa trao đổi ion Amberlite IRA - 420

Mặc dù có nhiều loại nhựa có thể sử dụng cho quá trình làm sạch và làm giàu dung dịch, nhựa Amberlite IRA - 420 của Mỹ là nhựa anion bazo mạnh có khả năng trao đổi khá tốt, tốc độ trao đổi khá nhanh Nhựa này đã được sử dụng trong các nghiên cứu về trao đổi ion ở một số đề tài do Viện Công nghệ xạ hiếm chủ trì Chính vì vậy, đề tài tiếp tục sử dụng nhựa này để nghiên cứu công đoạn trao đổi ion để làm sạch và làm giàu dung dịch trước khi kết tủa sản phẩm urani

kỹ thuật Nhựa Amberlite IRA - 420 có một số đặc điểm như sau [18]:

- Mạng: styren-DVB;

- Tính chất xốp: gel;

- Loại: anion bazo mạnh (Loại 1: gốc R là CH2N(CH3)3Cl );

- Ion trao đổi: Cl-;

- Hấp dung toàn phần (Cv): 1,3 eq/l;

- Khối lượng riêng 730 g/l;

- Độ ẩm: 48 ữ 54%

II.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm

II.1.2.1 Nghiên cứu bổ sung quá trình trộn ủ quặng ở quy mô phòng thí

nghiệm

1 Khảo sát ảnh hưởng của chất ôxy hoá MnO2

MnO2 là tác nhân ôxy hóa thông dụng trong hòa tách khuấy trộn Tuy không phù hợp cho hòa tách thấm nhưng có thể sử dụng cho hòa tách trộn ủ vì

nó có thể được phân bố đều với quặng trong khi trộn

Cân 5 kg quặng hỗn hợp cho vào máy trộn Cân một lượng MnO2 nhất

định cho vào thùng chứa 525 ml nước, tiếp tục thêm 150 ml axit H2SO4 vào dung dịch này Sau đó vừa trộn quặng vừa bổ sung đến hết dung dịch đã chuẩn

bị ở trên đến khi đều ủ khối quặng trong 3 ngày rồi thêm nước đến ngập khối quặng (khoảng 1,25 lít nước) và ngâm trong 1 ngày nữa Lọc rửa bã quặng Phân tích hàm lượng urani trong bã quặng và dung dịch để xác định hiệu suất tách urani Thí nghiệm được thực hiện với 4 mẫu có chi phí MnO2 lần lượt là 1, 2, 3

và 4 kg/tấn quặng

2 Nghiên cứu bổ sung giai đoạn trộn ủ

Trong đề tài trước đây, khi trộn quặng với axit đã sử dụng lượng nước tương đương với độ ẩm 10% Với độ ẩm này thì sau khi trộn hỗn hợp bị nhão Vì vậy, để tăng độ xốp của hỗn hợp đã tiến hành với các thí nghiệm trộn với độ

ẩm giảm dần cho tới khi đạt Cân 15 kg quặng hỗn hợp và 45 g MnO2 sau đó trộn đều với dung dịch axit chứa 220 ml axit đặc với các thể tích nước khác nhau (1,47; 1,3 và 1 lít) Tiếp theo nạp khối quặng đã trộn với axit vào cột nhựa

có đường kính 1,1 dm Sau khi ủ 24 giờ, tưới dung dịch axit vào cột để đảm bảo

độ ẩm trong quặng khoảng 15% và ủ tiếp 2 ngày nữa Cuối cùng rửa bã quặng bằng dung dịch axit loãng để thu dung dịch hòa tách Phân tích hàm lượng urani trong các mẫu dung dịch và bã để tính hiệu suất thu hồi urani

II.1.2.2 Nghiên cứu bổ sung quá trình trao đổi ion trong phòng thí nghiệm

Phần này mô tả cách tiến hành thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của các ion sắt, sunfat, clo, nhôm và silic tới khả năng hấp thu urani của nhựa anion bazơ mạnh Amberlite IRA - 420 Việc khảo sát ảnh hưởng của mỗi yếu tố gồm

2 công đoạn là chuẩn bị dung dịch và thực hiện quá trình trao đổi ion

Dung dịch sử dụng cho nghiên cứu là dung dịch sạch được tạo ra từ các hoá chất sạch Dung dịch bao gồm các ion urani, các ion cần khảo sát Ngoài ra,

có thể có mặt một số cation kim loại khác đưa vào trong quá trình pha chế Trừ thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của ion sunfat, một số thí nghiệm khác đều có

bổ sung lượng MgSO4 để duy trì môi trường có nồng độ sunfat tổng khoảng 40 g/l

Các thí nghiệm khảo sát quá trình hấp thu urani của nhựa đều được thực hiện với cột nhựa nhỏ có đường kính trong 10,5 mm, cao 200 mm Thể tích nhựa

ướt trong cột là 10 ml Chiều cao lớp nhựa trong cột khoảng 11,2 mm

Chuẩn bị dung dịch:

+ Dung dịch chứa clo

Các dung dịch được chế tạo từ dung dịch urani sạch và clo được bổ sung vào bằng cách cân lượng muối NaCl (theo các giá trị định trước) Điều chỉnh pH dung dịch về giá trị 1,6 bằng dung dịch axit sunfuric hoặc NaOH

+ Dung dịch chứa sunfat

Các dung dịch được chế tạo từ dung dịch urani sạch và sulfat được bổ sung vào bằng cách cân lượng muối MgSO4.7H2O sạch (theo các giá trị định

trước) Điều chỉnh pH dung dịch về giá trị 1,6 bằng dung dịch axit sunfuric hoặc NaOH

+ Dung dịch chứa silic

Lấy dung dịch urani sunfat sạch (nồng độ U = 50 g/l) rồi cho vào 8 lít nước cất để có thể thu được dung dịch chứa khoảng 0,5 - 0,6 gU/l, khuấy đều Chia đều dung dịch này thành 4 mẫu Sau đó bổ sung dung dịch chứa silic (được chế tạo từ SiO2 sạch nung với NaOH sau đó hoà tan) vào các mẫu Định mức các mẫu bằng nước cất đến khi các mẫu có thể tích bằng nhau Điều chỉnh pH dung dịch về giá trị 1,6 bằng dung dịch axit sunfuric hoặc NaOH

Khảo sát với các dung dịch có nồng độ silic khoảng 0,5; 1; 2 và 4 g/l + Dung dịch chứa nhôm

Cách tiến hành tương tự như trên Dung dịch nhôm được chế tạo bằng cách hoà tan muối kép KAl(SO4)2.12H2O trong nước tới khi bão hoà

Khảo sát với các dung dịch có nồng độ nhôm khoảng 2; 4; 5,5 và 7,5 g/l Trao đổi ion:

Dung dịch đã chuẩn bị ở trên được bơm vào cột nhựa theo chiều từ trên xuống với lưu lượng 1 ml/phút (tương ứng với thời gian lưu 4 phút) Tại những giá trị thể tích dung dịch qua cột nhất định, lấy mẫu dung dịch qua cột để phân tích nồng độ urani Khi nồng độ urani của dung dịch ra khỏi cột bằng nồng độ urani trong dung dịch đầu thì dừng bơm Kết thúc giai đoạn hấp thu Phân tích thành phần của toàn bộ dung dịch ra khỏi cột và tính toán dung lượng hấp thu urani của nhựa

Tiếp theo rửa nhựa trong cột bằng dung dịch H2SO4 1/1000 (thể tích) để

đẩy hết dung dịch chứa urani trong cột, sau đó rửa giải urani khỏi nhựa bằng dung dịch gồm NaCl 1M + HCl 0,1M (dung dịch được bơm từ trên xuống với lưu lượng 0,5 ml/phút, ứng với thời gian lưu 8 phút Sử dụng thể tích khoảng 200

ml dung dịch tác nhân này Phân tích nồng độ urani và nhôm (hoặc silic) trong dung dịch rửa giải để tính toán phần ion bị rửa giải

Để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của nồng độ sắt, sunfat và clo tới hấp dung urani của nhựa, đã sử dụng phương pháp kế hoạch bậc 1 hai mức tối ưu toàn phần Nồng độ các ion tại các điều kiện biên và thí nghiệm tại tâm được

đưa ra trong bảng dưới đây

Thành phần các cấu tử trong dung dịch và kết quả thực nghiệm

Nồng độ dự kiến (g/l) Hấp dung của nhựa (g/l)

TT

II.1.2.3 Nghiên cứu khả năng hấp thu urani và làm việc của nhựa đối với

dung dịch hoà tách thu được từ quá trình trộn ủ trong phòng thí nghiệm

Các thí nghiệm được tiến hành trên 1 cột có kích thước, lượng nhựa và các giai đoạn tương tự như các thí nghiệm trên đây Điều khác duy nhất là dung dịch sử dụng trong giai đoạn hấp thu

Dung dịch nghiên cứu là dung dịch hoà tách các mẫu quặng có hàm lượng urani và mức độ tuần hoàn dung dịch khác nhau Vì thế thành phần dung dịch là hoàn toàn khác nhau Trước khi hấp thu, bổ sung dung dịch NaOH vào các mẫu dung dịch hoà tách để pH đạt giá trị 1,6 (thích hợp cho giai đoạn hấp thu urani)

Trên cơ sở thể tích và thành phần của dung dịch rửa giải, tính toán hấp dung các kim loại của nhựa cho từng loại dung dịch hoà tách

Trong phần này đã xác định được hấp dung urani của nhựa đối với 9 mẫu dung dịch hoà tách thu được từ 3 loại quặng có hàm lượng urani khác nhau

II.1.2.4 Đánh giá mức độ suy thoái của nhựa trao đổi ion

Thí nghiệm trao đổi ion được tiến hành trên hệ cột tĩnh 3 cột (trong đó 2 cột nối tiếp để hấp thu) để thu hồi triệt để urani trong dung dịch hoà tách Mỗi cột có đường kính 2 cm, cao 20 cm, chứa 40 ml nhựa ướt và chiều cao lớp nhựa trong cột là 12,7 cm

Dung dịch là dung dịch hoà tách thu được từ hoà tách trộn ủ quặng ở quy mô 3 tấn quặng/mẻ Thành phần dung dịch được đưa ra trong phần kết quả

Trong giai đoạn hấp thu, dung dịch được bơm qua cột nhựa với lưu lượng

4 ml/phút Với giá trị này, cột thứ nhất sẽ bão hoà trước khi cột thứ hai đạt điểm

ló Trong giai đoạn rửa giải, dung dịch NaCl 1M + HCl 0,1M được bơm vào cột

với lưu lượng 2 ml/phút Tổng thể tích dung dịch rửa giải của mỗi chu kỳ khoảng 800 ml (rửa giải hoàn toàn)

Mỗi chu kỳ làm việc gồm: hấp thu, rửa xuôi (cho hết dung dịch hoà tách), rửa giải và rửa ngược

Trên cơ sở thể tích thu được và nồng độ urani trong dung dịch rửa giải sẽ tính được hấp thu urani từng chu kỳ cho mỗi cột, sau đó tính giá trị trung bình hấp thu urani cho mỗi chu kỳ và vẽ đồ thị biểu diễn biến đổi hấp thu urani qua các chu kỳ làm việc của nhựa

II.1.2.5 Nghiên cứu chế độ công nghệ quá trình tái sinh nhựa sau nhiều chu

kỳ làm việc

Sau khi nghiên cứu tài liệu tham khảo và phân tích thành phần các nguyên

tố tích lũy trong nhựa trong suốt quá trình làm việc, đã thử nghiệm 2 phương án tái sinh là phương án đầy đủ và phương án rút gọn Trên cơ sở số liệu thu được

sẽ chọn phương án thích hợp cho đối tượng dung dịch hòa tách quặng cát kết khu vực Pà Lừa Việc thử nghiệm tái sinh nhựa được thực hiện trên cột (đường kính 10 mm) chứa 10 ml nhựa đã làm việc 40 chu kỳ Mỗi cột thử nghiệm một phương án

Phương án đầy đủ: trước hết bơm 2 BV dung dịch H2SO4 7,5% vào cột để hòa tan các kết tủa có thể tồn tại trong nhựa Sau đó bơm lần lượt 10 BV dung dịch NaCl 0,5%, 7 BV dung dịch Na2CO3 10%, 8 BV dung dịch NaOH 10%, 6 BV dung dịch NaCl 10% và cuối cùng là 11 BV dung dịch H2SO4 20% Dung dịch thu được từ mỗi tác nhân được để riêng, xác định thể tích thu được và phân tích thành phần các nguyên tố của chúng để tính toán lượng các nguyên tố được tách

ra khỏi nhựa Các loại dung dịch được bơm vào cột với lưu lượng 1 ml/phút

Phương án rút gọn: được thực hiện tương tự như trên với việc bơm lần lượt các

tác nhân sau: 10 BV dung dịch NaOH 0,5%, 6 BV hỗn hợp Na2CO3 10% + NaOH 10%, 6 BV dung dịch NaCl 10% và cuối cùng là 9 BV dung dịch H2SO420%

II.1.2.6 Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ để xử lý dung dịch hoà

tách bằng trao đổi ion trên cột đơn trong phòng thí nghiệm

Mục tiêu của các thí nghiệm này là xác định được hấp dung urani và tốc

độ dòng thích hợp trong giai đoạn hấp thu đối với mỗi loại dung dịch hòa tách khác nhau, vì 2 thông số này đặc biệt quan trọng trong việc xử lý trên hệ trao

đổi ion liên tục

Cột thử nghiệm là cột nhựa có đường kính 10 mm, chứa được 50 ml nhựa

ướt, trong đó được chia làm 5 phân đoạn, mỗi phân đoạn chứa 10 ml nhựa Tại

điểm phân cách giữa các phân đoạn đều có van để có thể lấy mẫu dung dịch ra khỏi phân đoạn