Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý quặng urani vùng Thành Mỹ

Tuy vậy cũng cần lưu ý rằng quặng cát kết vùng Nông Sơn là loại quặng nghèo, hàm lượng urani trung bình chỉ nằm trong khoảng 0,03 - 0,08 %U3O8, do vậy việc lựa chọn phương pháp hoà tách

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

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

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ QUẶNG URANI

VÙNG THÀNH MỸ

Mã số: ĐT.04/09 NLNT

Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Xạ Hiếm

Chủ nhiệm đề tài: TS Thân Văn Liên

9308

HÀ NỘI – THÁNG 2/2012

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH CÁC CÁN BỘ THAM GIA ĐỀ TÀI 3

MỞ ĐẦU 5

PHẦN I TỔNG QUAN 8

I.1 Nguồn tài nguyên urani ở Việt Nam 8

I.2 Giới thiệu về khu mỏ Pà Lừa – Pà Rồng 9

I.3 Giới thiệu về Đề án “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam” 13

I.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 16

I.4.1 Một số cơ sở sản xuất urani từ quặng nghèo trên thế giới 16

I.4.2 Xử lý thải, công tác bảo vệ môi trường và an toàn phóng xạ trong quá trình thủy luyện quặng urani 18

I.4.3 Tình hình nghiên cứu xử lý quặng urani ở Việt Nam 25

I.5 Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc lựa chọn phương pháp hòa tách quặng urani 30

PHẦN II THỰC NGHIỆM 38

II.1 Mẫu nghiên cứu 38

II.1.1 Lựa chọn sơ đồ gia công mẫu quặng 38

II.1.2 Xác định các đặc điểm của mẫu quặng nghiên cứu 40

II.2 Phương pháp nghiên cứu 47

II.2.1 Nghiên cứu tách sét 47

II.2.2 Nghiên cứu hòa tách quặng 48

II.2.3 Trao đổi ion 49

II.2.4 Kết tủa sản phẩm 49

II.2.5 Nghiên cứu xử lý thải 50

II.2.6 Phương pháp phân tích U 51

II.3 ThiÕt bÞ, dông cô chñ yÕu 51

PHẦN III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 53

III.1 Thử nghiệm tách sét có trong quặng uran 53

III.1.1 Thành phần độ hạt và sự phân bố urani theo cấp hạt sau đập

100% quặng xuống cấp - 6,0mm 53

III.1.2 Kết quả thí nghiệm đối chứng hòa tách urani bằng phương pháp hòa tách tĩnh với hai mẫu quặng đã tách sét và chưa tách sét 56

III.2 Hoà tách khuấy trộn 59

III.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của chất ôxy hoá 59

III.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt 61

III.2.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH và thời gian hòa tách 62

III.2.4 Tách rắn lỏng 63

III.3 ThÝ nghiÖm hoµ t¸ch tÜnh 65

III.3.1 Hòa tách thấm nồng độ axit thấp 65

III.3.2 ThÝ nghiÖm hoµ t¸ch thấm nồng độ axit cao 70

III.3.3 ThÝ nghiÖm hoµ t¸ch trén ñ 76

III.4 Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của các phương pháp hòa tách 79

III.4.1 Đánh giá sơ đồ hòa tách quặng bằng phương pháp thấm 79

III.4.2 Đánh giá sơ đồ hòa tách quặng phương pháp trộn ủ 80

III.4.3 Đánh giá sơ đồ hòa tách quặng phương pháp khuấy trộn 82

III.5 Xử lý dung dịch sau hòa tách bằng phương pháp trao đổi ion và kết tủa thu sản phẩm urani kỹ thuật 84

III.5.1 Trao đổi ion 84

III.5.2 Kết tủa thu sản phẩm 85

III.5.3 Hòa tách bã sắt để thu hồi uran 86

III.6 Nghiên cứu xử lý thải của quá trình hòa tách quặng 86

III.6.1 Nghiên cứu xử lý thải lỏng 86

III.6.2 Nghiên cứu xử lý thải rắn của quá trình hòa tách 96

III.7 Đề xuất quy trình xử lý quặng urani vùng Thành Mỹ 101

III.7.1 Nguyên vật liệu, thiết bị chính 102

III.7.2 Chuẩn bị quặng 103

III.7.3 Hoà tách 103

III.7.4 Trao đổi ion 104

III.7.5 Kết tủa 105

III 7.6 Xử lý thải 105

PHẦN IV XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ XỬ LÝ MẪU CÔNG NGHỆ 107

IV.1 Các nội dung sẽ tiến hành cho quá trình xử lý mẫu công nghệ 107

IV.2 Thiết kế mặt bằng nhà xưởng cho khu xử lý mẫu công nghệ 111

IV.3 Các thiết bị cần thiết cho việc xử lý mẫu công nghệ 112

IV.4 Phương pháp xử lý mẫu và đề xuất thiết kế bể hòa tách 113

IV.5 Đề xuất về việc bố trí nhân lực 114

KẾT LUẬN 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

PHỤ LỤC 122

Nội dung công việc tham gia

1 TS Thân Văn Liên VCNXH Công nghệ thủy luyện urani

2 TS Cao Hùng Thái TTCNCBQPX Cố vấn khoa học

3 TS Nguyễn Bá Tiến TT TX Công nghệ xử lý thải xạ

4 ThS Nguyễn Duy Pháp TTCNCBQPX Công nghệ tuyển khoáng

5 KS Phạm Văn Dũng VCNXH Công nghệ thủy luyện urani

6 TS Phạm Quang Minh VCNXH Công nghệ thủy luyện urani

7 CN Trần Thế Định TTCNCBQPX Công nghệ thủy luyện urani

8 CN Trịnh Nguyên Quỳnh TTCNCBQPX Công nghệ thủy luyện urani

9 ThS Dương Văn Sự TTCNCBQPX Công nghệ tuyển khoáng

10 ThS Trần Văn Sơn TTCNCBQPX Công nghệ thủy luyện urani

11 CN Đoàn Thị Mơ TTCNCBQPX Phân tích urani và các hợp chất

12 CN Bùi Thị Bảy TTCNCBQPX Phân tích urani và các hợp chất

13 CN Nguyễn Thị Hồng Hà TTCNCBQPX Phân tích urani và các hợp chất

14 CN Vũ Khắc Tuấn TTCNCBQPX Công nghệ thủy luyện urani

15 ThS Lê Quang Thái TTCNCBQPX Công nghệ thủy luyện urani

16 KS Trương Thị Ái TTCNCBQPX Công nghệ tuyển khoáng

17 KTV Lê Thị Hồng Hà TTCNCBQPX Phân tích urani và các hợp chất

18 KS Nguyễn Đình Văn TTCNCBQPX Công nghệ thủy luyện urani

19 KS Phan Thị Ngọc Bích TTCNCBQPX Công nghệ tuyển khoáng

20 KTV Đoàn Đắc Ban TTCNCBQPX Cơ khí, điện

21 CN Trịnh Giáng Hương TT TX Công nghệ xử lý thải xạ

22 CN Nguyễn Hoàng Lân TT TX Công nghệ xử lý thải xạ

23 CN Lê Xuân Hữu TT TX Công nghệ xử lý thải xạ

24 CN Vương Hữu Anh TT TX Công nghệ xử lý thải xạ

25 ThS Vũ Văn Bích LĐ ĐCXH Lấy mẫu công nghệ

MỞ ĐẦU

Thực hiện kế hoạch ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hoà bình, từ năm 2010 Liên đoàn Địa chất Xạ Hiếm đã tiến hành Dự án thăm dò đánh giá quặng urani vùng Thành Mỹ tỉnh Quảng Nam với mục đích giai đoạn 1 đạt 5500 tấn U3O8 cấp 122 Xử lý mẫu công nghệ là một phần công việc của Dự án này Để chuẩn bị cho việc xử lý mẫu công nghệ, Viện Công nghệ Xạ Hiếm đã tiến hành nghiên cứu lựa chọn giải pháp hoà tách thích hợp

cho việc xử lý quặng cát kết vùng Thành Mỹ

Hoà tách là một trong những công đoạn quan trọng nhất trong quy trình công nghệ xử lý quặng urani Mục tiêu chủ yếu của quá trình hoà tách urani là tách chọn lọc và triệt để urani ra khỏi quặng Trong những năm qua tại Viện Công nghệ Xạ Hiếm đã tiến hành các nghiên cứu về hoà tách quặng cát kết vùng Nông Sơn và đạt được những kết quả nhất định Tuy vậy cũng cần lưu ý rằng quặng cát kết vùng Nông Sơn là loại quặng nghèo, hàm lượng urani trung bình chỉ nằm trong khoảng 0,03 - 0,08 %U3O8, do vậy việc lựa chọn phương pháp hoà tách nào để tiến hành xử lý quặng urani với khối lượng lớn

và có thể áp dụng vào thực tế sản xuất sao cho đảm bảo tính khả thi, kinh tế

và hiệu quả, đảm bảo đuôi thải chứa urani ở hàm lượng biên là một câu hỏi cần phải được giải đáp Kế thừa các kết quả nghiên cứu đã có tại Viện Công nghệ Xạ Hiếm cũng như từ các kết quả nghiên cứu, so sánh bổ sung, đề tài “

Nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý quặng urani vùng Thành Mỹ”

đã góp phần trả lời câu hỏi về lựa chọn phương pháp hoà tách quặng urani

vùng Thành Mỹ

Mục tiêu của đề tài:

- Xây dựng được phương án công nghệ và thiết bị chuẩn bị cho việc tiếp nhận nhiệm vụ xử lý mẫu công nghệ của Đề án thăm dò urani vùng Thành Mỹ, tỉnh Quảng Nam;

- Đào tạo đội ngũ cán bộ trong lĩnh vực chế biến quặng urani và xây dựng hệ thống thiết bị xử lý mẫu công nghệ

Để đạt được mục tiêu đã đặt ra, đề tài tập trung vào nghiên cứu những nội dung sau:

1 Cở sở lý luận và thực tiễn của việc lựa chọn phương pháp hòa tách quặng urani;

3 Xác định các đặc điểm của mẫu quặng;

4 Nghiên cứu, so sánh các phương pháp hòa tách, lựa chọn phương pháp hoà tách thích hợp cho việc xử lý quặng vùng Thành Mỹ;

5 Nghiên cứu thử nghiệm các công đoạn và xác định thiết bị cho quá trình sau hòa tách;

6 Nghiên cứu xây dựng phương án xử lý và quản lý thải chuẩn bị cho việc xử lý mẫu công nghệ;

7 Xây dựng phương án tổng thể xử lý mẫu công nghệ;

Sau 2 năm thực hiện được sự chỉ đạo sâu sát của lãnh đạo Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, lãnh đạo Viện Công nghệ xạ hiếm cũng như sự

nổ lực của các cán bộ trong đề tài và sự tư vấn có hiệu quả của các chuyên gia

đã từng nghiên cứu trong lĩnh vực xử lý quặng urani, đề tài đã hoàn thành các nhiệm vụ đề ra và lựa chọn được giải pháp hòa tách đống để xử lý quặng urani nghèo vùng Thành Mỹ, tỉnh Quảng Nam

STUDY ON THE CHOICE OF LEACHING SYSTEM FOR THANH

MY – QUANG NAM PROVINCE URANIUM ORES TREATMENT

In order to implement the plan of peaceful uses of atomic energy, the Radioactive and Rare Earth Geology Division have been caried out the uranium ores exploitation project in Thanh My area of Quang Nam province since 2010 The treatment uranium ores samples is one of works of this project In order to preparing for uranium ores samples treatment, the Institute for Technology of Radioactive and Rare Elements have been studied and have choiced the heap leaching method for Thanh My uranium ore treatment

Heap leaching is one of the oldest hydrometallurgical techniques This technique can offer a relatively low capital cost method for recovering uranium from some low grade ores The experimental results shows that Palua (Quang Nam) sandstone ore containing 0,07% U3O8, the leached tails contained < 0,01%; test condition variations: Ores as coarse as – 1,0 cm, the sulphuric acid addition averaged 45-55 kg/tonne of ore, the entire treatment cycle required 25- 40 days ; oxidant was added 4 kg MnO2/ tonne of ore; the recovery ranged from 85 to 90% The experimental results were comparable with those obtained in the field scale heap leaching tests

PHẦN I TỔNG QUAN

I.1 Nguồn tài nguyên urani ở Việt Nam

Việt Nam có nhiều loại hình mỏ, điểm khoáng hoá tập trung chủ yếu ở miền Bắc và miền Trung, song phần lớn có quy mô nhỏ về quy mô phân bố cũng như trữ lượng

Tính đến tháng 12 năm 2002, tổng tài nguyên urani ở Việt Nam dự báo cấp P2+P3 (SR) là 218167 tấn U3O8, trong đó cấp C1 (RAR ) là 113 tấn, C2

(EAR-I) là 16563 tấn, cấp P1 (EAR-II) là 15153 tấn và 186338 tấn cấp P2+P3

(SR)

Theo cách phân loại quặng của IAEA, tài nguyên urani của Việt Nam

có thể được chia thành 6 nhóm: urani trong cát kết; urani dạng mạch hay gần như mạch; urani trong đá phun trào; urani trong đá biến chất; urani trong than

và urani trong tích tụ đệ tứ Hiện tại, tài nguyên - trữ lượng có ý nghĩa kinh tế chủ yếu là loại urani trong cát kết Các mỏ urani mới chỉ được đánh giá đến cấp C2 hoặc P1, P2, cấp có độ tin cậy thấp, chưa đủ cơ sở để thiết kế khai thác

Quặng cát kết vùng bồn trũng Nông Sơn

Quặng cát kết Nông Sơn được phát hiện từ năm 1987 Theo số liệu thống kê cho đến nay, trữ lượng quặng cát kết Nông Sơn cấp C2+P1 là 20992 tấn U3O8 và cấp C2+P1+P2 là 51461 tấn U3O8 Các khu vực chứa quặng có triển vọng nhất là Khe Hoa - Khe Cao, Pà Lừa - Pà Rồng, An Điềm, đông nam Bến Giằng

Thành phần khoáng vật gồm nhóm khoáng tạo đá chủ gặp ở 2 dạng mảnh vụn cơ học và xi măng gắn kết, khoáng chứa urani bao gồm các khoáng nguyên sinh và thứ sinh, và nhóm khoáng vật đi cùng

Về thành phần hóa học, quặng không chứa lượng đáng kể các kim loại quý hiếm để thu hồi, hàm lượng cacbonat khoảng 2 - 6%, hàm lượng urani đạt ngưỡng trung bình thấp so với các mỏ cùng loại trên thế giới (khoảng 0,05 - 0,06% U3O8) Đặc điểm quan trọng là có thể thu urani từ loại quặng này bằng các phương pháp xử lý phổ biến, đơn giản và cho hiệu suất cao

Theo kết quả khảo sát, thăm dò của Liên đoàn Địa chất Xạ Hiếm, hiện nay quặng cát kết vùng bồn trũng Nông Sơn (điển hình là các khu vực Khe

Hoa - Khe Cao, Pà Lừa - Pà Rồng được đánh giá là có giá trị hơn cả có thể đưa vào kế hoạch thăm dò tiến tới khai thác được do các điểm quặng tương đối tập trung, hàm lượng và trữ lượng urani đạt mức trung bình so với các mỏ trên thế giới, có thể khai thác lộ thiên kết hợp hầm lò, urani có thể thu hồi với hiệu suất cao nhờ phương pháp xử lý đơn giản, vùng quặng xa dân cư và giao thông thuận tiện

Tuy nhiên, hầu hết các điểm quặng urani chỉ mới được điều tra sơ bộ, xác định trữ lượng cấp C2 và tài nguyên dự báo cấp P1 có mức độ tin cậy thấp, đặc điểm phân bố quặng giàu, nghèo trong thân quặng, chất lượng quặng, khả năng thu hồi ở quy mô công nghiệp chưa được xác định và điều kiện khai thác, mức độ tác hại đến môi trường, môi sinh khi khai thác chưa được nghiên cứu

I.2 Giới thiệu về khu mỏ Pà Lừa – Pà Rồng

Hình 1 Sơ đồ các khu vực quặng cát kết (+) thuộc bồn trũng Nông Sơn đã

được nghiên cứu xử lý để thu urani kỹ thuật

Khu Pà Lừa - Pà Rồng thuộc xã Tabhing, huyện huyện Nam Giang, Tỉnh Quảng Nam là diện tích chứa quặng có khả năng khai thác Đây là vùng

sông Bung ở phía Bắc và sông Thanh ở phía Nam Nơi có dân cư gần nhất cách khu vực chứa quặng gần 1km Về mùa mưa các sông có nước cao, chảy xiết, nhưng về mùa khô lòng sông hẹp và nhiều thác gềnh Hệ thống suối nhỏ trong vùng phát triển mạnh với lòng suối sâu, lắm thác cao, khó đi lại Khí hậu có 2 mùa mưa và khô Mùa khô từ tháng 2 đến tháng 7, mùa mưa từ tháng 8 đến tháng 1 năm sau với lượng mưa chiếm 60-80% lượng mưa của cả năm Dân cư thưa thớt, 6-7 người/ km2, đó là người Cà Tu, Tà Riềng, Ve Bản gần nhất cách khu vực thăm dò là 1.5km Trình độ dân trí và đời sống thấp

Giao thông: Đường ô tô và đường thủy nối Pà lừa với thành phố Đà Nẵng dễ dàng, Đường ô tô từ Đà Nẵng đến bến Giằng dài 100km, qua phà theo đường mới rẽ vào khoảng 20km, Đường thủy từ Đà Nẵng đi bằng ca nô hoặc thuyền đến Hội An ngược sông Thu Bồn đến Giao Thủy, theo sông Vu Gia đến Thạch Mỹ, đến bến Giằng, sau đó qua đường bộ đến Pà Lừa

Mỏ Pà Lừa nằm trên địa phận các thôn Pà Lừa và Pà Tô, xã Tabhing, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam với toạ độ các điểm góc (hệ toạ độ VN.2000, múi chiếu 6o, kinh tuyến trục 105o) như sau:

Toạ độ Toạ độ Tên điểm

Tài nguyên và chất lượng quặng:

Mỏ Pà Lừa có 5 thân quặng (TQ1, TQ1-1, TQ2, TQ3 và TQ3-1) và tổng tài nguyên các cấp 333+334a (EAR-I/C2 + EAR-II/P1) là 5420 tấn U3O8:

- Tài nguyên cấp 333 (EAR-I/C2) là 1160 tấn U3O8, trong đó, quặng có hàm lượng U3O8 ≥ 0,6% (loại I) là 886 tấn và quặng có hàm lượng U3O8 ≥ 0,04% (loại II) là 274 tấn

- Tài nguyên cấp 334a (EAR-II/P1) là 4260 tấn U3O8, gồm 3727 tấn trong quặng loại I, 224 tấn trong quặng loại II và 309 tấn quặng ngoài bảng cân đối (có hàm lượng U3O8 < 0,04%)

- Quặng loại I chủ yếu tập trung ở các thân quặng 1, 1-1 và 2

Tại mỏ Pà Lừa, quặng urani trong các đá bán phong hoá là quặng giàu nhất (hàm lượng U3O8 đạt 0,197%), tiếp đến là trong các đá chưa phong hoá (0,104%) và nghèo nhất là quặng trong các đá phong hoá (<0,06%) Hàm lượng trung bình (trong các khối tính trữ lượng và tài nguyên) dao động từ 0,0194% đến 0,1702% (khối 4-C2)

Điều kiện khai thác

Địa hình khu mỏ chủ yếu là các dải đồi tương đối thấp, độ cao trung bình 200-400m, cao nhất là 700m, và bị chia cắt mạnh - có nơi sườn núi dốc trên 50o

Các thân quặng nằm trong đá cát kết có chiều dày đới phong hoá và bán phong hoá trung bình là 30m với thế nằm thoải và ổn định Chỉ các thân khoáng trong đá cứng là nằm dưới mực nước ngầm nhưng có thể áp dụng tháo khô mỏ bằng tự chảy (dạng mỏ trên núi)

Mỏ quặng urani Pà Rồng

Mỏ Pà Rồng - là diện tích kề cận với mỏ quặng urani Pà Lừa và là phần kéo dài của các lớp đá chứa quặng urani từ mỏ Pà Lừa Mỏ Pà Rồng nằm trên địa phận 2 thôn Pà Vả và Pà Rồng ở trung tâm xã Tabhing, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam Toạ độ các điểm góc (hệ toạ độ VN.2000, múi chiếu

6o, KTT 105o) của Mỏ Pà Rồng như sau:

Toạ độ Toạ độ Tên điểm

X (m) Y (m)

Tên điểm

X (m) Y (m)

Tài nguyên và chất lượng quặng:

Mỏ Pà Rồng có 7 lớp đá chứa quặng chính (lớp/thân quặng từ 1 đến 7) với tổng tài nguyên các cấp 333+334a (EAR-I/C2 + EAR-II/P1) là 4.560 tấn

Chiều dày các thấu kính quặng và hàm lượng U3O8 của mỏ Pà Rồng có

xu hướng giảm dần theo hướng dốc của các lớp đá chứa quặng Hàm lượng

U3O8 trung bình của các khối tính tài nguyên của mỏ Pà Rồng dao động trong khoảng từ 0,040% đến 0,260% (khối 3-C2 và 8-C2)

Điều kiện khai thác

Địa hình khu mỏ là là vùng địa hình núi cao, đỉnh cao nhất có độ cao 647m, độ cao trung bình 450m Địa hình bị phân cắt mạnh bởi các hệ thống suối theo hướng Tây Bắc- Đông Nam Các đỉnh núi thường có dạng sống trâu kéo dài theo hướng á kinh tuyến và á vĩ tuyến, sườn núi dốc từ 20o đến 30o, có nơi tới 50o

Mỏ Pà Rồng nói riêng, vùng Tabhing nói chung, chịu ảnh hưởng của khí hậu Trung Trung bộ, hàng năm có hai mùa rõ rệt Mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau, về mùa mưa thường có mưa lớn kéo dài

Các thân quặng urani đều nằm trên mực xâm thực địa phương nên thuận lợi cho tháo khô mỏ bằng tự chảy Các thân quặng nằm trong đá cát kết, sạn kết tương đối cứng chắc, thế nằm thoải, không có lớp đá mềm yếu xen

kẹp, khá ổn định Nói chung, mỏ quặng urani Pà Rồng có điều kiện khai thác thuận lợi

I.3 Giới thiệu về Đề án “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam”

Theo dự báo, nhu cầu điện sản xuất theo phương án cơ sở (phương án giả thiết tốc độ tăng trưởng GDP là 7,1 – 7,2 % /năm cho giai đoạn 2001 -

2020 ), là 201 tỷ kWh vào năm 2020 và 327 tỷ kWh vào năm 2030 Trong khi

đó, khả năng huy động tối đa các nguồn năng lượng nội địa của nước ta tương ứng là 165 tỷ kWh vào năm 2020 và 280 tỷ kWh vào năm 2030 Như vậy đến năm 2020, theo phương án cơ sở nước ta sẽ thiếu tới 36 tỷ kWh, và đến năm

2030 sẽ thiếu gần 119 tỷ kWh Xu hướng gia tăng sự thiếu hụt nguồn điện trong nước sẽ ngày càng gay gắt hơn và tiếp tục kéo dài trong những giai đoạn sau

Để giải quyết cán cân cung cầu này, trong chiến lược phát triển ngành điện Việt Nam giai đoạn đến năm 2020, một trong những phương án cung ứng điện mà Bộ Công Thương đã đề xuất là xây dựng nhà máy điện hạt nhân với những ưu điểm về công nghệ cao, vận hành an toàn, ổn định, chi phí và khối lượng dự trữ nhiên liệu nhỏ, ít phát thải ô nhiễm môi trường và giá thành cạnh tranh với các loại nhiệt điện khác Điện hạt nhân là một lựa chọn khả thi

đã được các cơ quan có thẩm quyền ở Việt Nam xem xét nhất trí chủ trương

và lộ trình thực hiện trong cân đối nhu cầu năng lượng của nước ta đến năm

2020 và những năm tiếp theo Theo chủ trương đó, cho đến năm 2030 sẽ có

10 tổ máy nhà máy điện hạt nhân đầu tiên sẽ được xây dựng và hoàn thành vào năm 2020 với quy mô công suất 2000 MW

Do đó việc thăm dò các mỏ urani ở Việt Nam, làm rõ hiệu quả kinh tế

xã hội của việc khai thác, chế biến tài nguyên urani ở trong nước phục vụ phát triển điện hạt nhân ở Việt Nam là việc làm rất cần thiết, cấp bách và cần phải

đi trước một bước

Triển khai thực hiện quyết định của Thủ tướng Chính phủ, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã có các công văn số 2994/BTNMT-KHCN ngày 02 tháng 08 năm 2007; số 316/BTNMT-KHCN ngày 21 tháng 09 năm 2007; số 314/BTNMT-KHCN ngày 25 tháng 01 năm 2008 giao Cục Địa chất và

án thăm dò quặng urani vùng Thành Mỹ, tỉnh Quảng Nam với mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể như sau:

- Mục tiêu: Thăm dò quặng urani vùng Thành Mỹ, tỉnh Quảng Nam để đạt

8000 tấn U3O8 cấp 122, trong đó giai đoạn I là 5500 U3O8 tấn và giai đoạn II

là 2500 U3O8 tấn;

- Nhiệm vụ cụ thể: Làm rõ cấu trúc địa chất mỏ, khoanh định chi tiết, đầy

đủ các thân quặng Xác định trữ lượng quặng urani cấp 122, tài nguyên cấp

333, xác định rõ chất lượng quặng, đặc điểm phân bố quặng và công nghệ tuyển, chế biến quặng Xác định các điều kiện khai thác, thu thập, quan trắc

số liệu về môi trường, kinh tế -xã hội

Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam đã xây dựng đề án theo mục tiêu nhiệm vụ và đối tượng nêu trên và đã trình Bộ Tài nguyên và Môi trường phê duyệt đề án: “Thăm dò quặng urani vùng Thành Mỹ, tỉnh Quảng Nam” tại công văn số 1300/ĐCKS-ĐC ngày 07 tháng 07 năm 2008 Do đề án có quy mô quá lớn, thực hiện trong thời gian dài nên trên cơ sở góp ý của Bộ Công Thương, Bộ Kế hoạch và Đầu tư và Bộ Tài chính, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã chỉ đạo Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam hoàn thành lại

đề án với tên gọi là: “Thăm dò quặng urani vùng Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam” Còn diện tích ở khu vực Khe Cao, huyện Đại Lộc, tỉnh Quảng Nam sẽ được tiến hành thăm dò sau khi kết thúc đề án thăm

dò ở khu vực Pà Lừa - Pà Rồng Trong thời gian tiếp theo sẽ tiếp tục thăm dò

ở các diện tích khác đã được đánh giá để gia tăng trữ lượng

Ngày 19 tháng 08 năm 2009, Bộ Tài nguyên và Môi trường có tờ trình

số 34/TTr-BTNMT trình Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đề án

Ngày 20 tháng 10 năm 2009, Văn phòng Chính phủ có văn bản số 7346/VPCP thông báo ý kiến của Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải về việc phê duyệt đề án: “Thăm dò quặng urani vùng Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam” Theo đó giao Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì

tổ chức phê duyệt và thực hiện đề án

Ngày 21 tháng 12 năm 2009 Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ra Quyết định số 2440/QĐ-BTNMT về việc phê duyệt Đề án “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam” Đề án được Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam bắt đầu thực hiện từ tháng 1 năm 2010

Trong nội dung của đề án này có nhiệm vụ “Xử lý mẫu công nghệ thu hồi

urani” do Viện Công nghệ Xạ Hiếm thực hiện

Mục tiêu của nhiệm vụ xử lý mẫu công nghệ là:

Mục tiêu chung: Cung cấp số liệu làm cơ sở xác lập chỉ tiêu hàm lượng phục

vụ công tác đánh giá trữ lượng urani cấp 122 vùng Pà Lừa - Pà Rồng Mục tiêu cụ thể:

- Nghiên cứu tính khả tuyển quặng cát kết vùng Thành Mỹ và lựa chọn giải pháp gia công tuyển thích hợp cho công nghệ xử lý hoá học

- Nghiên cứu về hiệu quả xử lý ứng với các giải pháp công nghệ khác nhau (hoà tách khuấy trộn kết hợp quá trình chiết hoặc trao đổi ion, hoà tách tĩnh

và kết tủa thu urani kỹ thuật), lựa chọn thiết bị trong dây chuyền công nghệ Xác định các nhu cầu về năng lượng và cung cấp nguyên liệu, nước, nhu cầu thải các loại, xử lý thải cho dây chuyền công nghệ

- Xác định các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật môi trường (hiệu suất thu hồi urani qua các giai đoạn, chi phí nguyên liệu, năng lượng cho mỗi đơn vị sản phẩm, vốn đầu tư trang thiết bị nhà xưởng, chi phí cho xử lý thải, mức độ phát tán đồng vị phóng xạ và các kim loại nặng, các nhân tố độc hại khác vào môi trường), làm cơ sở để tính toán giá sản xuất urani kỹ thuật

Lượng mẫu công nghệ đại diện cho khu vực cần thăm dò khoảng 100 tấn, đòi hỏi phải được khảo sát trên một sơ đồ công nghệ tối ưu để tính được

toàn bộ chi phí từ khâu chuẩn bị mẫu, hoà tách, tách pha rắn lỏng, làm sạch

tạp chất và làm giàu urani, kết tủa thu sản phẩm urani kỹ thuật, đến những mắt xích cuối cùng là quản lý và xử lý thải đảm bảo môi trường

Việc thu các số liệu về cân bằng vật liệu, chi phí năng lượng được xác

định bằng những thử nghiệm với năng suất và thời gian vận hành thích hợp

trên dây chuyền công nghệ để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy theo yêu cầu

Để đảm bảo môi trường, thử nghiệm về xử lý và quản lý thải phải được thực hiện trong khoảng thời gian đủ dài tại khu vực nghiên cứu theo những nguyên tắc an toàn phóng xạ được quy định

- Yêu cầu về địa điểm thực hiện (vị trí địa lý, điều kiện khí hậu thuỷ văn, điều kiện về giao thông, điều kiện về đảm bảo thải và quản lý thải phóng xạ, )

- Phương án thiết bị đề nghị đầu tư (phần nào tự chế tạo, phần nào nhập khẩu, công suất, kiểu thiết bị? )

Do vậy, Viện Công nghệ xạ hiếm đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu lựa

chọn giải pháp công nghệ xử lý quặng urani vùng Thành Mỹ” với mục tiêu

xây dựng được phương án công nghệ và thiết bị chuẩn bị cho việc tiếp nhận nhiệm vụ xử lý mẫu công nghệ của Đề án thăm dò urani vùng Thành Mỹ, tỉnh Quảng Nam

I.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

I.4.1 Một số cơ sở sản xuất urani từ quặng nghèo điển hình trên thế giới

a Mỏ Sierra Pintada (Argentina)

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 and Coffinite Công nghệ xử lý quặng gồm các bước:

+ Sau khi tuyển phóng xạ, quặng được qua công đoạn đập 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 đưa về kích thước -2,5 cm Năng suất đập 100-120 tấn quặng/ngày; tại công đoạn này có hệ thống thu bụi;

+ Công đoạn hòa tách quặng: áp dụng phương pháp hoà tách đống, gồm có 6 ngăn, mỗi ngăn chứa 9000 tấn quặng (tổng diện tích là 20000 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 80000 tấn quặng/năm và thu được 120 tấn U/năm

b 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 xuống cỡ hạt -13 mm Nước được tưới vào quặng với lưu lượng 5% (khối lượng so với quặng) trên hệ thống băng tải tới máy trộn Thùng quay của máy trộn có đường kính 1,2 m

và dài 6 m Axit đặc (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 35000 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 180000 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 1120000 tấn quặng và thu được khoảng 2000 tấn U3O8

đạt hiệu suất thu hồi urani 76% với chi phí axit khoảng 40 kg/tấn quặng

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

c Theo báo cáo trình bày tại “Technical Meeting on Uranium Small -Scale and Special mining and Processing Technologies), được tổ chức từ 19-22/6/2007 ở Vienna, tổ chức AREVA NC -BU Mines đang triển khai một dự

án thực hiện từ 2005 - 2008 xử lý quặng urani hàm lượng thấp (<0,1% U3O8) bằng hoà tách đống ở Somair Dự án được tiến hành theo 4 bước: nghiên cứu phòng thí nghiệm, thử nghiệm trên cột mẫu quặng đại diện của cả khu mỏ, thử nghiệm trên cột các mẫu của từng khu vực riêng biệt và thử nghiệm quy

mô pilôt

Công nghệ mà họ đang nghiên cứu bao gồm các công đoạn: đập quặng, agglomerat (trong đó có axit, chất kết dính), tạo đống và hoà tách, dung dịch thu được chuyển tới nhà máy xử lý bằng chiết dung môi Hiệu suất thu hồi urani trong công đoạn hòa tách đạt 68 - 70%, chi phí axit trung bình 20 - 30 kg/tấn quặng Theo kế hoạch, tới năm 2009 sẽ đi vào sản xuất urani Đây là

cơ sở đầu tiên sử dụng hoà tách đống ở Niger và là lớn nhất thế giới trong thời điểm này

d Trong bài “Progression of Metallurgical Testwork during Heap Leach

Design”, 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 trộn (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

Như vậy, từ những kinh nghiệm thực tế sản xuất urani từ quặng trên thế giới hiện nay chúng ta dễ ràng nhận thấy rằng, với loại quặng nghèo nếu không có mục đích thu các kim loại quý hiếm khác ngoài urani thì phương pháp hòa tách đống là lựa chọn phổ biến mang lại lợi ích kinh tế kỹ thuật

I.4.2 Xử lý thải, công tác bảo vệ môi trường và an toàn phóng xạ trong quá trình thủy luyện quặng urani

Trong quá trình xử lý quặng để thu sản phẩm urani tuỳ theo thành phần quặng và phương pháp hoà tách bằng axit hay kiềm mà chất thải có những

đặc điểm khác nhau Lượng chất thải rắn và lỏng từ quá trình xử lý quặng urani có đặc điểm chung là hoạt độ phóng xạ thấp và khối lượng lớn Lượng thải lỏng bằng 1-3 tấn thải/tấn quặng đầu tuỳ thuộc vào sơ đồ công nghệ được

áp dụng (hoà tách bằng axit thì lượng thải này trung bình là 3 tấn, hoà tách bằng xoda trung bình là 1 tấn) Thải lỏng của các cơ sở thuỷ luyện có thể gây ảnh hưởng độc hại nghiêm trọng tới môi trường, dung dịch thải có độ dư axit hoặc kiềm và còn chứa nhiều loại muối hoà tan (muối sulfat, cacbonat, clorua

và nitrat) của các nguyên tố phóng xạ và kim loại khác nhau (Fe, Cu, V, Mo,

As, Pb) Ngoài ra chất thải lỏng cũng bao gồm các dung môi hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, có tác động xấu đến môi trường Trong nhà máy công suất

3000 tấn quặng/ngày với đối tượng quặng đầu có hàm lượng 0,1% U3O8 sử dụng sơ đồ chiết dung môi đã tạo thành 3300 m3 thải lỏng mỗi ngày, dung dịch thải có nồng độ amin 35 mg/l (trong khi với nồng độ > 10 mg/l chất hữu

cơ này có thể giết chết 50% các loại sinh vật sống trong đó)

Bảng 1 cho thấy hàm lượng các đồng vị phóng xạ chính của urani, thori

và radi trong các dung dịch khác nhau của các công đoạn xử lý quặng urani (hàm lượng đầu là 2,34% U3O8) thu sản phẩm urani kỹ thuật tại mỏ Nabarlek (Otrâylia)

Lượng thải rắn nói chung bằng lượng quặng đầu đưa vào xử lý, song có

cỡ hạt mịn và ngậm một lượng axit hoặc kiềm dư Sau quá trình hoà tách bằng axit H2SO4, phần chủ yếu urani (80-95%) đã được tách ra, song tới 98-

99 % radi và 20% thori còn nằm lại trong bã rắn Trong các quá trình kết tủa tiếp theo, một lượng lớn thori từ dung dịch lại được đưa về dạng thải rắn Nói chung sau quá trình xử lý quặng để thu sản phẩm urani kỹ thuật, khoảng 70% các chất phóng xạ (bao gồm hầu như toàn bộ Ra226 và Th230) chuyển vào thải rắn Cho tới nay trên thế giới đã tích tụ một lượng lớn bã thải rắn sau quá trình xử lý quặng urani, trên lãnh thổ 22 bang của nước Mỹ lượng thải rắn đạt tới 100 triệu tấn vào năm 1974, và khoảng 1 tỷ tấn vào năm 2000 Diện tích khu vực chứa thải dao động từ 20 nghìn đến nhiều triệu m2, trong đó chứa hàng chục nghìn curi Ra226 và Th230 Khi quyết định ngừng khai thác và sản xuất urani vào năm 1990, nước Đức thống nhất cũng đồng thời gánh trách nhiệm thực hiện quá trình phục hồi cảnh quan và môi trường sinh thái trên một diện tích nhiễm bẩn phóng xạ rộng lớn 240 km2 tại vùng Sachsen và

của công ty Wismut (trong đó khoảng 23 km2 là những đống lớn quặng đuôi

thải và các bãi chứa thải sau quá trình xử lý hoá học) Để thực hiện nhiệm vụ

phục hồi môi trường sinh thái sau khai thác và xử lý quặng urani, năm 1991

công ty liên doanh nhà nước Xô Đức SDAG Wismut đã chuyển thành Công

ty trách nhiệm hữu hạn thuộc Bộ Kinh tế và Công nghệ CHLB Đức và cấu

trúc lại để thực hiện chức năng hoàn thổ cho toàn bộ khu vực mỏ và xử lý

quặng urani thuộc vùng kể trên Một Dự án được xây dựng và thực hiện trong

25 năm với tổng kinh phí là 13 tỷ DM (6,2 tỷ DM chi cho giai đoạn

1991-1999, 2,4 tỷ DM chi cho giai đoạn 2000-2004 và 4,4 tỷ chi cho các năm

2005-2015)

Bảng 1 Nồng độ của các nuclit phóng xạ trong quá trình xử lý quặng urani

tại nhà máy Nabarek

Dung dịch sau hòa tách 2,56 223.000 25 52.200 430

Dung dịch trong bùn thải sau lắng gạn

ngược chiều

2,27 89 27 33.600 210

Dung dịch sau trung hòa bã thải lần 1 3,89 51 89 6.100 280

Dung dịch sau trung hòa bã thải lần 2 7,49 0,4 210 1,3 8,1

Dung dịch sau trung hòa bã thải lần cuối

Dung dịch trong bùn bơm vào bể chứa nổi 8,00 - 48 - -

Nước về bể chứa để tái sử dụng 6,3 0,4 0,9 1,3 < 0,5

Về mặt phóng xạ trong cả thải rắn và lỏng đều có chứa một lượng đồng

vị phóng xạ cao hơn bình thường, lại ở trạng thái hoạt động về mặt hoá học khác hẳn so với khi còn nằm dưới dạng quặng thiên nhiên Dưới tác động của các điều kiện môi trường (nắng, mưa, vi sinh vật), chất phóng xạ nằm trong một lượng lớn bã thải rắn sẽ còn tiếp tục xâm nhập và gây ảnh hưởng nếu không có các biện pháp ổn định, theo dõi và quản lý cần thiết

Trong Bảng 2 là hàm lượng của các đồng vị phóng xạ urani, thori và radi trong quặng đầu và trong đuôi thải rắn của nhà máy Nabarek, Oxtraylia

Các nuclit phóng xạ có thời gian sống ngắn Pa234, Th227, Th231, Th234,

Ra233, Ac227, Po210 có thể không gây nguy hiểm, song đáng chú ý trong các chất thải là các đồng vị urani, Th230, Ra226, Rn222, Pb210 Trên thực tế hàm lượng Pb210 trong thải đều thấp hơn hàm lượng cho phép Do đó việc theo dõi

và quản lý các đồng vị urani, Th230, Ra226 và Rn222 (trong pha khí) là nội dung chính trong quản lý thải phóng xạ quá trình khai thác và xử lý quặng urani

Tại các khu vực chứa bã thải, Rn222 tách ra từ quá trình phân rã radi là nguồn ô nhiễm phóng xạ môi trường khí, chất này phân tán theo hướng gió trong một khoảng cách đáng kể dù nồng độ giảm dần Tuy nhiên không phải toàn bộ radon tách ra đều chuyển vào không khí Một phần đồng vị này bị giữ lại trong bã rắn, một phần bị phân rã trước khi thoát vào khí quyển Thực nghiệm cho thấy là chỉ 1/4 lượng radon tạo thành tách ra từ bã rắn và trên thực tế chỉ radon tạo thành trong khoảng 1 m từ bề mặt là chuyển vào khí quyển, tốc độ tách 250 pCi/m2s Số liệu nghiên cứu tại một khu vực chứa thải

ở Mỹ cho thấy nồng độ Ra226 cao hơn hàng trăm lần so với bình thường, dẫn

ở những khu vực có hàm lượng bụi cao

Biện pháp xử lý thải rắn và lỏng từ quá trình khai thác, chế biến quặng urani

Quá trình xử lý thải rắn và lỏng thuộc trách nhiệm của cơ sở khai thác chế biến quặng urani Các biện pháp an toàn và xử lý thải phải được tính toán

từ khi thiết kế lựa chọn công nghệ khai thác xử lý quặng, chọn địa điểm xây dựng nhà máy và khu vực thải (tính đến các yếu tố khí hậu, khí tượng thuỷ văn, địa hình, địa chất, quy hoạch chung về sử dụng đất và khả năng dễ tẩy xạ cũng như chôn cất lâu dài của bã thải)

Nhiều cải tiến công nghệ đã được nghiên cứu triển khai nhằm giảm diện tích khu vực phải làm việc với chất phóng xạ, giảm lượng quặng phải xử

lý bằng tác nhân hoá học dẫn tới làm giảm lượng chất thải phóng xạ gây nguy

cơ ô nhiễm môi trường Để giảm lượng chất thải lỏng, việc tái sử dụng nước trong một chu trình sử dụng nước khép kín được nhiều cơ sở sản xuất áp dụng

Các chất thải lỏng và rắn nói chung phải qua giai đoạn xử lý để thu hồi

và giảm nồng độ các đồng vị phóng xạ tới giới hạn cho phép

Xử lý thải lỏng bao gồm 2 giai đoạn chính:

- Trung hoà dung dịch đến pH10 bằng sữa vôi Quá trình trung hoà dung dịch thải có tác dụng khử axit hoặc kiềm dư Trong sơ đồ hoà tách dùng axit nhiều kim loại chuyển vào kết tủa: Fe, Pb, As, Mn, Ra

- Để tách triệt để radi khỏi dung dịch, thực hiện quá trình cộng kết bằng cách thêm 1 lượng nhỏ muối BaCl2 (0,05- 0,3 g/l), nhờ đó lượng Ra226 trong dung dịch thải giảm 90- 97%, cho phép nhiều trường hợp thải lỏng trực tiếp vào nguồn nước hở Các số liệu trong bảng 3 cho thấy kết quả sử

dụng BaSO4, BaCO3 và BaCl2 để xử lý radi Từ đó thấy rằng BaCl2 là tác nhân kết tủa radi hiệu quả nhất

Bảng 3.Kết quả sử dụng muối bari để tách radi từ nước thải

của quá trình xử lý quặng

Nồng độ radi, Ci 10-8/ml Môi trường Tác nhân Lượng tác

nhân, g/l Trước xử lý Sau xử lý

Hiệu suất loại radi,

Hình 2 Sơ đồ xử lý nước mỏ và nước thải Hàm lượng urani, radi và một số nguyên tố khác trong nước thải các

mỏ cũng như trong nước bề mặt các sông tương ứng qua khu vực thải tại

CHLB Đức được đưa ra trong bảng 4

Bảng 4 Xử lý nước tại một số vị trí khai thác mỏ khác nhau thuộc CHLB Đức

Vị trí khai thác Pohla Crossen Seelingstadt Konigstein

Lưu lượng thải, m3/h 80 250 500 500- 1000

định (3km) từ nhà máy Khu vực chứa thải được bao quanh bằng các đê chắn

làm từ vật liệu tại chỗ (đất đá từ khu vực khai thác), chiều cao nâng dần bằng

chính bã thải rắn từ quá trình xử lý quặng Diện tích khu vực chứa thải phù hợp đối với nhà máy công suất 1000 tấn quặng/ngày là 16 ha Trong nhà máy

công suất lớn hơn cần diện tích bãi chứa thải > 40 ha

Khi kết thúc hoạt động của nhà máy, cần xúc tiến những hoạt động lưu

giữ dài hạn và tái tạo môi trường tại khu vực bãi thải Để giảm lượng radon trong khu vực này, bãi thải cần được phủ lớp đất đá dày Sau đó phủ xanh bằng cây xanh hoặc thảm cỏ

Các đống lớn đuôi quặng thải có thể tích hàng triệu m3 kể trên phải

được di dời xa khu dân cư hoặc xử lý tại chỗ để vĩnh viễn không tiếp tục di chuyển phát tán chất bụi bẩn chứa phóng xạ alfa gây tác động lâu dài, đặc biệt

tránh xuất hiện radon và các đồng vị phóng xạ con cháu vào môi trường khí.

Việc xử lý các đống lớn đuôi quặng thải bao gồm xác định các thông

số về phóng xạ, hoá học và địa chất, thực hiện công nghệ ép nén sườn đống

thải tạo độ dốc thích hợp và sau đó che phủ bằng các lớp đất khác nhau với

chiều dày 1,9 m (0,4 m lớp đất khoáng và 1,5 m đất trồng trọt), đồng thời tạo

thảm thực vật và định hướng dòng chảy lâu dài cho nước bề mặt

lắng bằng các vật liệu nhân tạo thích hợp, tạo bờ ngăn và che phủ bằng đất đá

từ quá trình khai thác, lấp đất trồng trọt và tạo thảm thực vật, đồng thời tiếp tục theo dõi xử lý nước từ khu vực

I.4.3 Tình hình nghiên cứu xử lý quặng urani ở Việt Nam

Các kết quả nghiên cứu thử nghiệm

Trong những năm qua, Viện Công nghệ Xạ Hiếm là đơn vị duy nhất nghiên cứu công nghệ xử lý các mẫu quặng cát kết thuộc các khu vực ở vùng bồn trũng Nông Sơn

- Về nghiên cứu khoáng thạch học: đã thu được nhiều số liệu về đặc điểm thạch học, khoáng vật và thành phần hoá học, sự phân bố urani trong cát kết,… có liên quan đến công nghệ xử lý quặng

- Về nghiên cứu công nghệ xử lý quặng: thực hiện nghiên cứu công nghệ thuỷ luyện trong phạm vi phòng thí nghiệm: Đối với tất cả các công đoạn của quá trình xử lý thải hoá học: Từ chuẩn bị quặng (ảnh hưởng các thông số quá trình đập nghiền đến phân cấp cỡ hạt), hoà tách (ảnh hưởng của quặng đầu, độ hạt, tác nhân và nồng độ tác nhân hoà tách, tỷ lệ rắn lỏng, nhiệt

độ, thời gian đến hiệu quả quá trình hoà tách), phân chia rắn lỏng (các yếu tố ảnh hưởng và sử dụng chất trợ lắng, trợ lọc trong quá trình lắng, lọc), tách tạp chất và làm giàu urani (các thông số của quá trình hấp thụ và giải hấp thụ, trao đổi ion trong bùn chiết, chiết và giải chiết, điều kiện kết tủa chọn lọc loại tạp chất), kết tủa urani kỹ thuật (lựa chọn tác nhân và thông số các quá trình lọc, sấy, nung sản phẩm) đến xử lý thải (mức độ độc hại và độ phóng xạ của các loại thải rắn và lỏng các quá trình trung hoà, cộng kết, xi măng hoá)

- Về đối tượng quặng: đối tượng nghiên cứu trải rộng trên các mẫu quặng đã được phát hiện: các khu vực Khe Hoa, Khe Cao, Pà Lừa, Pà Rồng,

An Điềm, Đông Nam Giằng, các cấp hàm lượng từ 0,5% U3O8 (giới hạn trên của quặng loại trung bình theo IAEA) tới 0,15% U3O8 (giới hạn trên của quặng loại trung bình theo IAEA) và quặng nghèo (0,04 - 0,06% U3O8) và các mức độ phong hoá khác nhau: Quặng chưa phong hoá, bán phong hoá và phong hoá

- Về việc thử nghiệm các giải pháp xử lý: các phương pháp hoà tách tĩnh, hoà tách khuấy trộn, hoà tách vi sinh, trao đổi ion, chiết dung môi, kết

tủa chọn lọc, các quá trình tuần hoàn, các quá trình nhiều bậc đã được thử nghiệm

- Thực hiện mô hình hoá và bước đầu có số liệu về tối ưu hoá một số quá trình công nghệ (quá trình hoà tách khuấy trộn và hoà tách tĩnh)

Ngoài ra, một số kết quả quan trọng khác trong việc nghiên cứu xử lý quặng là đã thu được sản phẩm urani kỹ thuật với hàm lượng 45 - 80% U3O8

dùng làm nguyên liệu đầu cho các nghiên cứu tiếp theo về chu trình nhiên liệu; duy trì hoạt động của phòng thí nghiệm làm cơ sở ban đầu cho những nghiên cứu tiếp theo về xử lý quặng phóng xạ; thực hiện quá trình tự đào tạo

và tham gia vào quá trình đào tạo đại học và sai đại học trong lĩnh vực xử lý quặng phóng xạ và đảm bảo môi trường

Tuy nhiên, các nghiên cứu thử nghiệm này đều sử dụng các mẫu quặng

kỹ thuật, chưa có tính đại diện cho khu mỏ Vì vậy với mẫu quặng công nghệ thuộc đề án tới đây được lấy một cách bài bản, cẩn thận, cần có những thử nghiệm nhằm xác định chính xác tất cả các thông số công nghệ trong công nghệ xử lý quặng để có thể tính toán chi phí

Dưới đây là tóm tắt kết quả nghiên cứu của các đề tài nghiên cứu về công nghệ xử lý quặng cát kết Nông Sơn:

+ Đề tài “Nghiên cứu xử lý quặng cát kết khu vực Pà Lừa với quy mô 2 tấn quặng/mẻ để thu sản phẩm urani kỹ thuật”

Quặng được sử dụng trong đề tài là quặng cát kết khu vực Pà Lừa, tỉnh Quảng Nam Các mẫu được lấy qua các vết lộ, các hào thuộc các lớp đá chứa quặng số 1, 1a và 2 đảm bảo đại diện cho các loại hình có mức độ phong hóa khác nhau và có hàm lượng trung bình từ 0,05 - 0,20% U3O8 Không có sự thay đổi đáng kể hàm lượng urani theo cấp hạt nghiền Hàm lượng cacbonat dao động từ 3 - 6%, trong đó quặng CPH nhiều gấp 2 lần so với quặng BPH

Đối với quặng BPH và CPH thì tỷ lệ này là 15 - 30%, riêng quặng PH lên tới

50 - 60% Trong một số thử nghiệm đối với quặng CPH, quặng được đưa vào nghiền búa để có cỡ hạt ≤ 25 mm

Đề tài đã nghiên cứu quá trình hòa tách kết hợp với trộn ủ quặng CPH Với chi phí axit 30 kg/tấn quặng, chất ôxy hóa 3 kg/tấn quặng và ủ 3 ngày, hiệu suất hòa tách urani đạt >89% Hàm lượng tạp chất sắt, silic và nhôm thấp hơn tại thời điểm đạt tới hiệu quả hòa tách urani tối đa Vì vậy đây là phương pháp thích hợp làm tăng hiệu quả quá trình hòa tách

Đề tài đã nghiên cứu hoà tách tĩnh nhiều bậc ngược chiều (1 - 10 bậc)

có tuần hoàn dung dịch, thu được dung dịch có nồng độ urani đạt > 3 g/l Sau

đó thu hồi urani bằng phương pháp kết tủa trực tiếp

Đề tài đã xây dựng hệ thống thử nghiệm xử lý quặng cát kết quy mô 2 tấn quặng/mẻ theo sơ đồ công nghệ gồm các công đoạn chính là đập nghiền, trộn, hòa tách tĩnh và kết tủa trực tiếp thu urani kỹ thuật Vấn đề làm chủ tốc

độ hòa tách tĩnh, kết tủa tạp chất, thu hồi thải lỏng và tái sử dụng nước đã được tìm hiểu và đề xuất cách giải quyết Hiệu suất hòa tách urani, nồng độ urani và tạp chất trong dung dịch sau hòa tách phụ thuộc rất lớn vào loại quặng và phương pháp hòa tách Dòng chảy pha lỏng qua lớp quặng, nồng độ

và lượng axit cần thiết có thể được đảm bảo khi duy trì chế độ dàn tưới ổn định với lưu lượng 50 - 70 l/m2.giờ hoặc sử dụng axit đặc trong giai đoạn đầu quá trình hòa tách) Đề tài nghiên cứu kết tủa trực tiếp thu hồi urani từ dung dịch hòa tách đạt yêu cầu chất lượng và cũng đã tìm hiểu việc sử dụng chất trợ lắng làm tăng tốc độ các quá trình lắng và lọc Việc tái sử dụng nước trong dây chuyền công nghệ xử lý quặng urani là cần thiết và khả thi, một mặt làm giảm chi phí nước sạch, một mặt giảm chất thải lỏng cần xử lý

+ Đề tài “Nghiên cứu công nghệ để chuẩn bị cho bước xử lý quặng urani ở quy mô pilốt”

Đề tài đã hoàn thành báo cáo tổng quan trên cơ sở tham khảo kết quả nghiên cứu thu được trong hơn 20 năm qua trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý quặng chứa urani tìm thấy ở Việt Nam Đã tổng hợp và đánh giá các phương pháp nghiên cứu xử lý quặng và các kết quả thu được làm cơ sở cho việc luận bàn về bước triển khai nghiên cứu tiếp theo ở quy mô pilot Dựa trên quan hệ giữa độ phóng xạ và hàm lượng urani trong mẫu, đã xác định được mức độ

phân bố urani trong các mẫu quặng khác nhau thuộc khu vực Đông Nam Giằng, Pà Lừa, Pà Rồng thuộc bồn trũng Nông Sơn Đã khảo sát quá trình trao đổi ion đối với dung dịch thu được từ quá trình hòa tách tĩnh quặng urani khu vực Nông Sơn

+ Đề tài “Nghiên cứu chuyển quy mô từ thiết bị phòng thí nghiệm lên thiết bị

800 lít cho quá trình hòa tách urani từ quặng cát kết Nông Sơn bằng phương pháp thấm” đã xây dựng được một mô hình thực nghiệm với việc đưa ra khái

niệm “lần xử lý” biểu thị yếu tố thời gian xử lý quặng:

8068 , 3 X 1017 , 0 X 0009 , 0

8068 , 3 X 1017 , 0 X 0009 , 0

2 2

t ).

2013 , 0 0006 , 0 ( 1

t ).

0775 , 0 X 0077 , 0 ( R

−

=

Từ phương trình này, chúng ta có thể tính được hiệu suất hòa tách urani

R từ quặng sau các lần xử lý t khi biết nồng độ axit sử dụng

+ Đề tài “Nghiên cứu động học quá trình hòa tách quặng cát kết chứa urani chưa phong hóa”

Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là quặng cát kết khu vực Pà Lừa, chủ yếu thuộc loại chưa phong hóa và một phần là bán phong hóa Thành phần chính của quặng như sau: UO3: 0,14%; ThO2: 45,9ppm; Ra: 0,28ppb; Fe: 1,816%,; SiO2: 69,77%; Al2O3: 4,74% và hàm lượng cacbonat 2 - 4% Để tài

đã nghiên cứu cả hòa tách khuấy trộn và hòa tách thấm

Trong hòa tách thấm đã sử dụng cột nhựa có tiết diện 95 cm2 và chiều cao lớp quặng là 1 m Thấm ướt quặng bằng nước và để khô cột qua ngày Dung dịch tưới qua cột quặng là dung dịch axit sunfuric có nồng độ không đổi (30, 40 và 50 g/l) và lưu lượng không đổi (0,85 lít/giờ) Quá trình hòa tách dừng lại khi nồng độ axit của phân đoạn trước và phân đoạn tiếp theo khác nhau không quá 2 g/l

Đề tài đã nghiên cứu động học quá trình khuấy trộn cũng như hòa tách thấm Kết quả cho thấy các quá trình này tuân theo mô hình nhân phản ứng giảm dần, giai đoạn tiền khuếch tán ban đầu do quá trình hóa học và khuếch tán cùng nhau kiểm soát, giai đoạn sau do quá trình khuếch tán hoàn toàn kiểm soát Đề tài xác định được năng lượng hoạt hóa ở giai đoạn tiền khuếch tán (12,29 kcal/mol) và năng lượng hoạt hóa của quá trình ở giai đoạn khuếch

quặng urani nghèo cho một đơn vị cơ sở, mô hình này có thể sử dụng để dự đoán và tính toán trước một số thông số cần thiết đối với quy mô thực nghiệm lớn hơn Đề tài này cũng đã xây dựng một số phương trình làm cơ sở cho bài toán tối ưu các điều kiện công nghệ theo giá thành sản phẩm khi triển khai

+ 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 này, nhóm tác giả đã nghiên

cứu thử nghiệm áp dụng kỹ thuật trộn ủ để hòa tách urani từ quặng cát kết khu vực 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 Trước hết, 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 có 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

+ Đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý chất thải phóng xạ của quá trình thuỷ luyện quặng urani” (năm 2006 - 2007) 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 20g CaO/l) tới khi pH = 8, sau đó bổ sung tiếp BaCl2.H2O (khoảng 2g/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 chuyển các thùng chứa chất thải rắn về kho chứa thải và xếp chúng theo từng lớp và quản lý

I.5 Cơ sở lý luận của việc lựa chọn phương pháp hòa tách quặng urani

Công nghệ xử lý quặng urani bao gồm nhiều công đoạn Các công đoạn chính trong chu trình xử lý quặng để thu nhận urani kỹ thuật là chuẩn bị quặng, đập, nghiền, tuyển sơ bộ (tuyển phóng xạ, tuyển trọng lực, tuyển nổi…), hoà tách quặng đã nghiền, phân chia các pha rắn lỏng, tách chọn lọc urani từ dung dịch hoà tách dưới dạng hợp chất này hay hợp chất khác của nó với độ sạch kỹ thuật cần thiết (để tách urani từ dung dịch hoà tách có thể sử dụng nhiều phương pháp hoặc kết hợp giữa các phương pháp đó, như trao đổi ion trong dung dịch, trao đổi ion trong bùn quặng, chiết dung môi, kết tủa trực tiếp từ dung dịch hoà tách); kết tủa urani kỹ thuật, sấy và đóng gói lưu giữ sản phẩm Trong một số trường hợp tiếp sau quá trình chuẩn bị quặng là công đoạn xử lý sơ bộ quặng (nung quặng ở nhiệt độ cao, chẳng hạn trong trường hợp xử lý quặng vanađi chứa urani) Tuy nhiên, không phải đối với loại quặng nào cũng phải trải qua các công đoạn như đã nêu, các công đoạn phụ thuộc từng loại quặng cụ thể Sơ đồ công nghệ tổng quát xử lý quặng urani bao gồm các công đoạn như trình bày ở hình 3

Hình 3 Sơ đồ tổng quát quá trình thuỷ luyện quặng urani

Trong các công đoạn trên, công đoạn hòa tách là công đoạn khó khăn, tốn kém và chiếm nhiều chi phí, thời gian nhất Do đó nói đến lựa chọn giải pháp công nghệ trước hết cần phải nói đến việc lựa chọn phương pháp nào cho công đoạn hòa tách để đạt hiệu quả nhất.Như vậy,hoà tách là công đoạn quan trọng của quá trình xử lý quặng urani Để lựa chọn được phương pháp hòa tách thích hợp cho từng loại quặng cụ thể cần căn cứ vào các yếu tố chính như sau:

- Tỉ lệ lượng urani được hoà tách từ quặng (hiệu suất hòa tách)

- Lượng và loại tác nhân hòa tách mà giá thành của nó chiếm chủ yếu cho quá trình hòa tách và đòi hỏi duy trì các điều kiện hoà tách thích hợp khác

- Nồng độ của tạp chất trong dung dịch hoà tách mà chúng sẽ có ảnh hưởng lớn đến các công đoạn sau như chiết, trao đổi ion, kết tủa và xử lý nước thải

- Sự đòi hỏi công đoạn nghiền, thiết bị phân chia rắn lỏng của quá trình hoà tách và ảnh hưởng đến lựa chọn chôn cất thải và các đặc tính của thải

Về việc lựa chọn tác nhân hòa tách: Quặng urani có thể được xử lý bằng tác nhân axit (H2SO4, HNO3, HCl), hoặc tác nhân kiềm (hệ hỗn hợp NaCO3 – NaHCO3) Nói chung thì hoà tách bằng tác nhân kiềm có ưu điểm là không gay gắt và chọn lọc hơn so với hoà tách bằng axit và tác nhân này thường được sử dụng để xử lý các loại quặng urani chứa hàm lượng cacbonat cao, bởi lẽ khi lượng cacbonat cao sẽ tiêu tốn một lượng lớn axit (trong trường hợp dùng tác nhân hoà tách là axit) Thông thường theo kinh nghiệm của thế giới thì nếu hàm lượng cacbonat trong quặng lớn hơn 7 - 9% sử dụng phương pháp hoà tách bằng kiềm sẽ kinh tế hơn, tuy nhiên các yếu tố khác cũng cần được xem xét Các yếu tố đó là: hiệu suất hoà tách, lượng nước sử dụng (đặc biệt là ở các vùng sâu, vùng xa), năng lượng tiêu tốn, đòi hỏi chất lượng của sản phẩm và các khía cạnh môi trường

Sau khi lựa chọn được tác nhân hoà tách thì những quyết định tiếp theo

sẽ là lựa chọn hệ hoà tách Hiện nay thường áp dụng 5 kỹ thuật hòa tách:

1) Hoà tách khuấy trộn (axit và kiềm)

2) Hoà tách dưới áp lực (axit và kiềm)

3) Hoà tách trộn ủ

4) Hoà tách đống (axit)

5) Hoà tách tại chỗ (chủ yếu là dùng tác nhân kiềm)

Những yếu tố ảnh hưởng tới việc lựa chọn hệ hoà tách (kỹ thuật này hay kỹ thuật kia trong số các kỹ thuật hoà tách vừa nêu trên) được đưa ra ở hình 4 Ngoài ra còn phải căn cứ vào quy mô, cấu trúc địa chất mỏ và hàm lượng urani, vào đặc điểm thành phần và cấu trúc khoáng vật quặng mà lựa chọn công nghệ hoà tách thích hợp, bảng 5 liệt kê các điều kiện để áp dụng các phương pháp hòa tách có hiệu quả

Bảng 5 Điều kiện để áp dụng các phương pháp hòa tách có hiệu quả

khuấy trộn

Trung bình – cao

Trung bình –

Không tới hạn

Cao Cao

Hoà tách

đống

Thấp – Trung bình

Nhỏ Trung

bình - tốt

Trung bình – cao

Thấp – trung bình Hoà tách

Hiện tại hoà tách tại chỗ, áp dụng đối với những mỏ cát kết nhỏ và nghèo và có độ sâu tương đối Tuy nhiên so với các phương pháp truyền thống khác thì nó có ưu điểm là không phải khai thác, đập và nghiền quặng và kèm theo là không phải đầu tư các thiết bị cho những mục đích này Tuy nhiên nó có hạn chế là hiệu suất hoà tách thấp và đòi hỏi nghiêm ngặt cần phải phục hồi diện tích nơi tiến hành hoà tách

Hàm lượng

Thông thường Hòa tách đống Hòa tách tại chỗ Thông thường Hòa tách đống

To Nhỏ

Tốt

Không tốt

Cao Thấp

Cao

Hòa tách đống

Hòa tách kiềm

Hòa tách axit

Hình 4 Sơ đồ lựa chọn phương pháp hòa tách

Hòa tách quặng ở trạng thái tĩnh bằng cách cho dung dịch chảy qua lớp quặng từ trên xuống dưới tác dụng của trọng lực hay bằng cách làm ngập toàn

bộ khối quặng thường được gọi chung bằng một thuật ngữ chung là hòa tách

đống (heap leaching) Tuy nhiên, kỹ thuật hòa tách bằng cách làm ngập lớp quặng, sau đó rút dung dịch ra bằng cách cho chảy xuống hay chảy lên thì còn

được gọi bằng một thuật ngữ khác nữa là hòa tách thấm (percolation leaching)

Hòa tách đống là phương pháp rất thích hợp và thuận tiện để xử lý những đống quặng có hàm lượng urani thấp, hay cho những khu mỏ quặng urani chỉ có trữ lượng quặng thấp và cách xa những cơ sở chế biến quặng lớn, không thuận tiện cho việc khai thác và chuyển chở quặng về cơ sở xử lý tập trung, vì vậy, cần có phương pháp xử lý sơ bộ tại chỗ để thu hồi urani từ quặng và chở sản phẩm urani thô về cơ sở chế biến

Trong phương pháp hoà tách đống, quặng được khai thác và chất thành

đống trên một hệ thống sàn thu gom dung dịch Dung dịch hoà tách được phân

bố (thường bằng giàn tưới) trên đống và thấm qua lớp quặng, sau đó được thu lại đem xử lý tiếp

Các kỹ thuật hay quy trình hòa tách đống đang được áp dụng phổ biến trên thế giới chủ yếu như sau:

- Cho dung dịch chảy qua đống quặng bằng cách phun liên tục hoặc bơm dung dịch hòa tách gián đoạn vào các hố quặng nhỏ trên đỉnh đống quặng hòa tách

- Cho dung dịch chảy qua đống quặng theo từng chu kỳ gián đoạn Phương pháp này nhằm tạo ra hiệu ứng được gọi là “mao dẫn ngược”

- Cho ngập hoàn toàn lượng quặng được hòa tách trong một thiết bị chứa Phương pháp này có thể được tiến hành gián đoạn hay liên tục, và dòng dung dịch có thể chảy từ trên xuống hay từ dưới lên

- Trộn quặng với axit mạnh, để cho “ngấu” trong một thời gian, sau đó rửa bằng nước Phương pháp này còn thường được gọi với tên riêng là phương pháp xử lý bằng axit mạnh

Thường thì trong thực tiễn hay dùng một số cách tổ hợp khác nhau của những nguyên lý cơ bản kể trên, và các dung dịch thu được thường được tuần

hoàn lại nhằm nâng cao nồng độ urani trong dung dịch sản phẩm cuối cùng

đồng thời không để lại nhiều axit dư, gây lãng phí và làm phức tạp cho khõu thu hồi sau đó Tuần hoàn dung dịch thường được tiến hành theo nguyên lý ngược chiều; dung dịch trước khi trở thành dung dịch sản phẩm được cho chạy qua cột quặng mới để giảm lượng axit còn dư và tăng thêm nồng độ urani lên một chút

Hũa tỏch đống thường được ỏp dụng với loại quặng urani nghốo, mặc dầu hiệu suất thu hồi urani khụng cao như hũa tỏch khuấy trộn, tuy vậy phương phỏp này cú những ưu điểm như chi phớ đầu tư thấp và về mặt mụi trường, do hàm lượng ẩm của thải rắn tương đối thấp và kớch thước của cỏc hạt thải tương đối lớn do đú hạn chế được bụi bặm nờn cú thể giỳp giảm tối thiểu cỏc vấn đề đối với việc chụn thải rắn và tỏc động mụi trường Tuy nhiờn lợi thế này cú thể khụng được ỏp dụng để hoà tỏch đống cỏc loại quặng chứa khoỏng sulfit vỡ nú sinh ra axit sulfuric

Định hướng về cụng tỏc xử lý quặng cỏt kết chứa urani vựng Nụng Sơn

Trờn cơ sở học hỏi kinh nghiệm thực tế sản xuất và nghiờn cứu hiện nay trờn thế giới về cỏc loại quặng nghốo tương tự Việt Nam và cỏc kết quả nghiờn cứu xử lý quặng cỏt kết vựng bồn trũng Nụng Sơn, chỳng tụi đó định hướng được cỏc giải phỏp kỹ thuật sẽ ỏp dụng như sau:

- Quặng cỏt kết Nụng Sơn thuộc loại quặng nghốo, trữ lượng khụng lớn, hàm lượng cacbonat chưa đủ lớn, vỡ vậy ỏp dụng cỏc kỹ thuật hũa tỏch đống bằng axit sulfuric là thớch hợp và mang lại hiệu quả kinh tế hơn cả vỡ giảm được đỏng kể chi phớ cho cỏc cụng đoạn nghiền mịn quặng và lắng lọc Hơn nữa hũa tỏch ngầm và hũa tỏch tại chỗ chưa thể ỏp dụng vỡ hiện nay hoàn toàn chưa cú nghiờn cứu về nền múng của mỏ Theo cỏc kỹ thuật hũa tỏch đống, phần quặng dạng đỏ chỉ cần đập tới cỡ hạt 1-2 cm, sau đú quặng được đỏnh đống và tiến hành hũa tỏch thấm Đối với lụ quặng chứa nhiều sột hoặc loại đỏ rắn chắc thỡ cần kết hợp trộn với axit mạnh sau đú ủ và rửa để thu dung dịch hũa tỏch

- Dung dịch thu được từ quỏ trỡnh hũa tỏch quặng thường cú nồng độ urani thấp (<1 gU/l) và cỏc tạp chất lớn nờn việc ỏp dụng phương phỏp trao

trường so với phương pháp chiết (không kết tủa sản phẩm trực tiếp từ dung dịch hòa tách) Để tiến hành xử lý dung dịch hòa tách, sử dụng hệ trao đổi ion liên tục có nhiều lợi ích hơn hệ cột tĩnh

- Các mẫu quặng vùng Nông Sơn đã thử nghiệm có một số tính chất cơ bản giống nhau Tuy nhiên, tỷ lệ các khoáng cũng như hàm lượng các nguyên

tố khác nhau nên một số thông số công nghệ (như chi phí axit, chất ôxy hóa,

độ hạt và thời gian) cũng khác nhau Vì vậy, đối với mẫu quặng công nghệ cần có các thử nghiệm để xác định các thông số công nghệ tối ưu Sự kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đây được thể hiện ở phương pháp và kinh nghiệm tiến hành, phạm vi khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

- Mặc dù hòa tách đống là lựa chọn thích hợp cho việc xử lý quặng nghèo, các thử nghiệm hòa tách khuấy trộn luôn cần thiết trong việc nghiên cứu của các đề án

- Để có thể áp dụng hòa tách đống vào quy mô sản xuất cần có nhiều nghiên cứu, đảm bảo trình tự (thử nghiệm hòa tách khuấy trộn, hòa tách cột 1

m, 6m, pilot) để đảm bảo giảm thiểu rủi ro do quá trình hòa tách đống khá phức tạp

- Cần thử nghiệm xử lý trên hệ thống thiết bị đồng bộ có kích thước đủ lớn, có tính ổn định cao tại địa điểm tương tự nơi xây dựng nhà máy sau này

để khi tính toán chi phí sẽ thu được kết quả có độ chính xác cao

PHẦN II THỰC NGHIỆM

II.1 Mẫu nghiờn cứu

Việc lấy mẫu cụng nghệ được thực hiện bởi Đoàn 154 Liờn đoàn Địa chất Xạ Hiếm Lượng mẫu được lấy theo quy trỡnh lấy mẫu (cú bỏo cỏo chi tiết kốm theo)

II.1.1 Lựa chọn sơ đồ gia cụng mẫu quặng

Mục tiêu chính của quá trình gia cụng quặng là tạo ra khối quặng có kích thước phù hợp cho quá trình tách urani ra khỏi quặng ở giai đoạn tiếp theo Tuy nhiên, trong quá trình đập sẽ sinh ra một phần hạt mịn có thể gây tắc cột, khó khăn cho quá trình rửa tiếp theo Vì vậy phải lựa chọn giải pháp

đập để giảm thiểu lượng hạt mịn nhưng cũng phải tiết kiệm chi phí năng lượng Theo kết quả nghiờn cứu của đề tài [36] đó cụng bố ta cú thể lựa loại mỏy đập hàm và dựa vào đặc tớnh quặng đầu chủ yếu dạng cục cú kớch thước hạt lớn nhất Dmax = 350mm và yờu cầu kớch thước hạt quặng cho cỏc nghiờn cứu tiếp theo ta chọn sơ đồ gia cụng mẫu hỡnh 4

Quặng đầu được đập bằng tay xuống 200mm sau đú dựng mỏy đập hàm

để gia cụng tiếp

Tính toán mức đập cho các thiết bị đập được áp dụng theo công thức:

I = Dmax/dmaxtrong đó: I: mức đập;

Dmax: kích thước lớn nhất của quặng nguyên khai;

dmax: kích thước lớn nhất của quặng sau khi đập

áp dụng công thức này ta tính được mức đập đối với đối tượng nghiên cứu sẽ là I = 200/10 = 20 Tuy nhiên, Theo lý thuyết mức đập với mỏy đập trung và nhỏ cao nhất là 8 Vì vậy, ta chia thành hai mức đập khác nhau

Khi đó: I1 = Dmax/dmax1 và I2 = dmax1/dmax2

Giai đoạn 1: giảm kích thước từ Dmax = 200 mm xuống dmax = 25 mm Khi đó mức đập I1 = 8

Giai đoạn 2: quặng tiếp tục được đập tới kích thước - 10 mm và I2 = 2,5

39Hình 5 Sơ đồ gia công mẫu quặng