铀水冶工艺 21自然界中的铀及其化合物
铀水冶工艺 21自然界中的铀及其化合物
氡气
? 镭、钍等放射性元素蜕变而获得。氡气是气体中最重的 一个，也是唯一一个常规条件下全部由放射性同位素构 成的气体。
? 氡有27种同位素，均为放射性核素。大气中氡本身不 参加化学反应, 但其衰变产生的射线及衰变产生的短寿 命衰变产物对人体健康具有危害作用。对人体危害最大 的主要是222Rn及其衰变产物。
? 宇宙空间落到地球上的陨石中也含有少量铀，这表明宇 宙空间也有铀存在。
? 铀自1789年发现以来，它只是作为一个化学元素被人们研究， 很少应用。 1896年贝克勒尔（ H. Bacquerel ）发现放射性和 1898年居里夫妇 从铀矿中发现 镭以后，作为获得镭的原料， 铀矿开采才有一些发展。
? 1938年，发现并确定了 铀核裂变 现象，使人们认识到可以通 过人为的方法，促使铀核发生裂变，释放出巨大的能量。理论 上，1kg 235 U 全部裂变反应后所释放出的能量相当于 2500 t 无烟煤完全燃烧所释放出的能量。
二氧化铀制备方法有两种：
? 热分解法 重铀酸铵、三碳酸铀酰铵及草酸铀酰等铀盐，在隔绝
空气的情况下，热分解生成UO3，分解产生的还原性气体进一步 将三氧化铀还原成二氧化铀。分解温度约为450℃，还原温度在 650℃到800℃之间，其反应式为：
? 二氧化铀为深褐色或黑色粉末。经 X射线结构分析， 其 密 度 为 10.96g·cm-3 。 松 装 密 度 在 3.76 ～ 4.96g·cm-3之间，熔点为2800℃。在很高的温度 下，它也不挥发，作为核燃料来讲，二氧化铀在 高温下的物理特性相当重要。
2.2 铀在元素周期表中的位置
铀
铀纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀，U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀，其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程，而浓缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。
获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。
目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌金属铀握了铀浓缩技术。
提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。
气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。
基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。
当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。
这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。
第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。
它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。
美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。
气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。
气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。
铀原料放置于离心机中央反应室内，离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。
较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘，而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。
结晶U-235被称为“富铀”（浓缩铀），其余的“贫铀”则被丢弃。
仅靠单个离心机一次分离是远远不够的，必须通过更多离心机加工，才可以分离提纯。
铀提取工艺学第1章
铀生产简史
1963年国家决定建立第二批铀矿冶企业。到1967年先后建成 了广东和抚州两个铀矿冶联合企业，开发建立了新的铀矿、放射 分选厂和铀水冶厂，包括：衢州铀矿、本溪铀矿、修水铀矿、兴 城铀矿和伊宁铀矿及水冶厂等。
1970年，我国铀矿冶工业受到十年动乱期间“左” 的指导思想的严重干扰，提出新建近30个铀矿山（点） 和十几个铀水冶厂的高指标、大计划，给铀矿冶工业造 成很大的浪费和极为严重的后果。在建立第三批铀矿冶 企业的过程中，铀矿冶的科研工作仍然取得一定程度的 进展。
1960年至1970年间，铀生产处于一个下降阶段，这 是由于铀生产的订货已超过了当时的实际需求量。 1971年到现在是铀生产的回升阶段。20世纪70年代 初期，资本主义各国普遍出现了能源短缺的情况；
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铀生产简史
另外，核电技术的新发展，使核燃料上具有了和煤、石 油等化学燃料相竞争的能力。
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铀生产简史
17日又成功地进行了第一次氢弹试验。我国核能工业尽 管起步较晚，但其发展速度还是较快的。当前，在巩固 原有发展成果的同时，正在采取积极措施，以便更有效 地发展我国的核能事业。
我国核工业的创建和发展是新中国成立以来最大和 最有影响的成就之一。新中国成立以后，面对美国的核 威胁和核讹诈，毛泽东、周恩来等国家领导人高瞻远瞩、 审时度势，毅然作出了发展我国原子能事业的战略决策。 从1955年起我国开始铀矿普查勘探工作，并在1958年向 国家提交了第一批铀矿工业储量。1956年8月
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铀提取工艺是一门综合性的技术，其基本原则是 经济的原则，也就是盈利的原则，即用最低的支出获 得最高的收入，而且收入必须大于支出，同时应当考 虑较高资源利用率的原则。因此，铀提取工艺要求被 提取的铀矿石必须有尽可能高的铀品位，工艺流程应 当尽可能短，消耗的试剂和选用的设备应当尽可能少， 操作应当简单、方便、易行，有经济合理的尾矿和废 水处理方案，并且尽可能考虑综合回收。总而言之， 采用新技术、新设备、新材料，达到降低成本的目的， 这是开发和研究铀提取工艺的基本方向。
铀的提取过程
（《铀精制过程中按萃取法的改进》，高田真吾）
三、浓缩分离
铀同位素提取技术是从含有铀235的混合物中 提取铀235，由于在天然铀中主要含有铀238（含 量为99.275%），而铀235的含量仅为 0.720%。 因此必须通过铀同位素的分离来提高铀同位素混合 物中铀235的含量。
铀分离技术起源:由于铀核裂变释放大量能量， 用于二战时期制作核武器的核燃料。美国建立了以 电磁分离，气体扩散，热扩散的三个工厂，其中气 体扩散工业化贡献最大。
· 海水中也有铀，但是浓度很低，每吨海水平均只 含3.3毫克铀，但由于海水总量极大(海水中总含铀 量可达 4.5×10^9 吨)，所以也在探索海水提铀的 方法
铀的提取过程
铀的浸取 铀的精制
浓缩分离
y
一、铀的浸取
1、地浸法 不直接将铀矿石挖出，打几口井， 向地下注酸（或碱）液，在地下 把铀溶解出来。然后，将铀矿浆 从地下抽上来，直接输运到水冶 厂去加工。减少了污染环境的废 石和尾矿砂的产生。但受地质水 文条件限制，适用于地浸法的铀 矿床并不多。 2、浓酸熟化-高铁淋滤堆浸技术 先将破碎矿石进行浓酸熟化预处 理, 使矿石中的铁氧化为三价, 铀 大部分转化为可溶性盐, 然后采 用清水进行淋浸。 既缩短了矿石的浸出周期, 也提 高了浸出合格液的铀浓度。该研 究成果目前已经进行了多年的工 业应用。
（《中国铀矿冶生产技术进展综述》，曾毅君）
一、铀的浸取
3、细菌氧化堆浸技术 主要是利用氧化亚铁硫杆菌对矿 石中的黄铁矿或吸附尾液中的 Fe2+进行氧化,使Fe2+转变成 Fe3+ , 从而完成对矿石中低价铀 的氧化浸出。 4、井下爆破堆浸技术 对于一些品位很低的铀矿床来讲 (如含铀品位低于0 .1 %), 如果由 于地质、水文条件的限制,无法进 行地浸开采, 将矿石采出地表处 理又不经济，可以采用井下爆破 堆浸提铀技术。首先在井下矿体 内采切出必要的采空区, 然后采 用挤压爆破的方法在落矿筑堆的 同时对矿石进行破碎。降低成本 的同时减少了地表放射性污染的 程度。
广东某铀矿床水冶方法试验研究
广东某铀矿床水冶方法试验研究作者：彭诚田云来源：《西部资源》2017年第01期摘要：根据矿石的物质成份及化学成份，对矿石样品作了碱法和酸法搅拌浸出试验研究，探讨了碱、酸、氧化剂用量、浸出温度、时间等条件对铀的浸出率影响，并选用较好的工艺参数作验证试验。
通过试验证明：用碱、酸法在一般搅拌条件下，均能获得较高的浸出率，属于易处理类型矿石。
关键词：铀矿；水冶方法；试验研究广东西南部某铀矿床就目前勘查成果来讲属于小型铀矿，由二条矿带组成，矿体深部走向、倾向延伸情况暂还未查明，有较大的找矿前景，其开采水工环地质条件较为简单，属于易开采类型，故对其进行矿石加工技术性能试验研究很有必要性。
本次试验研究目的为查明提取铀的可能性，初步了解矿石加工技术性能，提供矿石初步评价资料，探索其工业利用价值，同时为下步勘查工作提供依据，对如何寻求最经济合理的浸出条件和指标，没有做更多的研究。
本次试验与某地质实验室共同完成。
1. 样品的制备及成份分析1.1 样品的制备样品取自该矿床3号矿带500m标高中段三个穿脉坑道一壁矿体，采用刻槽法，规格为10cm*5cm，其技术加工性能具有代表性，样品制备及缩分严格按照相关规范执行，共取样重56.72kg。
1.2 矿石物质成份组成矿石的矿物成份比较简单，主要由长石、赤铁矿、方解石、石英、绢云母及少量的黄铁矿组成。
铀矿物主要以铀的氧化物（沥青铀矿）的出现，其次是含铀矿物（方解石、赤铁矿）及少量的次生铀矿。
1.3 化学成份从化学分析（表1和表2）可以看出，CaO、 MgO等耗酸杂质含量较高，属于碳酸盐类型矿石，应宜用碱法处理，但考虑到矿体规模，可能不单独建厂，故同时用酸法也作了试验。
1.4 物理分析物理分析铀品位为0.184%，镭品位为6.27×10-10g/g矿石。
为确定试验粒级，进行了筛析试验（见表3），从筛析结果可以看出，铀在各级别中分布不均匀，细级别中铀含量高，这与矿石局部细脉状沥青铀矿沿裂隙充填有关，铀矿物较脉石矿物易破碎，所以细级别中铀较富集。
铀水冶工艺-6.2 酸性、碱性溶液中铀的沉淀与过滤
(4)搅拌强度 搅拌的作用在于使溶液与沉淀剂混合均
匀，避免局部过碱，加快扩散过程的速度。 搅拌强度太小，溶液和沉淀剂不能均匀地混 合；搅拌强度太大，不仅多消耗动力，而且 容易打碎已长大的沉淀颗粒，所以搅拌强度 应选择适当。
铀的沉淀：
(7-13)
ห้องสมุดไป่ตู้
2 UO2SO4+6 NH4OH→(NH4)2U2O7↓+2(NH4)2SO4+3 H2O
杂质的沉淀：
(7-14)
Fe2(SO4)3+6 NH4OH→2Fe(OH)3↓+3( NH4)2SO4
Al2(SO4)3+6 NH4OH→2Al(OH)3↓+3(N H4)2SO4
7.3 酸性溶液中沉淀铀
浸出液经离子交换或溶剂萃取处理后所得到的 淋洗液或反萃取液，通常是铀浓度较高的酸性溶液 (其铀浓度为几至几十g·L-1)，其中仍含有少量铁、 铝、钼、钒、磷等杂质。
生产上通常采用加碱(氨水、氢氧化钠、石灰或 氧化镁)中和的办法，从酸性溶液中沉淀铀，以制取 铀的化学浓缩物或纯的重铀酸铵。
酸性溶液中六价铀以铀酰离子(UO22+)的形式存 在。当往溶液中加碱中和余酸，使pH值上升到2.3 左右时，铀酰离子便开始水解而沉淀;当pH>6.5时， 铀则以重铀酸盐的形式全部沉淀出来。这时溶液中 的大多数金属杂质(如铁、铝等)也随铀一起沉淀出 来。
几种常见金属的氢氧化物沉淀pH范围列于表71。现以氨水(NH3·H2O)中和硫酸铀酰溶液为例，说 明沉淀过程的主要化学反应和影响因素。
什么是铀——精选推荐
什么是铀？[标签：基础知识]提问者：zhucexindao 浏览次数：1797 提问时间：2009-08-21 17:55【中文名称】【英文名称】【结构或分子式】【相对分子量或原子量】【密度】【熔点（℃）】【沸点（℃）】【性状】【用途】【制备或来源】【提炼】【其他】【中文名称】铀【英文名称】uranium【结构或分子式】[img]/gonglue/2009/08/21/052da7064bd81c35c8dd248e0ee00b0c .jpg_s[/img]【相对分子量或原子量】238.02891【密度】19.04【熔点（℃）】1132【沸点（℃）】3818【性状】新切开面为银白色，质地致密。
在空气中变暗，生成一层氧化膜，可用稀硝酸洗掉。
【用途】一种天然放射性元素。
铀235是重要的核燃料，用于原子能工业以及核武器的制造。
铀234和238也用于核反应堆的燃料。
【制备或来源】金属铀可通过在密闭容器中用钙或镁在1200～1400℃的高温下还原四氟化铀而制得。
另外，从硝酸铀酰出发，经过三氧化铀、二氧化铀、四氟化铀并最后还原，可得到金属铀。
【提炼】水冶工艺铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别，但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一)，而用作核燃料的最终产品的纯度又要求很高(金属铀的纯度要求在99．9％以上，杂质增多，会吸收中子而妨碍链式反应的进行)，所以铀的冶炼不象普通金属那样简单，而首先要采用“水冶工艺”，把矿石加工成含铀60～70％的化学浓缩物（重铀酸铵)，再作进一步的加工精制。
纯化铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸氨)呈黄色，俗称黄饼子，但它仍含有大量的杂质，不能直接应用，需要作进一步的纯化。
先用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰溶液。
再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，以达到所要求的纯度标准．纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。
二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。
用稀酸淋浸法从铀钼矿石中浸出铀和钼_王小东
用稀酸淋浸法从铀钼矿石中浸出铀和钼王小东(核工业北京化工冶金研究院,北京101149)摘要:毛洋头570矿床为原生铀矿床,其中SiO 2质量分数在70%以上,铀和钼的质量分数分别为01116%和01475%。
采用稀酸淋浸法可浸出其中的铀和钼。
矿石粒径小于10mm,淋浸剂质量浓度10g /L ,pH 210左右,电位-400mV 以上,氧化剂为Fe 2(SO 4)3,浸出134d,80%以上的铀,50%左右的钼得到浸出。
关键词:淋浸;铀;钼中图分类号:T F111.31;T F841.2;T F88 文献标识码:A文章编号:1009-2617(2003)04-0188-03收稿日期:2003-01-23作者简介:王小东,1970-,男,内蒙古呼和浩特人,硕士研究生,工程师,主要研究方向为水文地质。
毛洋头570矿床为原生铀矿床,其中伴生有钼。
曾采用常规酸浸、高压碱浸法回收铀,但钼的浸出效果不很理想。
本试验采用稀酸间歇淋浸,将硅的浸出控制在30mg /L 左右,浸出剂浓度控制在较低水平,用硫酸铁作氧化剂,铀和钼得到有效浸出。
1矿石性质试验所用矿石中含有铀、钼、银等多金属。
铀主要以沥青铀矿和细分散吸附状态存在,吸附体主要是水云母和粘土矿物;钼主要以蓝钼矿、少量以硫化钼形式存在。
其它金属矿物主要有赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、硫化铜矿和少量含铀钛矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿,脉石矿物主要是石英、萤石、水云母、粘土矿物和少量的绿泥石、碳酸盐等。
矿石主要化学成分见表1。
表1矿石主要元素化学分析结果%成分w B /%U 01116M o 01475SiO 27314Fe 2O 3210FeO 118Ca 0113M g 0106Ag 01004S 总501452仪器与试剂pHs -3型酸度计;淋浸柱为玻璃柱,3#柱150mm @2000mm,4#柱100mm @2000mm 。
浓硫酸、Fe 2(SO 4)3均为工业纯。
最新-含铀废水处理工艺探讨 精品
含铀废水处理工艺探讨核燃料和稀土化工生产会产生含铀放射性废水，对含铀废水需处理至国家排放控制标准后方可排放，目前含铀废水的处理方法多样，本文对废水除铀的常用方法进行阐述，并就不同废水处理工艺路线选择进行分析，以供选用时参考。
废水处理;含铀废水;分离工艺随着我国对环境保护管理要求的不断提高，排放的工业废水对重金属含量控制日益严格。
涉及核燃料化工处理和稀土生产中产生的废水会含有一定量的放射性铀，对于此类废水回收其中的贵金属铀和保证排放达标是必须的，选择经济高效的处理工艺需要根据实际情况综合考虑。
一、含铀废水的处理工艺废水中的铀主要有四价和六价两种价态，铀含量高时可以通过加入沉淀剂沉淀出大部分的离子，经过沉淀后浓度无法直接达到排放标准，此类液体或含量较低时废液直接通过以下三类方式处理一是将废水排进水域稀释或加水稀释至控制要求排放;二是将废水直接加热蒸发浓缩，减容后浓缩物固化存放，此方式适用于各类废液尤其是高放射性废水;三是通过化学分离将铀从废液中分离，废水铀含量降低至达标后排放，铀富集后回收再用。
稀释处理适用于含量极低的低放射性废水，其他的处理技术主要根据应用工艺不同分为絮凝沉淀法、吸附法、离子交换法、蒸发浓缩法、膜分离等。
一沉淀絮凝法。
沉淀絮凝法采用化学试剂与废水中的铀离子发生共沉淀以降低溶液中的铀含量，通常使用的沉淀剂有铁盐、铝盐、磷酸盐等。
聚合沉淀法时加入的絮凝剂在溶液中生成氢氧化物的絮状沉淀，产生的氢氧根离子与铀离子生成沉淀，絮状沉淀对铀也有很强的吸附作用形成共沉淀。
常用的絮凝沉淀剂有聚合氯化铝、聚合硫酸铁等，聚丙烯酰胺应用在沉淀时去除铀的能力也很大。
当废液中加入零价铁粉时，零价铁将铀离子进行还原成四价铀，四价铀形成沉淀物聚集在铁粉表面。
铁粉溶解在溶液中的铁离子在适宜酸碱度下也会形成氢氧化物沉淀，产生与絮凝剂相同的除铀作用。
由于多种作用联合零价铁可将溶液铀浓度降至很低的水平，尤其在偏酸性环境下通过搅拌或超声波充分混合作用时对铀的去除能力极强。
铀水冶工艺-2.2 铀的水溶液化学及铀盐
铀浸出过程中，U4+/UO22+在硫酸介质或碱性介质 中的转化过程完全类同于上述氧化-还原反应。
铀的浸出过程中固态四价铀的氧化虽属液固相反应， 但从化学机理上看，仍受着上述氧化-还原电位规 律的支配。适当选取氧化剂(如H2O2、MnO2、 NaClO3、加压O2等)，氧化反应即可顺利进行。
2.4.2.2各种氧化态及其氧化-还原性质
铀(Ⅲ) 3价铀的卤化物溶于水即可制得U3+离子的溶 液。这种离子的还原性十分强，甚至能将水还原生成氢 而逸出；
铀(Ⅳ) U4+离子的溶液有两种方法可以获得：一是将 四氯化铀溶于水；二是采用中等还原剂[如连二亚硫酸 钠、铅(Pb还原剂)或锌汞齐]或是用电解的方法将铀酰 盐的溶液还原。
U4+ + H2O → U(OH)3+ + H+
与此相反，溶液中少量Cl-离子能抑制链式反应。这些 离子消耗溶液中的链式反应活动中心，反应式为：
硫酸介质中U(Ⅳ)很快被Fe3+氧化，1～2 mol·L-1磷酸 能减慢这一反应的速度，但反应仍可进行到底。若在6 mol·L-1磷酸溶液中，铀(Ⅵ)可被Fe2+还原。
水解常数随温度的增加和离子强 与U4+一样，UO22+配位不饱和，而它的有效电荷数 又比一般金属离子Me2+为高，从热力学的观点看， UO22+的熵值比多数金属Me2+为低，基于这些原因， 它具有强烈的水解趋势。
当pH＞3时，UO22+开始水解，生成一系列聚合水解 产物：U2O52+、U3O8(OH)+及U3O8(OH)2等，在稀 溶液中，还存在UO2(OH)+及(UO2)2(OH)3+。
铀水冶工艺-4.2离子交换过程的物理化学、离子交换吸附铀
图5-8 交换离子在溶液和树脂内的分布情况
浸出液中有不少杂质的浓度高于铀的浓度，一 部分杂质离子可能以渗透的方式进入树脂相内 部。
当用水冲洗饱和树脂时，由于在稀溶液中，唐 南排斥作用明显，因此，可以把部分杂质除去。
5.3.2.3离子交换平衡
离子交换平衡是与以上二者同时存在的另一种平 衡。如果在溶液中存在着两个以上的可交换离子， 当树脂与该溶液接触时，不同种类的可交换离子 与树脂的活性基团之间将发生不同的交换作用。
(3)可交换离子电荷多少的影响
按交换过程的电中性原则，溶液中可交换离子电荷愈多(与树脂中 可交换离子比)，则交换后它们在树脂内所形成的可交换质点数目 愈少，由它们带进树脂内部的溶剂分子的量亦少，因此，树脂的 溶胀度就愈小。
由此可以推断，对铀工艺中所使用的氯型强碱性阴离子交换树脂 来说，若在交换过程中，R+Cl-或R+NO3-的Cl-或NO3-被 UO2(SO4)34-或UO2(SO4) 22-所置换，树脂的体积应当发生收缩； 而在饱和树脂淋洗时，情况则相反，这时吸附UO2(SO4)34-和 UO2(SO4) 22-的饱和树脂被NO3-或Cl-所置换，树脂的体积将发生膨 胀。
电荷愈多，静电引力就愈大；另外，从扩散原理来分析， 趋势的大小只与浓度有关，与电荷的多少无关。
若树脂饱和度相同，则高电荷的可交换离子比低电荷的 在树脂相内的质点数要少，故离子由树脂向溶液扩散的 趋势就小。因此，高电荷的可交换离子将被优先地吸附 到树脂上。
电选择性与溶液的浓度也有关系，当溶液相浓度愈稀时， 唐南电位就愈大，电选择性就愈明显。
(3)强电解质对树脂的渗透
强电解质的渗透是发生离子交换的必要条件。如果将树脂R+Y-，用一 个具有可交换离子Y-的溶液饱和，随即将这个被Y-饱和了的阴离子交 换树脂R+Y-，放到一个强电解质A+Y-的稀溶液中，此时，树脂相内部Y的浓度大于溶液相中Y-的浓度；而溶液中A+的浓度却大于树脂相中A+ 的浓度。
铀水冶工艺-6.1 铀沉淀的基本原理
处的扩散，提高C2的数值是必须的，而加热和搅拌则是经常采用的有效 措施。总之，为了提高晶体成长的速度，要求溶液中被沉淀物质有足够
高的浓度，但它又为晶核数目所制约而不能过高，这就是说，溶液要有
合适的过饱和度，同时，由于适当的加热和搅拌可以加强扩散，所以对
晶体成长往往是有利的。
除扩散的因素外，表面吸附现象也会影响晶体 成长速度，被沉淀物质粒子间附着力愈大，愈有利 于晶体表面的吸附，从而有利于晶体的长大。
第7章 铀的沉淀
7.1 概述 7.2 沉淀法的基本原理 7.3 酸性溶液中沉淀铀 7.4 碱性溶液中沉淀铀 7.5 沉淀物的过滤和过滤设备
7.1 概述
在铀矿加工工业的发展历史上，曾经研究了各种制备铀化学浓缩物的方 法，目前应用最多的还是沉淀法。往溶液中加入某种化学试剂(沉淀剂)， 使溶液中的某种或某些物质生成固体难溶化合物而从溶液中析出的化学 过程，叫做沉淀。
析出沉淀的过程大致可分三个阶段进行： ①形成热力学上不稳定的过饱和溶液； ②生成具有隐晶结构的晶核或结晶中心； ③晶体成长。
当向溶液中加入沉淀剂后，由于化学反应，被沉淀物质的离子浓度乘积 超过其溶度积，该被沉淀物在溶液中的浓度达到过饱和的程度，溶液处 于热力学亚稳状态，继之迅速产生晶核。单位体积内晶核生成的数目和 溶液的过饱和度成正比，这种关系可表示为：
晶体成长是沉淀结晶过程的最后阶段。晶体长大的机理有各种理论，在 这里仅就扩散理论略加介绍。根据扩散理论，晶体界面的线性生长速度 可用下述方程表示。
（7-11）
式中：l —结晶大小的线性尺寸；τ—时间；Kt和A—与温度、被沉淀结晶
物质和溶液特性有关的二个常数；
—主体溶液中被沉淀物质的浓
铀矿加工工艺学
铀矿加工工艺学杨伯和前言几十年来，美国原子能委员会和国际原子能机构（IAEA）几乎每隔十年就出版一本关于铀的提取工艺学方面的书，总结在此期间铀矿加工工艺的研究成果和生产经验。
但是这些书的内容大多数只涉及国外的情况，很少或几乎没有我国的相关内容。
因此，既不全面也无法从中了解我国在铀矿加工工艺方面的研究成果和生产经验。
中国的铀工业经历了从无到有、不断完善的过程，积累了大量科研和生产的经验。
近年来，随着铀工业的调整，一大批铀矿加工厂关闭或退役，从事铀矿加工工艺研究的技术人员大批退休或转业。
但是，核电的迅速发展必然对铀矿加工工业提出更高的要求，从核燃料立足本国的要求出发，为了向核电站稳定供应高质量、低成本的核燃料，必然要求我国铀矿加工工艺的研究和生产不断发展。
为了适应新形势的要求，以编著《铀矿加工工艺学》的形式，把我国铀矿冶研究院、所和生产厂、矿多年积累的科研成果和生产经验，比较系统、完整、准确地记录下来，具有总结经验和培训年轻人才的双重作用。
铀矿加工工艺采用湿法冶金的方法从矿石中提取铀，通过纯化，制备符合应用要求的铀产品。
因此，铀矿加工工艺是一门综合性的技术，它涉及地质（资源）、采矿、水冶（湿法冶金）、安全、环保等领域，需要分析、材料、设备等各方面的配合。
《铀矿加工工艺学》共十四章，除了第一章“绪论”以外，分为“铀矿资源和浸矿技术”、“从溶液中纯化和回收铀”和“安全防护和环境保护”三部分。
第一部分“铀矿资源和浸矿技术”，共五章。
介绍了世界各国铀资源的概况和主要铀矿物，阐述了铀矿的开采方法和矿石的预处理。
从矿石中提取铀是铀矿加工的主要目的，因此对浸矿技术进行了比较详细的介绍。
浸出矿浆通过固-液分离得到含铀的水溶液，为铀的纯化和铀产品的制备奠定基础。
第二部分“从溶液中纯化和回收铀”，共五章。
以铀的水溶液化学为基础，介绍了铀溶液的纯化方法，分别阐述了离子交换法、溶剂萃取法和沉淀法制备铀产品的化学、化工基本原理和工业应用的设备。
铀的提取和纯化
铀的提取和纯化铀的提取和纯化是指从铀矿石中提取铀直到制成核纯（见放射性核素纯度）铀化合物的工艺过程，是天然铀生产的重要步骤。
1正文主要产品有重铀酸铵(俗称黄饼)和三碳酸铀酰铵等。
纯化（又称精制）后的铀化合物产品，必须达到核纯的要求。
精制的产品进一步干燥、煅烧，加工成二氧化铀或八氧化三铀,供制作反应堆元件或六氟化铀（用于铀235的同位素分离）用。
整个过程须经下述单元操作：铀矿石的破碎和磨细、铀矿石的浸取、矿浆的固液分离、离子交换和溶剂萃取法提取铀浓缩物、溶剂萃取法纯化铀浓缩物。
可根据矿石种类、产品要求等不同情况，选择由上述单元操作所组成的适当流程。
破碎和磨细破碎是将矿石经颚式破碎机、圆维破碎机或锤式破碎机粗碎、中碎和细碎以达到所要求的粒度。
然后进行细磨，以达到浸取工序所要求的粒度。
浸取用溶剂将矿石中的铀选择性地溶解。
铀矿石经浸取后，铀与大部分脉石分离，浸取液中铀与杂质的比例比原矿石中约提高10～30倍，因此，浸取过程也是铀与杂质初步分离的过程。
铀矿石浸取方法一般有酸法和碱法两种。
多数铀水冶厂采用酸浸取法,少数厂用碱浸取法,只有个别厂同时采用酸、碱两种浸取流程。
酸浸取法一般用硫酸作浸取剂，矿石中的铀和硫酸反应,生成可溶的铀酰离子(UO卂)和硫酸铀酰离子【UO(SO)】;浸取时常加入氧化剂（常用二氧化锰、氯酸钠），以保持适宜的氧化还原电势（约450毫伏），使四价铀氧化成六价,以提高铀的浸出率。
含碳酸盐的铀矿石主要用碱法浸取，常用的浸取剂为碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液，在鼓入空气的条件下，矿石中的铀与碳酸钠生成碳酸铀酰钠Na【UO(CO)】,溶于浸取液。
矿浆的固液分离矿石浸取后所得到的酸性或碱性矿浆（包括含铀溶液、部分杂质及固体矿渣）中的溶液和矿渣须经分离。
根据需要也可进行粗矿分级，以除去+200～40目的粗砂,得到细泥矿浆。
常用的固液分离设备有过滤机、沉降槽（浓密机）；分级设备有螺旋分级机、水力旋流器。
中国还采用流态化塔进行分级和洗涤。
铀纯化和铀转化废物再循环再利用工艺分析
铀纯化和铀转化废物再循环再利用工艺分析发表时间：2019-07-16T11:00:36.980Z 来源：《建筑模拟》2019年第22期作者：宋传令1 2 王宏青1[导读] 本篇文章首先对我国铀纯化和转化的工艺进行分析介绍，然后就铀纯化及转化过程中产生的废物再循环及再利用工序进行探讨，希望能够实现核燃料循环过程中的低排放。
宋传令1 2 王宏青11.南华大学化工学院湖南衡阳 4210012.中核二七铀业有限责任公司湖南衡阳 421001摘要：在核燃料循环过程中会涉及到铀的纯化及转化工序，在这两个工序过程中会产生一些放射性废物，这些废物需要经过处理以达到循环再利用的目的。
本篇文章首先对我国铀纯化和转化的工艺进行分析介绍，然后就铀纯化及转化过程中产生的废物再循环及再利用工序进行探讨，希望能够实现核燃料循环过程中的低排放。
关键词：铀纯化；铀转化；再循环再利用1992年国际原子能机构便提出了放射性废物最小化的理念，国际原子能机构的理念在于对设施设计及退役活动中的初始废物或者二次废物进行再循环或者再利用处理，减少放射性废物的排放量，以达到尽可能低的排放水平。
铀纯化和铀转化是核燃料循环中的一个重要环节，在这两个环节中会产生一些放射性废物，而通过再循环或者再利用工序可以回收利用一些废物，减少废物的排放量。
基于此，再循环和再利用也作为新一代核设施设计方案时需要考虑的因素，对于减少废物的排放量起着重要作用。
1.铀纯化和转化工艺过程在核燃料循环过程中，铀的纯化和转化设计的工序主要有纯化、产生UO3、UO2以及产生UF4和UF6。
1.1 铀纯化铀的纯化工艺中，原料是黄饼（也就是U3O8），将原料溶解在硝酸溶液中，制成硝酸铀酰溶液，然后使用30%的TBP-煤油溶液进行萃取，含铀化合物会溶解在有机相中，杂质便存在于水相中，因此实现有机铀和杂质的分离。
含铀有机相在使用稀硝酸进行反萃得到硝酸铀酰溶液。
1.2 UO3和UO2的生产纯化后的硝酸铀酰溶液可以用来生产UO2和UO3，生产过程主要利用三种方式。
【科普】制造原子弹的铀到底是什么？
【科普】制造原子弹的铀到底是什么？有一个新闻非常轰动，新闻中说，核工业北京地质研究院院长李子颖带领的研究团队采用光电能谱方法，对产于我国典型热液型铀矿床中沥青铀矿的成分和价态进行了系统的研究，发现沥青铀矿中铀不仅有四价和六价形式，还以金属铀（零价）形式存在。
为什么这个新闻会引起轰动呢？因为大家都知道，铀是可以制造原子弹的。
但为什么原子弹那么难造，原因就在于自然界的铀矿中存在的铀一般都是化合物，提炼起来非常困难，而纯净的金属铀的存在简直就是“放在一起就可以直接爆炸成为原子弹”，非常有意思。
关于铀可以制造原子弹的事情，说起来还真有一段风云往事。
偶然发现原子核的分裂秘密1938年的圣诞节，比以往时候来得要冷一些。
德国的哈恩教授与他的助手斯特拉斯曼在柏林的威廉皇家化学研究所里，正在拿一个中子源轰击92号铀元素，在他们的工作计划中，他们希望在轰击的产物中能找到大量的88号元素——也就是居里夫人发现的那个镭元素。
可是，事情似乎正在变得不可控，他们发现大量的92号铀元素正在分裂为差不多质量的2部分，比如说56号元素钡就产生的特别多一些。
但是，这情况是以前从来没有预料到的，所以哈恩觉得很困惑。
对于原子核的分裂，则有点类似于整数分拆，如果没有强相互作用的束缚，那么整个原子核系统可以任意分裂：比如4=1+1+1+1=2+1+1=3+1=2+2，一共是5种可能。
铀原子核的分裂，也像整数分拆，有很多可能。
这背后有一定的规律，但这种规律是隐藏的，而且看上去像是随机的。
在那个时候，哈恩作为一个化学家，对这个规律有点吃不准。
他很希望别的实验组也能够做类似的实验，大家相互验证一下实验结果。
于是，他就写信给当时已经被迫离开德国的女物理学家迈特纳。
哈恩把实验的过程与结果全部和盘托出，告诉了迈特纳，他希望迈特纳也能做一下相同的实验，然后再提供一下相应的看法。
这种事情，迈特纳也是第一次听说，于是她把自己的外甥弗里兹（Otto Frisch）找来，一起讨论这个事情。
铀废水的处理
地下水中的铀潘启航摘要：放射性元素污染是近代发现的一种危害性大的污染类型。
它和其他污染物一样可以进入地下水组织，对使用地下水的工农业和人类健康造成重大的影响。
调查地下水中的铀元素运动和含量，可以了解其污染途径和源头，从而采取有效的措施治理放射性污染。
采用新型的处理方法可以节约成本并完全地消除放射性污染，为核能源的利用提供有力的促进。
关键词：地下水污染放射性污染铀废水1背景地下水污染可以分为四大类：有机物污染、无机物污染、微生物污染和放射性元素污染。
其中，放射性元素污染是危害性最大，时间最长的一种新型污染，是随着近代的核工业发展而出现的。
如铀矿的开采和水冶废水、铀的精制和核燃料制造废水、反应堆运行废水、反应堆燃料的后处理废水、生产放射性同位素产生的废水以及使用放射性同位素的工厂和研究部门产生的废水等，都是带有放射性的污染源。
由于处理技术的步伐跟不上核能源的生产过程，有一部分的放射性元素进入环境并造成了污染。
这种污染已经成为当前和今后最突出的环境问题之一。
2来源和危害含铀废水是一类来源广泛的放射性废水，如铀矿的开采和水冶废水、铀的精制和核燃料制造废水、反应堆运行废水、反应堆燃料的后处理废水、生产放射性同位素产生的废水以及使用放射性同位素的工厂和研究部门产生的废水等。
原地浸出采铀是将按一定配方配制好的溶浸液,经注液钻孔注入到天然的含矿含水层中,在水力梯度作用下沿矿层渗流,通过对流和扩散作用,选择性地氧化和溶解铀,形成含铀溶液,经抽液钻孔提升至地表,再进行水冶处理得到所需的铀浓缩物产品。
由于我国地浸采铀矿山多采用酸法浸出工艺,采区退役后,地下水中的SO4—2、NO3—、U (VI)、H+和重金属离子等许多组分严重超标。
若不及时加以治理,这些污染物便会通过渗透迁移作用威胁下游地下水资源,对工农业的生产和人类的饮水安全造成很大的影响。
我国的铀污染从建国初研究原子弹时期就已经出现了，只是当时没有得到重视。
由于正规的铀矿和处理铀矿石的工厂都没有建成，全国开展了大范围的土法炼铀。
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最重要的几种铀氧化物性质
（1）二氧化铀UO 2
? 从铀生产工艺上来讲，二氧化铀是最重要的化合物之一。 ? 原生铀矿物中，铀的存在形式就是UO 2，而由原生铀
矿物经各种地质作用和自然力作用形成的次生铀矿，其 中部分铀也是以UO2形式存在。 ? 从铀化工转化过程的中间产品、生产金属铀的原料以及 直接用作核燃料的角度看，研究二氧化铀的性质也具有 现实意义。
? 式中FP表示铀核的裂变产物，E为裂变所释 放出的能量。
? 235U也能自发裂变，其自发裂变的半衰期为 (1.8±1.0）×1017年。
放射性
? 元素从不稳定的原子核自发地放出射线，(如α射线、β 射线、γ射线等)而衰变形成稳定的元素而停止放射(衰 变产物)，这种现象称为放射性。
? 放射性核素有2300多种，又可分为天然放射性核素和 人工放射性核素两大类。放射性衰变最早是从天然的重 元素铀的放射性而发现的。其中放射性最强的天然核素 主要有镭（ 226 Ra ）等，镭常与铀伴生。
? 235 U即锕铀（AcU），它存在于天然铀内的原因尚不 十分清楚。235U量虽少，但意义却很大。它吸收慢中子 后即发生裂变，并伴随放出大量的能量。
? 235 U完全裂变的“热能当量”大约为22,022,000 kw·h·kg-1 235U。在放出能量的同时，还产生许多裂变 产物，即其它放射性核素。每个发生裂变的铀核平均放 出（2.5 ±0.1 ）个中子。其过程如下式所示：
? 要去掉铀矿石中放射性较根本的办法是分离掉铀衰变系中的226 Ra 。 通常，除镭就能除去绝大部分放射性，镭在铀矿石浸出阶段与而获得。氡气是气体中最重的 一个，也是唯一一个常规条件下全部由放射性同位素构 成的气体。
? 氡有27种同位素，均为放射性核素。大气中氡本身不 参加化学反应, 但其衰变产生的射线及衰变产生的短寿 命衰变产物对人体健康具有危害作用。对人体危害最大 的主要是222Rn及其衰变产物。
第2章 铀及其化合物的性质
2.1 自然界中的铀 2.2 铀在元素周期表中的位置 2.3 铀的重要化合物 2.4 铀的水溶液化学 2.5 铀离子络合物 2.6 铀盐
2.1 自然界中的铀
? 铀是一个在自然界存在的天然放射性元素， 1789年被克拉普洛特（ M. H. Klaproth ）发 现，当时恰好发现了天王星（ Uranus ），因此 就以“天王星”命名为 Uranium 。
铀矿石的放射性
? 铀矿石中一定含有镭，而镭是主要放射性核素，铀矿石的放射性主要 来自镭。226 Ra 是222 Rn 的母体，半衰期为1602年，222 Rn 及其衰 变产物均具有放射性，对人体危害很大，222 Rn 的半衰期为3.82d ， 去除氡也就是去掉了铀矿石的大部分放射性。但这种放射性的去除只 能维持一个短时间，只需经约十个222Rn的半衰期，它又恢复到原来 的平衡值，它的许多子体也将相继出现。
? 铀有多种价态： U 3+、U4+ 、U5+ 、U 6+
? 六价铀在水溶液中形成稳定的大铀酰离子
UO
2+ 2
，失去全部价电子的U6+，具有氡壳
心的电子层结构。这种惰性气体构型的离子
所形成的氧化物在热力学上是最稳定的。
2.2.2 铀的同位素
? 天然同位素238 U、235 U和234 U 以混合物的形式构成天 然铀，其中最有意义的是238U和235U。这三种同位素在 铀里面的相对丰度如表2-3所示。
2.2 铀在元素周期表中的位置
? 2.2.1 锕系理论及铀的电子结构 ? 1926年，有人预计，在元素周期表的第七周期存在着一个类似稀
土元素的族。这一理论预见在发现超铀元素之前没有被人们接受。 ? 1940年以后，镎、钚等超铀元素相继发现。1945年，西博格明
确提出了他的假定：锕和超锕元素组成一个族，在这个族里，5f 电子层逐渐被填满，就像镧系元素的4f电子层一样，这就是著名 的锕系理论。这一理论的提出，彻底打破了把锕、钍、镤、铀放 在周期表III、IV、V、VI副族的传统概念。
2.3 铀的重要化合物
? 着重讨论与提取、精制有关的一些铀化合物， 特别是铀的氧化物和卤化物。
? 2.3.1 铀的氧化物 ? 2.3.2 铀酸盐和重铀酸盐 ? 2.3.3 铀的卤化物
2.3.1 铀的氧化物
几乎在所有铀矿物中，铀均以氧化物的形式存在，从某 种意义上讲，铀的浸出，就是研究各种化学试剂对铀氧化 物的作用，而作为工艺产品的二氧化铀又是目前最广泛用 于动力反应堆的核燃料。 ? 铀-氧体系是最复杂的二元体系之一，目前已知有工艺 意义的铀氧化物有二氧化铀UO 2、八氧化三铀U3O8、三 氧化铀UO 3和过氧化铀UO 4·2H 2O。
表2-3 天然铀同位素的相对丰度
?
238U是天然铀4n+2放射系的母体，是
天然铀中丰度最大的同位素。在慢中子作用
下，不发生裂变。但可发生如下核反应：
? 所产生的239U很不稳定，经两次β-衰变而 生成Pu。
? Pu 能为慢中子所裂变，因此，它也是一种 核燃料。239U能自发裂变，其自发裂变的半 衰期达（9.86±0.3）×1015年。
? 铀在自然界的分布是相当广泛的，地壳和海水 中有大量的铀，甚至宇宙空间也有少量铀存在。
? 地壳中平均1g岩石的铀含量约为3 ~ 4×10-6g，在地 壳的第一层（距地表20 km）内含铀近1.3×1014 t 。 但是，铀在地壳内的分布极为分散，富矿很少。
? 海水中铀的含量约为3.3 mg ·m-3 ，因此海水中含铀 总量可达4.5 ×10 9 t 。此外，大部分温泉、湖水、河 水和某些有机体中也都有少量铀存在。
? 宇宙空间落到地球上的陨石中也含有少量铀，这表明宇 宙空间也有铀存在。
? 铀自1789年发现以来，它只是作为一个化学元素被人们研究， 很少应用。 1896年贝克勒尔（ H. Bacquerel ）发现放射性和 1898年居里夫妇 从铀矿中发现 镭以后，作为获得镭的原料， 铀矿开采才有一些发展。
? 1938年，发现并确定了 铀核裂变 现象，使人们认识到可以通 过人为的方法，促使铀核发生裂变，释放出巨大的能量。理论 上，1kg 235 U 全部裂变反应后所释放出的能量相当于 2500 t 无烟煤完全燃烧所释放出的能量。