用N235从某铀矿石酸性浸出液中萃取铀试验研究

曾广军，王桂硕，刘忠臣，向秋林，刘会武，黄 永

(1.西安中核蓝天铀业有限公司，陕西 西安 710500；2.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

从溶液中分离铀常用溶剂萃取法[1-2]。对于矿石酸性浸出液中的铀，常用胺类萃取剂萃取，萃取机制为阴离子缔合[3-6]。

多金属铀矿石低酸浸出液中的铀可用N235萃取分离[7-12]。N235对铀有较强的萃取能力，一般阳离子杂质，如Ca2+、Mg2+、Mn2+等不干扰萃取，铀与这些杂质离子的分离系数高达103～104；但溶液中的铁以配合阴离子形式存在，易被N235萃取，且具有较高的分配系数，通过单级萃取无法实现与铀的分离[13]。

从负载铀的N235有机相中反萃取铀，目前常用碳酸钠与碳酸氢钠作反萃取剂。碳酸根离子与铀酰离子之间的强配合作用可将铀反萃取到水相中，碳酸根与质子化的胺盐阳离子反应使胺盐失去对铀的萃取能力[14-16]。在多级逆流反萃取过程中，溶液中铀质量浓度及pH的变化，会导致体系中形成浑浊物，生成第三相，影响反萃取效果等问题。

试验针对现有工艺中存在的问题，研究了用N235作萃取剂、Na2CO3+NaHCO3作反萃取剂，以多级逆流萃取及多级逆流反萃取工艺从某铀矿石酸性浸出液中分离铀。

1 试验部分

1.1 试验原料与试剂

萃原液：某铀矿石浸出液，主要组成见表1，pH=0.80，主要杂质有铁、铝、镁、钙等离子。

表1 萃原液组成 g/L

有机相：5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，体积比。

N235，磺化煤油，硫酸，均为工业纯；TBP，NaOH，Na2CO3，NaHCO3，均为分析纯。

1.2 试验设备

pH计，pHS-3B，上海雷磁仪器有限公司；电磁搅拌器，JB-2，上海雷磁仪器有限公司；电子天平，PL2002，梅特勒托利多科技有限公司；ICP-AES，5300DV，美国Perkin Elmer公司；电磁计量泵，CONC1600，普罗名特流体控制有限公司；蠕动泵，BT100S，保定雷弗流体科技有限公司；混合澄清槽，自制；烧杯，分液漏斗等。

1.3 试验原理与方法

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N235萃取铀酰离子的反应为阴离子交换反应，不受Al3+、Mg2+、Ca2+等阳离子干扰；而Fe3+与硫酸根离子形成的配合阴离子被萃入到有机相中，可通过多级萃取，以硫酸铀酰阴离子取代后而从有机相中置换出来[15]。

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溶剂萃取：将萃原液及有机相按一定体积比加入到烧杯中，室温下，磁力搅拌(300 r/min)一定时间后置于分液漏斗中分相，分析有机相及萃余液中铀质量浓度，计算铀萃取率。

反萃取：将负载有机相与反萃取剂按一定体积比加入到烧杯中，室温下磁力搅拌(300 r/min)一定时间后置于分液漏斗中分相，分析有机相与反萃取液中铀质量浓度，计算铀反萃取率。

多级逆流萃取：多级逆流萃取在混合澄清槽中进行，萃取段萃原液在第1级、有机相在第5级用蠕动泵输送至混合室，洗涤段洗水在第1级用蠕动泵输送至混合室，反萃取段反萃取剂在第1级用蠕动泵输送至混合室，待运行稳定后在各级取样分析。

2 试验结果与讨论

2.1 萃原液pH对萃取铀的影响

有机相组成为5%N235+3.5%TBP+91.5% 磺化煤油，Vo/Va=1/1，接触时间3 min，有机相为连续相，常温，萃原液pH(用NaOH调节)对铀萃取率的影响试验结果见表2。

表2 萃原液pH对铀萃取率的影响

由表2看出：随萃原液pH升高，铀的分配系数及萃取率均有所提高；pH由0.80升高至1.00，分配系数由33.05提升至78.44，此时萃余液中铀质量浓度降低至18 mg/L。溶液中的硫酸氢根与铀酰离子均可被N235萃取，随萃原液pH升高，硫酸氢根离子浓度降低，有利于铀的萃取。调节萃原液pH虽有利于铀的萃取，但会增加操作成本，且原pH条件下铀萃取率已达97.06%，最终确定萃原液pH不需调整。

2.2 温度对萃取铀的影响

有机相组成为5%N235+3.5%TBP+91.5% 磺化煤油，Vo/Va=1/1，接触时间3 min，有机相连续，温度对铀萃取率的影响试验结果如图1所示。可以看出，温度升高对铀萃取率影响不大。常温条件下，铀萃取率已达97.06%；升温，铀萃取率仅略有变化；升至40 ℃后，铀萃取率有所下降。总体来看，在20～60 ℃范围内，温度对萃取铀的影响不大。综合考虑，确定萃取在常温下进行。

图1 温度对铀萃取率的影响

2.3 接触时间对萃取铀的影响

有机相组成为5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，Vo/Va=1/1，常温，有机相连续，接触时间对铀萃取率的影响试验结果如图2所示。

图2 接触时间对铀萃取率的影响

由图2看出，N235对铀的萃取反应速度较快：两相接触时间为1 min时，铀萃取率已达95.2%；接触5 min后反应趋于平衡，铀萃取率为97.67%并趋于稳定。综合考虑，确定接触时间以5 min为宜。

2.4 萃取等温线

有机相组成为5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，接触时间5 min，常温，有机相连续，不同相比条件下，以萃取平衡时水相中铀质量浓度对有机相中铀质量浓度绘制萃取平衡等温线。5%N235的理论铀饱和容量为4.5 g/L，取其80%为操作容量，以Vo/Va=1/2.5绘制操作线，结果如图3所示。根据图3，利用阶梯作图法求得，经过3级萃取，铀萃取率大于99.24%，萃余水相中铀质量浓度低于10 mg/L，处理后可达标排放。考虑到实际情况，确定逆流萃取级数以5级为宜。

图3 铀的萃取平衡等温线

2.5 铀的反萃取

负载铀的有机相中夹带一定量水相，含一定量杂质，如Fe3+、Al3+、Mg2+等，需洗涤去除。用pH=1.4的酸化水洗涤2次，洗水中铀质量浓度小于40 mg/L。

2.6 多级逆流萃取及反萃取

混合澄清槽共11级，混合室容积64 mL，其中，5级萃取，2级洗涤，4级反萃取。两相溶液流向如图4所示[17]。

图4 铀的萃取、洗涤、反萃取流程示意

萃取：有机相组成为5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，流量10 mL/min；水相中铀质量浓度1.31 g/L，流量30 mL/min；接触相比Vo/Va=1/1，常温。

洗涤：洗水为10 g/L的硫酸溶液，流量2.0 mL/min。

反萃取：反萃取剂组成为60 g/L Na2CO3+20 g/L NaHCO3，流量1.5 mL/min，接触相比Vo/Va=1.5/1。

5级逆流萃取、4级逆流反萃取试验结果分别见表3、4。

表3 5级逆流萃取试验结果

表4 4级逆流反萃取试验结果

试验共进行30 h，投入萃原液50 L。试验过程中，各段的相分离良好，两相界面干净，无污物存在。经5级逆流萃取，萃余液中铀质量浓度降至22 mg/L，铀萃取率为98.5%。负载有机相经4级逆流反萃取，铀反萃取率达98.8%。

3 结论

用N235从铀矿石酸性浸出液中萃取分离铀是可行的，适宜条件(有机相组成为5%N235+3.5%TBP+91.5%磺化煤油，流比3/1，相比1/1，反萃取剂组成60 g/L Na2CO3+20 g/L NaHCO3，接触相比1.5/1，常温)下，经5级逆流萃取，2级洗涤，4级逆流反萃取，铀萃取率可达98.5%，反萃取率可达98.9%。