Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách thấm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn: “Nghiên cứu công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách thấm” được thực hiện nhằm đưa ra quy trình công nghệ xử lý quặng cát kết urani vùng Pà Lừa, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam bằng kỹ thuật hòa tách thấm trong quy mô phòng thí nghiệm, với đối tượng quặng có hàm lượng urani là 0,072% U. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách thấm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- TRẦN THẾ ĐỊNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ QUẶNG URANI VÙNG PÀ LỪA BẰNG KỸ THUẬT HÒA TÁCH THẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- TRẦN THẾ ĐỊNH NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ QUẶNG URANI VÙNG PÀ LỪA BẰNG KỸ THUẬT HÒA TÁCH THẤM Chuyên ngành: Hóa Vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRỊNH NGỌC CHÂU Hà Nội - 2013
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Trịnh Ngọc Châu. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nào khác. Tác giả Trần Thế Định 1
LỜI CẢM ƠN Luận văn khoa học này được hoàn thành tại Bộ môn Hóa Vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trung tâm Công nghệ Chế biến Quặng phóng xạ - Viện Công nghệ xạ hiếm. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Trịnh Ngọc Châu, người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các nhà khoa học của Viện Công nghệ xạ hiếm đã đọc và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Trung tâm Công nghệ Chế biến Quặng phóng xạ - Viện Công nghệ xạ hiếm đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, các thầy cô giáo trong Bộ môn Hoá học Vô cơ - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn. Tác giả Trần Thế Định 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CPH - Quặng urani chưa phong hoá BPH - Quặng urani bán phong hoá PH - Quặng urani phong hoá D - Đường kính cột nhựa PVC H - Chiều cao cột nhựa PVC D - Kích thước hạt quặng PVC – Polyvinyl cloride HDPE - High-density polyethylene 3
DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Nội dung Trang Bảng 1 Thành phần hóa học chính của mẫu quặng urani 51 Bảng 2 Ảnh hưởng của kích thước hạt tới hiệu suất thu hồi urani 59 Bảng 3 Ảnh hưởng của chi phí MnO2 tới hiệu suất thu hồi urani 61 Bảng 4 Ảnh hưởng của chi phí axit tới hiệu suất thu hồi urani 63 Bảng 5 Ảnh hưởng của nồng độ axit tới hiệu suất thu hồi urani 65 Bảng 6 Ảnh hưởng của tốc độ tưới tới hiệu suất thu hồi urani 67 Bảng 7 Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi urani vào chiều cao lớp quặng 69 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hình Nội dung Trang Hình 1 Sơ đồ tổng quát quá trình thuỷ luyện quặng urani 4 Hình 2 Sơ đồ quá trình sản xuất diuranat mage truyền thống 5 Hình 3 Sơ đồ cấu trúc hoà tách đống 28 Hình 4 Mặt cắt ngang của một hạt quặng 30 Hình 5 Một tập hợp các hạt quặng 31 Hình 6 Mô hình đống và các "dòng" cơ bản 32 Hình 7 Sự thay đổi nồng độ urani trong dung dịch axit trong quá trình di 34 chuyển liên tục của vùng hoà tách qua lớp quặng Hình 8 Sự phản xạ trên bề mặt tinh thể 47 Hình 9 Quặng urani chưa bị phong hoá 48 Hình 10 Quặng urani bị phong hoá 48 Hình 11 Ảnh hưởng của của kích thước hạt đến hiệu suất hòa tách urani 53 Hình 12 Ảnh hưởng của chất ôxy hoá đến hiệu suất hòa tách urani 54 Hình 13 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất thu hồi urani 56 Hình 14 Ảnh hưởng của chi phí axit đến hiệu suất hòa tách urani 57 Hình 15 Ảnh hưởng của kích thước hạt tới hiệu suất thu hồi urani 60 Hình 16 Ảnh hưởng của chi phí MnO2 tới hiệu suất thu hồi urani 62 Hình 17 Ảnh hưởng của chi phí axit tới hiệu suất thu hồi urani 64 Hình 18 Ảnh hưởng của nồng độ axit tới hiệu suất thu hồi urani 66 Hình 19 Ảnh hưởng của tốc độ tưới tới hiệu suất thu hồi urani 68 Hình 20 Sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi urani vào chiều cao lớp quặng 70 5
Hình 21 Sơ đồ công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật 72 hòa tách thấm quy mô phòng thí nghiệm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Trang MỞ ĐẦU 1 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 1.1. Tình hình nghiên cứu xử lý quặng urani trên thế giới và ở Việt Nam 3 1.1.1. Trên thế giới 3 1.1.1.1. Tình hình nghiên cứu xử lý quặng urani trên thế giới 3 1.1.1.2. Kết quả xử lý quặng cát kết hàm lượng thấp trên thế giới 6 1.1.1.3. Xử lý bã thải của quá trình thủy luyện urani 8 1.1.2. Ở Việt Nam 11 1.2. Cơ sở lý thuyết quá trình hòa tách quặng urani 15 1.2.1. Hoà tách axit 17 1.2.2. Hoà tách cacbonat 19 1.2.3. Hoà tách qua lớp quặng tĩnh 22 1.3. Phương pháp xử lý quặng urani bằng hòa tách đống (hòa tách thấm) 24 1.3.1. Các quá trình diễn biến trong hòa tách đống 29 1.3.1.1. Các quá trình vi mô 30 1.3.1.2. Các quá trình trung gian 30 1.3.1.3. Các quá trình vĩ mô 31 1.3.2. Một số vấn đề quan trọng trong hoà tách đống 33 6
1.3.2.1. Khả năng thấm 34 1.3.2.2. Dòng ưu tiên 36 1.3.2.3. Áp dụng thực tế cho hòa tách đống 36 1.3.2.3.1. Kỹ thuật kết khối 36 1.3.2.3.2. Kỹ thuật xây dựng đống 36 1.3.2.3.3. Kỹ thuật tưới dung dịch 37 1.3.2.3.4. Tốc độ tưới dung dịch 37 1.3.2.3.5. Tác nhân thấm ướt 38 1.3.2.3.6. Mức độ phân rã của vật liệu trong quá trình hoà tách đống 38 1.4. Kết luận rút ra từ tổng quan tài liệu 38 Chương 2. THỰC NGHIỆM 40 2.1. Lựa chọn sơ đồ gia công mẫu quặng 40 2.2. Các phương pháp phân tích 41 2.2.1. Phân tích urani bằng phương pháp trắc quang 41 2.2.2. Chuẩn độ urani bằng K2Cr2O7 (Davis and Gray method) 42 2.2.3. Phân tích sắt bằng phương pháp chuẩn độ 43 2.2.4. Phương pháp xác định axit dư trong dung dịch UO2(NO3)2 44 2.2.5. Phương pháp phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) 44 2.2.6. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron 45 Microscope) 2.2.7. Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X 46 2.3. Thiết bị, dụng cụ chủ yếu 47 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48 3.1. Xác định thành phần khoáng vật và thành phần hoá học của mẫu quặng 48 nghiên cứu 3.1.1. Đặc điểm quặng urani vùng Pà Lừa 48 3.1.2. Thành phần khoáng vật quặng urani vùng Pà Lừa 49 3.1.3. Thành phần hóa học quặng urani vùng Pà Lừa 50 3.2. Kết quả hòa tách bằng phương pháp khuấy trộn 52 3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu suất hòa tách quặng 53 urani urani 7
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của chất ôxy hoá đến hiệu suất hòa tách urani 54 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách urani 56 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của chi phí axit đến hiệu suất thu hồi urani 56 3.3. Kết quả hòa tách bằng phương pháp thấm 58 3.3.1. Ảnh hưởng của kích thước hạt tới hiệu suất thu hồi urani 58 3.3.2. Ảnh hưởng của chi phí MnO2 tới hiệu suất thu hồi urani 61 3.3.3. Ảnh hưởng của chi phí axit tới hiệu suất thu hồi urani 62 3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit tới hiệu suất thu hồi urani 65 3.3.5. Ảnh hưởng của tốc độ tưới tới hiệu suất thu hồi urani 67 3.3.6. Ảnh hưởng chiều cao lớp quặng đến hiệu suất thu hồi urani 69 3.4. Xây dựng quy trình công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ 71 thuật hòa tách thấm quy mô phòng thí nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 8
MỞ ĐẦU Mặc dù công nghệ xử lý quặng urani đã được nghiên cứu ở Việt Nam từ lâu mà cụ thể là tại Viện Công nghệ xạ hiếm – Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam. Tuy thế, các kết quả đã đạt được còn nhiều giới hạn vì nhiều lí do khách quan. Do yêu cầu mới về nhiệm vụ thăm dò đánh giá chi tiết tài nguyên cát kết Nông Sơn, các kết quả trên phải được vận dụng vào những nghiên cứu ở quy mô lớn hơn, đủ sức đánh giá toàn diện các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đối với một khu vực mỏ có triển vọng công nghiệp. Việc đánh giá khả năng tách và điều chế 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. Để có trữ lượng urani đúng với cấp giá thành đã định, bên cạnh những số liệu về địa chất thân quặng, cần có đủ số liệu tin cậy về chi phí khai thác và xử lý quặng. Giá trị nguồn tài nguyên phát hiện được phụ thuộc rất nhiều vào hiệu quả 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 “Kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lược Ứng dụng Năng lượng Nguyên tử vì mục đích hòa 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 “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa – Pà Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam”, 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 urani có giá trị kinh tế, tập trung thăm dò urani vùng bồn trũng Nông Sơn (Quảng Nam) với mục tiêu 8.000 tấn U3O8 trữ lượng cấp 122, thăm dò các diện tích khác đã được đánh giá để gia tăng thêm trữ lượng. Luận văn: “Nghiên cứu công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách thấm” được thực hiện nhằm đưa ra quy trình công nghệ xử lý quặng cát kết urani vùng Pà Lừa, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam bằng kỹ thuật 9
hòa tách thấm trong quy mô phòng thí nghiệm, với đối tượng quặng có hàm lượng urani là 0,072% U Để đạt được những mục tiêu đã đặt ra, luận văn đã tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: 1. Tổng quan tình hình hướng nghiên cứu xử lý quặng urani trên thế giới và Việt Nam; 2. Cơ sở lý thuyết chung quá trình hòa tách quặng urani: Hoà tách axit, hoà tách cacbonat, hoà tách khuấy trộn, hòa tách đống. Đặc biệt tìm hiểu sâu về kỹ thuật hòa tách đống (hòa tách thấm); 3. Xác định thành phần khoáng vật và thành phần hoá học của mẫu quặng nghiên cứu; 4. Ảnh hưởng của kích thước hạt, chi phí MnO2, chi phí axit, nồng độ axit, tốc độ tưới, chiều cao lớp quặng tới hiệu suất thu hồi urani; 5. Xây dựng quy trình công nghệ xử lý quặng urani vùng Pà Lừa bằng kỹ thuật hòa tách thấm quy mô phòng thí nghiệm. Các nội dung của luận văn được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Công nghệ Chế biến Quặng phóng xạ - Viện Công nghệ xạ hiếm 10
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tình hình nghiên cứu xử lý quặng urani trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Trên thế giới 1.1.1.1. Tình hình nghiên cứu xử lý quặng urani trên thế giới [2,4,17,22,23] Công nghệ xử lý quặng urani kỹ thuật 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 (trừ hoà tách ngầm), nghiền và phân loại, tuyển, hoà tách quặng, tách rắn lỏng, thu chọn lọc urani từ dung dịch hoà tách với độ sạch cần thiết; 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 sau: - Đập và nghiền: Quặng được đập và nghiền đến kích thước thích hợp đảm bảo cho việc hoà tách có hiệu quả và làm cho quặng có thể tạo bùn và có thể bơm được trong quá trình công nghệ. - Làm giàu quặng: Trong một số trường hợp, quặng được làm giàu bằng các phương pháp tuyển nhằm mục đích thu nhận tinh quặng có hàm lượng urani cao hơn và loại bỏ một phần đất đá. - Xử lý sơ bộ: Đối với một số loại quặng như quặng urani - vanađi, trước khi hoà tách, quặng được xử lý sơ bộ bằng phương pháp nung nhằm mục đích tạo điều kiện để tách phần lớn vanađi ra khỏi quặng ở những công đoạn sau, đồng thời tăng cường một số tính chất vật lý của quặng. - Hoà tách: Quặng urani đã được nghiền đem hoà tách bằng axit hoặc Na2CO3, có thể gia nhiệt và sử dụng chất oxi hoá như O2, NaClO3, MnO2, H2O2,…. Có thể hoà tách khuấy trộn, hoà tách đống (thấm, ngâm ủ) và hoà tách tại chỗ. 11
- Công đoạn phân chia rắn lỏng và rửa: Bùn hoà tách được lọc và rửa để thu urani đã hoà tan trong dung dịch hoà tách còn bã quặng đã tách urani được đưa sang công đoạn xử lý thải trước khi thải chúng ra ngoài. Một số kỹ thuật thường được dùng trong công đoạn phân chia rắn-lỏng, đó là: kỹ thuật lắng gạn hoặc kỹ thuật lọc. Quặng Chuẩn bị quặng Hoà tách Tiền xử lý Phân chia rắn-lỏng Bã quặng Làm giàu, làm sạch dung dịch Xử lý thải Kết tủa Thải lỏng Urani kỹ thuật (yellowcake) Hình 1. Sơ đồ tổng quát quá trình thuỷ luyện quặng urani - Làm sạch và làm giàu urani: Dung dịch urani thu được sau công đoạn tách rắn lỏng thường có nồng độ rất thấp (thường dưới 1g/l U) và chứa một số tạp chất. Vì vậy dung dịch urani được làm sạch và nâng cao nồng độ urani bằng phương pháp trao đổi ion hoặc phương pháp chiết hoặc kết hợp cả hai phương pháp này. - Kết tủa sản phẩm: Dung dịch chứa urrani có nồng độ cao được kết tủa trong một hoặc hai giai đoạn để thu nhận urani kỹ thuật. Các tác nhân kết tủa có thể 12
là: NH4OH, MgO, H2O2, NaOH, tuỳ theo mục đích loại sản phẩm urani kỹ thuật theo yêu cầu công nghệ. Đập, Nghiền, Sàng Làm giàu, xử lý sơ bộ Chất oxi hoá Hoà tách H2SO4 Bã quặng Tách rắn lỏng Dung dịch urani Trao đổi ion Chiết Kết tủa tạp chất Ca(OH)2 Rửa giải Giải chiết Lọc Kết tủa urani kỹ thuật MgO Lọc, rửa Sấy Sản phẩm diuranat magie Hình 2. Sơ đồ quá trình sản xuất diuranat magie truyền thống 13
- Công đoạn hoàn thiện sản phẩm: Lọc, rửa, sấy, đóng gói và bảo quản sản phẩm. Urani kỹ thuật được sấy khô và đóng gói (Điuranat amôni được sấy khô ở nhiệt độ 1000C, còn điuranat kiềm được sấy ở nhiệt độ gần 4000C trên các thiết bị sấy chuyên dụng). - Công đoạn xử lý và chôn cất bã thải: Dung dịch thải từ các công đoạn còn chứa một lượng urani và các tạp chất có hoạt độ phóng xạ cùng với bã thải rắn được xử lý để tách hết các tạp chất độc hại và phóng xạ như: Pb, Ra, Th, vết urani còn lại và các nguyên tố kim loại nặng khác. Các tạp chất này được tách ra ở dạng bã rắn và sẽ được thải chung cùng phần bã quặng, dung dịch sạch sẽ được hoặc là tuần hoàn lại chu trình hoặc là thải ra môi trường. Trong các công đoạn của sơ đồ xử lý quặng urani như đã nêu ở trên thì công đoạn hòa tách là công đoạn quan trọng nhất, công đoạn này ảnh hưởng chủ yếu đến hiệu suất thu hồi urani từ quặng. 1.1.1.2. Kết quả xử lý quặng cát kết hàm lượng thấp trên thế giới [4,11,16,26] Hiện nay có nhiều phương pháp hòa tách được tiến hành ở các nhà máy sản xuất urani trên thế giới như hòa tách khấy trộn, hòa tách đống, hòa tách tại chỗ. Đối với loại quặng cát kết hàm lượng thấp thường sử dụng phương pháp hòa tách đống và hòa tách tại chỗ. Một số ví dụ về xử lý quặng urani 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 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; 14
- Sử dụng hòa 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 hòa 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. - Chu trình hòa tách kéo dài 3 tháng, trong đó 2 tháng xử lý axit, 1 tháng còn lại là chuẩn bị, lấy mẫu và tháo dỡ. - Ở đây, họ đã so sánh 2 kỹ thuật hòa tách đống và ngâm và thấy rằng: Thông số Hòa tách đống Hòa tách ngâm Độ hạt 2 inch (5,08 cm) 1 inch (2,54 cm) Chiều cao đống 3-4 m 2,5 m Thời gian 12 tháng 3 tháng Hiệu suất thu U 80% 90% b. Mỏ urani ở Caetité, bang Bahia (Brazil) Brazil hiện tại có hai 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 oxit). 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 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 tạo hạt 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 sunfuric vào đống với tốc độ 30 lít/m2giờ 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 và lần rửa thứ hai sử dụng dung dịch 5g 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 15
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. 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). c. Hòa tách đống ở Somair - AREVA NC -BU Mines 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 (
thì lượng thải này trung bình là 3 tấn, hoà tách bằng sô đa 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). 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, con số này ước 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 Thuringen với 37 km2 trực tiếp diễn ra hoạt động khai thác và chế biến urani 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 17
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). 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. 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 pH =10 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.... 18