Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Mô hình hoá quá trình hoà tách thấm quặng urani và ứng dụng để tính toán chuyển quy mô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -----------------------------------------------------------

PHẠM QUANG MINH

MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH THẤM QUẶNG URANI VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN CHUYỂN QUY MÔ

Chuyên ngành: Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa học Mã số: 62.52.77.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. GS.TS. PHẠM VĂN THIÊM 2. TS. CAO ĐÌNH THANH

HÀ NỘI - 2009

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan các số liệu trong bản luận án này đã được

tôi hoàn thành tại Viện Công nghệ xạ hiếm dưới sự hướng dẫn khoa

học của GS.TS. Phạm Văn Thiêm, TS. Cao Đình Thanh và sự giúp

đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu Trung tâm Công nghệ xử lý

quặng, Trung tâm Xử lý chất thải phóng xạ và môi trường, Viện

Công nghệ xạ hiếm. Các số liệu này hoàn toàn trung thực, là của

riêng tôi và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ các công trình

nào khác.

Nghiên cứu sinh

Phạm Quang Minh

LỜI CẢM ƠN

Em xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Phạm Văn

Thiêm, TS. Cao Đình Thanh, tập thể cán bộ nghiên cứu của

Trung tâm Công nghệ xử lý quặng, Trung tâm Xử lý chất thải

phóng xạ và môi trường, Viện Công nghệ xạ hiếm và tập thể cán

bộ Bộ môn Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất, Trường Đại

học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành bản luận án

này.

Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ

xạ hiếm – Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tạo mọi điều

kiện về cơ sở vật chất: phòng thí nghiệm, thiết bị nghiên cứu, hóa

chất,… cũng như thời gian để em thực hiện thành công các

nghiên cứu trong bản luận án này.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các giáo sư, các

nhà khoa học đã đọc và góp nhiều ý kiến quí báu cho bản luận án.

Hà Nội, tháng 10 năm 2009

MỤC LỤC

Trang phụ bìa …………………………………………………………...

Lời cam đoan ……………………………………………………………

Lời cảm ơn ……………………………………………………………..

Mục lục .………………………………………………………………...

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt .…………………………………

Danh mục các bảng ..……………………………………………………

Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………………...

Trang

MỞ ĐẦU..………………………………………………………………

Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..………………………………

1.1. Kh¸i qu¸t chung vÒ hßa t¸ch trong c«ng nghÖ urani .…............. 4

1.1.1. C¬ së cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch axit vµ hoµ t¸ch cacbonat ....…… 5

1.1.2. Qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng…......................................................... 8

1.2. C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng ..………................

1.2.1. C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng ............................ 10

1.2.1.1. C¸c qu¸ tr×nh vi m« ..………............................................

1.2.1.2. C¸c qu¸ tr×nh trung gian ………………...........................

1.2.1.3. C¸c qu¸ tr×nh vÜ m« …......................................................

1.2.2. Mét sè vÊn ®Ò quan träng trong hoµ t¸ch ®èng ......................... 14

1.2.2.1. Kh¶ n¨ng thÊm …..............................................................

1.2.2.2. Dßng u tiªn ………………………………….................

1.2.2.3. ¸p dông thùc tÕ cho hßa t¸ch ®èng …………..................

1.3. M« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng vµ chuyÓn quy m« .........

1.3.1. KÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi............................................... 19

1.3.2. KÕt qu¶ nghiªn cøu trong níc.................................................. 24

1.3.3. TÝnh to¸n chuyÓn quy m« trong hßa t¸ch ®èng quÆng urani .... 26

1.4. Kết luận rút ra từ tổng quan tài liệu và nội dung nghiên cứu đề

xuất

Chương II: ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ DỤNG CỤ, PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

VÀ THỰC NGHIỆM ……………………..

30 2.1. Đối tượng nghiên cứu …….................................................................

32 2.2. Thiết bị, dụng cụ .................................................................................

33 2.3. Phương pháp phân tích ……………………………………………..

2.3.1. Phương pháp xác định urani…………………………………….. 33

2.3.2. Phương pháp xác định nồng độ axit…………………………….. 33

34 2.4. Thực nghiệm …………………………………....................................

2.4.2. Thí nghiệm sơ bộ định hướng ....................................................... 34

2.4.2. Chương trình thực nghiệm ............................................................ 36

2.4.3. Kết luận rút ra từ thực nghiệm ...................................................... 39

Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………….

41 3.1. Phương pháp hòa tách thấm .............................................................

3.1.1. Định nghĩa "Một chu kỳ xử lý "……………………………........ 41

42 3.1.2. Định nghĩa "Một lần xử lý " ……………………………….........

3.1.3. Tính bất biến của số lần xử lý đối với mọi quy mô hòa tách ......... 44

3.2. Xây dựng mô hình quá trình hòa tách thấm quặng urani theo phương 47 pháp hòa tách mao dẫn ngược từ số liệu thực nghiệm

3.2.1. Kết quả thực nghiệm ………………………………….................. 47

3.2.2. Xây dựng mô hình hòa tách thấm từ các số liệu thực nghiệm ….. 48

3.2.2.1. Nguyên lý chung…………………………………………. 48

3.2.2.2. Mô tả toán học quá trình hòa tách thấm ……………. 50

3.2.2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit và số lần xử lý …… 51

3.2.2.2.2. Ảnh hưởng của chiều cao……………………………… 53

3.2.2.2.3. Ảnh hưởng của độ hạt và phân bố cấp hạt ……………. 55

3.2.3. Khả năng áp dụng của mô hình cho các trường hợp thực tế……. 60

3.2.4. Kiểm chứng và đánh giá mô hình ………………………………. 61

3.2.5. Các trường hợp biên ..................................................................... 62

3.2.6. Cơ sở phương pháp tính toán chuyển quy mô............................... 63

65 3.3. Kiểm tra mô hình trên thiết bị thí nghiệm 800 lít …………….

66 3.3.1. Tính toán hiệu suất và thời gian hòa tách quặng …………………

3.3.2. Thực nghiệm xử lý quặng trên thiết bị 800 lít ………………….. 68

72 3.4. Áp dụng mô hình để tính toán về tối ưu ………………………......

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………...........................

79 Các công trình liên quan đã đăng tải ……………………………………

Tài liệu tham khảo ………………………………………………………..

Các phụ lục ……………………………………………..............................

Phụ lục 1: Ảnh thực nghiệm hòa tách thấm trên cột ................................

Phụ lục 2: Kết quả nghiên cứu về khả năng giữ nước và khả năng thấm của

quặng

Phụ lục 3: Phương trình tính, các thông số vào cho bảng tính trên chương

trình Excell và kết quả tính từ mô hình

Danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t

CPH- QuÆng urani cha phong ho¸

BPH- QuÆng urani b¸n phong ho¸

PH- QuÆng urani phong ho¸

V_thÊmít,max - ThÓ tÝch thÊm ít tèi ®a, lÝt

V_thÊmít,r - ThÓ tÝch thÊm ít tèi ®a cña mét ®¬n vÞ khèi lîng quÆng kh«, lÝt /kg

k_thÊm - HÖ sè thÊm, m/s

ε - ThÓ tÝch trèng cña cét quÆng, cm3

ρbk - Tû träng ®èng cña quÆng

ai - HÖ sè cña ph¬ng tr×nh to¸n m« t¶ qu¸ tr×nh thÊm

µ = H/H0 - §¹i lîng ®Æc trng cho sù thay ®æi chiÒu cao khi so s¸nh víi chiÒu cao c¬

së cña khèi quÆng, ë ®©y lµ H0=0,37m, µ cã miÒn x¸c ®Þnh trong kho¶ng [1 - +8],

ξ = C/C0 lµ ®¹i lîng biÓu hiÖn sù kh¸c nhau cña nång ®é axit hoµ t¸ch khi so s¸nh víi

nång ®é axit ®îc chän lµm gèc, ë ®©y lµ C0=50 g/l, ξ cã miÒn x¸c ®Þnh trong kho¶ng

[0 - 2].

k0 - HÖ sè hiÖu chØnh tÝnh ®Õn ph©n bè kÝch thíc h¹t cña khèi quÆng c¬ së

θ = k0 / k - HÖ sè hiÖu chØnh ®Æc trng cho ®é lÖch ph©n bè h¹t gi÷a khèi c¬ së vµ khèi

®ang triÓn khai

D - §êng kÝnh h¹t quÆng, mm

D_cét - §êng kÝnh cét thÝ nghiÖm, m

d - Ph©n bè cÊp h¹t,

G - Hµm lîng urani trong quÆng, % tÝnh theo U3O8

U - ThÕ « xi hãa, mV

danh môc c¸c b¶ng vµ h×nh vÏ

Danh môc c¸c b¶ng:

Sè b¶ng Néi dung Trang

B¶ng 2.1 30 Ph©n bè cÊp h¹t cña quÆng

34 B¶ng 2.2 Nång ®é axit ra sau khi khi déi qua cét (mol H2SO4/lÝt)

B¶ng 2.3 39 Ph©n bè kÝch thíc cña quÆng ®Çu vµo trong cét thÝ nghiÖm

B¶ng 3.1 47 Sè lÇn xö lý (N) ®Æc trng, hiÖu suÊt sö dông axit, nång ®é axit d & nång ®é urani trong dung dÞch cuèi

52 B¶ng 3.2 C¸c hÖ sè cña hµm vµ tæng b×nh ph¬ng c¸c sai sè

B¶ng 3.3 56 Sè liÖu vÒ hiÖu suÊt hßa t¸ch ®èi víi tõng kho¶ng cÊp h¹t ®èi víi cét c¬ së ξ = 1, µ = 1.

B¶ng 3.4 57 Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo ph©n bè h¹t

62 B¶ng 3.5 §¸nh gi¸ sai sè cña m« h×nh

B¶ng 3.6 KÕt qu¶ hiÖu suÊt hßa t¸ch quÆng trªn thiÕt bÞ 800 lÝt tÝnh tõ m« 67 h×nh

70 B¶ng 3.7 C¸c sè liÖu ®Çu vÒ thÝ nghiÖm xö lý quÆng trªn thiÕt bÞ 800L

71 B¶ng 3.8 C¸c dung dÞch thu ®îc trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch

71 B¶ng 3.9 HiÖu suÊt thu håi urani theo sè lÇn xö lý

74 B¶ng 3.10 Sè liÖu dù ®o¸n tõ m« h×nh

Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ:

Sè h×nh

Néi dung

Trang

H×nh 1.1 §Æc ®iÓm cña c¸c kü thuËt hßa t¸ch chÝnh 4

H×nh 1.2 S¬ ®å cÊu tróc hoµ t¸ch ®èng 10

H×nh 1.3 MÆt c¾t ngang cña mét h¹t quÆng 12

H×nh 1.4

Mét tËp hîp c¸c h¹t quÆng 12

H×nh 1.5

M« h×nh ®èng vµ c¸c "dßng" c¬ b¶n 13

H×nh 1.6

Sù thay ®æi nång ®é urani trong dung dÞch axit trong qu¸ tr×nh di chuyÓn liªn tôc cña vïng hoµ t¸ch qua líp quÆng

H×nh 2.1

BiÓu diÔn b»ng ®å thÞ c¸c sè liÖu nång ®é axit ra sau khi khi déi qua cét chøa quÆng (mol H2SO4/lÝt) theo thêi gian (giê).

H×nh 2.2

Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo N & C

H×nh 3.1

§Þnh nghÜa chu kú vµ lÇn xö lý

H×nh 3.2

M« h×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani

H×nh 3.3

X¸c ®Þnh d¹ng hµm R = F(N), ®êng liÒn lµ hµm fit, ®øt chÊm lµ sè liÖu thùc nghiÖm

H×nh 3.4

Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo ph©n bè h¹t

H×nh 3.5

So s¸nh gi¸ trÞ R thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt

H×nh 3.6

Sù phô thuéc cña F[A/U] vµo N, µ, ξ

H×nh 3.7

Sù phô thuéc cña F[Q,N] vµo N, µ, ξ

H×nh 3.8

Dù ®o¸n qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm urani ë quy m« lín tÝnh tõ m« h×nh

H×nh 3.9

X¸c ®Þnh ®iÓm cùc tiÓu cña F_mt

Më ®Çu

Theo c¸c kÕt qu¶ t×m kiÕm, th¨m dß ®Þa chÊt, ViÖt Nam cã c¸c nguån quÆng

urani ®¸ng kÓ nh urani trong má ®Êt hiÕm B¾c NËm Xe, má phosphat B×nh §êng,

má than N«ng S¬n, graphit Tiªn An, sa kho¸ng ven biÓn vµ quÆng c¸t kÕt N«ng S¬n,

tr÷ lîng íc tÝnh kho¶ng 230.000 tÊn [1], trong ®ã nguån quÆng c¸t kÕt ë vïng bån

tròng N«ng S¬n lµ cã gi¸ trÞ h¬n c¶. Tuy kh«ng ph¶i lµ quèc gia giµu tµi nguyªn urani

nhng chóng ta cã ®ñ tµi nguyªn urani ®Ó tù tóc nhiªn liÖu h¹t nh©n. Nh»m ph¸t triÓn

bÒn v÷ng vµ ®a d¹ng hãa nguån n¨ng lîng phôc vô c«ng cuéc ph¸t triÓn ®Êt níc,

Thñ tíng ChÝnh phñ ®· ký quyÕt ®Þnh sè 01/2006/Q§/TTG ngµy 03 th¸ng 01 n¨m

2006 ban hµnh "ChiÕn lîc øng dông n¨ng lîng nguyªn tö v× môc ®Ých hßa b×nh ®Õn

n¨m 2020". Theo chiÕn lîc nµy ®Õn n¨m 2020 nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n ®Çu tiªn cña

níc ta sÏ ®i vµo ho¹t ®éng. §Ó thùc hiÖn chiÕn lîc nµy, Thñ tíng ChÝnh phñ ®· ký

quyÕt ®Þnh sè 114/2007/Q§-TTg ngµy 23 th¸ng 7 n¨m 2007 vÒ viÖc phª duyÖt "KÕ

ho¹ch tæng thÓ thùc hiÖn ChiÕn lîc øng dông n¨ng lîng nguyªn tö v× môc ®Ých hßa

b×nh ®Õn n¨m 2020". ViÖn N¨ng lîng nguyªn tö ViÖt Nam cÇn chuÈn bÞ c¸c ®iÒu kiÖn

c«ng nghÖ ®Ó néi ®Þa hãa tõng phÇn chu tr×nh nhiªn liÖu h¹t nh©n, khai th¸c hiÖu qu¶

nguån tµi nguyªn urani trong thêi gian tíi.

Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu bíc ®Çu cho thÊy quÆng urani trong c¸t kÕt N«ng

S¬n nãi chung cã hµm lîng trung b×nh t¬ng ®èi thÊp, do vËy ph¬ng ph¸p hoµ t¸ch

tÜnh lµ phï hîp do cã u ®iÓm lµ chi phÝ thÊp vµ kh«ng cÇn ®Çu t nh÷ng thiÕt bÞ ®Æc

biÖt. Trªn c¬ së so s¸nh mét sè ph¬ng ph¸p xö lý quÆng ®· ®îc thùc hiÖn t¹i ViÖn

C«ng nghÖ x¹ hiÕm tõ h¬n mét chôc n¨m trë l¹i ®©y cho ®èi tîng quÆng c¸t kÕt vïng

bån tròng N«ng S¬n, cã thÓ ®i tíi kÕt luËn s¬ bé r»ng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch tÜnh (hay

cô thÓ h¬n lµ hßa t¸ch ®èng) lµ ph¬ng ph¸p xö lý cã nhiÒu kh¶ n¨ng sÏ ®îc øng dông

®Ó triÓn khai ra quy m« lín.

MÆc dï ®· cã mét sè nghiªn cøu xö lý quÆng theo ph¬ng ph¸p hßa t¸ch tÜnh

trong nh÷ng n¨m tríc ®©y t¹i ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm nhng tÊt c¶ nh÷ng nghiªn cøu

nµy ®Òu chØ mang tÝnh th¨m dß víi môc tiªu chñ yÕu lµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông

ph¬ng ph¸p ®Ó thu håi urani tõ quÆng nghÌo. Do vËy, c¸c th«ng tin thu ®îc vµ c¸c

kÕt luËn rót ra tõ ®ã thêng chØ mang tÝnh “®Þnh tÝnh”, trong khi ®Ó cã thÓ thiÕt kÕ cho

nh÷ng thiÕt bÞ s¶n xuÊt cã quy m« lín h¬n th× cÇn ph¶i cã nh÷ng th«ng tin cã tÝnh

“®Þnh lîng” h¬n, vµ ®iÒu quan träng lµ nh÷ng th«ng tin nµy ph¶i cã gi¸ trÞ ngo¹i suy

®îc ra cho c¸c thiÕt bÞ lín h¬n.

Qua tham kh¶o c¸c tµi liÖu, ®Æc biÖt lµ c¸c tµi liÖu híng dÉn kü thuËt cña

IAEA, cã thÓ thÊy r»ng c¸c tµi liÖu cã ®îc ®Òu chØ m« t¶ c¸c hÖ thèng ®· cã vµ ®ang

ho¹t ®éng trong c«ng nghiÖp, kh«ng cã tµi liÖu nµo nãi vÒ tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c qu¸

tr×nh hßa t¸ch ®èng. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®îc c«ng bè trªn thÕ giíi chñ yÕu vÒ

lý thuyÕt vµ nguyªn lý chung, c¸c kÕt qu¶ chñ yÕu lµ cho mét sè ®èi tîng nh quÆng

vµng, b¹c hay ®ång cßn víi quÆng urani lµ rÊt Ýt. §Ó cã thÓ x©y dùng nªn c¸c hÖ thèng

xö lý míi, tµi liÖu híng dÉn cña IAEA còng chØ ®Ò nghÞ tiÕn hµnh lµm thùc nghiÖm

dÇn tõng bíc, b¾t ®Çu tõ quy m« nhá chuyÓn dÇn lªn quy m« lín h¬n.

Míi ®©y trong Héi nghÞ vÒ C«ng nghÖ khai th¸c vµ xö lý quÆng urani do IAEA

tæ chøc th¸ng 6/2007 t¹i Viªn (¸o), H·ng AREVA (Ph¸p) ®· tr×nh bµy b¸o c¸o vÒ kÕ

ho¹ch khai th¸c vµ xö lý quÆng urani ë Somair (Niger) còng chØ ®Ò nghÞ c¸c bíc thùc

nghiÖm dÇn tõ quy m« cét trong phßng thÝ nghiÖm lªn quy m« pil«t nhá tríc khi ®a

ra triÓn khai.

C¸c nghiªn cøu vÒ m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng thêng gÆp ph¶i khã kh¨n

do ph¶i ®a ra c¸c gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n hãa qu¸ tr×nh so víi qu¸ tr×nh thùc tÕ, trong khi

qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®Æc tÝnh thiªn nhiªn cña quÆng, mang

tÝnh thùc nghiÖm rÊt lín, ®iÒu nµy lµm cho kÕt qu¶ øng dông vÒ m« h×nh hßa t¸ch ®èng

cßn nhiÒu h¹n chÕ. NhiÒu c«ng tr×nh ®· c«ng bè chØ ®a ra ®îc c¸c kÕt luËn vÒ nh÷ng

®Æc ®iÓm chung cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng.

MÆt kh¸c, c«ng nghÖ urani nãi chung, còng nh c¸c bÝ quyÕt mÊu chèt vÒ kü

thuËt trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ vËn hµnh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng xö lý quÆng hay

nh÷ng phÇn mÒm tÝnh to¸n cho c¸c qu¸ tr×nh nµy vÉn lµ së h÷u cña c¸c quèc gia vµ c¸c

c«ng ty. Nh÷ng c«ng bè vÒ c«ng nghÖ urani cßn kh¸ h¹n chÕ.

Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn chóng t«i ®Æt môc tiªu cho luËn ¸n lµ x©y dùng ®îc

mét m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm cã thÓ ¸p dông tÝnh to¸n chuyÓn quy m«, tõ mét

sè lîng nhá c¸c thÝ nghiÖm quy m« phßng thÝ nghiÖm x©y dùng mét m« h×nh hßa t¸ch

thÊm cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng lín ®¹t kÕt

qu¶ mong ®îi, nh»m tiÕn tíi x©y dùng mét quy tr×nh c«ng nghÖ hoµn chØnh vÒ xö lý

quÆng urani, chÕ t¹o urani kü thuËt ®¹t tiªu chuÈn ASTM tõ quÆng urani ViÖt Nam

Trªn c¬ së ®ã ®a ra ®Ò tµi luËn ¸n: "M« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm

quÆng urani vµ øng dông ®Ó tÝnh to¸n chuyÓn quy m«"

Nh÷ng néi dung nghiªn cøu thùc hiÖn môc tiªu trªn lµ:

1) Nghiªn cøu x©y dùng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÝch hîp ®Ó ¸p dông vµo qu¸ tr×nh hßa

t¸ch ®èng quÆng c¸t kÕt chøa urani N«ng S¬n.

2) X¸c ®Þnh nh÷ng ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña quÆng trong hßa t¸ch ®èng. Thùc nghiÖm qu¸

tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani tõ mét sè lîng nhá c¸c thÝ nghiÖm quy m« phßng thÝ

nghiÖm nh»m t×m ra nh÷ng ®iÓm mÊu chèt ®Ó lµm c¬ së cho tÝnh to¸n chuyÓn quy m«.

3) X©y dùng mét m« h×nh hßa t¸ch thÊm trªn c¬ së kÕt qu¶ nghiªn cøu c¸c néi dung

trªn. M« h×nh cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng lín

®¹t kÕt qu¶ mong ®îi.

4) KiÓm tra, ®¸nh gi¸ vµ ¸p dông m« h×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani.

LuËn ¸n cã cÊu tróc nh sau:

Ch¬ng 1: Tæng quan tµi liÖu, giíi thiÖu qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani, xem xÐt

c¸c c¸ch tiÕp cËn ®Ó m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng, kÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi

vµ trong níc.

Ch¬ng 2: §èi tîng, dông cô thiÕt bÞ, ph¬ng ph¸p ph©n tÝch, nghiªn cøu thùc

nghiÖm

Ch¬ng 3: KÕt qu¶ vµ th¶o luËn, nghiªn cøu x©y dùng mét m« h×nh hßa t¸ch thÊm mµ

cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng, kh¶ n¨ng ¸p dông

cña m« h×nh, kiÓm ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ m« h×nh.

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

Ch¬ng 1: Tæng quan

I.1. Kh¸i qu¸t chung vÒ hoµ t¸ch trong c«ng nghÖ urani Hoµ t¸ch lµ mét trong nh÷ng c«ng ®o¹n quan träng nhÊt trong quy tr×nh c«ng nghÖ xö

lý quÆng urani. Môc tiªu chñ yÕu cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch trong c«ng nghÖ xö lý quÆng

urani lµ t¸ch chän läc vµ triÖt ®Ó urani ra khái quÆng.

Nh÷ng c«ng nghÖ hoµ t¸ch chÝnh thêng dïng hiÖn nay lµ:

- Hoµ t¸ch khuÊy trén t¹i ¸p suÊt khÝ quyÓn.

- Hoµ t¸ch díi ¸p suÊt cao.

- Trén ñ quÆng víi axit.

- Hoµ t¸ch ®èng b»ng axit.

- Hoµ t¸ch ngÇm díi mÆt ®Êt.

C¸c u nhîc ®iÓm cña c¸c kü thuËt hßa t¸ch thÓ hiÖn ë h×nh sau

- Xö lý quÆng hµm lîng - Xö lý quÆng hµm lîng cao Hßa t¸ch - Chi phÝ cao thÊp NgÇm §èng KhuÊy trén - DÔ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh

- Thêi gian hßa t¸ch ng¾n

- ThÓ tÝch thiÕt bÞ nhá

- Chi phÝ thÊp - Khã ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh - Thêi gian hßa t¸ch dµi H×nh 1.1. §Æc ®iÓm cña c¸c kü thuËt hßa t¸ch

Ngêi ta thêng s¾p xÕp qu¸ tr×nh hoµ t¸ch vµo 2 lo¹i:

- Hoµ t¸ch khuÊy trén, trong ®ã pha r¾n (quÆng vµ chÊt oxy ho¸ r¾n) díi d¹ng

h¹t nhá vµ pha láng (t¸c nh©n hoµ t¸ch vµ s¶n phÈm hoµ t¸ch) ®Òu ë tr¹ng th¸i chuyÓn

®éng.

- Hoµ t¸ch tÜnh (hoµ t¸ch ®èng, hoµ t¸ch bÓ, hoµ t¸ch t¹i chç, hoµ t¸ch ngÇm).

Trong qu¸ tr×nh nµy pha láng chuyÓn ®éng qua líp quÆng r¾n ®øng yªn.

C¸c t¸c nh©n kh¸c nhau thêng ®îc dïng ®Ó chuyÓn urani tõ quÆng vµo pha

láng lµ: H2SO4, HNO3, HCl, Na2CO3, NaHCO3...

Ph¶i c¨n cø vµo quy m«, cÊu tróc ®Þa chÊt má vµ hµm lîng urani, vµo ®Æc ®iÓm

thµnh phÇn vµ cÊu tróc kho¸ng vËt quÆng mµ lùa chän c«ng nghÖ hoµ t¸ch thÝch hîp.

I.1.1. C¬ së cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch axit vµ hoµ t¸ch cacbonat

Urani tån t¹i trong quÆng ë nhiÒu d¹ng kho¸ng urani kh¸c nhau, nhng ®Òu ë

hai tr¹ng th¸i, tr¹ng th¸i ho¸ trÞ 6 (UO3 cßn gäi lµ urani trioxyt) vµ ho¸ trÞ 4 (UO2 cßn

gäi lµ urani ®ioxyt). C¸c kho¸ng urani cã thÓ hoµ tan trong axit hoÆc cacbonat.

*Qu¸ tr×nh hoµ t¸ch urani b»ng axit H2SO4

- Hoµ tan urani trioxit (UO3):

Urani ë tr¹ng th¸i ho¸ trÞ 6 ph¶n øng víi dung dÞch axit H2SO4 nhanh vµ dÔ

2+ (dd)+ H2O(dd)

dµng. Theo ph¬ng tr×nh sau:

UO3(r) + 2H+ (dd)→ UO2

Trong dung dÞch, ion uranyl t¹o thµnh c¸c phøc bÒn víi ion sunfat theo c¸c ph¶n

øng sau:

+ + SO4

2- = UO2SO4

UO2

2- = [UO2(SO4)2]2-

+ SO4

2- = [UO2(SO4)3]4-

UO2SO4 + SO4

[UO2(SO4)2]2-

Trªn thùc tÕ cã thÓ tån t¹i c¸c d¹ng ion phøc kh¸c nhau [UO2(H2O)6]2+,

[UO2(H2O)3 SO4]0, [UO2(H2O)2SO4]0,[UO2(H2O)SO4]0, [UO2(H2O)4SO4]0,

[UO2SO4], [UO2(SO4)2]2− vµ [UO2(SO4)3]4− .

Sù u tiªn t¹o thµnh phøc nµy hay phøc kh¸c ®îc quyÕt ®Þnh bëi ho¹t ®é cña

urani, axit trong dung dÞch vµ nhiÖt ®é. Sù t¹o phøc ®· gãp phÇn thóc ®Èy ph¶n øng hoµ

tan urani trioxit UO3 trong axit sunfuric mét c¸ch nhanh chãng v× nã lµm t¨ng gi¸ trÞ

©m cña ∆G vµ lµm cho c©n b»ng dÞch chuyÓn vÒ phÝa ph¶i.

Ph¶n øng hoµ tan urani trioxit trong axit sunfuric rÊt phøc t¹p. KÓ ®Õn c¶ sù t¹o

thµnh phøc, cã thÓ m« t¶ b»ng ph¬ng tr×nh:

UO3 + 3H2O + H2SO4 = [UO2(H2O)4SO4]0

- Hoµ tan urani ®ioxyt UO2

Urani ë tr¹ng th¸i ho¸ trÞ 4 (UO2) hoµ tan khã kh¨n trong axit vµ yªu cÇu ph¶i

2+ + 2e

«xy ho¸ thµnh urani ho¸ trÞ 6:

UO2 → UO2

Ph¶n øng « xy ho¸ cã thÓ lµ rÊt phøc t¹p, qu¸ tr×nh « xy ho¸ nhanh trong m«i

trêng axit thùc hiÖn chñ yÕu do tån t¹i ion Fe3+ trong dung dÞch. Trong c«ng nghiÖp

xö lý quÆng urani nguêi ta thêng dïng c¸c chÊt « xy ho¸ sau: MnO2, KMnO4,

NaClO3, NaNO3...

Vai trß cña ion Fe3+ trong viÖc hoµ tan UO2 trong m«i trêng axit lµ quan träng

2+ (1) + 2 Fe2+ (1)

nhÊt. Ta cã thÓ thÊy râ trong s¬ ®å sau:

UO2 (r) + 2 Fe3+ (1) → UO2

2 Fe2+ (1) + MnO2 (r) + 4H+ (1) → 2 Fe3+ (1) + Mn2+ (1) + 2H2O (1)

Fe2+ (1) ↔ Fe3+ (1) + e− (E0 = + 0,77V)

Mn2+ (1) + 2H2O ↔ MnO2 (r) + 4H+ (1) + 2e− (E0 = + 1,22V)

Nh vËy s¾t lµ chÊt xóc t¸c lµm viÖc theo s¬ ®å:

Fe2+ + chÊt oxi ho¸ Fe3+ + U4+ Fe2+ + chÊt oxi ho¸ Fe3+ + U4+ .

Nh vËy ion Fe3+ chÝnh lµ t¸c nh©n chuyÓn ®iÖn tö tõ c¸c chÊt « xy ho¸ tíi

urani.

Trong thùc tÕ nång ®é ion Fe3+ trong dung dÞch thêng phô thuéc vµo nång ®é

Fe2+ vµ ®îc x¸c ®Þnh theo tû lÖ Fe3+ /Fe2+.

§èi víi ®iÒu kiÖn hoµ t¸ch ®iÓn h×nh, quan hÖ gi÷a thÕ oxi ho¸ vµ nång ®é s¾t

x¸c ®Þnh theo ph¬ng tr×nh Nernst:

ϕ = 397 + 0,1984.T.lg([Fe+3]/ [Fe+2])

Trong ®ã: ϕ - ThÕ oxi ho¸ cña dung dÞch (mV)

[Fe+i] - Nång ®é tÝnh b»ng mol.

T- NhiÖt ®é (K).

§èi víi hÇu hÕt c¸c lo¹i quÆng urani qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®¶m b¶o khi duy tr× thÕ

«xy ho¸ ë kho¶ng 450mV - 500mV.

Chi phÝ axit trong hoµ t¸ch axit phô thuéc chñ yÕu vµo thµnh phÇn c¸c lo¹i

kho¸ng tiªu tèn axit nh canxit, siderit, ®olomit, magnesit. Ngoµi ra còng tiªu tèn vµo

mét vµi lo¹i kho¸ng kim lo¹i nh s¾t, kho¸ng sunfua, photphat, «xit cña c¸c kim lo¹i

nh Cu, Ni, Cr, Mn, Ti... §Ó duy tr× qu¸ tr×nh «xy ho¸ khö, còng nh ®Ó hoµ tan c¸c

hîp chÊt urani cÇn mét ®é axit nhÊt ®Þnh cña m«i trêng, v× vËy khi hoµ t¸ch vÊn ®Ò 15

quan träng lµ kiÓm tra gi¸ trÞ pH cña m«i trêng. Nång ®é axit cao tøc lµ lîng axit

tiªu thô lín do ®ã lîng d axit lín ®iÒu nµy yªu cÇu lîng v«i trung hoµ lín vµ ¶nh

hëng ®Õn lîng chÊt «xy ho¸ cÇn dïng. Tuy nhiªn vÉn ph¶i quan t©m tíi gi¸ trÞ pH ë

cuèi qu¸ tr×nh hoµ t¸ch, do qu¸ tr×nh kÕt tña urani l¹i sau khi hoµ tan còng lµ vÊn ®Ò

quan träng trong hoµ t¸ch urani.

Mét phÇn c¬ b¶n chi phÝ axit trong qu¸ tr×nh xö lý quÆng urani lµ hoµ tan t¹p

chÊt ta cã thÓ thÊy trong c¸c ph¬ng tr×nh sau:

nSiO2 + nH2O [H2SiO3]n

CaSiO3 + H2SO4 H2SO4 + H2SiO3

A12O3 + 3H2SO4 A12(SO4)3 + 3H2O

Fe2O3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3H2O

FeO + H2SO4 FeSO4 + H2O

CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + H2O + CO2

MgCO3 + H2SO4 MgSO4 + H2O + CO2

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 3CaSO4 + 2H3PO4

* Qu¸ tr×nh hoµ t¸ch urani b»ng cacbonat

Hoµ t¸ch b»ng ph¬ng ph¸p cacbonat dùa trªn ph¶n øng sau víi t¸c nh©n lµ hçn

hîp cacbonat vµ bicacbonat

UO3 + 3Na2CO3 + H2O Na4[UO2(CO3)3] + 2NaOH

Bao gåm c¸c giai ®o¹n sau:

- §èi víi urani ®ioxyt cÇn ph¶i cã chÊt «xy ho¸. Cã thÓ dïng c¸c chÊt oxi ho¸

kh¸c nhau nh: KMnO4, O2, kh«ng khÝ...

UO2 + 1/2 O2 UO3

- §èi víi urani trioxyt

UO3 + 2H2O [UO2(OH)2 H2O]

2− thay thÕ nhãm OH − vµ H2O.

Nhãm CO3

3Na2CO3 + [UO2(OH)2H2O] Na4[UO2(CO3)3] + 2NaOH + H2O

Trong ph¬ng ph¸p nµy còng t¹o thµnh mét sè t¹p chÊt nh c¸c kho¸ng sunfua

+ 12Na2CO3 + 4H2O 2Fe2O3 +8NaSO4 + 8NaHCO3 +4CO2

t¹o thµnh muèi sunfat:

4FeS2 + 15O2

V¬Ý CaSO4, MgSO4, BaSO4 :

Na2SO4 + CaCO3

CaSO4 + Na2CO3

Víi Fe2O3, Al2O3, CaCO3, MgCO3 kh«ng ph¶n øng víi cacbonat. SiO2 trong

kho¸ng tan Ýt h¬n.

§èi víi ph¬ng ph¸p hoµ t¸ch cacbonat hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh còng phô thuéc

vµo c¸c yÕu tè nh hoµ t¸ch axit nhng vÊn ®Ò ¨n mßn thiÕt bÞ kh«ng lín v× kh«ng cã

m«i trêng ¨n mßn m¹nh nh ph¬ng ph¸p axit. Tuy nhiªn ph¬ng ph¸p cacbonat ®ßi

hái møc ®é nghiÒn mÞn cao, do ®ã tiªu tèn n¨ng lîng, qu¸ tr×nh läc bïn khã, gi¸

thµnh Na2CO3 ®¾t h¬n axit H2SO4

NhËn xÐt:

- Trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng urani nãi chung vµ hßa t¸ch quÆng urani b»ng

axit nãi riªng, ngoµi c¸c ph¶n øng gi÷a kho¸ng urani vµ axit cßn nhiÒu ph¶n øng phô

víi c¸c kho¸ng ®¸ chñ vµ kim lo¹i ®i kÌm.

- Ph¶n øng x¶y ra gi÷a kho¸ng urani vµ axit t¬ng ®èi thuËn lîi khi c¸c yÕu tè

vÒ nång ®é axit vµ thÕ « xi hãa ®îc ®¶m b¶o: thÕ «xy ho¸ ë kho¶ng 450mV - 500mV,

víi hßa t¸ch khuÊy trén pH =1-1,5, víi hßa t¸ch thÊm ngêi ta thêng dïng axit nång

®é kho¶ng tõ 10-80 gam/l ®èi víi tõng trêng hîp cô thÓ.

I.1.2. Qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng

Hßa t¸ch quÆng ë tr¹ng th¸i tÜnh b»ng c¸ch cho dung dÞch ch¶y qua líp quÆng

tõ trªn xuèng díi t¸c dông cña träng lùc hay b»ng c¸ch lµm ngËp toµn bé khèi quÆng

®ang ®îc chøa trong mét thiÕt bÞ chøa thêng ®îc gäi chung b»ng mét thuËt ng÷

chung lµ hßa t¸ch ®èng (heap leaching). Tuy nhiªn, kü thuËt hßa t¸ch b»ng c¸ch lµm

ngËp líp quÆng, sau ®ã rót dung dÞch ra b»ng c¸ch cho ch¶y xuèng hay ch¶y lªn th×

cßn ®îc gäi b»ng mét thuËt ng÷ kh¸c n÷a lµ hßa t¸ch thÊm (percolation leaching).

Hßa t¸ch ®èng lµ ph¬ng ph¸p rÊt thÝch hîp vµ thuËn tiÖn ®Ó xö lý nh÷ng ®èng

quÆng cã hµm lîng urani thÊp, hay cho nh÷ng khu má quÆng urani chØ cã tr÷ lîng

quÆng thÊp vµ c¸ch xa nh÷ng c¬ së chÕ biÕn quÆng lín, kh«ng thuËn tiÖn cho viÖc khai 17

th¸c vµ chuyÓn chë quÆng vÒ c¬ së xö lý tËp trung, v× vËy, cÇn cã ph¬ng ph¸p xö lý s¬

bé t¹i chç ®Ó thu håi urani tõ quÆng vµ chë s¶n phÈm urani th« vÒ.

Hßa t¸ch ®èng thêng kh«ng ®ßi hái ®Çu t lín cho nh÷ng thiÕt bÞ ®¾t tiÒn. C¸c

lo¹i quÆng c¸t kÕt thêng còng kh«ng yªu cÇu ph¶i ®îc nghiÒn nhá khi hßa t¸ch b»ng

axit. C¸c thiÕt bÞ khuÊy trén vµ läc bïn (t¸ch láng-r¾n) còng thêng kh«ng cÇn ®Õn

trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng do dung dÞch ®i ra tõ ®èng hßa t¸ch thêng ®· t¬ng ®èi

s¹ch, do vËy chi phÝ ®Çu t cho mét hÖ thèng xö lý quÆng b»ng hßa t¸ch ®èng thêng

rÎ h¬n nhiÒu lÇn so víi d©y chuyÒn xö lý quÆng theo c«ng nghÖ hßa t¸ch th«ng thêng.

Hßa t¸ch ®èng lµ ph¬ng ph¸p cã nhiÒu triÓn väng ®Ó ¸p dông thu håi uran tõ

c¸c lo¹i quÆng nghÌo mét c¸ch kinh tÕ. Trong ph¬ng ph¸p hoµ t¸ch ®èng quÆng ®îc

khai th¸c vµ chÊt thµnh ®èng trªn mét hÖ thèng sµn thu gom dung dÞch. Dung dÞch hoµ

t¸ch ®îc ph©n bè (thêng b»ng giµn tíi) trªn ®èng vµ thÊm qua líp quÆng, sau ®ã

®îc thu l¹i ®em xö lý tiÕp. Trong hoµ t¸ch ®èng, do kh«ng cÇn kÝch thíc h¹t mÞn,

quÆng cã thÓ trùc tiÕp chuyÓn vµo tõ kh©u khai th¸c má hoÆc qua ®Ëp nghiÒn th«.

Trong qu¸ tr×nh thÊm t¸ch, quÆng ®îc nghiÒn ®Õn kÝch thíc - 1 inch (-25,4 mm)

hoÆc nhá h¬n (®«i khi ®îc t¹o h¹t), sau ®ã cho vµo c¸c bÓ hoÆc thïng chøa. Dung

dÞch hoµ t¸ch ®îc thÊm tõ trªn xuèng hoÆc tõ díi lªn qua líp quÆng tÜnh [7].

C¸c kü thuËt hay quy tr×nh hßa t¸ch ®èng ®ang ®îc ¸p dông phæ biÕn trªn thÕ

giíi chñ yÕu nh sau:

- Cho dung dÞch ch¶y qua ®èng quÆng b»ng c¸ch phun liªn tôc hoÆc b¬m dung

dÞch hßa t¸ch gi¸n ®o¹n vµo c¸c hè quÆng nhá trªn ®Ønh ®èng quÆng hßa t¸ch.

- Cho dung dÞch ch¶y qua ®èng quÆng theo tõng chu kú gi¸n ®o¹n. Ph¬ng ph¸p

nµy nh»m t¹o ra hiÖu øng ®îc gäi lµ “mao dÉn ngîc”.

- Cho ngËp hoµn toµn lîng quÆng ®îc hßa t¸ch trong mét thiÕt bÞ chøa.

Ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®îc tiÕn hµnh gi¸n ®o¹n hay liªn tôc, vµ dßng dung dÞch cã

thÓ ch¶y tõ trªn xuèng hay tõ díi lªn.

- Trén quÆng víi axit m¹nh, ®Ó cho “ngÊu” trong mét thêi gian, sau ®ã röa b»ng

níc. Ph¬ng ph¸p nµy cßn thêng ®îc gäi víi tªn riªng lµ ph¬ng ph¸p xö lý b»ng

axit m¹nh.

Thêng th× trong thùc tiÔn hay dïng mét sè c¸ch tæ hîp kh¸c nhau cña nh÷ng

nguyªn lý c¬ b¶n kÓ trªn, vµ c¸c dung dÞch thu ®îc thêng ®îc Ýt nhiÒu tuÇn hoµn l¹i

mét phÇn nh»m n©ng cao nång ®é urani trong dung dÞch s¶n phÈm cuèi cïng ®ång thêi

kh«ng ®Ó l¹i nhiÒu axit d, g©y l·ng phÝ vµ lµm gi¶m hiÖu qu¶ chung cña kh©u thu håi

sau ®ã. TuÇn hoµn dung dÞch thêng ®îc tiÕn hµnh theo nguyªn lý ngîc chiÒu; dung

dÞch tríc khi trë thµnh dung dÞch s¶n phÈm ®îc cho ch¹y qua cét quÆng míi ®Ó gi¶m

lîng axit cßn d vµ t¨ng thªm nång ®é urani lªn mét chót.

H×nh 1.2. S¬ ®å cÊu tróc hoµ t¸ch ®èng

I.2. C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng

I.2.1 C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng

Trong thùc tÕ cã thÓ coi mét ®èng quÆng lµ mét thiÕt bÞ d¹ng líp ®Öm, kh«ng cã

xóc t¸c, dÞ thÓ vµ ®îc x©y dùng trªn mét diÖn tÝch lín. C¸c kho¶ng trèng cña ®èng

quÆng thêng cã sù tham gia cña dung dÞch hoµ t¸ch vµ kh«ng khÝ vµ do vËy chóng

ho¹t ®éng ë nh÷ng ®iÒu kiÖn b·o hoµ cã thÓ thay ®æi, cã 5 ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt cã thÓ dÔ

dµng nhËn ra:

- Pha r¾n cña c¸c h¹t quÆng hay c¸c h¹t quÆng ®· ®îc kÕt khèi (agglomerat)

trong ®ã cã c¸c lç mao qu¶n;

- PhÇn dung dÞch láng n»m gi÷a c¸c h¹t quÆng;

- PhÇn dung dÞch láng bÞ gi÷ l¹i gi÷a c¸c agglomerat bëi lùc c©n b»ng gi÷a ¸p

suÊt mao qu¶n vµ träng lùc;

- PhÇn dung dÞch chuyÓn ®éng hay ch¶y tù do kiÓu thÊm bëi t¸c dông cña träng

lùc nh nh÷ng mµng láng trªn bÒ mÆt cña c¸c h¹t quÆng. Cã ®èng dßng dung dÞch

®îc tíi liªn tôc nhng cã ®èng dung dÞch ®îc tíi gi¸n ®o¹n;

- Kho¶ng trèng gi÷a c¸c h¹t quÆng bÞ ®iÒn ®Çy khÝ.

Trong qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng ngêi ta quan t©m tíi c¸c ph¶n øng hßa tan, kÕt

tña, c©n b»ng vµ thuËn nghÞch, phô thuéc tríc hÕt vµo qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ chuyÓn

khèi cña c¸c chÊt ph¶n øng vµ s¶n phÈm gi÷a c¸c pha kh¸c nhau cña ®èng. Mçi mét

qu¸ tr×nh nµy (ph¶n øng, vËn chuyÓn, chuyÓn khèi) cã thÓ diÔn ra ë quy m« h¹t

kho¸ng, h¹t quÆng, quy m« trung gian lµ tËp hîp c¸c h¹t quÆng ®îc kÕt khèi hay ë

quy m« ®èng. Sau ®©y sÏ tr×nh bµy viÖc xem xÐt c¸c hiÖn tîng quan träng x¶y ra ë

mçi mét quy m«.

I.2.1.1. C¸c qu¸ tr×nh vi m«

Qu¸ tr×nh vi m« x¶y ra ë quy m« h¹t kho¸ng vµ c¸c h¹t quÆng. ë quy m« h¹t

kho¸ng, ph¶n øng hãa häc hßa t¸ch vµ ®éng häc ph¶n øng lµ nh©n tè chiÕm u thÕ. C¸c

ph¶n øng hãa häc chñ yÕu phô thuéc vµo nhiÖt ®é (®Æc trng bëi n¨ng lîng ho¹t hãa)

vµ nång ®é chÊt ph¶n øng. MÆc dï c¬ chÕ chÝnh cña nh÷ng ph¶n øng nh vËy ®· ®îc

hiÓu râ, nhng c¸c gi¸ trÞ chÝnh x¸c cho mçi trêng hîp cô thÓ ph¶i ®îc x¸c ®Þnh râ

[28].

ë quy m« mét h¹t quÆng, sù ph©n bè cña c¸c h¹t kho¸ng trong h¹t quÆng còng

cÇn ph¶i ®îc quan t©m. Gi¶ thiÕt c¸c h¹t kho¸ng ph©n bè ®ång ®Òu trong quÆng, kÕt

hîp víi qu¸ tr×nh hßa tan kho¸ng t¬ng ®èi nhanh, ®iÒu nµy gãp phÇn lµm x¸c thùc

thªm vµo m« h×nh ®éng häc nh©n ph¶n øng gi¶m dÇn [42]. Trong thùc tÕ c¸c h¹t

kho¸ng cã thÓ h×nh thµnh nh nh÷ng h¹t kho¸ng tù do hay mét ®¸m c¸c h¹t kho¸ng, vµ

cã thÓ ph©n bè ë trªn bÒ mÆt hay n»m trong c¸c khe kÏ cña h¹t quÆng.

Mét qu¸ tr×nh quan träng kh¸c n÷a ë quy m« h¹t quÆng lµ qu¸ tr×nh vËn chuyÓn

t¸c nh©n vµo vµ chuyÓn s¶n phÈm ph¶n øng ra khái c¸c vÞ trÝ ph¶n øng trong h¹t. C¸c

qu¸ tr×nh nµy do qu¸ tr×nh khuÕch t¸n ®iÒu khiÓn vµ bÞ giíi h¹n bëi kÝch thíc vµ ®é

xèp cña h¹t quÆng, gradient khuÕch t¸n vµ hÖ sè khuÕch t¸n cña c¸c cÊu tö.

KhuÕch t¸n t¸c nh©n

H¹t quÆng xèp

§¸m kho¸ng trong h¹t

§¸m kho¸ng ë bÒ mÆt h¹t

Kho¸ng h×nh thµnh tù do trong h¹t

Kho¸ng n»m trong c¸c khe kÏ

H×nh 1.3. MÆt c¾t ngang cña mét h¹t quÆng

KhuÕch t¸n qua lç gi÷a c¸c h¹t quÆng

c¸c ®¸m quÆng

Dung dÞch lu gi÷

I.2.2.2.C¸c qu¸ tr×nh trung gian

H×nh 1.4. Mét tËp hîp c¸c h¹t quÆng

C¸c qu¸ tr×nh trung gian x¶y ra ë quy m« mét tËp hîp c¸c h¹t quÆng. Qu¸ tr×nh

quan träng ë quy m« nµy lµ qu¸ tr×nh khuÕch t¸n cña c¸c cÊu tö nh t¸c nh©n hßa t¸ch

hay s¶n phÈm cña ph¶n øng qua phÇn dung dÞch lu gi÷ n»m ë kho¶ng trèng cña líp

quÆng ®Ó ®i vµo dung dÞch hßa t¸ch hay tham gia ph¶n øng hãa häc trong h¹t quÆng.

Ph¹m vi ¶nh hëng cña qu¸ tr×nh khuÕch t¸n vµo c¸c lç gi÷a c¸c h¹t lªn tèc ®é qu¸

tr×nh hßa t¸ch kho¸ng phô thuéc vµo chiÒu dµi qu·ng ®êng khuÕch t¸n, ®iÒu nµy ¶nh

hëng ®¸ng kÓ trong nh÷ng ®èng mµ viÖc tíi ®ång ®Òu dung dÞch hßa t¸ch kh«ng

®îc ®¶m b¶o [28].

I.2.2.3. C¸c qu¸ tr×nh vÜ m«

C¸c qu¸ tr×nh vÜ m« lµ nh÷ng qu¸ tr×nh thÓ hiÖn "dßng" c¬ b¶n trong ®èng. §ã

lµ c¸c dßng dung dÞch, dßng khÝ vµ dßng nhiÖt. §èng cÇn ®îc tíi ®Òu dung dÞch hßa

t¸ch, thu s¶n phÈm, khèng chÕ nhiÖt ®é (nÕu cÇn thiÕt) ®Ó duy tr× ®é Èm bªn trong. Cã

hai c¸ch phæ biÕn thêng ®îc sö dông ®Ó tíi dung dÞch lªn ®èng lµ dïng èng tíi vµ

dµn ma, ®Ó ®¶m b¶o viÖc tíi dungdÞch ®îc ®ång ®Òu. §èi víi nh÷ng ®èng ®îc tíi

liªn tôc th× dßng dung dÞch phô thuéc vµo kh¶ n¨ng thÊm vµ møc ®é b·o hßa cña ®èng.

Trong m« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa¸ch thÊm ngêi ta thêng gi¶ thiÕt dßng dung dÞch lµ

®ång ®Òu, nhng thùc tÕ dßng dung dÞch thêng bÞ h¹n chÕ vµ ch¶y thµnh kªnh trong

®èng [55].

§èi víi nh÷ng ®èng cã qu¸ tr×nh tham gia cña pha khÝ (vÝ dô qu¸ tr×nh hßa t¸ch

®èng cã sù tham gia cña vi sinh, ®èng cÇn ®îc cung cÊp «xy), th× qu¸ tr×nh di chuyÓn

cña khÝ trong ®èng còng phô thuéc vµo kh¶ n¨ng thÊm vµ møc ®é b·o hßa, nhiÖt ®é cña

®èng, sù tiªu thô «xy vµ qu¸ tr×nh t¹o thµnh h¬i níc [28]. NhiÖt t¹o ra bëi c¸c ph¶n

øng hãa häc trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng ®îc vËn chuyÓn b»ng ®èi lu bëi pha láng

vµ pha khÝ vµ b»ng dÉn nhiÖt qua ®èng. Nh÷ng ®èng mµ thay ®æi nhiÖt ®é phô thuéc

vµo tèc ®é tíi dung dÞch vµ sôc khÝ, th× cã thÓ sö dông tèc ®é nµy ®Ó ®iÒu khiÓn nhiÖt

Dßng dung dÞch

Táa nhiÖt bªn trong

Dßng khÝ

®é [30].

H×nh 1.5. M« h×nh ®èng vµ c¸c "dßng" c¬ b¶n

§èi víi qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng c¸c h¹t quÆng thêng cã kÝch thíc kh«ng ®ång

®Òu, thùc hiÖn ë ¸p suÊt thêng, pha khÝ b·o hoµ, dßng pha láng ch¶y tù do rÊt chËm (2

- 50 lÝt/m2.h) [49], khi ®ã gi¸ trÞ ®iÓn h×nh cña chuÈn sè Reynold thêng nhá h¬n 1

(Re<1). C¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ trªn kh¸c xa víi c¸c ®iÒu kiÖn trong thiÕt bÞ d¹ng

th¸p ®Öm, n¬i c¸c h¹t ®Öm, h¹t xóc t¸c thêng cã kÝch thíc ®ång ®Òu, ¸p suÊt vµ tèc

®é dßng khÝ vµ láng cao võa ph¶i vµ cã thÓ ho¹t ®éng ë chÕ ®é dßng xung. Sù kh¸c

nhau vÒ c¸c ®iÒu kiÖn trªn h¹n chÕ viÖc sö dông c¸c kÕt qu¶, c¸c quan hÖ cã ®îc tõ

c¸c nghiªn cøu vÒ c¸c thiÕt bÞ líp ®Öm ®Ó m« t¶ c¸c hiÖn tîng khuÕch t¸n vµ lu gi÷

trong c¸c thiÕt bÞ hoµ t¸ch ®èng vµ cét [45].

Trong mét cét quÆng cã dung dÞch ch¶y qua, ngêi ta thêng ph©n chia dung

dÞch ra lµm 2 lo¹i nh sau:

PhÇn dung dÞch bÞ gi÷ l¹i: ®ã lµ phÇn chÊt láng ®îc gi÷ l¹i trong líp quÆng, nã

phô thuéc vµo ®é xèp cña h¹t vµ sù s¾p xÕp cña líp quÆng. PhÇn lín lîng láng tÜnh lµ

lîng láng n»m trong c¸c mao qu¶n cña h¹t, trong khi mét phÇn nhá h¬n lµ phÇn chÊt

láng gi÷ l¹i bëi søc c¨ng bÒ mÆt cña c¸c h¹t cÊu t¹o nªn líp quÆng. PhÇn dung dÞch

láng n»m ë gi÷a c¸c h¹t vµ phÇn dung dÞch bÞ gi÷ l¹i, chÝnh lµ thÓ tÝch ®ù¬c gi÷ l¹i sau

khi dung dÞch ch¶y tho¸t ra. ChØ cã qu¸ tr×nh bay h¬i lµ tiÕp tôc ®èi víi c¸c dung dÞch

bÞ gi÷ l¹i nµy. ThÓ tÝch phÇn dung dÞch nµy chØ phô thuéc vµo ®Æc tÝnh vËt lý cña dung

dÞch, h×nh d¹ng, kÝch thíc h¹t vµ kh¶ n¨ng thÊm ít.

PhÇn dung dÞch di chuyÓn: lµ phÇn chÊt láng ch¶y x¶ xung quanh h¹t vµ phô

thuéc vµo c¸ch s¾p xÕp líp quÆng vµ kÝch thíc cña nã, lu lîng ra vµ b¶n chÊt cña

pha láng. PhÇn dung dÞch láng di chuyÓn lµ phÇn dung dÞch thu ®îc trong suèt qu¸

tr×nh dung dÞch ch¶y tho¸t ra vµ phô thuéc chñ yÕu vµo tèc ®é pha khÝ vµ láng, ®Æc tÝnh

vËt lý cña pha láng vµ ®Æc trng cña líp quÆng. Khi tèc ®é pha láng thÊp, lùc mao qu¶n

gi÷ dung dÞch hoµ t¸ch t¹i c¸c lç nhá bëi v× n¨ng lîng bÒ mÆt ë mÆt tiÕp gi¸p dung

dÞch vµ quÆng nhá h¬n. Khi tèc ®é dßng t¨ng lªn, lîng dung dÞch thõa ra sÏ ®i vµo c¸c

kªnh dÉn vµ kho¶ng trèng lín chøa khÝ vµ dßng dung dÞch sÏ h×nh thµnh mµng láng

däc theo bÒ mÆt h¹t quÆng. Khi tèc ®é dßng t¨ng lªn chØ cã phÇn trèng cña líp quÆng

lµ chøa dung dÞch. Trõ khi kho¶ng trèng chøa khÝ b¾t ®Çu bÞ ng¾t vµ hiÖn tîng ngËp

xuÊt hiÖn, viÖc t¨ng tèc ®é dßng cña dung dÞch ¶nh hëng kh«ng ®¸ng kÓ lªn phÇn

dung dÞch di chuyÓn, ngo¹i trõ viÖc chiÒu dµy líp mµng dung dÞch hoµ t¸ch sÏ dµy lªn

[67]. KÝch thíc h¹t vµ sè lîng c¸c h¹t nhá sÏ ¶nh hëng nhiÒu h¬n tíi phÇn dung

dÞch di chuyÓn [53].

I.2.2. Mét sè vÊn ®Ò quan träng trong hoµ t¸ch ®èng [52]

Hai kh¸i niÖm then chèt trong hßa t¸ch ®èng lµ dßng thÝch hîp vµ dßng ®ång

®Òu cña dung dÞch ch¶y qua ®èng. Dßng thÝch hîp cÇn thiÕt cho hoµ t¸ch ®èng ®Ó ®¶m

b¶o hoµ t¸ch trong mét thêi gian kinh tÕ, trong khi dßng ®ång ®Òu th× cÇn thiÕt ®Ó ®¶m

b¶o toµn bé quÆng trong ®èng ®Òu ®îc hoµ t¸ch.

Qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng ®ßi hái ®èi tîng quÆng cã kh¶ n¨ng thÊm t¬ng ®èi vµ

cã cÊu tróc ®ång nhÊt, ®iÒu nµy sÏ kh«ng t¹o c¬ héi cho hiÖn tîng ch¶y theo kªnh

r·nh vµ lÆp l¹i thµnh c¸c vßng ng¾n. Nh÷ng khu vùc cña ®èng kh«ng cã sù tiÕp xóc

hiÖu qu¶ cña dung dÞch, sÏ kh«ng ®îc hoµ t¸ch nÕu kh«ng cã dßng dung dÞch qua.

I.2.2.1. Kh¶ n¨ng thÊm

Lý thuyÕt thÊm xÐt chuyÓn ®éng kh«ng ngõng cña níc trong c¸c khe nøt, lç

rçng cña vËt r¾n vµ c¸c s¶n phÈm cña vËt r¾n. TÝnh ®a d¹ng, phøc t¹p cña vËt liÖu còng

nh cña m«i trêng chÊt r¾n lµm cho viÖc nghiªn cøu c¸c dßng thÊm trë nªn khã kh¨n

h¬n so víi viÖc nghiªn cøu c¸c dßng ch¶y trªn mÆt. §Ó nghiªn cøu dßng thÊm, ngêi ta

cÇn m« h×nh hãa c¸c lç rçng vµ khe nøt thµnh tËp hîp c¸c èng trô trßn, khi ®ã dßng

thÊm ®îc thay thÕ b»ng dßng ch¶y trong èng. Do quan hÖ gi÷a dßng thÊm vµ ®êng

kÝnh cña c¸c èng trô trßn, còng nh do tÝnh chÊt cña vËt liÖu, do søc c¶n mµ ngêi ta

chia lµm hai lo¹i lµ dßng ch¶y dßng vµ ch¶y rèi. Dßng chÊt láng ®i qua phÇn trèng xèp

®· ®îc nghiªn cøu nhiÒu nhng theo ph¬ng ph¸p lý thuyÕt hoÆc quan hÖ thùc

nghiÖm chung ®Òu kh«ng tiªn ®o¸n chÝnh x¸c sù thÊm cña líp quÆng ®· cho.

Trêng hîp ch¶y dßng, ta cã ®Þnh luËt Darcy

Q = k. ∆ H. ω / l

Trong ®ã: Q - Lu lîng chÊt láng

k - hÖ sè thÊm

∆ H - Chªnh lÖch ¸p suÊt

ω - TiÕt diÖn

l - ChiÒu cao khèi quÆng thÊm

Trêng hîp ch¶y rèi, ta cã ®Þnh luËt phi tuyÕn (khi gradien ¸p lùc thÊm qu¸ lín)

§Þnh luËt thÊm phi tuyÕn mang tªn Kratnoponxki:

v = k.sqrt (J)

Tõ hai ®Þnh luËt trªn §uypuy tæng qu¸t hãa thµnh ph¬ng tr×nh §uypuy:

J = av + bv2

Tõ c¸c ®Þnh luËt trªn nhËn thÊy r»ng tèc ®é thÊm phô thuéc vµo 3 yÕu tè: thêi

gian thÊm, kh«ng gian thÊm (chiÒu cao, tiÕt diÖn), øng suÊt kÐo, nÐn.

Tèc ®é thÊm chÞu ¶nh hëng cña nhiÖt ®é th«ng qua ®é nhít cña dung dÞch

nhng trong hßa t¸ch thÊm chØ cã ph¬ng ¸n tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é m«i trêng nªn yÕu

tè nµy kh«ng cÇn quan t©m nhiÒu. Tèc ®é thÊm phô thuéc vµo b¶n chÊt cÊu tróc vËt

liÖu, ®é xèp cña vËt liÖu, kÝch thíc lç mao qu¶n cña vËt liÖu xèp.

Kh¶ n¨ng thÊm kh«ng hiÖu qu¶ cña ®èng lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n

th«ng thêng nhÊt g©y ra thÊt b¹i cho c¸c dù ¸n hoµ t¸ch ®èng. Kh¶ n¨ng thÊm kh«ng

hiÖu qu¶ cã nghÜa lµ dßng dung dÞch hoµ t¸ch chËm vµ kÕt qu¶ n»m trong vïng thêi

gian hoµ t¸ch kh«ng kinh tÕ, hiÖu suÊt thu håi gi¶m do thÊm ít kh«ng hÕt toµn bé

®èng. Ngîc l¹i nÕu ®èng quÆng thÊm qu¸ dÔ, th× thêi gian tiÕp xóc cña dung dÞch hoµ

t¸ch vµ quÆng sÏ kh«ng cã hiÖu qu¶ vµ do vËy lµm gi¶m hiÖu suÊt thu håi.

Mét trong nh÷ng nh©n tè chÝnh g©y ra kh¶ n¨ng dÉn dung dÞch thÊp lµ nh÷ng

líp sÐt vµ h¹t nhá mÞn trong quÆng. Nh÷ng h¹t quÆng nhá kho¸ c¸c kho¶ng trèng mao

qu¶n bªn trong c¸c h¹t quÆng, lµm gi¶m kho¶ng trèng vµ do vËy gi¶m kh¶ n¨ng thÊm

cña quÆng. Trong mét sè trêng hîp hßa t¸ch ®èng c¸c quÆng cã hµm lîng kho¸ng

cacbonat cao cã c¸c ph¶n øng sinh khÝ thêng lµ gi÷a axit vµ c¸c kho¸ng canxit, nÕu

qu¸ tr×nh tho¸t khÝ kh«ng tèt th× c¸c bät khÝ nµy sÏ g©y c¶n trë cho qu¸ tr×nh thÊm dung

dÞch, dÔ dÉn ®Õn hiÖn tîng t¾c, nghÏn.

Nh÷ng vÊn ®Ò vÒ kh¶ n¨ng thÊm cña ®èng còng t¨ng lªn trong c¸c ®èng quÆng

n¬i mµ quÆng trë nªn r¾n ch¾c do qu¸ tr×nh thùc hiÖn x©y dùng ®èng kh«ng ®¶m b¶o

vµ cÈu th¶. Sù bÒn v÷ng ch¾c h¹t quÆng hay qu¸ tr×nh ph©n r· cña quÆng trong suèt qu¸

tr×nh ho¹t ®éng cña ®èng còng sÏ dÉn ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò vÒ kh¶ n¨ng thÊm. HiÖn tîng

kÕt tña bªn trong cña nh÷ng cÊu tö nh canxi, s¾t, nÕu h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh ho¹t

®éng cña ®èng, còng cã thÓ lµm gi¶m ®¸ng kÓ kh¶ n¨ng thÊm.

Thùc tÕ trong qu¸ tr×nh hoµ t¸ch quÆng urani b»ng axit sunfuaric, do sù trung

hoµ axit dÉn ®Õn hiÖn tîng kÕt tña cña urani ®· hoµ tan. HiÖn tîng nµy t¹o thµnh mét

vïng di chuyÓn ®îc lµm giµu thø cÊp sau qu¸ tr×nh hoµ t¸ch. Urani ®· kÕt tña hoµ tan

l¹i khi cã axit míi ®i vµo vµ l¹i kÕt tña l¹i vµ tiÕp tôc nh vËy [38].

Híng dßng dung dÞch hoµ t¸ch

H×nh 1.6. Sù thay ®æi nång ®é urani trong dung dÞch axit trong qu¸ tr×nh di chuyÓn liªn

tôc cña vïng hoµ t¸ch qua líp quÆng

Trong ®ã: 1- vïng chøa kho¸ng urani

2- vïng lµm giµu thø cÊp

3- vïng c©n b»ng nång ®é urani trong dung dÞch

4- vïng hoµ t¸ch

5- vïng urani ®· bÞ gi¶m ®i

I.2.2.2. Dßng u tiªn

Kh¸i niÖm chung "dßng u tiªn" ®îc sö dông ®Ó m« t¶ sù kh«ng ®ång ®Òu cña

dßng do biªn d¹ng dßng ph¸t sinh vµ thay ®æi. Trong nh÷ng trêng hîp nh vËy, dßng

ch¶y thµnh kªnh qua nh÷ng khu vùc cã kh¶ n¨ng dÉn cao h¬n, hay thµnh nh÷ng dßng

dung dÞch u tiªn. Sù kh«ng ®ång ®Òu vÒ cÊu tróc x¶y ra trong hoµ t¸ch ®èng th«ng

thêng lµ do sù thay ®æi vÒ b¶n chÊt tù nhiªn cña quÆng ®Çu vµ cßn do sù ph©n t¸ch

cña quÆng trong suèt qu¸ tr×nh khai th¸c, cÊt gi÷, ®Ëp nghiÒn vµ c¸c ho¹t ®éng s¾p ®Æt.

Khi dßng dung dÞch hoµ t¸ch ch¶y thµnh dßng u tiªn qua ®èng, hiÖu suÊt thu håi kim

lo¹i sÏ gi¶m bëi sù tiÕp xóc quÆng vµ dung dÞch hoµ t¸ch bÞ h¹n chÕ trong nh÷ng vïng

mµ gi¶m dßng dung dÞch ®i vµo [52].

I.2.2.3. ¸p dông thùc tÕ cho hßa t¸ch ®èng [52]

I.2.2.3.1. Kü thuËt kÕt khèi

Kü thuËt kÕt khèi thêng ®îc ¸p dông cho qu¸ tr×nh ph¶i xö lý quÆng cã nhiÒu

h¹t mÞn vµ sÐt cã thÓ liªn kÕt thµnh nh÷ng h¹t lín h¬n ®Ó h×nh thµnh c¸c agglomerat.

Ph¬ng ph¸p agglomerat sÏ thay ®æi tuú thuéc vµo ph©n bè kÝch thíc h¹t cña quÆng.

Nãi chung kü thuËt agglomerat sÏ t¨ng møc ®é phøc t¹p vµ chi phÝ phô thuéc vµo sè

lîng c¸c h¹t nhá mÞn trong quÆng. Trong trêng hîp tû lÖ c¸c h¹t mÞn thÊp, quÆng

®¬n gi¶n ®îc lµm Èm b»ng níc hoÆc dung dÞch hoµ t¸ch vµ qu¸ tr×nh agglomerat x¶y

ra ngay khi quÆng ®îc ®¶o trén trong qu¸ tr×nh x©y dùng ®èng. ChÊt kÕt dÝnh ®îc

cho vµo trong qu¸ tr×nh bæ sung níc hoÆc dung dÞch hoµ t¸ch.

Ph¬ng ph¸p nµy gi÷ c¸c h¹t mÞn vµ sÐt trong c¸c agglomerat, vµ do vËy lo¹i bá

kh¶ n¨ng thu hÑp vµ h¹n chÕ dßng ch¶y cña chóng. Thªm vµo ®ã kh¶ n¨ng ®ång nhÊt

cña toµn bé ®èng còng ®îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ v× sù di chuyÓn cña c¸c h¹t sÐt bÞ gi¶m

®i vµ kh¶ n¨ng di chuyÓn cña chóng ®Ó h×nh thµnh c¸c líp cã kh¶ n¨ng thÊm thÊp th×

gi¶m ®i ®ång thêi lµm gi¶m ®i kh¶ n¨ng h×nh thµnh dßng u tiªn [52].

I.2.2.3.2. Kü thuËt x©y dùng ®èng

C¸c ph¬ng ph¸p x©y dùng ®èng gi÷ mét vai trß quyÕt ®Þnh ®¶m b¶o tho¶ m·n

chÕ ®é thuû ®éng cña ®èng vµ kh¶ n¨ng thµnh c«ng toµn bé dù ¸n hoµ t¸ch ®èng. Mäi

nç lùc ph¶i ®îc thùc hiÖn trong qu¸ tr×nh x©y dùng ®èng ®Ó t¹o ra nh÷ng ®èng cã kh¶

n¨ng thÊm hiÖu qu¶ vµ ®ång ®Òu. Nh÷ng ®èng kh«ng ®îc kÕt khèi r¾n ch¾c sÏ tù do

h×nh thµnh nh÷ng líp vËt liÖu bÞ ph©n t¸ch vµ sÏ t¹o c¬ héi h×nh thµnh dßng u tiªn.

Trong qóa tr×nh x©y dùng ®èng nÕu vËt liÖu ®îc ®a vµo nhÑ nhµng sÏ gi¶m tèi

thiÓu c¶ hai hiÖn tîng kÕt khèi vµ ph©n t¸ch líp. Sù kÕt chÆt t¹i ch©n ®Õ cña ®èng do

chiÒu cao qu¸ cao cña ®èng còng lµ mét vÊn ®Ò cã thÓ ph¶i tËp trung nghiªn cøu ®Ó ®¹t

chiÒu cao tèi thiÓu.

I.2.2.3.3. Kü thuËt tíi dung dÞch

Cã hai c¸ch phæ biÕn thêng ®îc sö dông ®Ó tíi dung dÞch lªn ®èng lµ dïng

èng tíi vµ dµn ma. C¸c giät níc tõ c¸c èng tíi cã thÓ ®¸nh bËt c¸c h¹t quÆng nhá,

mÞn ra khái c¸c agglomerat vµ röa tr«i chóng vµo bªn trong hay ®Èy xuèng mét møc ®é

s©u h¬n tõ bÒ mÆt ®èng. Qu¸ tr×nh nµy còng t¹o ra nh÷ng c¶n trë cho dßng dung dÞch

trong ®èng hoÆc lµm bÝt bÒ mÆt cña ®èng. Khi tíi b»ng dµn ma dung dÞch sÏ ®îc

ph©n phèi ®ång ®Òu vµ sÏ gi¶m hiÖn tîng do quÆng trong ®èng kh«ng ®îc hoµ t¸ch.

I.2.2.3.4. Tèc ®é tíi dung dÞch

ViÖc lùa chän tèc ®é tíi dung dÞch nh»m duy tr× ®é Èm, kh¶ n¨ng thÊm trong

®èng, ®iÒu nµy phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo b¶n chÊt cña tõng lo¹i quÆng. Vïng cã tÝnh

thÊm nhá nhÊt (thêng lµ líp bÒ mÆt) quyÕt ®Þnh tèc ®é thÊm hiÖu qu¶ lín nhÊt. Tèc ®é

tíi dung dÞch vît qu¸ gi¸ trÞ nµy sÏ t¹o ®iÒu kiÖn h×nh thµnh kªnh dÉn hay dßng tuÇn

hoµn ng¾n. ViÖc t¨ng tèc ®é tíi dung dÞch kh«ng lµm t¨ng tèc ®é hoµ t¸ch do c¸c

dßng tuÇn hoµn ng¾n lµm gi¶m hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch. Trong thùc tÕ tèc ®é

dßng dung dÞch tíi t¨ng sÏ chØ pha lo·ng dung dÞch c¸i vµ lµm cho qu¸ tr×nh xö lý

dung dÞch tiÕp theo khã kh¨n h¬n, còng nh lµ lµm cho dßng chØ ®i qua khu vùc tËp

trung c¸c vËt liÖu cã cÊu tróc th« h¬n. ViÖc sö dông tèc ®é dßng thÊm thÊp trong toµn

bé chu tr×nh hoµ t¸ch sÏ t¹o kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn hµm lîng kim lo¹i cÇn hoµ tan trong

dung dÞch c¸i tèt nhÊt víi tÝnh thÊm dÉn thÊp. Nãi chung tèc ®é tíi dung dÞch hoµ

t¸ch chØ cÇn ®ñ ®Ó röa ra (hoµ t¸ch) c¸c cÊu tö quan t©m ®· hoµ tan.

§Ó thu håi mét c¸ch kinh tÕ kim lo¹i tõ c¸c ®èng quÆng ®· hoµ t¸ch cã thÓ kÐo

dµi qu¸ tr×nh hoµ t¸ch b»ng c¸ch sö dông chu tr×nh hoµ t¸ch/nghØ xen kÏ. Thùc tÕ sau

khi kÕt thóc qu¸ tr×nh hoµ t¸ch, ®èng vÉn cßn nhiÒu chç trèng nhá lu gi÷ dung dÞch

hoµ t¸ch bªn trong. Qu¸ tr×nh hoµ tan do vËy vÉn tiÕp tôc x¶y ra trong c¶ thêi gian

nghØ, vµ nång ®é kim lo¹i tiÕp tôc t¨ng lªn trong phÇn dung dÞch bÞ lu gi÷ ®ã.

I.2.2.3.5. T¸c nh©n thÊm ít

T¸c nh©n thÊm ít lµ nh÷ng cÊu tö ho¸ häc tham gia vµo ®Ó gi¶m søc c¨ng bÒ

mÆt cña chÊt láng. Sù gi¶m søc c¨ng bÒ mÆt cã thÓ dÉn tíi kÕt qu¶ lµ lµm t¨ng dßng vµ

kh¶ n¨ng thÊm ít lín h¬n cña ®èng khi t¸c nh©n thÊm ít ®îc bæ sung vµo dung

dÞch hoµ t¸ch trong qu¸ tr×nh vËn hµnh hoµ t¸ch ®èng.

I.2.2.3.6. Møc ®é ph©n r· cña vËt liÖu trong qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng

Kean [42] lµ mét trong nh÷ng t¸c gi¶ ®· ®a ra nh÷ng vÝ dô chøng minh sù thay

®æi cña ph©n bè kÝch thíc h¹t sang mét cÊu tróc mÞn h¬n do qu¸ tr×nh hoµ t¸ch quÆng

g©y ra. Møc ®é ph©n r· cña quÆng diÔn ra trong suèt qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng vµ sÏ ¶nh

hëng lªn chÕ ®é dßng vµ kh¶ n¨ng lu gi÷ dung dÞch trong ®èng. VËt liÖu bÞ ph©n r·

vµ trë nªn cã cÊu tróc mÞn h¬n sÏ t¹o kh¶ n¨ng lín h¬n ®Ó lu gi÷ dung dÞch. Do vËy

mét tèc ®é tíi dung dÞch tèi u lµ kh«ng thÓ cho toµn bé chu tr×nh hoµ t¸ch ®èng bëi

v× ®Æc tÝnh cña vËt liÖu ¶nh hëng lªn chÕ ®é dßng vµ kh¶ n¨ng lu gi÷ dung dÞch thay

®æi trong suèt chu tr×nh do hiÖn tîng ph©n r·.

I.3. M« h×nh hãa qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng vµ chuyÓn quy m«

I.3.1. KÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi [13-28, 30-34, 36, 42-50, 52-73, 75-80]

Môc ®Ých cña viÖc m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng lµ ®Ó c¶i tiÕn viÖc thiÕt kÕ

®èng vµ tèi u vËn hµnh cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng còng nh t¹o ra mét c«ng cô cã

thÓ dù ®o¸n hµnh vi cña ®èng ®ang vµ sÏ ho¹t ®éng.

Nh÷ng c©u hái thêng ®îc ®Æt ra trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ vµ chuÈn bÞ vËn hµnh

hßa t¸ch ®èng lµ:

1) CÇn ph¶i nghiÒn quÆng ®Õn møc ®é nµo ®Ó cã thÓ t¨ng hiÖu suÊt thu håi vµ tèc ®é

hßa t¸ch?

2) Nång ®é axit sÏ thay ®æi theo thêi gian nh thÕ nµo ®Ó cã thÓ hßa t¸ch quÆng mét

c¸ch kinh tÕ?

3) LiÖu quy m« vÒ chiÒu cao vµ diÖn tÝch cña ®èng sÏ ¶nh hëng nh thÕ nµo ®Õn hiÖu

suÊt thu håi vµ hµm lîng cña kim lo¹i cÇn t¸ch trong dung dÞch hßa t¸ch?

4) ë nh÷ng ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®· thiÕt lËp, hiÖu suÊt thu håi vµ hµm lîng kim lo¹i

cÇn t¸ch trong dung dÞch sÏ biÕn ®æi nh thÕ nµo ?

5) Cuèi cïng lµ hiÖu suÊt hßa t¸ch bao nhiªu lµ cã hiÖu qu¶?

§Ó tr¶ lêi nh÷ng c©u hái trªn cÇn ph¶i thùc hiÖn nh÷ng thùc nghiÖm trong phßng

thÝ nghiÖm vµ ph¸t triÓn nh÷ng m« h×nh qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng mµ cã thÓ sö dông ®Ó

chuyÓn quy m« tõ c¸c sè liÖu phßng thÝ nghiÖm ®¹t nh÷ng kÕt qu¶ mong ®îi.

M« h×nh cho dù ®o¸n qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng kiÓu nµy ®Çu tiªn ®îc ®a ra bëi

Taylor vµ Wellan [78] nh sau:

HiÖu suÊt thu håi R =1- e –k(t+c)

Trong ®ã t lµ thêi gian hoµ t¸ch cßn c vµ k lµ c¸c h»ng sè.

M« h×nh trªn chØ cã thÓ dù ®o¸n hiÖu suÊt thu håi khi hoµ t¸ch quÆng chø kh«ng

dù ®o¸n ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè nh h×nh d¹ng cña ®èng, nång ®é axit, tèc ®é tíi

hay kÝch thíc h¹t lªn hiÖu suÊt thu håi, do vËy kh«ng thÓ sö dông ®Ó më réng quy m«.

Trong nh÷ng n¨m sau ®ã, nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ tÝnh to¸n qu¸ tr×nh

hßa t¸ch ®èng ®îc c«ng bè, giai ®o¹n ®Çu c¸c c«ng bè ®Òu tËp trung vµo gi¶i quyÕt

qu¸ tr×nh hßa t¸ch ë cÊp ®é h¹t [13, 14, 19, 22, 23, 25, 26, 27, 68, 74]. Trong mét sè

nghiªn cøu gÇn ®©y tËp trung nhÊn m¹nh vµo ¶nh hëng cña c¸c hiÖn tîng ë quy m«

®èng nh lµ dßng dung dÞch, dßng khÝ vµ ph©n bè nhiÖt ®é trong toµn bé qu¸ tr×nh ho¹t

®éng cña ®èng [28, 29, 43, 44, 52, 60, 62, 75].

Nh×n chung mäi nghiªn cøu vÒ tÝnh to¸n vµ m« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch

thÊm ®Òu r¬i vµo mét trong hai nhãm sau:

1. C¸c m« h×nh tËp trung vµo hiÖn tîng ë møc ®é h¹t víi møc ®é biÕn ®æi tinh

vi, trong khi qu¸ tr×nh ë quy m« ®èng coi nh dßng ®Èy mét thø nguyªn vµ hÇu hÕt lµ

®¼ng nhiÖt. Nh÷ng m« h×nh hßa t¸ch tiÕp cËn ë quy m« h¹t ®îc m« t¶ ë trªn còng cã

thÓ ®îc biÕn ®æi ®Ó ¸p dông cho c¸c ®èng hßa t¸ch lín ë quy m« th¬ng m¹i. Tuy

nhiªn m« h×nh trªn còng cã nh÷ng giíi h¹n nh nång ®é t¸c nh©n hßa t¸ch lu«n ®îc

coi lµ h»ng sè. C¸ch lµm gÇn ®óng nµy chØ cã thÓ coi lµ hîp lý khi ¸p dông cho hßa

t¸ch nh÷ng líp quÆng máng, chø kh«ng dïng ®îc cho nh÷ng ®èng cã chiÒu cao ®¸ng

kÓ hay nh÷ng ®èi tîng quÆng cã nhiÒu thµnh phÇn kho¸ng tiªu thô axit .

2. C¸c m« h×nh tËp trung vµo hiÖn tîng ë quy m« ®èng, viÖc x©y dùng c¸c m«

h×nh nµy hÇu nh chØ h×nh thµnh tõ c¸c sè liÖu cña nghiªn cøu cét víi c¸c quy m« kh¸c

nhau vµ chØ tËp trung vµo c¸c qu¸ tr×nh ë quy m« ®èng, ®Æc biÖt dßng pha khÝ vµ pha

láng trong ®èng kh«ng ®¼ng nhiÖt, trong khi chØ sö dông nh÷ng ph¶n øng ®¬n gi¶n ë

cÊp ®é h¹t. TÊt c¶ c¸c m« h×nh kiÓu nµy míi chØ ®îc sö dông ®Ó nghiªn cøu ®Þnh tÝnh,

chø cha ®îc x¸c nhËn víi sè liÖu cña ®èng ë quy m« lín.

Trong mçi c¸ch tiÕp cËn trªn ®Òu ph¶i gi¶ ®Þnh nh÷ng m« h×nh nhÊt ®Þnh ®Ó phï

hîp víi hiÖn tîng khèng chÕ tèc ®é chung cña qu¸ tr×nh. Víi nh÷ng m« h×nh cÊp ®é

h¹t ®ã hoÆc lµ qu¸ tr×nh khuÕch t¸n trong h¹t hoÆc lµ ®éng häc ph¶n øng, víi m« h×nh ë

quy m« ®èng phÇn lín lµ kh¶ n¨ng cung cÊp t¸c nh©n hoµ t¸ch, t¸c nh©n «xi ho¸ ë c¸c

vÞ trÝ kh¸c nhau theo chiÒu cao cña ®èng.

Sau ®©y ta xem xÐt mét m« h×nh cô thÓ cña Dixon vµ Hendrix [26, 27] ®· ®a ra

nh÷ng gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n hãa ®Õn tèi ®a, vµ x©y dùng ®îc mét m« h×nh to¸n häc

cho qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm ®¬n gi¶n víi gi¶ thiÕt vÒ dßng ch¶y liªn tôc cña dung dÞch

qua cét quÆng. Mét sè gi¶ thiÕt chÝnh ®Ó x©y dùng nªn m« h×nh lo¹i nµy lµ: M« h×nh

coi thiÕt bÞ hßa t¸ch lµ mét thiÕt bÞ lo¹i dßng ®Èy lý tëng; quÆng (hay chÊt r¾n ®îc

hßa t¸ch) chøa bªn trong cã d¹ng h×nh cÇu víi kÝch thíc ®ång nhÊt; ph¶n øng hßa

t¸ch lµ kh«ng thuËn nghÞch, bËc 1 theo nång ®é chÊt ph¶n øng ®ãng vai trß khèng chÕ

tèc ®é chung vµ cã bËc thay ®æi theo nång ®é chÊt hßa tan trong pha r¾n. C¸c gi¶ thiÕt

trªn ®· dÉn ®Õn viÖc x©y dùng nªn mét m« h×nh ë d¹ng ph¬ng tr×nh ®¹o hµm riªng

bËc hai dùa trªn d¹ng thøc cña ph¬ng tr×nh khuÕch t¸n trong h¹t cÇu víi b¸n kÝnh r, cã

kÌm theo ph¶n øng hãa häc:

−

=

+

)

Φ CCk pi

D ie

ερ 1( 0

ε 0

∂ C ∂ t

∂ C ∂ r

∂ C 2 ∂ r

2 r

  

 + 

trong ®ã: Ci lµ nång ®é chÊt ®îc hßa tan, Die lµ hÖ sè khuÕch t¸n hiÖu dông

cña chÊt hßa tan trong c¸c lç nhá cña pha r¾n, Cpi lµ nång ®é chÊt ®îc hßa tan trong

pha r¾n t¹i kho¶ng c¸ch cã b¸n kÝnh lµ r, kpi lµ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng tÝnh theo mét

®¬n vÞ khèi lîng chÊt r¾n, CA lµ nång ®é chÊt ph¶n øng (thÝ dô nh axit) trong pha

r¾n t¹i kho¶ng c¸ch cã b¸n kÝnh lµ r, vµ φpi lµ bËc ph¶n øng cña chÊt ®îc hßa tan i

),0( t

trong pha r¾n. Ph¬ng tr×nh nµy cã c¸c ®iÒu kiÖn ®Çu vµ ®iÒu kiÖn biªn lµ:

Ci(r,0) = 0 Ci(r,t) = Cib ∂ Ci ∂ r

trong ®ã: Cib lµ nång ®é chÊt ®îc hßa tan i trong dung dÞch. Tèc ®é ph¶n øng hãa

−=

piΦ CCk pi

pi dt

häc hßa tan chÊt i tõ pha r¾n ®îc biÓu thÞ qua ph¬ng tr×nh:

C¸c t¸c gi¶ ®· dïng nh÷ng biÕn ®æi to¸n häc thÝch hîp ®Ó ®a m« h×nh vÒ d¹ng

kh«ng thø nguyªn vµ sau ®ã dïng ph¬ng ph¸p sè ®Ó t×m lêi gi¶i trªn m¸y tÝnh. Tuy

nhiªn, c¸c gi¶ thiÕt vÒ dßng ch¶y liªn tôc cña pha láng qua cét còng nh kÝch thíc

®ång ®Òu h×nh cÇu cña pha r¾n vµ d¹ng ph¬ng tr×nh ®éng häc bËc 1 theo nång ®é chÊt

ph¶n øng lµ nh÷ng yÕu tè h¹n chÕ nhiÒu kh¶ n¨ng øng dông cña lo¹i m« h×nh lý thuyÕt

nµy. C¸c t¸c gi¶ cña c«ng tr×nh nghiªn cøu nµy còng chØ cã thÓ kiÓm ®Þnh l¹i kÕt qu¶

tÝnh to¸n cña m×nh vµ x¸c nhËn nã phï hîp víi c¸c sè liÖu thùc nghiÖm trªn cét thÝ

nghiÖm víi c¸c mÉu gi¶ (“quÆng nh©n t¹o” ®îc chÕ t¹o tõ viÖc Ðp c¸c viªn chÊt mang

víi «-xýt kim lo¹i cÇn hßa t¸ch).

Qua tham kh¶o tµi liÖu ta thÊy qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm yªu cÇu hµng lo¹t m«

h×nh gåm c¶ m« h×nh to¸n vµ m« h×nh vËt lý. M« h×nh to¸n bao gåm nh÷ng tÝnh to¸n

x¸c ®Þnh chÕ ®é thuû ®éng cña qu¸ tr×nh vµ ®éng häc cña c¸c ph¶n øng ho¸ häc, ®é

hoµ tan, vµ c¸c qu¸ tr×nh khuÕch t¸n vµ ®èi lu cña c¸c cÊu tö hoµ tan. M« h×nh to¸n

cña qu¸ tr×nh xuÊt ph¸t tõ mét lo¹t c¸c ph¬ng tr×nh kh¸c nhau m« t¶ dßng g©y ra bëi

sù chªnh lÖch ¸p suÊt ë ®Çu dßng (§Þnh luËt Darcy ®îc ¸p dông ®èi víi c¸c ®èng mµ

dung dÞch hßa t¸ch tíi liªn tôc), ®éng häc cña qu¸ tr×nh khuÕch t¸n vµ ho¸ häc.

§Ó ®a ra gi¶i ph¸p chung gi¶i c¸c ph¬ng tr×nh nµy lµ kh«ng thÓ v× kh«ng cã

ph¬ng ph¸p to¸n nµo cã thÓ tÝnh to¸n ®îc tÊt c¶ c¸c ®iÒu kiÖn ®Çu vµ ®iÒu kiÖn biªn.

Ngoµi ra rÊt khã kh¨n trong viÖc x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè, c¸c hµm cho c¸c ®iÒu kiÖn ®Æc

biÖt nh qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng. §Ó gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò nµy yªu cÇu ®¬n gi¶n ho¸ sù

phô thuéc gÜa c¸c hµm. C¸c hÖ sè ph¶i ®îc tÝnh to¸n vµ x¸c ®Þnh tõ thùc nghiÖm, sö

dông c¸c sè liÖu thùc cña ®Çu vµo vµ ra vµ sù thay ®æi nång ®é kim lo¹i hßa tan, t¸c

nh©n hoµ t¸ch vµ c¸c thµnh phÇn chÝnh trong dung dÞch hoµ t¸ch theo thêi gian.

Trong c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ m« h×nh ho¸ qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng nh ë

trªn ®Òu nh»m vµo c¸c ®èi tîng quÆng cô thÓ nh quÆng ®ång, quÆng vµng hay xØ

quÆng chøa s¾t vµ cr«m [20, 21, 22, 26, 57, 59, 61, 62, 69]. HÇu nh trong c¸c m« h×nh

trªn ®Òu gi¶ thiÕt vÒ dßng ch¶y liªn tôc cña pha láng qua cét vµ kÝch thíc ®ång ®Òu

h×nh cÇu cña pha r¾n, ®Æc tÝnh cña quÆng lu«n ®îc coi lµ kh«ng ®æi theo thêi gian vµ

®ång ®Òu vÒ vÞ trÝ. NhiÒu m« h×nh còng chØ ®a ra kÕt luËn dù ®o¸n ®îc nh÷ng ®Æc

®iÓm chung cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm. Cha cã c«ng tr×nh nµo ®Ò cËp ®Õn viÖc m«

h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm mµ dung dÞch hßa t¸ch cung cÊp gi¸n ®o¹n. Râ rµng

lµ viÖc nghiªn cøu ®Ó x©y dùng m« h×nh cho qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng thùc ë c¸c ®iÒu

kiÖn gÇn víi thùc tÕ sÏ phøc t¹p h¬n rÊt nhiÒu vµ hÇu nh lµ kh«ng thÓ lµm ®îc nÕu ¸p

dông c¸ch ®Æt vÊn ®Ò theo kiÓu t¬ng tù nh trªn.

Mét trong nh÷ng khã kh¨n n÷a trong nghiªn cøu qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm, ®Æc

biÖt lµ nghiªn cøu m« h×nh hãa ®ã lµ do sù kh¸c nhau cña c¸c lo¹i quÆng, ®iÓm kh¸c

nhau vÒ ®Þa lý cña nh÷ng ®Þa ®iÓm thùc hiÖn qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng (sù thay ®æi cña

nhiÖt ®é, lîng ma) vµ do sù kh¸c nhau cña qu¸ tr×nh x©y dùng ®èng, kh«ng thÓ cã

hai ®èng hßa t¸ch ho¹t ®éng gièng nh nhau (Readett, 1999) [67]. MÆt kh¸c còng cã

nhiÒu phøc t¹p trong viÖc chuyÓn quy m« tõ cét trong phßng thÝ nghiÖm sang quy m«

®èng lín. Th«ng thêng ph¶i cã mét sè thùc nghiÖm cét, mét sè thùc nghiÖm pilot quy

m« nhá tríc khi thiÕt kÕ vµ x©y dùng ®èng ë quy m« lín. ThËm chÝ ngay c¶ khi cã

mét ch¬ng tr×nh thÝ nghiÖm cét toµn diÖn, còng kh«ng thÓ ®¶m b¶o dù ®o¸n chÝnh x¸c

ho¹t ®éng cña ®èng ë quy m« lín. Râ rµng viÖc chän nh÷ng th«ng sè ®ñ tin cËy vµ

thiÕt thùc lµ rÊt cÇn thiÕt ®Ó chuyÓn quy m« sè liÖu tõ thÝ nghiÖm cét sang ®èng (Viotti,

1997) [80]. §Ó cã thÓ ®¹t ®îc môc tiªu x©y dùng nªn mét m« h×nh cã kh¶ n¨ng ¸p

dông thuËn tiÖn trong thùc tÕ, viÖc chän híng ®i ®óng lµ rÊt quan träng, nÕu kh«ng sÏ

bÞ sa lÇy, bÕ t¾c vµ kh«ng thÓ ®i ®Õn ®îc kÕt qu¶ cuèi cïng.

Gièng nh c¸c hßa t¸ch quÆng kh¸c, qu¸ tr×nh thÊm t¸ch urani tõ quÆng lµ qu¸

tr×nh dÞ thÓ phøc t¹p nªn cÇn nghiªn cøu kü c¸c quy luËt ®éng häc cña ph¶n øng hßa

t¸ch r¾n - láng dÞ thÓ. Qu¸ tr×nh thÊm phô thuéc b¶n chÊt cña vËt liÖu quÆng, kÝch

thíc h¹t quÆng còng nh lu lîng ch¶y qua cña pha láng. VÒ c¬ b¶n, bªn c¹nh nång

®é chÊt ph¶n øng (ë ®©y lµ nång ®é axit) hiÖu suÊt hßa t¸ch urani cßn phô thuéc nhiÒu

vµo c¸c ®Æc trng vËt lý- hãa häc cña quÆng, kÝch thíc quÆng ®îc xö lý, tèc ®é thÊm

vµ thêi gian thÊm cÇn thiÕt. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®îc c«ng bè trªn thÕ giíi trong

lÜnh vùc nµy kh«ng nhiÒu l¾m, trong ®ã chñ yÕu lµ nãi vÒ lý thuyÕt vµ nguyªn lý chung,

cßn nh÷ng tµi liÖu vÒ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cho nh÷ng ®èi tîng quÆng cô thÓ (ë ®©y

lµ quÆng urani) lµ rÊt Ýt. Trong thùc tÕ, ®©y lµ viÖc rÊt khã kh¨n do quy tr×nh xö lý

quÆng theo ph¬ng ph¸p hßa t¸ch tÜnh lµ mét quy tr×nh phøc t¹p gåm nhiÒu thao t¸c lÆp

®i lÆp l¹i xen kÏ nhau chø kh«ng ph¶i lµ mét qu¸ tr×nh æn ®Þnh vµ cha cã c«ng tr×nh

nghiªn cøu nµo trªn thÕ giíi ®Ò cËp ®îc ®Õn m« h×nh hãa qu¸ tr×nh nµy, ®Æc biÖt lµ khi

tiÕn hµnh hßa t¸ch theo ph¬ng ph¸p “mao dÉn ngîc”. Nh ®· nãi ë trªn ®Ó cã thÓ

x©y dùng nªn c¸c hÖ thèng xö lý míi ®èi víi hßa t¸ch thÊm quÆng urani, tµi liÖu híng

dÉn cña IAEA còng chØ ®Ò nghÞ tiÕn hµnh lµm thùc nghiÖm dÇn tõng bíc, b¾t ®Çu tõ

quy m« nhá chuyÓn dÇn lªn quy m« lín h¬n.

I.3.2. KÕt qu¶ nghiªn cøu trong níc [1-12]

TÊt c¶ c¸c kü thuËt hßa t¸ch nh ®· nãi ë trªn (trang 18, 19) ®ang ®îc ¸p dông

phæ biÕn trªn thÕ giíi ®Òu ®· ®îc thö nghiÖm t¹i Trung t©m C«ng nghÖ xö lý quÆng

thuéc ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm vµ c«ng bè trong c¸c b¸o c¸o khoa häc kh¸c nhau. Mét

sè nghiªn cøu vÒ x©y dùng m« h×nh thèng kª m« t¶ qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm nhiÒu bËc

ngîc chiÒu ®èi víi quÆng phong hãa ®· ®îc thùc hiÖn [1- 12]. Tuy nhiªn viÖc x©y

dùng m« h×nh thèng kª trªn c¬ së lËp ma trËn quy ho¹ch thùc nghiÖm ®èi víi qu¸ tr×nh

hßa t¸ch thÊm gÆp nhiÒu khã kh¨n do khã ®iÒu khiÓn c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ, c¸c qu¸

tr×nh x¶y ra trong tiÕn tr×nh hßa t¸ch thÊm liªn quan rÊt nhiÒu ®Õn ®Æc tÝnh thiªn nhiªn

cña quÆng.

Tõ c¸c kÕt qu¶ thu ®îc qua nhiÒu n¨m nghiªn cøu ë nhiÒu quy m« kh¸c nhau

kh¼ng ®Þnh mét nhËn ®Þnh lµ: Hßa t¸ch ®èng lµ ph¬ng ph¸p cã nhiÒu triÓn väng ®Ó ¸p

dông xö lý quÆng c¸t kÕt N«ng S¬n thu håi urani kü thuËt mét c¸ch kinh tÕ vµ cã thÓ

®Þnh ra hai híng c«ng nghÖ xö lý quÆng chÝnh cã nhiÒu triÓn väng ¸p dông ra quy m«

lín trong ®iÒu kiÖn thùc tÕ ë ViÖt Nam lµ:

1/ Hßa t¸ch theo ph¬ng ph¸p xö lý víi axit m¹nh tríc (ph¬ng ph¸p trén ñ),

sau ®ã röa níc ®Ó thu håi urani hßa tan. Do cã ®Æc ®iÓm riªng vÒ sö dông axit nång

®é cao nªn ph¬ng ph¸p nµy cßn ®îc gäi lµ ph¬ng ph¸p xö lý axit m¹nh;

2/ Hßa t¸ch b»ng ph¬ng ph¸p déi axit tõng ®ît theo nguyªn lý “mao dÉn

ngîc”. §©y cã thÓ coi lµ ph¬ng ph¸p tiªu biÓu cho hßa t¸ch ®èng v× ®a sè c¸c nhµ

m¸y urani cã dïng hßa t¸ch ®èng trªn thÕ giíi lµ sö dông biÖn ph¸p c«ng nghÖ nµy

[38,39,40,41,51].

Mçi ph¬ng ph¸p xö lý quÆng ë trªn ®Òu cã nh÷ng mÆt m¹nh vµ mÆt yÕu riªng

do vËy, cÇn ®îc xem xÐt mét c¸ch thÝch ®¸ng tríc khi quyÕt ®Þnh lùa chän ph¬ng

ph¸p nµo ®Ó triÓn khai ra s¶n xuÊt lín. C¸c ®iÓm m¹nh, yÕu cña tõng ph¬ng ph¸p cã

thÓ tãm t¾t ng¾n gän nh sau:

Xö lý axit m¹nh cã u ®iÓm chÝnh lµ lu«n lu«n cã kh¶ n¨ng gióp ®¹t hiÖu suÊt

thu håi urani cao (thêng kho¶ng 90% trë lªn ®èi víi quÆng nghÌo cì 0,07% urani vµ

95% ®èi víi quÆng giµu cì trªn 0,15% urani); cã kh¶ n¨ng xö lý tèt c¶ lo¹i quÆng

phong hãa vµ cha phong hãa. §iÓm yÕu cña ph¬ng ph¸p lµ cÇn cã thiÕt bÞ trén axit

cho quÆng kh« ë quy m« lín cïng hÖ thèng röa ®Ó thu håi uran hßa tan ra khái quÆng.

QuÆng còng cÇn ®îc nghiÒn nhá h¬n so víi khi xö lý b»ng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch

®èng.

Hßa t¸ch ®èng cã ®iÓm yÕu c¬ b¶n lµ hiÖu suÊt thu håi thêng chØ ®¹t cì 80%,

thÊp h¬n ph¬ng ph¸p xö lý axit m¹nh kho¶ng 10%. Bï l¹i, u ®iÓm c¬ b¶n lµ kh«ng

yªu cÇu c¸c hÖ thèng thiÕt bÞ phøc t¹p. Cã thÓ lµm ®îc hÇu nh ë mäi n¬i, t¹i c¸c khu

má xa víi c¸c ®iÒu kiÖn h¹n chÕ vÒ ®iÖn níc. Yªu cÇu vÒ ®Çu t ban ®Çu còng lµ rÊt

thÊp v× ®Çu t cho thiÕt bÞ hßa t¸ch lµ kh«ng ®¸ng kÓ.

Tuy nhiªn, nh ®· nãi ë trªn, kh«ng cã mét nghiªn cøu nµo ®Ò cËp ®Õn ph¬ng

ph¸p tÝnh to¸n cho mét hÖ thèng hßa t¸ch ®èng mµ ®Òu chØ dõng l¹i ë viÖc m« t¶ c¸c

thÝ nghiÖm vµ ®a ra c¸c kÕt qu¶. Do vËy, thùc tÕ lµ vÉn cßn mét m¶ng trèng hoµn toµn

vÒ ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ cho mét hÖ thèng xö lý quÆng b»ng ph¬ng ph¸p

hßa t¸ch thÊm.

I.3.3. TÝnh to¸n chuyÓn quy m« trong hßa t¸ch ®èng quÆng urani

Theo nh÷ng “quy t¾c th«ng thêng”, ®Ó x¸c ®Þnh ®îc c¸c th«ng sè c«ng nghÖ

cho c¸c thiÕt bÞ ë quy m« s¶n xuÊt thùc cÇn nghiªn cøu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ

thÊm t¸ch urani ë c¸c quy m« nhá h¬n vµ n©ng dÇn quy m« thùc nghiÖm lªn. Tõ nh÷ng

kÕt qu¶ vÒ tèc ®é thÊm, thêi gian thÊm ®èi víi h¹t quÆng kÝch thíc nhá khi nghiªn

cøu ë phßng thÝ nghiÖm cÇn t×m c¸ch tÝnh ®îc thêi gian thÊm vµ tèc ®é thÊm, hiÖu

suÊt qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èi víi côc quÆng kÝch thíc lín vµ qu¸ tr×nh thÊm trong thiÕt

bÞ cã quy m« lín h¬n.

Hai bµi to¸n trong thùc tÕ hßa t¸ch ®èng quÆng urani mµ ngêi lµm c«ng nghÖ

thêng hay gÆp ph¶i lµ:

1. Bµi to¸n vËn hµnh: cho tríc mét thiÕt bÞ hßa t¸ch ®èng víi kÝch thíc ®· cã

tríc. ChØ dùa trªn sè liÖu thÝ nghiÖm nhá trong phßng thÝ nghiÖm ®èi víi mét

lo¹i quÆng cho tríc, h·y x¸c ®Þnh hiÖu suÊt thu håi urani cã thÓ ®¹t ®îc khi xö

lý trªn thiÕt bÞ lín nµy vµ cÇn bao nhiªu thêi gian ®Ó kÕt thóc mét mÎ, tõ ®ã tÝnh

ra n¨ng suÊt trung b×nh cña thiÕt bÞ nµy (tÊn quÆng/ngµy ®ªm).

2. Bµi to¸n thiÕt kÕ: víi mét lo¹i quÆng cho tríc, dùa trªn sè liÖu thÝ nghiÖm nhá

trong phßng thÝ nghiÖm, h·y thiÕt kÕ kÝch thíc cho mét thiÕt bÞ hßa t¸ch ®èng

®Ó ®¹t ®îc n¨ng suÊt xö lý (tÊn quÆng/ngµy ®ªm) theo yªu cÇu cho tríc víi

møc thu håi urani cho tríc.

C¸c ®èng quÆng ®îc xö lý ë quy m« c«ng nghiÖp thêng cã kÝch thíc kh¸

lín, thêng cã tiÕt diÖn ngang tõ vµi chôc tíi vµi tr¨m m2 thËm chÝ hµng ngµn m2 vµ

chiÒu cao tõ 3 – 10 mÐt tïy theo tõng lo¹i quÆng cô thÓ [38,39,40]. §Ó hßa t¸ch ®èng

cho c¸c ®èng quÆng nµy thêng cÇn thêi gian kh¸ dµi, trung b×nh tõ 2 cho tíi 4 th¸ng

míi cã thÓ thu håi ®îc triÖt ®Ó urani trong 1 ®èng. Nh ®· nãi ë trªn, viÖc x¸c ®Þnh

hiÖu qu¶ xö lý vµ tÝnh to¸n thêi gian cÇn thiÕt ®Ó xö lý hÕt 1 ®èng thêng hoµn toµn

dùa vµo kinh nghiÖm cô thÓ cña nh÷ng ngêi lµm viÖc trùc tiÕp. NÕu ®îc giao cho

tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ ®èng hßa t¸ch cho nh÷ng lo¹i quÆng míi th× hä còng sÏ gÆp nhiÒu

khã kh¨n khi ph¶i ngo¹i suy tõ nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®· cã víi lo¹i quÆng cò vµ

ph¶i chÊp nhËn nh÷ng sai sè lín h¬n trong c¸c tÝnh to¸n thiÕt kÕ cña m×nh nÕu chØ

thuÇn tuý dùa vµo kinh nghiÖm. Nh trªn ®· nãi thùc tÕ kh«ng thÓ cã hai ®èng hßa t¸ch

ho¹t ®éng gièng nh nhau (Readett, 1999) [67].

Thùc tÕ cho thÊy hai th«ng sè c«ng nghÖ quan träng nhÊt cÇn thu ®îc khi xö lý

mét ®èng quÆng lín lµ: sÏ ®¹t ®îc hiÖu suÊt thu håi urani lµ bao nhiªu, vµ sau bao

nhiªu thêi gian.

Khã kh¨n lín nhÊt trong thùc tÕ tÝnh to¸n chuyÓn quy m« lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®îc

nh÷ng ®¹i lîng ®îc dïng ®Ó ®o c¸c th«ng sè c«ng nghÖ trong thiÕt bÞ nhng l¹i

kh«ng phô thuéc vµo quy m«, ®é lín cña thiÕt bÞ. ViÖc sö dông ®¬n vÞ ®o thêi gian lµ

giê ph¶n øng ®Ó ph¶n ¸nh c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm vÉn khã cã thÓ sö dông cho c¸c tÝnh

to¸n m« h×nh hãa ®Ó cã thÓ lËp ra nh÷ng m« h×nh cã kh¶ n¨ng tÝnh to¸n cho c¸c thiÕt bÞ

cã kÝch cì lín h¬n rÊt nhiÒu so víi c¸c thiÕt bÞ thÝ nghiÖm v× khi ®ã tÝnh ®ång d¹ng vÒ

thêi gian gi÷a hai lo¹i thiÕt bÞ sÏ kh«ng cßn n÷a.

Do vËy ta ph¶i tiÕn hµnh c¸c thÝ nghiÖm hßa t¸ch thÊm, tæng hîp vµ ph©n tÝch

kÕt qu¶, trªn c¬ së ®ã t×m ra nh÷ng quy luËt cã tÝnh ®Æc trng vµ nh÷ng yÕu tè cã tÝnh

bÊt biÕn dïng lµm tham sè ®Æc trng phôc vô cho tÝnh to¸n chuyÓn quy m«, ®Æc biÖt lµ

®èi víi nh÷ng ®èi tîng thuéc lo¹i kh«ng thÓ ¸p dông nh÷ng m« h×nh tiªu chuÈn theo

mÉu nh lµ hßa t¸ch ®èng.

I.4. KÕt luËn rót ra tõ tæng quan tµi liÖu vµ néi dung

nghiªn cøu ®Ò xuÊt

1. Qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng urani theo ph¬ng ph¸p thÊm b»ng axit lµ mét qu¸

tr×nh rÊt phøc t¹p gåm nhiÒu qu¸ tr×nh riªng lÎ (ph¶n øng hßa tan, kÕt tña, c©n b»ng vµ

thuËn nghÞch, qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ chuyÓn khèi cña c¸c chÊt ph¶n øng vµ s¶n phÈm

gi÷a c¸c pha kh¸c nhau cña ®èng). C¸c qu¸ tr×nh nµy diÔn ra ®ång thêi, c¶ song song

vµ nèi tiÕp nhau ë c¸c quy m« kh¸c nhau (quy m« h¹t kho¸ng, h¹t quÆng/c¸c

agglomerat hay ë quy m« ®èng). C¸c th«ng sè cña qu¸ tr×nh sÏ lu«n thay ®æi theo c¶

kh«ng gian, thêi gian vµ phô thuéc c¶ vµo kÝch thíc cña thiÕt bÞ xö lý. ViÖc ¸p dông

nh÷ng ph¬ng ph¸p m« t¶ to¸n häc th«ng thêng vµ nh÷ng ph¬ng ph¸p m« h×nh hãa

thßng dïng cho c¸c qu¸ tr×nh c¬ b¶n cña c«ng nghÖ hãa häc khã cã thÓ ¸p dông trùc

tiÕp ®Ó tÝnh to¸n cho trêng hîp nµy.

2. Trong hßa t¸ch thÊm quÆng urani, c¸c qu¸ tr×nh trªn ®Òu liªn quan rÊt nhiÒu

®Õn ®Æc tÝnh thiªn nhiªn cña quÆng (thµnh phÇn kho¸ng, ph©n bè cña kho¸ng trong h¹t

quÆng ®é xèp, møc ®é phong hãa, ph©n bè kÝch thíc h¹t, sù ®a h×nh cña h¹t quÆng, ®é

sÇn sïi cña h¹t). Nh÷ng nghiªn cøu vÒ hßa t¸ch quÆng urani tõ tríc cho thÊy c¸c ®iÒu

kiÖn c«ng nghÖ thùc tÕ chØ cã thÓ thay ®æi trong mét kho¶ng hÑp (tèc ®é thÊm, tèc ®é

tho¸t khÝ, lu lîng tíi,...) hoÆc l¹i cã gi¸ trÞ qu¸ réng (ph©n bè kÝch thíc h¹t).

Trong khi c¸c ®Æc tÝnh nµy cÇn ph¶i ®îc coi nh th«ng sè vµo cña m« h×nh hoµ t¸ch lµ

mét khã kh¨n kh«ng chØ lµ vÊn ®Ò thêi gian mµ cßn lµ c¸c gi¸ trÞ ®¹i diÖn cho hµng

triÖu tÊn quÆng khi tiÕn hµnh hßa t¸ch ®èng ë quy m« th¬ng m¹i.

3. Qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng ®· ®îc nhiÒu t¸c gi¶ nghiªn cøu, ë nhiÒu níc viÖc

¸p dông qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng ë quy m« th¬ng m¹i ®Ó xö lý c¸c lo¹i quÆng nghÌo

chøa ®ång, vµng hay urani,... ®· trë thµnh phæ biÕn. Tuy nhiªn hiÖn nay vÊn ®Ò nµy vÉn

tiÕp tôc ®îc nghiªn cøu vµ hoµn thiÖn v× ®©y lµ ph¬ng ph¸p chiÕm u thÕ khi xö lý

c¸c lo¹i quÆng nghÌo. C¸c tµi liÖu c«ng bè mµ nhãm t¸c gi¶ cã ®îc phÇn lín chØ m« t¶

c¸c hÖ thèng ®· cã vµ ®ang ho¹t ®éng trong c«ng nghiÖp, kh«ng cã tµi liÖu nµo nãi vÒ

tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng lín, c¸c c«ng bè nghiªn cøu vÒ m« h×nh

hãa qu¸ tr×nh ®Òu mang tÝnh chÊt häc thuËt. NhiÒu m« h×nh còng chØ ®a ra kÕt luËn dù

®o¸n ®îc nh÷ng ®Æc ®iÓm chung cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm. Cha cã c«ng tr×nh nµo

®Ò cËp ®Õn viÖc m« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm mµ dung dÞch hßa t¸ch cung cÊp

gi¸n ®o¹n. Do vËy, thùc tÕ lµ vÉn cßn mét m¶ng trèng hoµn toµn vÒ ph¬ng ph¸p tÝnh

to¸n vµ thiÕt kÕ cho mét hÖ thèng xö lý quÆng b»ng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÊm.

4. C¸c nghiªn cøu x©y dùng m« h×nh hßa t¸ch thÊm, hay c¸c nghiªn cøu vÒ dßng

dung dÞch di chuyÓn trong ®èng ®Òu thùc hiÖn ë c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c nhau, víi c¸c ®èi

îng rÊt kh¸c nhau tïy theo môc ®Ých cô thÓ cña tõng t¸c gi¶ do ®ã khã so s¸nh víi

nhau vµ khã sö dông c¸c sè liÖu c«ng bè nµy ®Ó ¸p dông cho ®èi tîng quÆng urani

ViÖt Nam.

5. C¸c nghiªn cøu ®îc c«ng bè trªn thÕ giíi trong lÜnh vùc nµy cho ®Õn nay

vÉn cha ®a ra ®îc mét gi¶i ph¸p khoa häc cã tÝnh toµn vÑn ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò tÝnh

to¸n thiÕt kÕ cho mét hÖ thèng hßa t¸ch quÆng urani b»ng ph¬ng ph¸p tÜnh mét c¸ch

®Çy ®ñ cã kh¶ n¨ng øng dông trong thùc tÕ. Ph¬ng ph¸p duy nhÊt ®îc khuyÕn c¸o

cho c¸c nhµ c«ng nghÖ ë ®©y vÉn lµ thö nghiÖm tõng bíc, b¾t ®Çu tõ quy m« nhá sau

®ã chuyÓn dÇn lªn quy m« lín h¬n.

6. C«ng nghÖ h¹t nh©n nãi chung hay c«ng nghÖ xö lý quÆng urani nãi riªng lµ

lÜnh vùc bÝ mËt quèc gia, viÖc nhËn chuyÓn giao kü thuËt nµy tõ c¸c níc lµ kh«ng ®¬n

gi¶n. §Ó lµm chñ vµ tù tin trong lÜnh vùc nhiªn liÖu h¹t nh©n, chóng ta cÇn ph¶i tù x©y

dùng lÊy c«ng nghÖ h¹t nh©n trong ®ã cã c«ng nghÖ xö lý quÆng urani, chÕ t¹o ra urani

kü thuËt cña riªng m×nh, ®¸p øng yªu cÇu cña "ChiÕn lîc øng dông n¨ng lîng

nguyªn tö v× môc ®Ých hßa b×nh ®Õn n¨m 2020".

Trªn c¬ së nh÷ng nhËn ®Þnh trªn, trong luËn ¸n tiÕn sÜ cña m×nh t«i chän ®Ò tµi

"M« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani vµ øng dông ®Ó tÝnh to¸n

chuyÓn quy m«" víi môc tiªu cao nhÊt lµ t×m ra mét ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n míi cã

kh¶ n¨ng ¸p dông thuËn tiÖn trong thùc tÕ ®Ó tÝnh to¸n cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng

cì lín dùa trªn mét sè tèi thiÓu c¸c thÝ nghiÖm nhá trong phßng thÝ nghiÖm.

Nh÷ng néi dung chÝnh cÇn thùc hiÖn lµ:

(1) Nghiªn cøu vµ thùc nghiÖm qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm theo ph¬ng ph¸p mao dÉn

ngîc, tõ ®ã x©y dùng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÊm cã ¸p dông nguyªn lý mao dÉn

ngîc.

(2) Dùa trªn c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu thùc nghiÖm, x©y dùng m« h×nh cña qu¸ tr×nh hßa

t¸ch thÊm cã kh¶ n¨ng øng dông tÝnh to¸n chuyÓn quy m«

(3) KiÓm chøng vµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng øng dông cña m« h×nh. ¸p dông thö tÝnh to¸n

tèi u qu¸ tr×nh hoµ t¸ch tõ m« h×nh.

(4) TiÕn hµnh thö nghiÖm hßa t¸ch urani theo ph¬ng ph¸p thÊm cã ¸p dông mao dÉn

ngîc so s¸nh víi kÕt qu¶ tÝnh to¸n tõ m« h×nh ®Ó kh¼ng ®Þnh ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n

chuyÓn quy m« trªn.

Ch¬ng II §èi tîng, ThiÕt bÞ dông cô, ph¬ng ph¸p ph©n tÝch vµ thùc ngHiÖm

II.1. §èi tîng nghiªn cøu

QuÆng urani dïng trong c¸c nghiªn cøu ë ®©y lµ lo¹i quÆng c¸t kÕt lÊy tõ vïng

bån tròng N«ng S¬n, chñ yÕu thuéc lo¹i cha phong hãa vµ mét phÇn lµ b¸n phong

hãa. N¨m 2003, mÉu quÆng nµy ®îc Liªn ®oµn ®Þa chÊt x¹ hiÕm lÊy tõ khu vùc Pµ

lõa víi khèi lîng lµ 5 tÊn quÆng cung cÊp cho ®Ò tµi cÊp Bé m· sè BO/03/03-03. Toµn

bé lîng quÆng nµy ®îc gia c«ng vµ lÊy mÉu theo quy tr×nh híng dÉn cña IAEA

[37].

QuÆng lÊy vÒ ®îc gia c«ng s¬ bé ®Õn kÝch thíc thÝch hîp cho qu¸ tr×nh xö lý

b»ng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch tÜnh. Lo¹i quÆng ®îc dïng trong c¸c thÝ nghiÖm nghiªn

cøu chñ yÕu lµ lo¹i cha phong hãa. Sau khi gia c«ng, quÆng cã ph©n bè kÝch thíc

nh trªn b¶ng sau.

B¶ng 2.1. Ph©n bè cÊp h¹t cña quÆng

Ph©n ®o¹n §êng kÝnh h¹t, d mm Träng sè,%

1 3 d>20

2 42 10

3 19 5

4 11 2

5 25 d<2

100

Thµnh phÇn kho¸ng vËt häc cña quÆng cã thÓ tãm t¾t nh sau: Do lµ d¹ng c¸t

kÕt nªn quÆng ®îc cÊu t¹o thµnh tõ hai thµnh phÇn chÝnh lµ ®¸ chñ vµ xi m¨ng g¾n

kÕt. Thµnh phÇn chÝnh cña ®¸ chñ lµ th¹ch anh, felspat (hµm lîng cì 50%), mica

(biotit, muscovit, serixit, hydromica, clorit, smestit víi hµm lîng lªn tíi 10%), c¸c

kho¸ng vËt phô kh¸c nh turmalin, rutin, apatit, titanit, monazit, v.v.. Thµnh phÇn xi

m¨ng g¾n kÕt chiÕm kho¶ng gÇn 40% ®¸ chñ, gåm c¸c kho¸ng vËt chÝnh thuéc nhãm

mica vµ hydromica, clorit, montmorilonit, cacbonat [5,11].

30

S¬ ®å nguyªn t¾c lÊy mÉu nghiªn cøu

QuÆng ®Çu 5000 kg

§Ëp hµm 5 cm

625 kg 4375 kg

Gi¶n lîc 3 lÇn

MÉu lu 1

§Ëp hµm 2 cm

312,5 kg Gi¶n lîc 1 lÇn 312,5 kg

MÉu nghiªn cøu

156,2kg 156,2 kg Gi¶n lîc 1 lÇn MÉu lu 2

NghiÒn 0,3 mm

3kg Gi¶n lîc n lÇn 153,2kg

MÉu ph©n tÝch MÉu lu 3

QuÆng c¸t kÕt N«ng S¬n thêng ®îc ph©n thµnh c¸c lo¹i kh¸c nhau nh phong

hãa (PH), b¸n phong hãa (BPH) vµ cha phong hãa (CPH). Tïy theo møc ®é phong

hãa mµ hµm lîng c¸c kho¸ng sÐt, serixit, c¸c kho¸ng vËt thuéc nhãm cacbonat kh¸c

nhau vµ tû lÖ gi÷a U6+/U4 + còng kh¸c nhau. Tû lÖ gi÷a U6+/U4+ hiÖn míi x¸c ®Þnh ®îc

mét c¸ch t¬ng ®èi.

QuÆng CPH vïng Pµ Lõa cã thµnh phÇn chÝnh nh sau: UO3: 0,14%, ThO2: 45,9

ppm, Ra: 0,28 ppb, Fe: 1,816%, SiO2: 69,77% vµ Al2O3: 4,74%, cã tû träng ®¸ chñ ρ =

2,3, tû träng ®èng ρbk = 1,73.

QuÆng thêng cã mµu x¸m hoÆc x¸m sÉm, kh¸ r¾n ch¾c. §©y lµ d¹ng phæ biÕn

cña lo¹i quÆng cha bÞ phong hãa. Mét sè kho¸ng vËt ®i kÌm ph©n tÝch ®îc lµ c¸c

kho¸ng vËt d¹ng sunfua (pyrit, maccazit, galenit, sphalerit), c¸c kho¸ng thuéc nhãm

«xyt nh c¸c hydroxyt s¾t vµ mangan vµ c¸c kho¸ng vËt thuéc nhãm cacbonat (thêng

lµ canxit vµ siderit chøa mangan).

Hµm lîng cacbonat trong quÆng dao ®éng trong kho¶ng 2-4%. C¸c t¹p chÊt

kh¸c nh Cu, Ni, Cr, Mn, Ti, v.v... cã hµm lîng kh«ng ®¸ng kÓ. C¸c kim lo¹i cã thÓ

¶nh hëng ®Õn viÖc thu håi urani b»ng trao ®æi ion nh vanadi, molipden chØ cã hµm

lîng rÊt nhá trong quÆng, vµ v× thÕ kh«ng g©y ra nh÷ng ¶nh hëng phô ®¸ng ng¹i cho

c¸c kh©u thu håi vÒ sau b»ng trao ®æi ion hoÆc chiÕt víi dung m«i h÷u c¬. QuÆng

kh«ng chøa c¸c nguyªn tè hiÕm cã gi¸ trÞ nµo kh¸c víi hµm lîng ®¸ng ph¶i quan t©m

®Ó nghÜ ®Õn viÖc thu håi.

II.2. ThiÕt bÞ, dông cô

B¬m dung dÞch cã ®iÒu chØnh tèc ®é h·ng Cole- Palrmer (Mü)

M¸y ®o pH 540 GLP -WTW (§øc)

M¸y so mÇu SPECTRO 2000RS, Labomet, Inc (Mü)

Thùc hiÖn qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng vµ kiÓm chøng thùc nghiÖm c¸c th«ng sè

c«ng nghÖ cña quy tr×nh ®îc thùc hiÖn trªn hÖ c¸c thiÕt bÞ d¹ng cét nh sau:

- HÖ cét thñy tinh: D_cét = 0,075m H= 0,50m

- HÖ cét nhùa PVC: D_cét = 0,11m H = 1,2m

- HÖ cét nhùa PVC: D_cét = 0,3 m H = 6m

- Cét thÐp kh«ng rû D_cét = 0,7m H = 2,4m

II.3. Ph¬ng ph¸p ph©n tÝch

II.3.1. Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh urani

X¸c ®Þnh nång ®é urani trong dung dÞch b»ng ph¬ng ph¸p tr¾c quang trªn m¸y

®o SPECTRO 2000RS, Labomet, Inc. Nguyªn lý cña ph¬ng ph¸p lµ dùa trªn sù t¹o

mµu gi÷a thuèc thö arsenazo III víi ion U4+ trong m«i trêng axit HCl nång ®é cao (4

– 6 N). Do ë nång ®é axit cao, sù t¹o mµu gi÷a urani vµ thuèc thö lµ rÊt chän läc, v×

vËy kh«ng cÇn tiÕn hµnh c¸c thao t¸c t¸ch ph©n chia, lµm s¹ch mÉu b»ng c¸c ph¬ng

ph¸p chiÕt dung m«i hay trao ®æi ion kh¸c, ®ång thêi ph¬ng ph¸p cã ®é nh¹y rÊt cao.

MÉu ph©n tÝch thùc tÕ cã hµm lîng urani trong kho¶ng 10 - 30γ (µg/b×nh

25ml), sau khi khö U6+ vµ Fe3+ b»ng axit ascobic + kÏm kim lo¹i s¹ch, dung dÞch mÉu

urani ®îc t¹o phøc mµu víi asenazoIII vµ ®o mËt ®é quang ë bíc sãng 655nm.

§êng chuÈn D - CU tuyÕn tÝnh trong kho¶ng 5 - 35γ (µg/mÉu 25ml).

§©y lµ quy tr×nh ph©n tÝch chuÈn ®· ®îc ¸p dông trong nhiÒu n¨m tríc ®©y t¹i

ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm ®Ó ph©n tÝch uran tõ c¸c mÉu quÆng trong níc víi ®é chÝnh

x¸c, tÝnh chän läc vµ ®é æn ®Þnh cao.

II.3.2. Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nång ®é axit

X¸c ®Þnh nång ®é axit trong c¸c ph©n ®o¹n b»ng phÐp chuÈn ®é víi dung dÞch

chuÈn NaOH, thuèc thö xylendacam, ®iÓm t¬ng ®¬ng lµ thêi ®iÓm chuyÓn mµu dung

dÞch ®á da cam - vµng th.

C_H2SO4 = (V_NaOH).C_NaOH/(2.V_MÉu)

Tuy nhiªn, khi chuÈn ®é axit dung dÞch hßa t¸ch quÆng cã nång ®é c¸c muèi

kim lo¹i hßa tan cao sÏ xuÊt hiÖn kÕt tña hydroxit kim lo¹i tríc ®iÓm ®æi mµu cña

thuèc thö. Khi ®ã, nÕu tiÕp tôc chuÈn ®é, lîng kiÒm cho vµo sÏ bÞ tiªu hao vµo ®Ó t¹o

ra kÕt tña hydroxyt kim lo¹i chø kh«ng ph¶n øng víi ion H+. Do vËy, trong nh÷ng

trêng hîp nµy, ngõng chuÈn ®é ngay khi xuÊt hiÖn kÕt tña kh«ng tan cña c¸c muèi

kim lo¹i vµ ghi l¹i lîng kiÒm chuÈn ®é t¹i thêi ®iÓm ®ã.

II.4. Thùc nghiÖm

II.4.1. ThÝ nghiÖm s¬ bé ®Þnh híng

§Ó cã thÓ ®a ra mét ch¬ng tr×nh nghiªn cøu thùc nghiÖm phï hîp, tiÕn hµnh

mét sè thÝ nghiÖm ban ®Çu ®Ó ®Þnh híng cho viÖc tæ chøc c¸c thÝ nghiÖm nghiªn cøu

trong c¸c bíc tiÕp theo.

HÖ thèng thiÕt bÞ thÝ nghiÖm gåm 8 cét lµm b»ng nhùa cã ®êng kÝnh trong

D_cét=0,11 m, chiÒu cao H = 1,2 m. T¸c nh©n hoµ t¸ch axit ®îc cung cÊp b»ng c¸c

b×nh ®Þnh møc cã van ®iÒu chØnh lu lîng. Trong thÝ nghiÖm ®Þnh híng nµy, n¹p

15kg quÆng vµo cét thÝ nghiÖm cã tiÕt diÖn S=0,0095m2, chiÒu cao líp quÆng H=1m.

Tíi dung dÞch axit sunfuric cã nång ®é C= 50 g/l vµo ®Ønh cét víi lu lîng kh«ng

®æi L = 0,85l/h. Mèc tÝnh thêi gian hoµ t¸ch t = 0 lµ thêi ®iÓm pha láng ®i ra khái ®Çu

díi cña cét. Dung dÞch sau hßa t¸ch ®îc lÊy ra theo tõng ph©n ®o¹n víi ∆t = 1h. X¸c

®Þnh thÓ tÝch, nång ®é axit vµ urani trong mçi ph©n ®o¹n. C¸c sè liÖu vÒ tiªu hao axit

cho nh÷ng ngµy ®Çu tiªn ®îc ®a ra trong b¶ng díi ®©y.

B¶ng 2.2. Nång ®é axit ra sau khi khi déi qua cét (mol H2SO4/lÝt)

Ph©n ®o¹n Ngµy 1 Ngµy 2 Ngµy 3 Ngµy 4 Ngµy 5

1 0 0,0759 0,1341 0,1569 0,2454

2 0,0379 0,2100 0,3036 0,2808 0,3112

3 0,0911 0,2581 0,3137 0,3188 0,3365

4 0,1442 0,2834 0,3340 0,3289 0,3441

5 0,1569 0,2985 0,3238 0,3441 0,3489

C¸c sè liÖu trªn b¶ng 2.2 cho thÊy sau kho¶ng 5 giê ph¶n øng, tèc ®é tiªu hao

axit chËm l¹i vµ cã xu híng tiÖm cËn ®Õn mét gi¸ trÞ c©n b»ng nµo ®ã. §iÒu nµy cã thÓ

hiÓu lµ vµo thêi ®iÓm ®ã, khu vùc ph¶n øng ®· chuyÓn vµo bªn trong h¹t quÆng mµ tèc

®é khèng chÕ toµn bé qu¸ tr×nh lµ tèc ®é khuÕch t¸n cña dung dÞch axit qua líp vá

ngoµi cña h¹t quÆng. Nh vËy, b»ng c¸ch ph©n tÝch nh trªn cã thÓ coi r»ng trong giai

®o¹n nµy khuÕch t¸n trong pha r¾n chÝnh lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh tèc ®é cña toµn qu¸ tr×nh.

NhËn xÐt rÊt quan träng nµy gióp v¹ch ra ®êng lèi ®Ó x©y dùng vµ triÓn khai

c¸c ch¬ng tr×nh nghiªn cøu thÝ nghiÖm sau nµy mét c¸ch thÝch hîp mµ ®iÓm mÊu chèt

lµ kh«ng déi axit liªn tôc qua cét trong toµn bé qu¸ tr×nh hßa t¸ch mµ chØ déi axit qua

cét theo tõng chu kú ng¾n, tõ ®ã gióp n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông axit, gi¶m lîng tiªu 34

hao axit, n©ng cao hµm lîng uran trong dung dÞch s¶n phÈm (do thÓ tÝch dung dÞch

s¶n phÈm Ýt h¬n) vµ quan träng h¬n lµ ®¹t ®îc tèc ®é hßa t¸ch cao h¬n so víi viÖc déi

0.2

0.15

axit liªn tôc.

4 O S 2 H

0.1

l

o M

0.05

0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

Giê

0.4 0.35 0.3 0.25

H×nh 2.1a. Ngµy thø nhÊt H×nh 2.1b. Ngµy thø hai

4 O S 2 H

l

o M

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

0.2 0.15 0.1 0.05 0

Giê

H×nh 2.1c. Ngµy thø ba H×nh 2.1d. Ngµy thø t

4 O S 2 H

l

o M

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0

Giê

H×nh 2.1. Tõ 2.1a ®Õn 2.1e biÓu diÔn b»ng ®å thÞ c¸c sè liÖu nång ®é axit ra sau khi déi

H×nh 3.1e: Ngµy thø n¨m

qua cét chøa quÆng (mol H2SO4/lÝt) theo thêi gian (giê) cho tõng ngµy.

Trªn c¬ së ph©n tÝch c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ®· ®îc c«ng bè tõ tríc trªn thÕ

giíi vµ c¸c kÕt qu¶ thö nghiÖm bíc ®Çu t¹i ViÖn CNXH, ®Ò xuÊt quy tr×nh hßa t¸ch

thÊm cho c¸c nghiªn cøu ë ®©y víi viÖc sö dông nguyªn lý “mao dÉn ngîc”.

Néi dung cña ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®îc m« t¶ ng¾n gän nh sau:

Dung dÞch axit ®îc thÊm qua líp quÆng tõ trªn xuèng vµ urani trong quÆng

®îc hßa tan ra, ®i vµo dung dÞch. Sau mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh, khi tèc ®é hßa

tan urani ra trë nªn rÊt chËm, t¬ng ®¬ng víi viÖc tèc ®é ph¶n øng phô thuéc vµo tèc

®é khuÕch t¸n bªn trong h¹t quÆng, th× sÏ ngõng viÖc thÊm axit qua cét vµ ®Ó cét kh«

trong mét thêi gian nhÊt ®Þnh. Trong qu¸ tr×nh “®Ó dung dÞch ch¶y kiÖt” nµy, phÇn

dung dÞch lu gi÷ bªn trong mao qu¶n cña h¹t quÆng sÏ thÊm ngîc ra ngoµi do chªnh

lÖch gradient Èm, ®ång thêi mang theo lîng urani ®· ®îc hßa tan trong c¸c dung

dÞch ®ã ra bÒ mÆt bªn ngoµi cña h¹t quÆng. Trong lÇn thÊm dung dÞch axit tiÕp theo,

lîng urani trªn bÒ mÆt nµy sÏ ®îc röa/hßa tan vµ hÇu hÕt sÏ ®îc ®a ra khái cét theo

dung dÞch, ®ång thêi h¹t quÆng l¹i ®îc tiÕp xóc víi dung dÞch axit míi. Chu kú tíi -

®Ó dung dÞch ch¶y kiÖt nµy ®îc lÆp ®i lÆp l¹i cho ®Õn khi ®¹t ®îc ®Õn møc thu håi

urani mong muèn. Do ®iÓm mÊu chèt cña quy tr×nh hßa t¸ch nµy lµ t¹o ra xu thÕ dung

dÞch thÊm ngîc tõ trong c¸c lç mao qu¶n cña h¹t quÆng xèp ra ngoµi nªn ph¬ng

ph¸p hßa t¸ch nµy ®îc gäi lµ hßa t¸ch theo nguyªn lý “mao dÉn ngîc”.

Thêi ®iÓm mµ tèc ®é ph¶n øng gi¶m tiÖm cËn ®Õn møc giíi h¹n phô thuéc tríc

hÕt vµo b¶n chÊt quÆng, kÝch thíc, ph©n bè h¹t quÆng vµ nång ®é t¸c nh©n hßa t¸ch.

Thêi ®iÓm nµy sÏ biÕn ®æi theo tiÕn tr×nh hßa t¸ch vµ do vËy sÏ phô thuéc vµo c¶ chiÒu

cao cña ®èng quÆng. ViÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c thêi ®iÓm, do vËy sÏ ®ßi hái c¸c nghiªn

cøu chi tiÕt vÒ ®éng häc ph¶n øng hßa t¸ch cho tõng ®èi tîng quÆng cô thÓ, lµ khã

kh¨n vµ kh«ng chÝnh x¸c khi x¸c lËp quy luËt æn ®Þnh cho qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm.

II.4.2. Ch¬ng tr×nh thùc nghiÖm

§Ó cã thÓ x©y dùng bé sè liÖu lµm c¬ së cho x©y dùng m« h×nh cña qu¸ tr×nh

hßa t¸ch thÊm theo ph¬ng ph¸p tíi gi¸n ®o¹n, chóng t«i lùa chän ph¬ng ¸n thÝ

nghiÖm theo kiÓu "c¾t líp", trong ®ã nång ®é axit vµ thÓ tÝnh dung dÞch tíi ®îc quan

t©m ®Æc biÖt.

Theo c¸c tµi liÖu tham kh¶o [37, 38] vµ híng dÉn cña chuyªn gia IAEA ®Ó

nghiªn cøu vÒ hßa t¸ch ®èng, c¸c thùc nghiÖm hßa t¸ch chñ yÕu tiÕn hµnh trªn c¸c cét

v× øng xö cña dßng ch¶y trong cét ®îc coi lµ t¬ng ®ång víi ®èng trong thùc tÕ.

Th«ng thêng c¸c th«ng sè vÒ cét thÝ nghiÖm thêng lùa chän nh sau: ®êng kÝnh cét

tõ 0,07m ®Õn 0,35m, chiÒu cao cét 0,3m ®Õn 6m tïy tõng quy m« vµ môc ®Ých thùc

nghiÖm cô thÓ.

§èi víi quÆng urani ViÖt Nam, c¸c kÕt qu¶ ®· cã cho thÊy dung dÞch hßa t¸ch

cã nång ®é H2SO4 thêng tõ 20-70 g/l ®îc tíi ®Òu trªn toµn bé tiÕt diÖn ngang cña

cét, lu lîng tíi duy tr× trong kho¶ng 20- 40 l/m2h, tíi ®Õn khi nµo dung dÞch lã ra

ë ®¸y cét th× dõng, ®Ó ch¶y rãc hÕt th× tíi tiÕp.

§Ó x¸c lËp mét quy luËt cho tÝnh to¸n qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm theo ph¬ng

ph¸p mao dÉn ngîc, nhãm ®Ò tµi ®Ò xuÊt c¸ch tÝnh to¸n dùa trªn mét ®¹i lîng thÓ

hiÖn ®Çy ®ñ ®Æc ®iÓm vËt lý cña khèi quÆng (phæ ph©n bè cÊp h¹t, kÝch thíc h¹t, vÞ trÝ

cña c¸c cÊp h¹t trong ®èng, ®Æc tÝnh ho¸ lý cña quÆng, tû träng ®èng, quy m« khèi

quÆng) ®ã lµ thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a V_thÊmít,max(l) cña khèi quÆng vµ tõ ®ã x¸c

®Þnh ®îc thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a cña mét ®¬n vÞ khèi lîng quÆng kh« V_thÊmít,r.

Sè liÖu thùc nghiÖm vµ c¸ch tÝnh to¸n s¬ bé kh¶ n¨ng gi÷ níc cña khèi quÆng,

kh¶ n¨ng thÊm cña quÆng xem trong phÇn phô lôc 2.

Dùa trªn c¸c quan s¸t tõ c¸c thÝ nghiÖm s¬ bé vµ c¸c lËp luËn nh ®· tr×nh bµy

ë trªn ®èi víi ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÊm theo nguyªn lý mao dÉn ngîc, thay v× x¸c

®Þnh thêi ®iÓm dõng tíi mét c¸ch bÞ ®éng khi tèc ®é hoµ tan urani trë nªn chËm, ta

chñ ®éng dõng tíi khi ®· cÊp ®ñ mét lîng dung dÞch axit b»ng thÓ tÝch thÊm ít tèi

®a V_thÊmít,max(l) cña khèi quÆng. Mét lÇn cÊp ®ñ dung dÞch axit hoµ t¸ch b»ng thÓ

tÝch thÊm ít tèi ®a V_thÊmít,max(l) cña khèi quÆng nh vËy ®îc coi lµ mét lÇn xö

lý.

Sau mçi lÇn xö lý sÏ cã kho¶ng thêi gian dõng hay cßn gäi lµ thêi gian cho ch¶y

hÕt dung dÞch ra khái líp quÆng vµ dung dÞch trong mao qu¶n cã thêi gian thÊm ra bÒ

mÆt h¹t quÆng. Víi ph¬ng ph¸p thùc nghiÖm nµy c¸c th«ng sè vÒ lîng dung dÞch

axit ®i vµo, ®i ra, lîng dung dÞch cßn lu gi÷ l¹i trong cét còng nh møc ®é tiªu hao

axit, hßa t¸ch urani hoµn toµn cã thÓ x¸c ®Þnh víi ®é chÝnh x¸c cao.

Chi tiÕt ch¬ng tr×nh thÝ nghiÖm cô thÓ nh sau: Cét quÆng trong thùc nghiÖm

nµy cã d¹ng h×nh trô, ®êng kÝnh D_cét = 0,075 m, chiÒu cao H = 0,37 m, chøa 2,5 –

2,7 kg quÆng kh«, tû träng ®èng ρ = 1,6 ± 0,1, hµm lîng urani G = 0,14%, ph©n bè

kÝch thíc trong b¶ng 2.3. Dung dÞch H2SO4 cã nång ®é C = 20, 30, 40, 50 & 70 g/l,

®îc bæ sung chÊt «xi-ho¸ sao cho U = 450 - 500 mV. Lu lîng tíi duy tr× trong

kho¶ng 30- 40 l/m2h.

T¹i chu kú xö lý ®Çu tiªn hay lÇn xö lý zero, cét ®îc tíi liªn tôc víi lu lîng

L = 0,8 - 0,9 L_cÊp, cho ®Õn khi dung dÞch lã b¾t ®Çu ch¶y ra th× ngõng cÊp. X¸c ®Þnh

t_cÊp vµ V_cÊp. Th«ng thêng t_cÊp = 2,5 – 3h, V_cÊp = 390 – 410 ml. §Ó qua

ngµy, ®¶m b¶o dung dÞch lã ch¶y kiÖt ra khái cét, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®îc V_x¶ = 70 –

100 ml. Dung dÞch nµy thêng kh«ng chøa urani.

X¸c ®Þnh thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a vµ thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a riªng V_thÊmít,r

lµ:

V_thÊmít,max = V_cÊp – V_x¶ = 310 ±5 (ml)

V_thÊmít,r = V_thÊmít,max/M_quÆng = 310/2,5 = 124 ±2 (ml/kg).

§èi víi chu kú xö lý thø 2 th× t_cÊp ∼ 20 phót, V_cÊp = 75-85 ml ≈

0,25.V_thÊmít,max. T_x¶ ®îc x¸c ®Þnh tõ khi ngõng cÊp cho ®Õn khi V_x¶ ≈ 0,7 –

0,8V_cÊp ≈ 0,2.V_thÊmít,max (kho¶ng 50 – 60 ml). Th«ng thêng t _x¶ = 100 ± 10

phót.

Nh vËy t = t_cÊp + t_x¶ ≈ 2,0h

§èi víi chu kú 3,4 &5 th× V_cÊp = V_x¶ cña chu kú tríc ®ã. Nh vËy sau 5

chu kú cÊp – x¶ vµ ch¶y kiÖt th× 0,9 – 1V_thÊmít,max ®· bÞ thay thÕ b»ng dung

dÞch axit míi. Mét lÇn xö lý ®îc hoµn thµnh. Thêi lîng cña mét lÇn xö lý t ≈ 12h

®îc quy cho lµ 1 ngµy lµm viÖc.

QuÆng urani sö dông trong nghiªn cøu nµy lµ quÆng CPH vïng Pµ Lõa, thµnh

phÇn ho¸ häc nh trªn, cã tû träng ®¸ chñ ρ = 2,3, tû träng ®èng ρbk = 1,73 vµ ph©n

bè cÊp h¹t tr×nh bµy trong b¶ng sau.

B¶ng 2.3. Ph©n bè kÝch thíc cña quÆng ®Çu vµo trong cét thÝ nghiÖm

TT KÝch thíc D, mm Träng sè, %

1 10< D <30 25,33

2 5 < D <10 16,00

3 2 < D < 5 14,67

4 D < 2 44,00

KÕt qu¶ thùc nghiÖm hßa t¸ch thÊm theo phong ph¸p mao dÉn ngîc ®èi víi cét c¬ së

HiÖu suÊt hoµ t¸ch phô thuéc N & C

1.2

3 4

0.8

0.6

, t Ê u s u Ö i H

0.4

1- C= 70 g/l 2- C = 50 3- C = 40 4- C = 30

5- C = 20

0.2

15 N, lÇn xö lý

ë c¸c nång ®é axit kh¸c nhau biÓu diÔn ë h×nh sau.

H×nh 2.2. Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo N & C

2.4.3. KÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm

1. Trong thùc nghiÖm xö lý quÆng urani, ®Ó cã thÓ ®¹t ®îc hiÖu suÊt hßa t¸ch

cao trong mét kho¶ng thêi gian ng¾n b¾t buéc ph¶i dïng kü thuËt hßa t¸ch theo kiÓu

“mao dÉn ngîc” [2-5]. Dung dÞch hßa t¸ch tíi theo kiÓu tíi-nghØ. Trong giai ®o¹n

®Çu cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch, lîng axit thêng sÏ ph¶n øng hÕt ngay nªn tïy theo nång

®é axit mµ viÖc cung cÊp dung dÞch hßa t¸ch sÏ ®îc tíi liªn tôc hoÆc tíi gi¸n ®o¹n.

2. Thùc tÕ cho thÊy, ngay c¶ khi déi dung dÞch axit liªn tôc qua líp quÆng urani,

dung dÞch sÏ ch¶y theo kiÓu “dßng dÉn chÊt láng qua bÒ mÆt c¸c h¹t quÆng” chø kh«ng

tån t¹i dßng chÊt dung dÞch ch¶y lÊp kÝn tiÕt diÖn ngang cña cét ( xem ¶nh cét thÊm

phÇn phô lôc). Phæ ph©n bè cÊp h¹t trong hßa t¸ch thÊm thùc tÕ lµ rÊt réng, víi h×nh

d¸ng ®a d¹ng cña h¹t quÆng. §Æc biÖt ®èi víi quÆng urani cha phong hãa cã chøa

nhiÒu kho¸ng cacbonat, ph¶n øng cña quÆng víi axit lu«n lµm gi¶m ®é xèp dÉn ®Õn

viÖc vì ra thµnh c¸c m¶nh vôn, ngoµi ra cßn c¸c ph¶n øng kÕt tña, hoµ tan s¾t còng

nh urani liªn tôc x¶y ra trong c¸c lç vµ trªn bÒ mÆt ngoµi cña h¹t vµ do ®ã ¶nh hëng

®Õn ®é xèp vµ kh¶ n¨ng thÊm cña dung dÞch vµo mao qu¶n.

3. §Ò xuÊt sö dông kh¸i niÖm sè "lÇn xö lý" dùa trªn thÓ tÝch thÊm ít lµm ®¬n

vÞ ®o thay cho thêi gian thùc lµ cã tÝnh chÊt quy íc dùa vµo c¸c kÕt qu¶ rót ra tõ thùc

nghiÖm, do vËy kh¸i niÖm nµy kh«ng cã tÝnh chÊt cña "bËc lý thuyÕt" vµ sÏ tr¸nh ®îc

viÖc ph¶i x¸c ®Þnh chÝnh x¸c hiÖu suÊt cña "bËc lý thuyÕt". Ph¬ng ph¸p nµy cã tÝnh

thÝch nghi cao, kh«ng phô thuéc vµo kÝch thíc mÉu, cã kh¶ n¨ng øng dông vµo c¸c

®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thùc tÕ vµ øng dông ra c¸c quy m« kh¸c nhau.

Ch¬ng III

KÕt qu¶ vµ th¶o luËn

III.1. ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÊm

Qua c¸c thùc nghiÖm s¬ bé vµ theo ch¬ng tr×nh ®· tr×nh bµy ë phÇn trªn cã thÓ

tæng qu¸t l¹i ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÊm quÆng urani theo nguyªn lý “mao dÉn ngîc”

víi c¸c ®Þnh nghÜa cô thÓ vÒ chu kú xö lý quÆng, lÇn xö lý quÆng, thêi gian dõng, còng

nh kh¶ n¨ng sö dông kh¸i niÖm sè "lÇn xö lý" lµm c¬ së cho viÖc x©y dùng m« h×nh

qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm phôc vô tÝnh to¸n chuyÓn quy m«.

III.1.1. §Þnh nghÜa “Mét chu kú xö lý“

Mét chu kú xö lý lµ kho¶ng thêi gian b»ng tæng thêi gian cÊp (t_cÊp) vµ thêi gian ch¶y

kiÖt (t_x¶) cña mét lÇn tíi-nghØ.

T_cÊp ®îc tÝnh tõ khi tíi ®Õn khi thÓ tÝch cña dung dÞch ra khái khèi quÆng b»ng thÓ

tÝch Èm cña khèi quÆng. NÕu quÆng kh« (®é Èm ∼1-2%) th× t_cÊp tÝnh tõ khi tíi ®Õn

khi dung dÞch b¾t ®Çu ch¶y ra vµ viÖc tíi axit sÏ dõng ngay t¹i thêi ®iÓm ®ã.

Víi viÖc tÝnh to¸n ®îc lîng dung dÞch lu gi÷ cña khèi quÆng vµ tèc ®é tíi

thÝch hîp th× T_cÊp hoµn toµn cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc. Gi¸ trÞ tèc ®é dßng thÝch hîp cÇn

®îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm ®èi víi mçi lo¹i quÆng. §èi

víi quÆng c¸t kÕt N«ng S¬n, tïy theo møc ®é phong hãa cô thÓ cña quÆng mµ gi¸ trÞ

nµy ®· ®îc x¸c ®Þnh dao ®éng trong kho¶ng 20-45 lÝt/m2.h..

Tuy nhiªn viÖc tÝnh to¸n nh trªn còng chØ ®óng trong mét kho¶ng chiÒu cao

nhÊt ®Þnh cña líp quÆng, th«ng thêng lµ kho¶ng 3 mÐt. Víi chiÒu cao lín h¬n tõ 4-7

mÐt, trong qu¸ tr×nh x©y dùng ®èng líp quÆng ë díi thêng bÞ nÐn chÆt h¬n dÉn ®Õn

kh¶ n¨ng thÊm cña líp quÆng thay ®æi vµ do ®ã t_cÊp còng nh t_x¶ còng sÏ thay ®æi.

Do vËy ®èi víi c¸c cét cao tõ 4-7 mÐt, t_cÊp vµ t_x¶ ®Òu chØ cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng thùc

nghiÖm.

T_x¶ ®îc tÝnh tõ thêi ®iÓm ngõng tíi cho ®Õn khi dung dÞch lã ®· ra kiÖt hoÆc hÇu

nh kh«ng cßn ch¶y ra tiÕp. Nh vËy chu kú xö lý ®Çu tiªn sÏ cã t_cÊp lín h¬n nhiÒu

lÇn t_cÊp cña c¸c chu kú tiÕp theo sau v× lóc nµy khèi quÆng ®· gi÷u mét lîng dung

dÞch hßa t¸ch nhÊt ®Þnh. C¸c chu kú tiÕp sau cã thêi lîng b»ng nhau hoÆc kh¸c nhau

kh«ng ®¸ng kÓ. Riªng qu¸ tr×nh ch¶y x¶ tù do l¹i hoµn toµn phô thuéc vµo h×nh d¹ng

(chñ yÕu lµ chiÒu cao) còng nh thùc tÕ qu¸ tr×nh x©y dùng ®èng cña khèi quÆng, vµ

chØ cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. Theo kÕt qu¶ thùc nghiÖm, thÓ tÝch dung dÞch

ch¶y ra sau mçi lÇn x¶ (V_x¶) kho¶ng b»ng 4-5,5% cña thÓ tÝch líp quÆng, tõ ®ã x¸c

®Þnh ®îc t_x¶.

KÕt qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng thay ®æi theo c¸c

chu kú tíi khi b¾t ®Çu hßa t¸ch so víi cuèi giai ®o¹n hßa t¸ch cã sù gi¶m kho¶ng 5%

-10% tïy tõng lo¹i quÆng cô thÓ do ph¶n øng hßa tan c¸c kho¸ng dÉn ®Õn h×nh th¸i cña

h¹t quÆng vµ ®é xèp cña quÆng thay ®æi. Do vËy t_cÊp vµ t_x¶ còng nh V_cÊp vµ

V_x¶ trong c¸c chu kú tíi sÏ thay ®æi t¬ng øng.

Tuy nhiªn thùc tÕ cã thÓ chñ ®éng duy tr× lîng dung dÞch hßa t¸ch cÊp vµo lµ

kh«ng ®æi, vµ ®iÒu nµy hoµn toµn thùc hiÖn ®îc vµ nã sÏ chØ lµm t¨ng lîng dung dÞch

hßa t¸ch bÞ lu gi÷ l¹i ë kh«ng gian gi÷a c¸c h¹t quÆng lªn mét chót mµ th«i. ChÝnh tõ

viÖc cung cÊp dung dÞch hßa t¸ch chñ ®éng vµ æn ®Þnh nµy ta míi cã thÓ ®a qu¸ tr×nh

hßa t¸ch thÊm tõ kh«ng æn ®Þnh vÒ gi¶ æn ®Þnh vµ tõ ®ã ®Þnh lîng ®îc gi¸ trÞ

cña“mét lÇn xö lý“ (xem minh häa ë h×nh 3.1). Víi mçi lo¹i quÆng cô thÓ, khi chÕ ®é

c«ng nghÖ ®îc x¸c ®Þnh (ë ®©y lµ kÝch thíc h¹t quÆng, ph©n bè cÊp h¹t, nång ®é

axit), th× "sè lÇn xö lý" kh«ng hÒ t¨ng hay gi¶m khi quy m« cña mét mÎ hoµ t¸ch t¨ng

hay gi¶m. Nãi mét c¸ch kh¸c lµ "sè lÇn xö lý" cã mét gi¸ trÞ x¸c ®Þnh ®óng cho mäi

quy m« ®èi víi mét lo¹i quÆng ë mét chÕ ®é c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh. ChØ cã thêi lîng

cña mét lÇn xö lý quÆng tïy theo quy m« mµ thay ®æi. §ã chÝnh lµ c¬ së ®Ó tÝnh to¸n

chuyÓn quy m« dùa trªn kh¸i niÖm sè "lÇn xö lý".

III.1.2. §Þnh nghÜa “Mét lÇn xö lý“

LÇn xö lý zero: Lµ chu kú xö lý ®Çu tiªn, nã cho phÐp x¸c ®Þnh thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a

V_thÊmít,max(l) cña khèi quÆng vµ thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a cña mét ®¬n vÞ khèi

lîng quÆng kh« V_thÊmít,r. §©y lµ th«ng sè ®Æc trng cho tõng lo¹i quÆng riªng

biÖt, thÓ hiÖn qua ®é xèp, ph©n bè kÝch thíc h¹t vµ tÝnh a níc cña quÆng. §èi víi

quÆng urani trong thÝ nghiÖm, V_thÊmít,max b»ng 19-21% thÓ tÝch líp quÆng hay

10-12% khèi lîng quÆng.

Mét lÇn xö lý: Lµ mét sè nguyªn lÇn c¸c chu kú xö lý liªn tiÕp mµ tæng thÓ tÝch dung

dÞch axit tíi cÊp vµo khèi quÆng b»ng tõ 0,9 ®Õn 1 V_thÊmít,max. Nh vËy sau mét

lÇn xö lý, cã thÓ coi nh toµn bé pha láng trong thiÕt bÞ hoµ t¸ch bÞ ®Èy hoµn toµn hoÆc

gÇn nh hoµn toµn ra ngoµi vµ bÞ thay thÕ bëi mét thÓ tÝch t¬ng ®¬ng cña dung dÞch

t_cÊp

V_wetmax

V_x¶

t_x¶

t, giê

Chu kú ®Çu

Chu kú 1

Chu kú 2

Chu kú 3

Chu kú 5

Chu kú 1

LÇn xö lý zero

LÇn xö lý 1

t_dõng

axit míi. HiÖu suÊt hoµ t¸ch urani ®îc tÝch luü t¨ng dÇn khi t¨ng sè lÇn xö lý.

H×nh 3.1. §Þnh nghÜa chu kú vµ lÇn xö lý

Thêi gian dõng: Theo ph¬ng ph¸p hßa t¸ch mao dÉn ngîc sau mçi mét lÇn xö lý, khi

®· cÊp ®ñ mét lîng dung dÞch axit b»ng thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a V_thÊmít,max(l)

cña khèi quÆng cÇn cã kho¶ng thêi gian dõng hay cßn gäi lµ thêi gian cho ch¶y hÕt

dung dÞch ra khái líp quÆng vµ ®Ó dung dÞch trong mao qu¶n di chuyÓn ra bÒ mÆt h¹t

quÆng. Thêi gian dõng nµy ®îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së tham kh¶o c¸c tµi liÖu [36, 37, 38]

vµ kiÓm tra l¹i qua c¸c thÝ nghiÖm thÊm quÆng c¸t kÕt nh tµi liÖu [11] ®· c«ng bè.

KÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n trªn cho thÊy ®èi víi quÆng c¸t kÕt chøa urani

nh trªn viÖc lùa chän kÝch thíc h¹t sau nghiÒn lín nhÊt lµ d<2,54 cm vµ thêi gian

dõng cho dung dÞch trong mao qu¶n di chuyÓn ra bÒ mÆt h¹t quÆng hîp lý lµ 1 ngµy

(xem phÇn phô lôc).

NÕu theo kinh nghiÖm ®Ó tÝnh to¸n thêi gian dõng tèi thiÓu cã thÓ sö dông c«ng thøc

sau [37]:

(3-1) Tdõng = 16 + 4.(H - 1)

Theo c«ng thøc trªn thêi gian ®Ó kh« tèi thiÓu ®èi víi cét cao 1m lµ 16 giê, cßn

®èi víi cét cao 3 mÐt lµ 24 giê. TÊt nhiªn nÕu ®Ó kh« l©u h¬n còng kh«ng g©y ¶nh

hëng ®Õn hiÖu suÊt hßa t¸ch mµ chØ lµm kÐo dµi thªm thêi gian xö lý quÆng.

§èi víi mçi lo¹i quÆng urani cã mét sè lÇn xö lý ®Æc trng N khi ®· chän ®îc

®iÒu kiÖn c«ng nghÖ tèi u (th«ng sè c«ng nghÖ chÝnh ë ®©y lµ nång ®é axit khi gi÷ lu

lîng tíi kh«ng ®æi) ®Ó ®¹t ®Õn hiÖu suÊt hoµ t¸ch theo yªu cÇu, vÝ dô khi R = 0,9.

Sù kh¸c nhau vÒ quy m«, kÝch thíc cña khèi quÆng (víi ®iÒu kiÖn quÆng lµ

cïng mét lo¹i, gia c«ng theo cïng mét ph¬ng ph¸p vµ cã cïng tû träng ®èng) kh«ng

lµm thay ®æi gi¸ trÞ cña N, nã kh«ng hÒ t¨ng hay gi¶m khi quy m« cña mét mÎ hoµ

t¸ch t¨ng hay gi¶m. Nãi mét c¸ch kh¸c lµ N cã mét gi¸ trÞ x¸c ®Þnh ®óng cho mäi quy

m« ®èi víi mét lo¹i quÆng.

III.1.3. TÝnh bÊt biÕn cña sè lÇn xö lý ®èi víi mäi quy m« hoµ t¸ch

Gi¶ sö khèi quÆng urani cã tiÕt diÖn S = S0, chiÒu cao H = H0, thÓ tÝch thÊm ít

tèi ®a V_thÊmít,max, ®îc xö lý b»ng dung dÞch axit sunfuric nång ®é C víi mËt ®é

tíi kh«ng ®æi L_cÊp vµ mËt ®é ch¶y ra trung b×nh cña dung dÞch lã lµ L_x¶tb. HiÖu

suÊt hoµ t¸ch R ®¹t 0,9 sau N lÇn xö lý, N =N0, thêi gian cña 1N lµ t = t0. Mçi lÇn xö lý

bao gåm mét sè nguyªn lÇn chu kú xö lý, gi¶ sö gåm 5 chu kú tíi, x¶.

DÔ dµng thÊy r»ng:

t = Σ[ t_cÊp ]i +Σ[ t_x¶ ]i , i = 1-5

= V_thÊmít,max/ S.L_cÊp + V_thÊmít,max/ S.L_x¶tb (3.2)

Gi¶ sö khèi quÆng cã tiÕt diÖn t¨ng lªn n lÇn vµ chiÒu cao cè ®Þnh lµ H:

S = n.S0 & H = H0

th× thÓ tÝch vµ khèi lîng quÆng còng t¨ng lªn n lÇn. Do ®ã V_thÊmít,max còng t¨ng

lªn n lÇn. Thay S = n.S0 vµ V_thÊmít,max = n.V_thÊmít,max vµo hÖ thøc trªn th× ta

thÊy r»ng t, tæng t_cÊp, tæng t_x¶ ®Òu gi÷ nguyªn gi¸ trÞ ban ®Çu. §iÒu ®ã kh¼ng ®Þnh

r»ng kh«ng nh÷ng sè lÇn xö lý N mµ c¶ thêi lîng cña mét lÇn xö lý t ®Òu kh«ng phô

thuéc vµo tiÕt diÖn cña khèi quÆng (N = N0 & t = t0).

Gi¶ sö khèi quÆng cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi, nhng chiÒu cao t¨ng lªn n lÇn:

S = S0 & H = nH0

th× V_thÊmít,max còng t¨ng lªn n lÇn. Tõ hÖ thøc trªn ta thÊy t t¨ng lªn n lÇn so víi

gi¸ trÞ ban ®Çu, Tæng thêi gian hoµ t¸ch còng t¨ng lªn n lÇn :

(3.3) T_tæng[H] = t[H].N[H] = n.T_tæng[H0] = n.t0.N0

mµ t[H]=n.t0, suy ra N[H]=N0,

vËy N gi÷ nguyªn gi¸ trÞ ban ®Çu. Nãi mét c¸ch kh¸c lµ N kh«ng phô thuéc vµo H

nhng thêi lîng cña mét lÇn xö lý t phô thuéc vµo H (N = N0 & t = n.t0).

Tõ nh÷ng nhËn xÐt trªn cã thÓ thÊy r»ng: Khèi quÆng cã chiÒu cao cµng lín th×

thêi gian hoµ t¸ch hoµn toµn cµng lín. Trong c«ng nghiÖp khèi quÆng thêng cã chiÒu

cao tõ 3 ®Õn 10 mÐt tïy tõng ®èi tîng quÆng cô thÓ thuËn tiÖn cho thao t¸c vµ ®ñ ®¶m

b¶o cho tèc ®é dÞch chuyÓn cña pha láng trong khèi quÆng lµ cïng tèc ®é tríc khi lã

ra. Nh vËy viÖc tiÕn hµnh thùc nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm sÏ xuÊt ph¸t tõ mét

khèi quÆng c¬ së cã chiÒu cao lµ H0 vµ diÖn tÝch lµ S0.

§¹i lîng "lÇn xö lý quÆng" thÝch hîp ®Ó biÓu thÞ yÕu tè thêi gian xö lý quÆng.

§¹i lîng "lÇn xö lý quÆng" dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c«ng nghÖ trong thiÕt bÞ

nhng l¹i kh«ng phôc thuéc vµo quy m« thiÕt bÞ. Víi mçi lo¹i quÆng cô thÓ, khi chÕ ®é

c«ng nghÖ ®îc x¸c ®Þnh (ë ®©y lµ kÝch thíc h¹t quÆng, ph©n bè cÊp h¹t, nång ®é

axit), th× "sè lÇn xö lý quÆng" kh«ng hÒ t¨ng hay gi¶m khi quy m« cña mét mÎ hoµ

t¸ch t¨ng hay gi¶m, chØ cã thêi lîng cña mét lÇn xö lý quÆng tïy theo quy m« mµ

thay ®æi. "LÇn xö lý quÆng" phô thuéc b¶n chÊt cña quÆng, kÝch thíc quÆng vµ nång

®é axit.

Víi c¸ch tiÕp cËn trªn ta cã thÓ x©y dùng mét m« h×nh cã tÝnh tù thÝch nghi,

thÝch hîp víi qu¸ tr×nh phøc t¹p nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm. Theo nguyªn t¾c nµy, m«

h×nh cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n cho c¸c ®èi tîng quÆng kh¸c nhau ë quy m« lín bÊt

kú trªn c¬ së tiÕn hµnh mét sè thÝ nghiÖm nhá trªn chÝnh ®èi tîng quÆng ®ã vµ dïng

c¸c kÕt qu¶ thu ®îc lµm sè liÖu ®Çu ®Ó tÝnh to¸n cho qu¸ tr×nh ë quy m« lín.

AXIT, C,L

S & H

Khèi quÆng thùc nghiÖm

S0 &H0

Dung dÞch chøa urani ra

S = nS0

S = S0

H = H0

H = nH0

T=T0

T=nT0

N = N0

H×nh 3.2. M« h×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani

III.2. x©y dùng m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani

theo ph¬ng ph¸p hßa t¸ch "mao dÉn ngîc" tõ sè liÖu thùc

nghiÖm

III.2.1. KÕt qu¶ thùc nghiÖm

Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm hßa t¸ch thÊm theo phong ph¸p mao dÉn ngîc ®èi víi

cét c¬ së ë c¸c nång ®é axit kh¸c nhau biÓu diÔn ë h×nh 2.2 cã thÓ thÊy r»ng khi nång

®é axit C t¨ng th× sè lÇn xö lý N gi¶m vµ tèc ®é hoµ t¸ch còng t¨ng lªn khi sö dông axit

®Æc h¬n (§iÒu nµy biÓu hiÖn ë møc ®é dèc ®øng cña ®å thÞ). Víi cïng mét sè lÇn xö lý

N, th× nång ®é axit cao sÏ cho hiÖu suÊt thu håi cao h¬n. Khi ®ã lîng axit d trong

dung dÞch s¶n phÈm còng t¨ng lªn.

B¶ng 3.1. Sè lÇn xö lý (N) ®Æc trng, hiÖu suÊt sö dông axit, nång ®é axit d &

nång ®é urani trong dung dÞch cuèi

R N Lîng Lîng axit HiÖu suÊt Nång ®é Nång TT Nång

axit ®· ph¶n sö dông ®é axit cuèi ®é

cÊp, g øng, g axit,% urani g/l C,g/l

g/l

1 70 0,915 9 160,58 112,61 70,1 18,56 1,29

2 50 0,925 11 154,15 114,24 74,1 11,99 1,15

3 40 0,908 12 114,84 102,27 89,0 1,05 4,13

4 30 0,90 15 110,37 91,8 83,1 0,83 4,88

5 20 0,916 25 133,18 98,7 74,1 0,46 4,83

NhËn xÐt: Vïng tèi u n»m trong kho¶ng C = 40 ± 10 g/l, N = 12 ± 3 lÇn xö lý. Khèi

lîng axit cÇn ®Ó hoµ t¸ch 1 tÊn quÆng ®¹t hiÖu suÊt R= 0,9 lµ kho¶ng 45 – 50 kg

H2SO4 ®Æc.

Khi nång ®é axit C t¨ng th× sè lÇn xö lý N gi¶m, tèc ®é hoµ t¸ch t¨ng lªn khi sö

dông axit ®Æc h¬n. Víi cïng mét sè lÇn N xö lý, th× nång ®é axit cao th× hiÖu suÊt thu

håi cao h¬n. KÕt qu¶ trªn lµ phï hîp víi c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu tríc vÒ nång ®é axit

thÝch hîp vµ tiªu tèn axit cho 1 tÊn quÆng khi hßa t¸ch thÊm [1, 2, 3, 4,5].

III.2.2. X©y dùng m« h×nh hßa t¸ch thÊm tõ c¸c sè liÖu thùc nghiÖm III.2.2.1. Nguyªn lý chung

ViÖc x©y dùng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch theo nguyªn lý “mao dÉn ngîc”, víi c¸c

kh¸i niÖm vÒ chu kú xö lý quÆng, kh¸i niÖm lÇn xö lý quÆng cho thÊy ®¹i lîng lÇn xö

lý lµ thÝch hîp ®Ó biÓu thÞ yÕu tè “thêi gian” xö lý quÆng. §¹i lîng "lÇn xö lý quÆng"

dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c«ng nghÖ trong thiÕt bÞ nhng l¹i kh«ng phôc thuéc

vµo quy m« thiÕt bÞ. Víi mçi lo¹i quÆng cô thÓ, khi chÕ ®é c«ng nghÖ ®îc x¸c ®Þnh (ë

®©y lµ kÝch thíc h¹t quÆng, ph©n bè cÊp h¹t, nång ®é axit), th× "sè lÇn xö lý quÆng"

kh«ng hÒ t¨ng hay gi¶m khi quy m« cña mét mÎ hoµ t¸ch t¨ng hay gi¶m, chØ cã thêi

lîng cña mét lÇn xö lý quÆng tïy theo quy m« mµ thay ®æi.

Nh vËy mÊu chèt cña vÊn ®Ò lµ t×m c¸ch biÓu thÞ c¸c mèi quan hÖ gi÷a hiÖu

suÊt hßa t¸ch víi c¸c lÇn xö lý ë d¹ng tæng qu¸t nhÊt, cã tÝnh ®Õn ¶nh hëng cña nång

®é axit dïng cho xö lý, thÓ hiÖn ®îc c¸c diÔn biÕn trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm

quÆng. D¹ng cña ph¬ng tr×nh to¸n häc biÓu thÞ c¸c mèi quan hÖ nµy cÇn ®îc thiÕt lËp

sao cho cã thÓ ¸p dông tÝnh to¸n ®îc cho c¸c thiÕt bÞ cì lín, hay nãi c¸ch kh¸c, m«

h×nh to¸n häc ph¶i cã kh¶ n¨ng øng dông ®îc mµ kh«ng phô thuéc vµo quy m« cña

thiÕt bÞ.

VÒ c¬ chÕ ph¶n øng, qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng b»ng axit lµ mét qu¸ tr×nh rÊt

phøc t¹p gåm nhiÒu qu¸ tr×nh riªng lÎ diÔn ra ®ång thêi, c¶ song song lÉn nèi tiÕp nhau.

Do vËy, ®éng häc vÜ m« m« t¶ qu¸ tr×nh hßa t¸ch cÇn m« t¶ ®îc hiÖu øng tæng qu¸t

cña tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh ®¬n lÎ vµ cho ra ®îc mét kÕt qu¶ phï hîp víi c¸c sè liÖu thùc

nghiÖm. Do qu¸ tr×nh ph¶n øng dÞ thÓ r¾n – láng lµ mét qu¸ tr×nh gåm nhiÒu giai ®o¹n

nèi tiÕp nªn ®éng häc vÜ m« cña qu¸ tr×nh thùc tÕ ph¶i ®îc m« t¶ b»ng mét ph¬ng

tr×nh ph¶n øng cã bËc thay ®æi, t¬ng øng víi tiÕn tr×nh cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch urani tõ

quÆng. Cô thÓ, trong giai ®o¹n tiÕp xóc ban ®Çu gi÷a quÆng vµ axit, phÇn urani n»m

trªn hoÆc ë líp rÊt gÇn víi bÒ mÆt ngoµi sÏ bÞ t¸c dông víi axit tøc thêi vµ giai ®o¹n

khèng chÕ tèc ®é cña qu¸ tr×nh sÏ lµ giai ®o¹n ph¶n øng hßa tan trùc tiÕp cña axit víi

urani. BËc cña ph¶n øng lo¹i nµy thêng trong kho¶ng gi÷a 0 vµ 1.

Khi møc ®é ph¶n øng s©u h¬n, dung dÞch axit cÇn khuÕch t¸n vµo s©u bªn trong

h¹t quÆng ®Ó cã thÓ tiÕp xóc vµ ph¶n øng víi urani cña pha r¾n. Tèc ®é cña qu¸ tr×nh

khi nµy sÏ lµ tèc ®é chung cña c¶ khuÕch t¸n (trong vµ ngoµi) cña chÊt ph¶n øng vµ tèc

®é ph¶n øng hãa häc ph©n hñy urani trong quÆng. V× vËy, tèc ®é ph¶n øng chung khi

nµy sÏ cã bËc cao h¬n.

Do tÝnh phøc t¹p cña c¸c qu¸ tr×nh lý – hãa x¶y ra ®ång thêi trong qu¸ tr×nh

hßa t¸ch còng nh tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña chóng (c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra gi¸n ®o¹n vµ

xen kÏ nhau), rÊt khã cã thÓ x©y dùng ®îc mét ph¬ng tr×nh tèc ®é ph¶n øng vµ m«

h×nh to¸n häc cho c¶ qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng theo kiÓu ph©n tÝch c¬ chÕ nh ®èi víi

c¸c qu¸ tr×nh c¬ së th«ng thêng. V× vËy, c¸ch ®Æt vÊn ®Ò ë ®©y lµ nh×n toµn bé hÖ

thèng mét c¸ch tæng thÓ, trong ®ã quan t©m ®Æc biÖt tíi mèi quan hÖ quan träng nhÊt lµ

hiÖu suÊt hßa t¸ch theo thêi gian vµ nång ®é axit sö dông cho qu¸ tr×nh hßa t¸ch. NÕu

vÊn ®Ò nµy ®îc ph©n tÝch vµ xö lý mét c¸ch thÝch hîp th× ta cã thÓ sÏ cã ®îc mét

c«ng cô h÷u hiÖu ®Ó x¸c ®Þnh tríc c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch

®èng, hay nãi c¸ch kh¸c lµ cã thÓ nh×n thÊy ®îc bøc tranh m« pháng nh÷ng nÐt quan

träng nhÊt cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng quy m« lín mµ kh«ng cÇn tiÕn hµnh xö lý cô

thÓ c¶ khèi quÆng lín.

Nh×n mét c¸ch tæng thÓ, qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm axit sunfuric ®èi víi quÆng

urani cã thÓ ®îc biÓu diÔn nh sau:

Dung dÞch H2SO4(C, U, L) + QuÆng urani (S, H, G, ρ, d, V_thÊm ít,r) ⇒ S¶n phÈm

Hay lµ: Láng + R¾n ⇒ S¶n phÈm

Do tèc ®é cña qu¸ tr×nh phô thuéc ®Æc tÝnh ho¸-lý cña c¶ 2 pha láng-r¾n, do vËy

hiÖu suÊt hoµ t¸ch R – lµ hµm tÝch ph©n cña tèc ®é qu¸ tr×nh th× còng phô thuéc vµo

c¸c ®Æc tÝnh ®ã. NÕu ®Þnh nghÜa hiÖu suÊt hoµ t¸ch lµ tû sè gi÷a khèi lîng uran ®· ra

khái khèi quÆng m(t) vµ khèi lîng uran m0 cã trong khèi quÆng ban ®Çu th× hiÖu suÊt

hoµ t¸ch R sÏ lµ hµm cña c¸c ®èi sè trªn vµ t:

R = m(t)/m0 = F(C,L,H,G,ρ,d,U,t)

NÕu duy tr× pha láng cè ®Þnh trong c¶ qu¸ tr×nh hoµ t¸ch th× R lµ hµm cña mét

®èi sè duy nhÊt lµ N – sè lÇn xö lý, nã ®Æc trng cho tõng lo¹i quÆng.

R = F(N) (3-4)

Hµm nµy nh ®· nãi ë trªn nã m« t¶ ®óng cho mäi quy m« cña mÎ hoµ t¸ch khi cè

®Þnh C, U, L.

Khi duy tr× pha r¾n kh«ng ®æi vµ thay ®æi pha láng th× khi ®ã sè lÇn xö lý N sÏ phô

thuéc vµo c¸c ®èi sè C, U, L.

N = f(C,U,L)

Trong thùc tÕ hßa t¸ch quÆng urani b»ng axit, thÕ oxi-ho¸ U (mV) cña dung

dÞch lu«n ®îc yªu cÇu duy tr× ë 500 mV vµ mËt ®é tíi L (l/m2.h) chØ ®îc phÐp thay

®æi trong mét kho¶ng hÑp ®iÒu nµy ®· ®îc kiÓm chøng b»ng thùc nghiÖm trong c¸c

c«ng tr×nh ®· c«ng bè [1, 2, 3, 4, 5]. V× vËy trong c¸c thùc nghiÖm nªu trªn gi¸ trÞ cña

U & L thêng ®îc cè ®Þnh trong kho¶ng:

U = 450 ± 50 (mV),

L = 40 ± 5 (l/m2h).

Do ®ã sè lÇn xö lý N chØ cßn phô thuéc C.

N = f(C) (3-5)

Th«ng thêng khi nång ®é axit t¨ng lªn th× sè lÇn xö lý quÆng sÏ gi¶m ®i. Khi C

t¨ng ®Õn mét gi¸ trÞ ®ñ lín th× N tiÖm cËn ®Õn 1, c«ng nghÖ hßa t¸ch thÊm khi nµy sÏ

gÇn nh c«ng nghÖ trén ñ, ®iÒu nµy lµ hîp lý.

KÕt hîp ph¬ng tr×nh (3-4) & (3-5) th× m« h×nh hoµ t¸ch thÊm sÏ biÓu diÔn ë

d¹ng hµm trong hµm nh sau:

R = F[N(f[C])] (3-6)

§Ó x¸c ®Þnh têng minh d¹ng hµm F(N) & f(C), viÖc thùc nghiÖm chØ cÇn tiÕn

hµnh víi mét khèi quÆng c¬ së cã kÝch cì S0 & H0 thuËn tiÖn cho thao t¸c vµ giê lµm

viÖc trong phßng thÝ nghiÖm. Víi c¸ch tiÕp cËn nµy ta sÏ x©y dùng ®îc mét m« h×nh

cã kh¶ n¨ng tù thÝch nghi theo ph¬ng ph¸p hép ®en, m« h×nh cã kh¶ n¨ng tù cËp nhËt

b¶n th©n ®Ó phï hîp tèt nhÊt víi c¸c ®iÒu kiÖn thùc tÕ.

Yªu cÇu nghiªm ngÆt duy nhÊt cña khèi c¬ së lµ ph¶i cã ®ñ c¸c tÝnh chÊt ho¸ lý

gièng nh nguån quÆng sÏ cung cÊp khi triÓn khai ë quy m« ngoµi phßng thÝ nghiÖm (

hµm lîng urani G, tû träng ®èng ρ, ph©n bè h¹t d, V_thÊm ít,r).

III.2.2.2. M« t¶ to¸n häc qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm

Môc ®Ých cuèi cïng lµ t×m ra mét ph¬ng tr×nh thùc nghiÖm cã kh¶ n¨ng m« t¶

sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hßa t¸ch theo thêi gian vµ nång ®é axit sö dông cho qu¸

tr×nh hßa t¸ch. Ph¬ng tr×nh thùc nghiÖm tèt nhÊt lµ ph¬ng tr×nh cã d¹ng thøc sao cho

cã thÓ trïng khÝt tèt nhÊt c¸c ®êng thùc nghiÖm thu ®îc tõ ch¬ng tr×nh thÝ nghiÖm

trªn (H×nh 2.2), vµ cã kh¶ n¨ng ngo¹i suy ra cho mét kho¶ng l©n cËn gÇn cña c¸c th«ng

sè ®îc kh¶o s¸t (thêi gian vµ nång ®é axit). Mét sè d¹ng hµm to¸n häc phæ biÕn nh:

hµm ®a thøc, hµm mò, hµm l«garit v.v.. ®· ®îc thö ¸p dông ®Ó lµm khÝt cho c¸c sè

liÖu thùc nghiÖm trªn.

III.2.2.2.1. ¶nh hëng cña nång ®é axit vµ sè lÇn xö lý

Tham kh¶o tµi liÖu Sæ tay to¸n häc víi c¸c d¹ng hµm to¸n häc cña c¸c ®êng

cong [33], ®· x¸c ®Þnh ®îc d¹ng ph¬ng tr×nh thùc nghiÖm víi d¹ng tæng qu¸t nh

díi ®©y cã kh¶ n¨ng ®¸p øng ®îc tèt nhÊt yªu cÇu lµm khÝt víi ®êng thùc nghiÖm

th«ng qua viÖc thay ®æi c¸c hÖ sè cña ph¬ng tr×nh, ®ã lµ d¹ng:

(3-7) R = 1 – (1 + a1N + a2N2 +a3N3 +a4N4)-4

§iÓm ®Æc biÖt cña d¹ng ph¬ng tr×nh nµy lµ khi thêi gian (ë ®©y lµ sè lÇn xö lý

N) t¨ng lªn ®ñ lín th× R sÏ tiÖm cËn ®Õn gi¸ trÞ 1 chø kh«ng t¨ng lªn tíi v« tËn (nh c¸c

hµm logarit, hµm mò). Gi¸ trÞ c¸c hÖ sè ai cña ph¬ng tr×nh chÝnh lµ ®Ó ®iÒu chØnh c¸c

®iÓm uèn cña ®êng cong.

Víi viÖc sö dông kh¸i niÖm lÇn xö lý ®Ó thay cho thêi gian thùc, cÇn ph¶i biÓu

thÞ mèi quan hÖ to¸n häc gi÷a hiÖu suÊt hßa t¸ch víi c¸c lÇn xö lý, trong ®ã c¸c gi¸ trÞ

c¸c tham sè trong ph¬ng tr×nh cÇn ®îc x¸c ®Þnh sao cho sai sè gi÷a c¸c gi¸ trÞ tÝnh

to¸n vµ thùc nghiÖm lµ nhá nhÊt.

Theo c¸ch tÝnh to¸n nµy, c¸c sè liÖu tÝnh to¸n vÒ hiÖu suÊt hßa t¸ch theo c«ng

thøc trªn (R_tÝnh) ®îc so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ thùc nghiÖm (R_thùc nghiÖm) t¹i cïng

c¸c lÇn xö lý t¬ng øng. Dïng ph¬ng ph¸p quy ho¹ch to¸n häc ®Ó chän gi¸ trÞ tèt

nhÊt cho c¸c hÖ sè ai sao cho tæng b×nh ph¬ng c¸c sai sè Σss2 = Σ(Ri_tÝnh – Ri_thùc

nghiÖm)2, i =1-N lµ nhá nhÊt.

KÕt qu¶ fit hµm R theo c¸c ®êng thùc nghiÖm biÓu diÔn trªn h×nh 3.3. Gi¸ trÞ

cña c¸c bé ai vµ sai sè tÝnh theo c«ng thøc sau cho trong b¶ng 3.5.

Σss2 = Σ(Ri_tÝnh – Ri_thùc nghiÖm)2, i =1-N

X¸c ®Þnh d¹ng hµm R = F(N)

1.2

0.8

0.6

, t Ê u s u Ö i H

0.4

0.2

N, lÇn xö lý

H×nh 3.3. X¸c ®Þnh d¹ng hµm R = F(N), ®êng liÒn lµ hµm fit, ®øt chÊm lµ sè

liÖu thùc nghiÖm.

B¶ng 3.2. C¸c hÖ sè cña hµm vµ tæng b×nh ph¬ng c¸c sai sè

F(N) C, g/l a1 a2 a3 a4 Σss2

F1[N1] 70 -0,01 0,018 -0,0008 0,00001 0,004990

F2[N2] 50 -2E-6 0,5866 0,000422 -3E-6 0,0035199

F3[N3] 40 -2E-6 0,00189 0,0006 -1E-5 0,010540

F4[N4] 30 -1E-6 0,0029 0,0002 -8E-6 0,012738

F5[N5] 20 0 0,00054 3,57E-5 0 0,0057528

Víi c¸c nång ®é axit kh¸c nhau ta sÏ thu ®îc c¸c hµm víi c¸c hÖ sè kh¸c nhau,

sù thay ®æi c¸c hÖ sè nµy lµ do ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thay ®æi, do vËy cÇn x¸c ®Þnh quy

luËt dÞch chuyÓn vµ d¹ng hµm tæng qu¸t.

§Ó x¸c ®Þnh d¹ng tæng qu¸t cña R[N,C] cÇn chän mét hµm lµm chuÈn vµ tiÕn

hµnh dÞch chuyÓn hµm nµy khi ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thay ®æi, cô thÓ ë ®©y lµ nång ®é

axit, trong c¸c hµm trªn ta chän hµm F2[N2,50] lµ hµm trong vïng tèi u vµ cã sai sè

so víi thùc nghiÖm nhá nhÊt.

ViÖc tiÕn hµnh dÞch chuyÓn thùc hiÖn nh sau: mçi gi¸ trÞ cña N2 trong kho¶ng

[0,10] sÏ x¸c ®Þnh mét gi¸ trÞ cña F2 trong kho¶ng [0, 0,9]. Mçi gi¸ trÞ cña F2 ®îc g¸n

cho c¸c hµm t¬ng øng ®· x¸c ®Þnh F1, F3, F4, F5. Mçi hµm F1, F3, F4, F5 ®îc x¸c

®Þnh b»ng c¸ch fit hµm R theo c¸c ®êng thùc nghiÖm víi c¸c hÖ sè ai vµ cã sai sè nh

trong b¶ng trªn. Tõ ®ã sÏ tÝnh ngîc l¹i ®îc c¸c gi¸ trÞ t¬ng øng N1, N3, N4 & N5.

§ã chÝnh lµ c¸c vÞ trÝ cña N2 khi nång ®é axit C thay ®æi.

Quy luËt dÞch chuyÓn nµy ®îc x¸c ®Þnh nh sau:

(3-8) N[ξ] = N[1]. ξα

(3-9) α = 1/(ξ0,59009 – 2,63191)

Trong ®ã: - α lµ hÖ sè ®iÒu chØnh dÞch chuyÓn cña c¸c ®êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a

hiÖu suÊt hßa t¸ch vµ sè lÇn xö lý tõ ®êng gèc (nång ®é axit ®îc chän lµm gèc lµ

C0=50 g/l) sang ®êng biÓu diÔn quan hÖ ë c¸c nång ®é axit kh¸c. α phô thuéc vµo

nång ®é axit.

- ξ = C/C0 = C/50 ([g/l]/[g/l]) lµ ®¹i lîng biÓu hiÖn sù kh¸c nhau cña nång

®é axit hoµ t¸ch khi so s¸nh víi nång ®é axit ®îc chän lµm gèc, ë ®©y lµ C0=50 g/l.

Kho¶ng giíi h¹n cña nång ®é axit sö dông trong ph¬ng tr×nh nµy lµ 20-70 g H2SO4/l.

Thay vµo ph¬ng tr×nh (3-7) ta cã:

R[N,ξ] = 1 – (1+ a1ξ-αN[ξ] + a2 ξ-2αN[ξ]2+ a3ξ-3αN[ξ]3 + a4ξ-4αN[ξ]4)-4 (3-10)

Trong ®ã ai lµ hÖ sè cña hµm F2[N2,50]:

a1 = -2E-6,

a2 = 0,5866,

a3 = 0,000422, (3-11)

a4 = -3E-6.

HÖ ph¬ng tr×nh (3-8), (3-9), (3-10) vµ (3-11) cho phÐp x¸c ®Þnh sù phô thuéc

cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch urani vµo sè lÇn xö lý quÆng vµ nång ®é axit ë bÊt kú quy m«

nµo ®èi víi lo¹i quÆng urani nh thùc nghiÖm ë trªn.

III.2.2.2.2. ¶nh hëng cña chiÒu cao

Nh trªn ®· x¸c ®Þnh, khèi quÆng cã chiÒu cao cµng lín th× thêi gian hoµ t¸ch

hoµn toµn cµng lín. Trong c«ng nghiÖp khèi quÆng thêng cã chiÒu cao tõ 3 mÐt vµ cã

thÓ cao ®Õn 10 mÐt, thuËn tiÖn cho thao t¸c vµ ®ñ ®¶m b¶o cho tèc ®é dÞch chuyÓn cña

pha láng trong khèi quÆng lµ cïng tèc ®é tríc khi lã ra.

Cô thÓ ®èi víi hßa t¸ch quÆng c¸t kÕt urani t¹i ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm, ®· thö

nghiÖm hßa t¸ch thÊm ®èi víi cét quÆng cã c¸c th«ng sè nh sau:

- Trong phßng thÝ nghiÖm: cét cã D_cét=0,075 m ; 0,105m, H= 0,37 m; 1m;

2m.

- Sau phßng thÝ nghiÖm: D_cét= 0,7m, H= 2m vµ D_cét= 0,3 m, H=5,8m

Víi cét quÆng cao ®Õn 3 mÐt, tû träng ®èng quÆng thay ®æi Ýt, thêi gian cho mét

lÇn xö lý ë chiÒu cao nµy sÏ t¨ng tû lÖ mét c¸ch tuyÕn tÝnh, t =nt0

Víi cét quÆng cã chiÒu cao lªn ®Õn 6 mÐt, tû träng ®èng quÆng, nhÊt lµ ë líp

quÆng phi¸ díi còng cã sù thay ®æi theo chiÒu híng t¨ng lªn kho¶ng 5-10% [11], kÕt

qu¶ thùc nghiÖm cho thÊy thêi gian cho mét lÇn xö lý ë chiÒu cao nµy ®îc tÝnh theo

c«ng thøc thùc nghiÖm sau: t= 1,2.n.t0

Khi c¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña ®èng quÆng nh lo¹i quÆng, ph©n bè cÊp h¹t,

nång ®é axit, lu lîng tíi, thÕ oxi hãa ®îc duy tr× ë cïng mét chÕ ®é nh ®èi víi

cét c¬ së th× thêi lîng cho mét lÇn xö lý N ®èi víi khèi quÆng ë c¸c quy m« chiÒu cao

kh¸c nhau sÏ kh¸c nhau.

Tøc lµ nÕu biÓu diÔn R[N,ξ] theo thêi gian – ngµy lµm viÖc (t¬ng ®¬ng 12

h/ngµy) th× ph¶i tÝnh ®Õn sù phô thuéc cña thêi lîng mét lÇn xö lý vµo chiÒu cao cña

khèi quÆng H.

Khi ®ã:

(3-12) N[ξ,µ] = N[ξ,1].µ

Trong ®ã: µ = H/H0 = H/0,37 (m/m) lµ ®¹i lîng ®Æc trng cho sù thay ®æi chiÒu cao

khi so s¸nh víi chiÒu cao c¬ së cña khèi quÆng, ë ®©y lµ H0=0,37m.

ThÕ vµo ph¬ng tr×nh (3-10) ta cã:

R[N,ξ,µ] = 1 – (1+a1µ-1ξ-αN + a2µ-2ξ-2αN2 + a3µ-3ξ-3αN3 + a4µ-4ξ-4αN4 )-4 (3-13)

Ph¬ng tr×nh (3-12) vµ (3-13) cho phÐp x¸c ®Þnh tèc ®é hoµ t¸ch urani phô

thuéc c¸c biÕn c«ng nghÖ chÝnh lµ thêi gian N, nång ®é axit ξ vµ quy m« cña hÖ hoµ

t¸ch thÊm µ.

§Õn ®©y thêng cã mét c©u hái ®Æt ra: LiÖu chiÒu cao nµo cho ®èng quÆng hßa

t¸ch thÊm lµ tèi u?

Trong hßa t¸ch c«ng nghiÖp ngoµi viÖc tháa m·n c¸c yªu cÇu vÒ kü thuËt nh

thiÕt bÞ vµ ph¬ng ph¸p x©y dùng ®èng, c©u tr¶ lêi sÏ ph¶i dùa trªn c¸c tÝnh to¸n c©n

b»ng gi÷a c¸c yÕu tè nh viÖc gi¶m chiÒu cao ®èng quÆng tøc lµ gi¶m chi phÝ x©y dùng

®èng, gi¶m chi phÝ vËn hµnh b¬m dung dÞch hßa t¸ch tøc lµ ®ång nghÜa víi viÖc t¨ng

chi phÝ mÆt b»ng cho s¶n xuÊt, c©n ®èi chi phÝ nh©n c«ng ®Ó ®¶m b¶o thêi gian thÝch

hîp cña toµn bé chu tr×nh hßa t¸ch.

Ngoµi c¸c yÕu tè trªn, chiÒu cao ®èng còng cã ¶nh hëng ®Õn nång ®é axit hßa

t¸ch, líp quÆng ë phÝa trªn lu«n tiÕp xóc víi axit míi, líp quÆng phÝa dãi tiÕp xóc víi

dung dÞch axit sau khi ®· ph¶n øng víi c¸c thµnh phÇn kho¸ng kh¸c trong quÆng vµ

lu«n lu«n suy gi¶m nång ®é, ®iÒu nµy ¶nh hëng tíi hiÖu suÊt hßa t¸ch urani trong líp

quÆng phÝa dãi, do vËy viÖc lùa chän chiªï cao thÝch hîp ph¶i ®îc ®Æt ra

Qua tham kh¶o tµi liÖu vµ kÕt qu¶ thö nghiÖm cho thÊy víi ®èi tîng cô thÓ lµ

quÆng Pµ Lõa, kho¶ng chiÒu cao ®Ò nghÞ ®Ó ¸p dông m« h×nh tèi ®a kho¶ng 6 mÐt, víi

chiÒu cao lín h¬n cÇn cã nghiªn cøu bæ sung vÒ kh¶ n¨ng thÊm cña quÆng còng nh ®é

bÒn c¬ cña h¹t quÆng khi ph¶n øng víi dung dÞch axit.

Nhîc ®iÓm lín nhÊt cña ph¬ng ph¸p x©y dùng m« h×nh trªn lµ ®ßi hái sù

gièng nhau tuyÖt ®èi vÒ mÆt ho¸ lý cña khèi quÆng c¬ së so víi khèi quÆng sÏ triÓn

khai ë quy m« lín. Mçi mét lo¹i quÆng cÇn x¸c ®Þnh Ýt nhÊt mét m« h×nh c¬ së. NÕu

cïng mét lo¹i quÆng nhng kh¸c nhau vÒ träng sè ph©n bè gi÷a c¸c lo¹i kÝch thíc h¹t

quÆng còng dÉn ®Õn sù kh¸c nhau vÒ tèc ®é hoµ t¸ch. Nãi mét c¸ch kh¸c kÝch thíc

h¹t vµ träng sè ph©n bè cña nã cÇn ®îc m« t¶ trong m« h×nh.

III.3.2.2.3 ¶nh hëng cña ®é h¹t vµ ph©n bè cÊp h¹t

NÕu dïng sµng ®Ó ph©n ra bèn cÊp h¹t nh b¶ng 3.3 vµ xö lý chóng ë bèn cét

riªng rÏ, x¸c ®Þnh hiÖu suÊt hoµ t¸ch riªng cña mçi lo¹i R[Di] th× theo ®Þnh nghÜa hiÖu

suÊt hoµ t¸ch cña tËp hîp h¹t sÏ lµ:

R[Di,di] = ΣdiR[Di], i = 1-4

Trong ®ã: di lµ träng sè ph©n bè kÝch thíc Di. Gi¸ trÞ cña ΣdiR[Di] sÏ kh«ng

ph¶n ¸nh chÝnh x¸c gi¸ trÞ cña R[Di,di] khi tËp hîp h¹t ë trong cïng mét khèi ®îc xö

lý ®ång thêi.

§ãi víi qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng, khi tiÕn hµnh hoµ t¸ch riªng rÏ tõng lo¹i h¹t th×

tæng cña c¸c hiÖu suÊt hoµ t¸ch h¹t ®éc lËp kh«ng thÓ ph¶n ¸nh ®îc t¬ng t¸c qua l¹i

gi÷a c¸c lo¹i h¹t khi chóng n»m trong mét khèi quÆng. V¶ l¹i trong thùc tÕ c¸c h¹t

träng khèi quÆng lu«n cã ph©n bè kÝch thíc ®a d¹ng. §Ó tÝnh ®Õn hiÖu øng ¶nh hëng

gi÷a c¸c thµnh phÇn cña tËp hîp h¹t th× viÖc x¸c ®Þnh R[Di] ®îc thùc hiÖn th«ng qua

kÕt qu¶ ph©n tÝch b· cña khèi quÆng ®· xö lý.

Trªn c¬ së x¸c ®Þnh hµm lîng urani cßn l¹i trong mçi cÊp h¹t sau khi tiÕn hµnh

hßa t¸ch, ta thu ®îc hiÖu suÊt hßa t¸ch ®èi víi tõng kho¶ng cÊp h¹t ®èi víi cét c¬ së

ξ= 1, µ = 1 ®· tiÕn hµnh thùc nghiÖm ë trªn.

B¶ng 3.3. Sè liÖu vÒ hiÖu suÊt hßa t¸ch ®èi víi tõng kho¶ng cÊp h¹t ®èi víi cét

c¬ së ξ = 1, µ = 1.

HiÖu suÊt R[Di] HiÖu suÊt tæng, TT KÝch thíc h¹t D,mm Träng sè,di

R[9,1,1]

1 30>D1 > 10 0,2533 0,72285

0,896507 2 5 < D2 < 10 0,16 0,80357

3 2 < D3 < 5 0,1467 0,89785

4 D4 < 2 0,44 0,925

B¶ng trªn chØ ra r»ng h¹t cã kÝch thíc cµng lín th× tèc ®é hoµ t¸ch urani cµng

chËm, h¹t cµng nhá tèc ®é hoµ t¸ch cµng cao. §©y lµ quy luËt thêng gÆp ®èi víi c¸c

ph¶n øng r¾n – láng.

PhÇn ®ãng gãp cña tõng cÊp h¹t vµo hiÖu suÊt hoµ t¸ch cña tæng tËp hîp h¹t

®îc x¸c ®Þnh b»ng tÝch cña träng sè ph©n bè di vµ hiÖu suÊt hoµ t¸ch riªng R[Di], mµ

tæng cña c¸c tÝch ®ã (c¸c phÇn ®ãng gãp ®ã) ph¶i b»ng ®óng 1 lÇn (t¬ng ®¬ng100%)

hiÖu suÊt tæng.

NÕu gäi k0 lµ hÖ sè hiÖu chØnh tÝnh ®Õn ph©n bè kÝch thíc h¹t cña khèi quÆng

c¬ së ®îc ®Þnh nghÜa lµ:

k0 = 1/ ΣdiR[Di], i = 1-4

(3-14) th×: R[N,ξ,µ] = k0 .Σ(diR[Di].R[N,ξ,µ]) , i = 1-4

§èi víi ph©n bè c¬ së (B¶ng 3.3) th× k0 = 1,175936 ®¹i diÖn cho ph©n bè cña

bèn lo¹i h¹t quÆng trªn. Nh vËy khi hßa t¸ch ®èi víi mét cét quÆng cã mét ph©n bè

kh¸c víi ph©n bè c¬ së cña bèn lo¹i h¹t quÆng trªn sÏ cã mét hÖ sè k ≠ k0. Th× tû sè:

θ = k0 / k

§Æc trng cho ®é lÖch ph©n bè h¹t gi÷a khèi c¬ së vµ khèi ®ang triÓn khai. Thay

k0 vµo ph¬ng tr×nh (3-13) ta cã:

(3-15) R[N,ξ,µ,θ] = θ.Σk.(diR[Di].R[N,ξ,µ,1]) , i = 1-4

Trong ®ã R[N,ξ,µ,1] lµ m« h×nh cña khèi c¬ së cã ph©n bè h¹t trong b¶ng 2.3 &

3.3. C¸c gi¸ trÞ R[Di] còng nh c¸c gi¸ trÞ ai, S0, H0, C0 vµ k0 ®Òu lµ nh÷ng ®Æc trng

cña khèi c¬ së v× vËy chóng lµ nh÷ng h»ng sè thùc nghiÖm cña m« h×nh.

Ph¬ng tr×nh (3-15) cã tÝnh thùc tiÔn lín h¬n ph¬ng tr×nh (3-13), nã cho phÐp

dù ®o¸n chÝnh x¸c h¬n tèc ®é hoµ t¸ch mét khèi quÆng cã ph©n bè h¹t ®a d¹ng. B¶ng

3.4 vµ h×nh 3.4 m« t¶ sù hiÖu chØnh nµy.

B¶ng 3.4. Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo ph©n bè h¹t

d2 d3 d4 TT d1 N R[N,ξ,µ,θ] θ

0,85 1 0 0 0 1 9 0,762

2 1 0,253 0,16 0,146 0,44 9 0,896

3 0,98 0,336 0,164 0,117 0,381 9 0,879

4 1,088 0 0 0 1 9 0,975

§êng 1, h×nh 3.4 dù ®o¸n cho qu¸ tr×nh hoµ t¸ch quÆng urani cã kÝch thíc h¹t

(100%h¹t) trong kho¶ng [10-30mm], hiÖu suÊt hoµ t¸ch tÝnh theo ph¬ng tr×nh (3-15)

chØ b»ng 0,85 hiÖu suÊt hoµ t¸ch tÝnh theo ph¬ng tr×nh (3-13) (®êng 2).

Ph¬ng tr×nh (3-15) cßn chØ ra r»ng víi kÝch thíc h¹t nh vËy th× hiÖu suÊt hoµ

t¸ch kh«ng thÓ vît qu¸ θ cho dï thêi gian hoµ t¸ch t¨ng lªn v« tËn. T¬ng tù nh vËy

víi kÝch thíc h¹t nhá h¬n (®êng 4) ph©n bè c¬ së th× thêi gian hoµ t¸ch gi¶m xuèng.

§êng 3 lµ thùc nghiÖm kiÓm chøng ph¬ng tr×nh (3-15), tæng b×nh ph¬ng c¸c

sai kh¸c gi÷a gi¸ trÞ tÝnh to¸n vµ thùc nghiÖm lµ rÊt nhá Σss2 = 3,72E-32. Tuy nhiªn sù

sai kh¸c cña nã so víi ph¬ng tr×nh (3-14) lµ 2% (θ=0,98).

Ph¬ng tr×nh (3-15) ®a ra giíi h¹n θ=0,70 khi R[D_max] = 0,6. §iÒu ®ã cã

nghÜa lµ muèn ®¹t ®îc hiÖu suÊt hoµ t¸ch ≥ 0,7 th× kÝch thíc h¹t quÆng lín nhÊt D-

Sù phô thuéc cña R vµo ph©n bè h¹t

1.2

2 3

0.8

0.6

, t Ê u s u Ö i H

0.4

0.2

N, ngµy

_limit ≤D_max, v× ®ã chÝnh lµ c¸c h¹t sÏ cßn l¹i kho¶ng 40% urani cha hoµ t¸ch.

H×nh 3.4. Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo ph©n bè h¹t

KÕt luËn:

M« h×nh cña cô thÓ cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm ®èi víi lo¹i quÆng urani ®ang

nghiªn cøu ®îc viÕt l¹i nh sau:

(3-16) R[N,ξ,µ,θ] = θ.Σk.(diR[Di].R[N,ξ,µ,1]) , i = 1-4

(3- R[N,ξ,µ] = 1 – (1+a1µ-1ξ-αN + a2µ-2ξ-2αN2 + a3µ-3ξ-3αN3 + a4µ-4ξ-4αN4 )-4

17)

(3-18) α = 1/(ξ0,59009 – 2,63191)

a1 = -2E-6,

a2 = 0,5866, (3-19)

a3 = 0,000422,

a4 = -3E-6.

- α lµ hÖ sè ®iÒu chØnh dÞch chuyÓn cña quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt hßa t¸ch vµ sè lÇn xö lý

tõ ®êng gèc (nång ®é axit ®îc chän lµm gèc lµ C0=50 g/l) sang ®êng ë c¸c nång ®é

axit kh¸c.

- ξ = C/C0 lµ ®¹i lîng biÓu hiÖn sù kh¸c nhau cña nång ®é axit hoµ t¸ch khi so s¸nh

víi nång ®é axit ®îc chän lµm gèc, ë ®©y lµ C0=50 g/l, ξ cã miÒn x¸c ®Þnh trong

kho¶ng [0 - 2].

- µ = H/H0 lµ ®¹i lîng ®Æc trng cho sù thay ®æi chiÒu cao khi so s¸nh víi chiÒu cao

c¬ së cña khèi quÆng, ë ®©y lµ H0=0,37m, µ cã miÒn x¸c ®Þnh trong kho¶ng [1 - +8],

- θ = k0 / k, trong ®ã k0 = 1,175936 lµ hÖ sè hiÖu chØnh tÝnh ®Õn ph©n bè cña bèn lo¹i

h¹t quÆng trong cét thÝ nghiÖm c¬ së. §èi víi mét ph©n bè kh¸c c¬ së cña bèn lo¹i h¹t

quÆng trªn sÏ cã mét hÖ sè k ≠ k0.

M« h×nh nµy chøa c¸c h»ng sè thùc nghiÖm ai, R[Di], k0 ®Æc trng cho cét thÝ

nghiÖm c¬ së. Nã cã nh÷ng gi¸ trÞ kh¸c khi thay ®æi kÝch cì vµ ®Æc tÝnh ho¸-lý cña cét

c¬ së. V× vËy, thùc chÊt ®ã lµ c¸c tham sè h×nh thøc cña m« h×nh hoµ t¸ch thÊm ®èi víi

quÆng urani.

M« h×nh cho phÐp dù ®o¸n hÇu hÕt nh÷ng th«ng tin cÇn thiÕt tríc khi triÓn khai

ë quy m« lín nh: Thêi gian hoµ t¸ch, hiÖu suÊt, tiªu hao axit, lîng dung dÞch tíi,

thêi lîng cña mét chu kú tíi – nghØ, lîng axit d, nång ®é urani trong dung dÞch

s¶n phÈm.

M« h×nh trªn cã nhîc ®iÓm lín nhÊt lµ ®ßi hái sù gièng nhau tuyÖt ®èi vÒ mÆt

ho¸ lý cña khèi quÆng c¬ së so víi khèi quÆng sÏ triÓn khai ë quy m« lín. Do vËy ®èi

víi c¸c lo¹i quÆng kh¸c nh quÆng phong ho¸ vµ b¸n phong ho¸, ®Òu cÇn ph¶i bæ sung

c¸c thùc nghiÖm nh trªn ®èi víi mét khèi c¬ së ®Ó lµm c¬ së d÷ liÖu tÝnh to¸n bæ sung

khi ®èi tîng quÆng cã c¸c tû lÖ kh¸c nhau vÒ quÆng PH, BPH vµ CPH.

Trong qu¸ tr×nh hoµ t¸ch, sÏ x¶y ra sù biÕn d¹ng cña c¸c h¹t quÆng do sù tan ra

cña c¸c kho¸ng chÊt trong qu¸ tr×nh hoµ t¸ch còng nh c¸c qu¸ tr×nh hoµ tan, kÕt tña

c¸c chÊt kh¸c (vÝ dô nh qu¸ tr×nh hoµ tan - kÕt tña cña s¾t), c¸c ¶nh hëng nµy ®·

®îc tÝnh ®Õn qua c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè thùc nghiÖm ai cña m« h×nh trong qu¸

tr×nh fit ®êng biÓu diÔn m« h×nh víi ®êng thùc nghiÖm.

III.2.3. Kh¶ n¨ng ¸p dông cña m« h×nh cho c¸c trêng hîp thùc tÕ

§éng häc ph¶n øng r¾n – láng dÞ thÓ phô thuéc vµo rÊt nhiÒu yÕu tè, trong ®ã

cã thÓ chia ra thµnh hai nhãm yÕu tè ¶nh hëng lµ: nhãm yÕu tè ®¹i diÖn cho khuÕch

t¸n vµ nhãm yÕu tè ®¹i diÖn cho ph¶n øng hãa häc. C¸c ph©n tÝch tiÕp theo díi ®©y sÏ

nh»m chØ ra nh÷ng yÕu tè cã thÓ g©y ra sai sè cho qu¸ tr×nh chuyÓn quy m«, tõ quy m«

thÝ nghiÖm nhá ra quy m« s¶n xuÊt lín vµ c¸c nguyªn t¾c kh¾c phôc ®Ó cã thÓ dïng m«

h×nh trªn cho c¸c tÝnh to¸n m« pháng thùc tÕ.

Trong sè c¸c yÕu tè ®¹i diÖn cho ph¶n øng hãa häc, yÕu tè ®Çu tiªn cã thÓ g©y ra

sai sè lµ ®Æc trng c¸c thµnh phÇn hãa häc vµ kho¸ng vËt häc cña quÆng cã thÓ kh¸c

nhau, tõ ®ã lµm cho kh¶ n¨ng ph¶n øng cña quÆng víi axit còng kh¸c nhau vµ g©y ra

sai sè khi dïng c¸c th«ng sè trong phßng thÝ nghiÖm (víi mét lo¹i quÆng) ®Ó tÝnh to¸n

cho thùc tÕ (víi mét lo¹i quÆng kh¸c). §©y lµ lo¹i sai sè “th«” nhÊt vµ cÇn ®îc lu ý

tr¸nh m¾c ph¶i. QuÆng dïng trong c¸c thÝ nghiÖm ®Ó lÊy th«ng sè cÇn cã c¸c ®Æc trng

gÇn t¬ng tù víi quÆng sÏ ®îc dïng trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lín sau nµy. Nh vËy,

c¸c ®Æc trng ph¶n øng hãa häc sÏ t¬ng tù nh nhau, gi¶m thiÓu ®îc c¸c sai sè thuéc

nhãm nµy.

VÒ c¸c yÕu tè ®Æc trng cho qu¸ tr×nh khuÕch t¸n: xÐt hai trêng hîp khuÕch t¸n

ngoµi vµ khuÕch t¸n trong.

Trêng hîp khuÕch t¸n ngoµi: c¸c th«ng sè cã t¸c ®éng ¶nh hëng chñ yÕu lµ

c¸c th«ng sè thñy ®éng thuéc vÒ pha láng (thÝ dô nh: tèc ®é dßng ch¶y, nång ®é chÊt

ph¶n øng trong dung dÞch, v.v. .). C¸c th«ng sè nµy cã thÓ ®iÒu khiÓn b»ng c¸ch khèng

chÕ, ®iÒu chØnh tõ bªn ngoµi nªn hoµn toµn cã thÓ chñ ®éng ®îc theo ý muèn.

§èi víi trêng hîp khuÕch t¸n trong: tèc ®é khuÕch t¸n (tõ trong ra vµ tõ ngoµi

vµo) phô thuéc chñ yÕu vµo ®Æc trng cña pha r¾n, bao gåm b¶n chÊt cña chÊt r¾n vµ

kÝch thíc h¹t quÆng. NÕu c¸c ®Æc trng vÒ lo¹i quÆng lµ nh nhau (®Ó ®¶m b¶o tÝnh

“t¬ng tù” vÒ b¶n chÊt hãa häc) th× sù phô thuéc cßn l¹i chñ yÕu lµ kÝch thíc h¹t

quÆng. Do quÆng thêng ®îc gia c«ng c¬ häc th«ng qua mét sè thiÕt bÞ gia c«ng kh¸c

nhau (®Ëp hµm, nghiÒn trôc, v.v...) nªn mçi mét qu¸ tr×nh gia c«ng thêng cho ra mét

d¶i phæ ph©n bè c¸c kÝch thíc h¹t quÆng. ChÝnh c¸c kÝch thíc h¹t quÆng kh¸c nhau

lµ nguyªn nh©n dÉn ®Õn sai lÖch chñ yÕu gi÷a tÝnh to¸n lý thuyÕt vµ kÕt qu¶ thùc

nghiÖm. V× vËy, ®Ó h¹n chÕ sai lÖch lo¹i nµy cÇn ¸p dông nh÷ng biÖn ph¸p gia c«ng

gièng nhau ®Ó cã ®îc nh÷ng ph©n bè kÝch thíc h¹t quÆng t¬ng tù nhau gi÷a c¸c

mÉu thùc nghiÖm vµ mÉu s¶n xuÊt, tõ ®ã gi¶m thiÓu ®îc c¸c sai sè cña qu¸ tr×nh tÝnh

to¸n m« pháng.

Tãm l¹i, cã hai yÕu tè quan träng nhÊt ®Ó gióp h¹n chÕ sai lÖch gi÷a tÝnh to¸n

theo m« h×nh vµ kÕt qu¶ thùc nghiÖm. §ã lµ: lo¹i quÆng ®îc xö lý ph¶i cã cïng b¶n

chÊt lý hãa, vµ quÆng ph¶i ®îc gia c«ng c¬ häc theo nh÷ng ph¬ng thøc nh nhau ®Ó

c¸c ph©n bè kÝch thíc h¹t cña chóng lµ t¬ng tù nhau. Tõ ®ã c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n vµ

thùc nghiÖm sÏ cã nhiÒu kh¶ n¨ng phï hîp nhau tèt nhÊt.

III.2.4. KiÓm chøng vµ ®¸nh gi¸ m« h×nh

Trªn c¬ së t«n träng kÕt qu¶ thùc nghiÖm, gi¶ thuyÕt r»ng c¸c sè liÖu thùc

nghiÖm biÓu diÔn trªn h×nh 2.2 lµ tuyÖt ®èi chÝnh x¸c (thùc tÕ nã hµm chøa sai sè cña

phÐp ph©n tÝch, sai sè cña ph©n bè h¹t gi÷a c¸c mÎ thùc nghiÖm, sai sè cña c¸c phÐp ®o

®ong, ®Õm thÓ tÝch, thêi gian). Th× tÝnh chÝnh x¸c vµ tÝnh phæ biÕn cña ph¬ng tr×nh (3-

17) ®îc kiÓm chøng th«ng qua tæng b×nh ph¬ng c¸c sai kh¸c gi÷a c¸c gi¸ trÞ cña R

thùc nghiÖm vµ c¸c gi¸ trÞ t¬ng øng cña R tÝnh theo ph¬ng tr×nh (3-13). B¶ng 3.5

tr×nh bµy sai sè cña n¨m d·y thùc nghiÖm trªn. H×nh 3.5 biÓu diÔn trùc quan cho hai

trêng hîp cã sai sè nhá nhÊt vµ lín nhÊt.

B¶ng 3.5. §¸nh gi¸ sai sè cña m« h×nh

TT µ ξ N, ngµy Σss2[m«h×nh - thùcnghiÖm] Σss2[m«h×nh - hµm]

1 1 1,4 9 0,013382 0,007713

2 1 1 11 0,003519 3,34.10-13

3 1 0,8 12 0,020349 0,01245

4 1 0,6 15 0,02409 0,005969

5 1 0,4 25 0,011266 0,0062249

§¸nh gi¸ sai sè cña m« h×nh

0.9

SS =0.003519

0.8

0.7

0.6

0.5

SS =0.02409

0.4

, t Ê u s u Ö i H

0.3

0.2

0.1

N, ngµy

H×nh 3.5. So s¸nh gi¸ trÞ R thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt

III.2.5. C¸c trêng hîp biªn

Tõ ph¬ng tr×nh (3-17) dÔ dµng thÊy r»ng khi ξ = 0 (C = 0) th× R = 0 víi mäi N,

®iªï ®ã cã nghÜa lµ khi hoµ t¸ch quÆng b»ng níc kh«ng cã axit th× urani kh«ng bÞ tan

ra cho dï thêi gian hoµ t¸ch lµ v« tËn.

Khi ξ = 10 – 15, µ = 1 (t¬ng øng C =5–8M) th× hiÖu suÊt hoµ t¸ch ®¹t

kho¶ng 95 – 98% sau khi thùc hiÖn 1 lÇn xö lý (trêng hîp nµy chÝnh lµ lÇn xö lý

zero) sau ®ã tiÕn hµnh röa tiÕp theo. Trêng hîp nµy qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm gièng víi

hßa t¸ch b»ng kü thuËt trén ñ quÆng víi dung dÞch axit tríc råi tiÕn hµnh thÊm röa

[8].

Mét thùc nghiÖm kiÓm chøng cho trêng hîp ξ = 10 (C = 500 g/l = 5,1M) ®èi

víi cét c¬ së µ = 1 ®· ®îc thùc hiÖn nh sau: ThÊm 300 ml dung dÞch H2SO4, C = 500

g/l vµo cét chøa 2,5kg quÆng kh«. §Ó lu qua ngµy, sau ®ã röa cét 3 ngµy, mçi ngµy 5

chu kú b»ng níc pH = 2. Tæng khèi lîng urani trong 828 ml dung dÞch hoµ t¸ch lµ

2,912 g, ®¹t hiÖu suÊt R = 0,8319 mµ theo ph¬ng tr×nh (3-17) th× R[3,10,1] = 0,8329,

®©y lµ mét sù trïng khíp mong muèn. Trong thÝ nghiÖm nµy nång ®é urani trong dung

dÞch cuèi ®¹t 3,52 g/l, nång ®é urani ®¹t cao nhÊt ë chu kú röa thø 2 lµ 8,1g/l. Nång ®é

axit d trong dung dÞch cuèi lµ 65,22 g/l, hiÖu suÊt sö dông axit 64%, tiªu hao 60 kg

axit/tÊn quÆng.

III.2.6. C¬ së ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n chuyÓn quy m«

Tõ c¸c kÕt qu¶ x¸c ®Þnh ®îc ë trªn, ta cã thÓ x©y dùng ®îc mét ph¬ng ph¸p

tÝnh to¸n míi ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng lín tõ c¸c sè liÖu thÝ

nghiÖm nhá trong phßng thÝ nghiÖm.

Hai th«ng sè c«ng nghÖ quan träng nhÊt cÇn thu ®îc khi xö lý mét ®èng quÆng

lín lµ hiÖu suÊt thu håi urani vµ thêi gian xö lý lµ bao nhiªu. Th«ng thêng, c©u hái

nµy chØ cã thÓ tr¶ lêi sau khi ®· trùc tiÕp tiÕn hµnh xö lý chÝnh ®èng quÆng ®ã. Víi

ph¬ng tr×nh thùc nghiÖm thu ®îc tõ c¸c nghiªn cøu ë trªn, ta ®· cã mét c«ng cô ®¬n

gi¶n nhng tiÖn dông cã kh¶ n¨ng gi¶i quyÕt lo¹i vÊn ®Ò trªn mét c¸ch nhanh chãng

víi ®é chÝnh x¸c cao tõ c¸c sè liÖu cña phßng thÝ nghiÖm mµ kh«ng cÇn ph¶i mÊt thêi

gian vµ c«ng søc xö lý trùc tiÕp ®èng quÆng lín ®ã. ViÖc tÝnh to¸n chuyÓn quy m« khi

nµy cã thÓ ®îc thùc hiÖn trªn c¬ së nh sau:

VÒ hiÖu suÊt: C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu ë trªn ®· chØ ra r»ng, hiÖu suÊt thu håi

urani chØ phô thuéc vµo sè lÇn xö lý tiÕn hµnh ®èi víi ®èng quÆng ®ã øng víi mét nång

®é axit cho tríc. §iÒu nµy còng t¬ng tù nh trong hßa t¸ch th«ng thêng, khi t¨ng

thêi gian hßa t¸ch lªn th× hiÖu suÊt hßa t¸ch cã xu híng t¨ng theo. §iÓm kh¸c nhau c¬

b¶n gi÷a hai kh¸i niÖm lÇn xö lý vµ thêi gian hßa t¸ch lµ thêi gian cÇn thiÕt cho mét

lÇn xö lý sÏ lµ kh«ng gièng nhau ®èi víi c¸c ®èng quÆng cã kÝch thíc kh¸c nhau; cô

thÓ ë ®©y chñ yÕu lµ chiÒu cao ®èng quÆng kh¸c nhau. Nh vËy, khi tiÕn hµnh hßa t¸ch

®èng theo ph¬ng ph¸p “mao dÉn ngîc”, c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm nhá vÒ quan hÖ phô

thuéc gi÷a hiÖu suÊt hßa t¸ch vµo sè lÇn xö lý cã thÓ sö dông trùc tiÕp cho c¸c ®èng

quÆng lín, víi ®iÒu kiÖn lµ quÆng ph¶i cïng mét lo¹i vµ ®îc gia c«ng c¬ häc theo

cïng mét ph¬ng ph¸p gièng nhau.

VÒ thêi gian cÇn thiÕt cho xö lý ®èng lín: §©y lµ vÊn ®Ò phøc t¹p h¬n vµ cÇn

cã nh÷ng tÝnh to¸n hiÖu chØnh ®èi víi tõng lo¹i quÆng cô thÓ khi chóng cã b¶n chÊt vËt

lý kh¸c nhau. Tuy nhiªn, vÒ c¬ b¶n, c¸ch tÝnh vÉn lµ nh nhau, chñ yÕu phô thuéc vµo

chiÒu cao cña líp quÆng vµ theo c¸c bíc chÝnh nh sau:

Qu¸ tr×nh xö lý quÆng theo ph¬ng ph¸p “mao dÉn ngîc”gåm nhiÒu lÇn xö lý,

mét lÇn xö lý bao gåm nhiÒu chu kú xö lý, sau mçi lÇn xö lý cã thêi gian dõng.

Thêi gian cña lÇn xö lý zero: Víi mét khèi lîng quÆng hay thÓ tÝch cña líp

quÆng x¸c ®Þnh, hoµn toµn tÝnh ®îc lîng dung dÞch khèi quÆng cã thÓ lu gi÷, do ®ã

víi tèc ®é tíi phï hîp cña quÆng hoµn toµn x¸c ®Þnh ®îc thêi gian cña lÇn xö lý

zero. Tèc ®é déi axit qua líp quÆng phô thuéc chñ yÕu vµo tÝnh chÊt vËt lý cña quÆng

vÒ kh¶ n¨ng thÊm níc, trong ®ã quÆng cã thµnh phÇn phong hãa cao thêng cã xu

híng sinh ra bïn sÐt g©y t¾c trong líp khi bÞ déi axit víi tèc ®é cao, do vËy cÇn khèng

chÕ tèc ®é déi axit qua líp quÆng ë møc thÝch hîp, cßn quÆng cha phong hãa th× cã

kh¶ n¨ng chÞu ®îc tèc dé dßng cao h¬n. Gi¸ trÞ tèc ®é dßng thÝch hîp cÇn ®îc ®o

b»ng thùc nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm ®èi víi mçi lo¹i quÆng. §èi víi quÆng c¸t

kÕt vïng N«ng S¬n, tïy theo møc ®é phong hãa cô thÓ cña quÆng mµ gi¸ trÞ nµy ®·

®îc x¸c ®Þnh lµ dao ®éng trong kho¶ng 30 – 45 lÝt/m2.h. Tèc ®é tíi cña lÇn déi ®Çu

thêng duy tr× trong kho¶ng 30-35 lÝt/m2.h ®Ó ®¶m b¶o cho qu¸ tr×nh tho¸t khÝ x¶y ra

trong ph¶n øng cña kho¸ng chøa can xi víi axit.

Tzero = V_thÊm ít,max/S.L_cÊp

V_thÊm ít,max = a. M_quÆng = b. V_líp quÆng= b.S.H

Trong ®ã: a lµ hÖ sè thùc nghiÖm vÒ kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng tÝnh theo khèi

lîng, a=10-12% khèi lîng ®èi víi quÆng CPH vµ BPH.

b lµ hÖ sè thùc nghiÖm vÒ kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng tÝnh theo thÓ tÝch líp

quÆng, b= 19-21%v/v.

S lµ diÖn tÝch ngang cña ®èng quÆng, H lµ chiÒu cao ®èng quÆng.

Lu lîng cÊp L_cÊp = 30-35 lÝt/m2.h

Thêi gian cña c¸c chu kú tíi-x¶, tïy theo chiÒu cao cña ®èng vµ diÖn tÝch ®èng

(th«ng qua ®¹i lîng chiÒu cao so s¸nh µ = H/H0) vµ nh÷ng kÕt qu¶ thùc nghiÖm vÒ

lîng dung dÞch khèi quÆng cã thÓ lu gi÷ ë trªn cã thÓ s¬ bé x¸c ®Þnh ®îc t_cÊp vµ

t_x¶. Sè chu kú tíi-x¶ vµ thêi gian cña mét lÇn xö lý ®îc x¸c ®Þnh. Riªng t_x¶ chØ

cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm v× tèc ®é x¶ thay ®æi trong mét kho¶ng réng vµ phô

thuéc kh«ng chØ vµo lîng dung dÞch di chuyÓn trong ®èng quÆng mµ cßn vµo kh¶

n¨ng thÊm cña quÆng, qu¸ tr×nh x©y dùng ®èng,... cã thÓ x¸c ®Þnh dùa vµo t_x¶ cña cét

c¬ së vµ ®¹i lîng chiÒu cao so s¸nh.

Víi cét quÆng cao ®Õn 3 mÐt, tû träng ®èng quÆng thay ®æi Ýt, thêi gian cho mét

lÇn xö lý ë chiÒu cao nµy sÏ t¨ng tû lÖ mét c¸ch tuyÕn tÝnh, t_Ni = µ. t0 trong ®ã t0 lµ

thêi gian cña mét lÇn xö lý cña cét quÆng cã kÝch thíc H0 vµ S0

Víi cét quÆng cã chiÒu cao lªn ®Õn 6 mÐt, tû träng ®èng quÆng, nhÊt lµ ë líp

quÆng phi¸ díi còng cã sù thay ®æi theo chiÒu híng t¨ng lªn kho¶ng 10%, kÕt qu¶

thùc nghiÖm cho thÊy thêi gian cho mét lÇn xö lý ë chiÒu cao nµy ®îc tÝnh theo c«ng

thøc thùc nghiÖm sau: t= 1,2.n.t0.

Thêi gian cña mét lÇn xö lý TN = Σ[ t_cÊp ]i +Σ[ t_x¶ ]i , i = 1-5 gi¶ sö cã 5 chu

kú xö lý.

t_cÊp = Vdi chuyÓn /S.L_cÊp

Trong ®ã Vdi chuyÓn lµ lîng dung dÞch di chuyÓn chiÕm kho¶ng 4-5,5% thÓ tÝch

líp quÆng hay b»ng kho¶ng 1/4 cña V_wetmax= 40-45 lÝt.

t_x¶ = µ. t_x¶0

Trong ®ã µ = H/H0, cßn t_x¶0 chÝnh lµ thêi gian x¶ trong mét chu kú cña cét

quÆng thùc nghiÖm cã kÝch thíc S0 vµ H0, cô thÓ trong thùc nghiÖm nµy t_x¶0 ≈ 90

phót.

Thêi gian dõng: Theo ph¬ng ph¸p hßa t¸ch mao dÉn ngîc sau mçi mét lÇn xö

lý, khi ®· cÊp ®ñ mét lîng dung dÞch axit b»ng thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a V_thÊm

ít,max (l) cña khèi quÆng cÇn cã kho¶ng thêi gian dõng hay cßn gäi lµ thêi gian cho

ch¶y hÕt dung dÞch ra khái líp quÆng vµ ®Ó dung dÞch trong mao qu¶n di chuyÓn ra bÒ

mÆt h¹t quÆng. §Ó tÝnh to¸n thêi gian dõng tèi thiÓu dùa trªn kÕt qu¶ thùc nghiÖm vÒ

kh¶ n¨ng thÊm cña quÆng nh ®· nãi ë trªn, quÆng cha phong hãa cã hÖ sè thÊm lµ k

= 1,333 .10-7 m/s hoÆc sö dông c«ng thøc kinh nghiÖm sau:

Tdõng = 16 + 4.(H-1)

Theo c«ng thøc trªn thêi gian ®Ó kh« tèi thiÓu ®èi víi cét cao 1m lµ 16 giê, cßn

®èi víi cét cao 3 mÐt lµ 24 giê. TÊt nhiªn nÕu ®Ó kh« l©u h¬n còng kh«ng g©y ¶nh

hëng ®Õn hiÖu suÊt hßa t¸ch mµ chØ lµm kÐo dµi thªm thêi gian xö lý quÆng.

Thêi gian cÇn thiÕt ®Ó xö lý mét ®èng quÆng lín cã chiÒu cao lµ H víi N lÇn xö

lý sÏ ®îc tÝnh nh sau:

T = Tzero + (N-1).TN + (N-1).Tdõng

Nh vËy b»ng viÖc x¸c ®Þnh sè lÇn xö lý cÇn thiÕt víi c¸c thÝ nghiÖm nhá trong

phßng thÝ nghiÖm vµ ¸p dông c¸c c«ng thøc trªn ®Ó tÝnh thêi gian tèi thiÓu cÇn thiÕt cho

®èng quÆng cã chiÒu cao bÊt kú vµ m« h×nh ®· x©y dùng ë trªn ta ®· cã thÓ tr¶ lêi ®îc

hai c©u hái nªu ra ë trªn lµ cÇn xö lý ®èng quÆng lín trong bao l©u, vµ cã thÓ thu ®îc

hiÖu suÊt t¸ch urani lµ bao nhiªu.

III. 3. KiÓm tra m« h×nh trªn thiÕt bÞ thÝ nghiÖm 800 lÝt

§Ó kiÓm tra l¹i kh¶ n¨ng øng dông cña m« h×nh cho c¸c tÝnh to¸n triÓn khai ra

quy m« lín, ta tiÕn hµnh kiÓm tra l¹i c¸c tÝnh to¸n theo m« h×nh x¸c ®Þnh ®îc ë trªn

cho mét mÎ thÝ nghiÖm lín trªn thiÕt bÞ cã dung tÝch 800 lÝt. ThiÕt bÞ ®îc chÕ t¹o vµ

l¾p ®Æt t¹i c¬ së triÓn khai cña ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm t¹i Phïng-Hµ T©y. Qu¸ tr×nh

kiÓm tra ®îc tiÕn hµnh theo tr×nh tù c¸c bíc nh sau:

1. Tõ c¸c th«ng sè ®· biÕt vÒ lo¹i quÆng ®îc xö lý, íc tÝnh gi¸ trÞ hiÖu suÊt

hßa t¸ch cã thÓ ®¹t ®îc b»ng ph¬ng ph¸p hßa t¸ch ®èng víi lo¹i quÆng nµy. ¸p dông

m« h×nh thùc nghiÖm ®Ó kiÓm tra vµ x¸c ®Þnh sè lÇn xö lý cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®Õn hiÖu suÊt

nµy.

2. X©y dùng quy tr×nh thùc nghiÖm ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh xö lý nµy.

3. Trªn c¬ së quy m« cña hÖ thiÕt bÞ thùc (chiÒu cao vµ diÖn tÝch ngang cña thiÕt

bÞ chøa quÆng), tÝnh thêi gian cÇn thiÕt cho mét lÇn xö lý (bao gåm c¶ thêi gian déi

dung dÞch axit qua cét quÆng vµ thêi gian ®Ó kh« cÇn thiÕt), tõ ®ã tÝnh ra thêi gian cÇn

thiÕt cho toµn bé mét mÎ hßa t¸ch ®èng ë quy m« nµy.

4. TiÕn hµnh thùc nghiÖm, thu thËp sè liÖu vµ ®¸nh gi¸ sai lÖch gi÷a c¸c kÕt qu¶

tÝnh to¸n vµ thùc nghiÖm.

Th«ng tin chi tiÕt vÒ c¸c bíc kiÓm tra ®îc tr×nh bµy trong c¸c phÇn tiÕp theo

díi ®©y.

III.3.1.TÝnh to¸n hiÖu suÊt vµ thêi gian hßa t¸ch quÆng

C¸c th«ng sè n¹p vµo m« h×nh:

- ChiÒu cao líp quÆng H=2,05m, D_thiÕt bÞ= 0,7m, diÖn tÝch ngang líp quÆng

S=0,385m2

- µ = H/H0 = 5,54, nång ®é axit 50g H2SO4/l, ξ = C/C0 = C/50 = 1

- QuÆng cïng lo¹i víi l« quÆng thÝ nghiÖm, ®îc gia c«ng theo cïng mét

ph¬ng ph¸p, do ®ã k=k0 cã cïng hµm lîng urani G, tû träng ®èng ρ, ph©n bè h¹t d,

V_thÊm ít,r.

Theo m« h×nh khi dïng nång ®é axit 50g H2SO4/l, cã thÓ mong ®îi ®¹t ®îc

hiÖu suÊt hßa t¸ch h¬n 80% sau 11 lÇn xö lý. N¹p c¸c th«ng sè trªn vµo m« h×nh, tÝnh

to¸n theo m« h×nh cho trêng hîp nµy ®îc kÕt qu¶ cho trong b¶ng sau:

B¶ng 3.6. KÕt qu¶ hiÖu suÊt hßa t¸ch quÆng trªn thiÕt bÞ 800 lÝt tÝnh tõ m« h×nh

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,077 2,00 8,18 18,11 30,64 44,19 57,21 68,58 77,77 84,74 89,76

LÇn xö lý R m« h×nh (%)

C¸c thùc nghiÖm sÏ ®îc v¹ch ra ®Ó xö lý quÆng trong 11 lÇn vµ x¸c ®Þnh hiÖu

suÊt hßa t¸ch thu ®îc sau 11 lÇn ®ã ®Ó so s¸nh víi sè liÖu tÝnh ®îc tõ m« h×nh.

TÝnh to¸n thêi gian cÇn thiÕt cho xö lý

ThiÕt bÞ chøa tæng céng 1350 kg quÆng, chiÒu cao líp quÆng H=2,05m, D_thiÕt

bÞ=0,7 m, diÖn tÝch ngang líp quÆng S=0,385m2. X¸c ®Þnh ®îc V_thÊm ít,max= 162

lÝt, Vdi chuyÓn = 40 lÝt trªn c¬ së sè liÖu thùc nghiÖm vÒ kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng vµ

mËt ®é tíi phï hîp.

Thêi gian lÇn xö lý zero, Tzero = V_thÊm ít,max /S.L_cÊp = 0,162/0,385.0,03=

14 giê

Thêi gian cña mét lÇn xö lý TN = Σ[ t_cÊp ]i +Σ[ t_x¶ ]i , i = 1-5

t_cÊp = Vdi chuyÓn /S.L_cÊp = 2,6 giê; t_x¶ = µ. t_x¶0 = 5,54. 1,5= 8,3 giê

Thêi gian cña mét chu kú xö lý: t= t_cÊp + t_x¶=10,9 giê

Thêi gian cña mét lÇn xö lý TN = 55 giê

Víi m« h×nh hßa t¸ch nh trªn, nÕu tÝnh tõ cét quÆng thÝ nghiÖm D0 = 0,075m

vµ chiÒu cao líp quÆng H0=0,37m th× thêi gian cña mét chu kú xö lý t0 = (t_cÊp +

t_x¶) = (0,3 giê + 1,5 giê) ≈ 1,8 giê

Khi chiÒu cao ®èng quÆng t¨ng lªn trong kho¶ng 3 mÐt trë l¹i, cô thÓ ®èi víi

thiÕt bÞ kiÓm tra 800 lÝt trªn cã H=2,05m th× thêi gian cña mét lÇn xö lý lµ t=n.t0, hÖ sè

n =µ =H/H0=5,54 th× t = 5,54 .1,8 ≈ 10 giê

Thêi gian cña mét lÇn xö lý TN = 5,54.10 giê =55,4 giê

Nh vËy ®Ó thùc hiÖn xong mét lÇn xö lý mÊt kho¶ng 2,5 ngµy

Víi c¸ch tÝnh to¸n nh trªn, tõ c¸c sè liÖu thu ®îc tõ cét c¬ së, tÝnh to¸n thêi

gian cña mét chu kú xö lý, hay thêi gian cña mét lÇn xö lý th«ng qua ®¹i lîng so s¸nh

chiÒu cao líp quÆng còng nh tõ gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña V_thÊm ít,max vµ VdichuyÓn vµ

tèc ®é tíi dung dÞch. C¸c kÕt qu¶ trªn cho thÊy sù phï hîp gi÷a m« h×nh vµ thùc tÕ

tÝnh to¸n.

Thêi gian dõng tèi thiÓu: Tdõng = 16 + 4.(H-1)= 24 giê

T_dõng gi÷a mçi lÇn xö lý tèi thiÓu lµ 1 ngµy.

Tæng thêi gian cÇn thiÕt cho xö lý víi thiÕt bÞ thÝ nghiÖm 800 lÝt nµy sÏ lµ 36 ngµy cho

toµn bé qu¸ tr×nh xö lý gåm:

- 1 ngµy cho lÇn xö lý zero,

- 10 lÇn xö lý tiÕp theo, mçi lÇn 2,5 ngµy, tæng lµ 25 ngµy,

- 10 lÇn dõng thêi gian tèi thiÓu lµ 1 ngµy, tæng lµ 10 ngµy.

III.3.2. Thùc nghiÖm xö lý quÆng trªn thiÕt bÞ 800 lÝt

ChuÈn bÞ ban ®Çu:

QuÆng ®îc qua ®Ëp hµm, theo ®óng ph¬ng ph¸p ®· ®îc dïng trong c¸c nghiªn cøu

thÝ nghiÖm. N¹p quÆng vµo cét tæng céng 1350 kg quÆng (®Õn thÓ tÝch theo thiÕt kÕ

~800L,) chiÒu cao líp quÆng H=2,05m, D_thiÕt bÞ=0,7m, diÖn tÝch ngang líp quÆng

S=0,385m2

Hoµ t¸ch:

1. LÇn xö lý zero: dung dÞch axit H2SO4 50 g/l, tíi trùc tiÕp qua cét quÆng tõ

trªn xuèng víi tèc ®é 30-35 l/m2.h (íc tÝnh t¬ng ®¬ng 12-15 l/h hay 0,2-0,25 l/phót

cho cét cã ®êng kÝnh 0,7 m). Cét quÆng ®Ó më ®¸y cho ch¶y ra tù do. Trong lÇn xö lý

®Çu, thÓ tÝch dung dÞch cÊp lÇn ®Çu 205 lÝt th× cã dung dÞch ra lã, thêi gian cÊp lµ 16

giê. Sau ®ã dõng l¹i vµ cho ch¶y hÕt trong ngµy thø hai. ThÓ tÝch dung dÞch ch¶y ra thu

®îc lµ 40 lÝt. Dung dÞch lu gi÷ trong thiÕt bÞ lµ 205 - 40 =165 lÝt. PhÇn dung dÞch ra

®Çu tiªn cã pH trung tÝnh th× bæ sung thªm axit ®Õn nång ®é 50 g/l vµ cho déi l¹i lªn

cét quÆng. Trong lÇn xö lý quÆng ®Çu tiªn nµy, lîng urani bÞ hßa tan ra rÊt Ýt do axit

tiªu hao chñ yÕu lµ ph¶n øng víi c¸c kho¸ng canxit.

2. LÇn xö lý thø nhÊt:

- Chu kú 1: cÊp 40 lÝt dung dÞch axit H2SO4 50 g/l, ®îc bæ sung chÊt «xy hãa

sao cho U=450-500mV víi tèc ®é 35-40 l/m2.h Thêi gian cÊp, t_cÊp kho¶ng 2 giê th×

cã dung dÞch lã ch¶y ra. Dõng tíi cho ®Õn khi dung dÞch x¶ thu ®îc kho¶ng 35-38

lÝt, thêi gian ch¶y x¶ lµ t_x¶ lµ10 giê. Thêi gian tæng t_cÊp + t_x¶ = 11-12 giê.

- TiÕp tôc chu kú 2: cÊp 35 lÝt dung dÞch axit H2SO4 50 g/l nh trªn th× cã dung

dÞch lã.

- Thùc hiÖn 5 chu kú cÊp - x¶, tæng lîngdung dÞch cÊp vµo kho¶ng 170-200 lÝt.

urani trong phÇn dung dÞch nµy vµ dïng lµm dung dÞch tuÇn hoµn. Bæ sung thªm axit

®Õn nång ®é 50 g/l vµ cho déi l¹i lªn cét quÆng.

3. Thêi gian dõng: sau 5 chu kú tíi x¶ th× nghØ 01 ngµy. Toµn bé dung dÞch

ch¶y ra ®îc gom l¹i vµo trong thïng chøa dung dÞch tuÇn hoµn, x¸c ®Þnh thÓ tÝch dung

42- 45 lÝt.

4. LÆp l¹i qu¸ tr×nh trªn cho ®Õn khi hßa t¸ch ®îc tÊt c¶ 10 lÇn. Sau ®ã dõng l¹i

vµ tiÕn hµnh röa níc cho s¹ch quÆng. Trong qu¸ tr×nh lµm, nÕu dung dÞch bÞ hôt dÇn

do bay h¬i níc th× bæ sung thªm níc vµo ®Ó tæng thÓ tÝch dung dÞch hoµ t¸ch sau mçi

lÇn xö lý kho¶ng 200L. Tïy theo yªu cÇu tiÕp theo ë c¸c c«ng ®o¹n sau cña quy tr×nh

hßa t¸ch, t¸ch ra mét lîng dung dÞch hßa t¸ch ®a ®i xö lý tiÕp vµ bæ sung mét tû lÖ

dung dÞch hßa t¸ch míi axit H2SO4 50 g/l.

Trong thùc tÕ lµm viÖc thêi gian cÇn thiÕt cho xö lý quÆng còng diÔn ra gÇn

®óng nh dù kiÕn. Thêi gian déi axit vµ ®Ó axit ch¶y ra hÕt trong thùc tÕ ®óng nh íc

(thªm 1 ngµy vµo ngµy nghØ). Nh÷ng ®iÒu nµy ngoµi viÖc lµm cho thêi gian xö lý

chung bÞ kÐo dµi ra th× hoµn toµn kh«ng ¶nh hëng ®Õn tÝnh chÊt cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch

quÆng.

5. KÕt qu¶ thu ®îc

tÝch urani, axit ®Ó x¸c ®Þnh lîng urani thu ®îc thªm sau mçi lÇn xö lý, còng nh

lîng axit cÇn bæ sung thªm cho lÇn xö lý sau lµ bao nhiªu. C¸c ®iÒu kiÖn vµ kÕt qu¶

thÝ nghiÖm ®îc tãm t¾t trong c¸c b¶ng díi nh sau:

B¶ng 3.7. C¸c sè liÖu ®Çu vÒ thÝ nghiÖm xö lý quÆng trªn thiÕt bÞ 800 lÝt

Lîng quÆng n¹p vµo thïng (kg) ThÓ tÝch quÆng (lÝt): Tû träng quÆng ban ®Çu (®æ ®èng) Hµm lîng urani ban ®Çu (%) KÝch thíc quÆng trung b×nh (cm) Nång ®é H2SO4 trong dung dÞch hßa t¸ch (g/l) Lîng axit tiªu hao sau 11 lÇn xö lý (kg): Møc tiªu hao axit (kg/t quÆng) Tæng lîng urani thu ®îc (g) HiÖu suÊt hßa t¸ch urani tõ quÆng (%) 1.350 789 1,73 0,14 0,5-2,0 50 41,5 30,74 1.641,8 86,87

C¸c chi tiÕt vÒ dung dÞch hßa t¸ch ®îc ®a ra trong b¶ng 3.8. Trong thùc tÕ xö

lý quÆng, ®Ó thu lÊy dung dÞch s¶n phÈm, ngoµi phÇn dung dÞch ®îc bæ sung míi vµ

quay vßng, sau mçi lÇn xö lý kÕ tiÕp cßn thu thªm mét lîng 38-40 lÝt/lÇn ë dung dÞch

míi ch¶y ra khi b¾t ®Çu mét chu kú tíi-x¶ cña lÇn xö lý tiÕp theo. PhÇn dung dÞch nµy

thêng cã nång ®é uran cao vµ ®é axit thÊp nªn rÊt thÝch hîp cho viÖc thu håi lµm dung

dÞch s¶n phÈm. §iÒu nµy còng gãp phÇn lµm t¨ng thªm lîng dung dÞch s¶n phÈm cã

nång ®é urani cao vµ ®é axit thÊp, ®ång thêi gi¶m bít lîng urani quay vßng trong

phÇn dung dÞch trung gian.

B¶ng 3.8. C¸c dung dÞch thu ®îc trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch

ThÓ tÝch dung dÞch s¶n phÈm (lÝt) 400

ThÓ tÝch dung dÞch trung gian (lÝt) 680

Nång ®é urani trong dung dÞch s¶n phÈm (g/l) 2,64

§é axit trung b×nh trong dung dÞch s¶n phÈm pH 1,5

Nång ®é urani trong dung dÞch trung gian (g/l) 0,87

Nång ®é H2SO4 trong dung dÞch trung gian (g/l) 25

B¶ng 3.9. tr×nh bµy c¸c sè liÖu thùuc nghiÖm hßa t¸ch urani trªn thiÕt bÞ 800 lÝt

vµ so s¸nh víi sè liÖu tÝnh to¸n tõ m« h×nh, trong ®ã cho thÊy sù t¨ng thªm cña lîng

urani hßa tan ra ®îc sau mçi lÇn xö lý vµ sù t¨ng dÇn cña hiÖu suÊt thu håi urani theo

sè lÇn xö lý.

B¶ng 3.9. HiÖu suÊt thu håi urani theo sè lÇn xö lý

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,08 2,00 8,18 18,11 30,64 44,19 57,21 68,58 77,77 84,74 89,76

0,04 1,03 6,87 15,87 27,4 42,3 55,34 66,82 74,87 82,58 86,87

0,76 18,7 110,4 170,1 217,9 281,6 246,4 217 152,1 145,7 81,04

LÇn xö lý R m« h×nh (%) R thùc tÕ (%) Sè gam urani thu ®îc/ lÇn

KÕt qu¶ thùc nghiÖm thu ®îc trªn thiÕt bÞ lín cho thÊy sù phï hîp gi÷a c¸c tÝnh

to¸n vµ kÕt qu¶ thu ®îc tõ thùc tÕ, tõ ®ã më ra kh¶ n¨ng øng dông m« h×nh to¸n häc

thùc nghiÖm ®· t×m ®îc ®Ó tÝnh to¸n tríc cho qu¸ tr×nh xö lý quÆng theo ph¬ng

ph¸p hßa t¸ch ®èng. Sai sè cuèi cïng vÒ hiÖu suÊt hßa t¸ch ®îc thùc hiÖn trong lÇn

76,89

87,86

%22,3

thö nghiÖm nµy cã thÓ ®¸nh gi¸ mét c¸ch ®¬n gi¶n theo c«ng thøc:

− 76,89

89,2 76,89

Sai sè =

III.4. ¸p dông m« h×nh ®Ó tÝnh to¸n vÒ tèi u

thêng ®îc ®Æt ra trong qu¸ tr×nh vËn hµnh lµ:

ChiÒu cao vµ diÖn tÝch ®èng sÏ ¶nh hëng nh thÕ nµo ®Õn hiÖu suÊt thu håi

urani ? ë nh÷ng ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®· thiÕt lËp hiÖu suÊt hoµ t¸ch quÆng biÕn ®æi nh

thÕ nµo, hßa t¸ch quÆng ®Õn khi nµo lµ ®¹t yªu cÇu?

M« h×nh tÝnh to¸n trªn cã thÓ biÓu diÔn tiÕn tr×nh hiÖu suÊt hoµ t¸ch quÆng theo

sè lÇn xö lý khi biÕt nång ®é axit hoµ t¸ch. Tuy nhiªn t¨ng sè lÇn xö lý ®ång nghÜa víi

§Ó phôc vô cho môc ®Ých tÝnh tèi u dùa trªn kÕt qu¶ cùc tiÓu hãa gi¸ thµnh s¶n

phÈm th× m« h×nh cÇn ph¶i bæ sung quan hÖ phô thuéc gi÷a khèi lîng axit tiªu hao

cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm F[A/U] víi chiÒu cao khèi quÆng µ, ®Æc tÝnh ho¸-lý cña

quÆng G, V_thÊm ít,r, nång ®é axit cÊp C, thêi gian hoµ t¸ch N vµ hiÖu suÊt hoµ t¸ch

R. Ta cã:

F[A/U] = Khèi lîng axit cÊp/Khèi lîng urani thu ®îc

Khèi lîng axit cÊp = (N/µ).C.V_thÊm ít,max = (N/µ).C.V_thÊm ít,r.M_quÆng

Khèi lîng urani thu ®îc = R[N,ξ,µ,θ].G. M_quÆng

(3-20) F[A/U] = N.C.V_thÊm ít,r/µ.G. R[N,ξ,µ,θ]

H×nh 3.6. biÓu diÔn gi¸ trÞ cña F[A/U] ®èi víi hÖ cét c¬ së. VÞ trÝ cùc tiÓu vµ gi¸

trÞ cña nã phô thuéc vµo c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ vµ hiÖu suÊt hoµ t¸ch mong muèn.

Tiªu hao axit trªn mét ®¬n vÞ s¶n phÈm

600

µ=1

500

400

)

300

U A ( F

200

100

1:ξ=1.4 2:ξ=1 3:ξ=0.8 4:ξ=0.6

5:ξ=0.4

N, ngµy

H×nh 3.6. Sù phô thuéc cña F[A/U] vµo N, µ, ξ

Gi¶ sö gi¸ thµnh s¶n phÈm chØ t¹o bëi ba thµnh phÇn: Tiªu hao quÆng, tiªu hao

axit vµ thêi gian vËn hµnh th× quan hÖ gi÷a tiªu hao quÆng vµ ngµy c«ng trªn mét ®¬n

vÞ s¶n phÈm F[Q,N] ®îc x¸c ®Þnh nh sau:

F[Q,N] = (Tiªu hao quÆng + Tiªu hao ngµy c«ng)/Khèi lîng urani thu ®îc

=(Khèi lîng quÆng vµo + N)/Khèi lîng urani thu ®îc

=(M_quÆng + N)/ R[N,ξ,µ,θ].G. M_quÆng

F[Q,N] = M_quÆng/ R[N,ξ,µ,θ].G. M_quÆng + N/ R[N,ξ,µ,θ].G. M_quÆng

(3-21) = ( R[N,ξ,µ,θ].G)- 1.[ 1+ N.(S.H.ρ)- 1]

H×nh 3.7 biÓu diÔn F[Q,N] ®èi víi 5 cét c¬ së. C¸c ®iÒu kiÖn tèi u sÏ t×m ®îc

khi cùc tiÓu ho¸ hµm môc tiªu F_mt lµ tæng cña F[A/U] vµ F[Q,N].

F_mt = F[A/U] + F[Q,N] (3-22)

F_mt = N.C.V_thÊm ít,r/µ.G. R[N,ξ,µ,θ] + ( R[N,ξ,µ,θ].G)- 1.[ 1+ N.(S.H.ρ)- 1] (3-23)

Tiªu hao quÆng vµ ngµy c«ng trªn mét ®¬n vÞ s¶n phÈm

1, 2, 3, 4, 5

1:ξ=1.4 2:ξ=1

]

3:ξ=0.8 4:ξ=0.6

[

R Q F

5:ξ=0.4

µ=1

N, ngµy

H×nh 3.7. Sù phô thuéc cña F[Q,N] vµo N, µ, ξ

Gi¶ sö cã hai khèi quÆng cÇn xö lý cã kÝch thíc nh sau: khèi thø nhÊt kÝch

thíc lµ (6m x18m = 90m2), chiÒu cao 3m vµ khèi quÆng thø hai cã kÝch thíc (75m x

110m x 10m) hoµ t¸ch b»ng dung dÞch axit sunfuric 50 g/l. Thêi gian cña mét lÇn xö lý

(5 chu kú tíi nghØ) ®èi víi khèi quÆng thø nhÊt lµ 8 ngµy, khèi thø hai lµ 27 ngµy.

B¶ng 3.10. Sè liÖu dù ®o¸n tõ m« h×nh

S,m2 H, m Khèi lîng Khèi lîng Thêi gian ThÓ tÝch Khèi lîng

quÆng, tÊn axit cÊp, hoµ t¸ch, dung dÞch uran s¶n

tÊn ngµy lã, m3 phÈm,tÊn

518,4 23,33 74 466,56 0,646 3 90

132000,0 5940,0 240 118800 164,47 10 8250

Dù ®o¸n qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm quÆng uran

H=3m

H=10m

, t Ê u s u Ö i H

C=50 g/l

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

100

200

300

N, ngµy

H×nh 3.8. Dù ®o¸n qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm urani ë quy m« lín tÝnh tõ m« h×nh

Nh vËy thêi gian hoµ t¸ch ®Ó ®¹t hiÖu suÊt 0,89 cña khèi quÆng cao 3m lµ 2,5

th¸ng vµ 8 th¸ng ®èi víi khèi quÆng cao 10m.

H×nh 3.9 x¸c ®Þnh cùc tiÓu cña F_mt ®èi víi khèi c¬ së (µ = 1) vµ hai khèi

quÆng ®îc gi¶ thiÕt vµ dù ®o¸n (µ = 8,1 vµ µ = 27).

§iÓm cùc tiÓu trªn h×nh 3.9 chØ ra r»ng khi µ = 1, ξ = 1 th× tiªu hao quÆng, axit,

thêi gian cho mét ®¬n vÞ s¶n phÈm ë gi¸ trÞ cùc tiÓu øng víi R[6,1,1,1] = 0,75 vµ

R[54,1, 8.1,1] =0,72, R[179,1, 27,1] = 0,71 t¬ng øng víi µ = 8,1 vµ µ = 27.

Khi ¸p gi¸ thµnh vµo hai hµm F[A/U] vµ F[Q,N] sÏ tèi u ®îc c¸c ®iÒu kiÖn

c«ng nghÖ theo gi¸ s¶n phÈm.

Sù phô thuéc cña F_mt vµo tiªu hao quÆng, ngµy c«ng vµ axit

100

t

m _ F

µ =1

µ =27

µ =8.1

ξ=1

100

150

200

250

N, ngµy

H×nh 3.9. X¸c ®Þnh ®iÓm cùc tiÓu cña F_mt

Ph¬ng tr×nh (3.23) lµ c¬ së cho bµi to¸n tèi u c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ theo

gi¸ thµnh s¶n phÈm khi triÓn khai.

Trong thùc tiÔn s¶n xuÊt cña c«ng nghÖ urani theo ph¬ng ph¸p hoµ t¸ch ®èng,

th«ng thêng ngêi ta thêng thùc hiÖn trªn nhiÒu ®èng nèi tiÕp nhau, nh»m sö dông

triÖt ®Ó lîng axit tiªu thô vµ t¨ng nång ®é urani trong dung dÞch ra tríc khi ®a ®i xö

Trªn c¬ së m« h×nh kü thuËt trªn, cã thÓ tiÕp tôc më réng ®Ó ®a thªm c¸c th«ng

sè kinh tÕ vµo, tõ ®ã gióp cã ®îc c¸ch nh×n toµn diÖn h¬n vÒ qu¸ tr×nh xö lý quÆng

theo ph¬ng ph¸p hßa t¸ch ®èng.

KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

KÕt luËn

®îc mét c«ng cô - mét m« h×nh to¸n häc thu ®îc tõ viÖc xö lý c¸c sè liÖu thùc

nghiÖm - cho phÐp tÝnh to¸n ®Ó dù ®o¸n tríc kÕt qu¶ cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch ë quy m«

lín sau nh÷ng kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh vµ tïy thuéc vµo ®iÒu kiÖn xö lý. M« h×nh cã

quÆng theo ph¬ng ph¸p thÊm. TÝnh chÝnh x¸c cña m« h×nh ®· ®îc kiÓm chøng th«ng

qua viÖc so s¸nh c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n theo m« h×nh víi c¸c sè liÖu thùc nghiÖm thu

®îc trong thùc tÕ. Cô thÓ, luËn ¸n ®· ®¹t ®îc mét sè kÕt qu¶ nh sau:

ngîc” víi c¸ch x¸c ®Þnh cô thÓ chu kú xö lý, lÇn xö lý zªro, lÇn xö lý, thêi gian tíi,

thêi gian x¶ vµ thêi gian dõng. §· thö nghiÖm quy tr×nh ®Ó hßa t¸ch quÆng urani nghÌo

cã hiÖu qu¶, phï hîp víi lo¹i quÆng urani cha phong hãa cã chøa nhiÒu kho¸ng

cacbonat (hiÖu suÊt hßa t¸ch kho¶ng 70-80%).

2. §Ò xuÊt sö dông kh¸i niÖm míi "lÇn xö lý quÆng" dïng biÓu thÞ yÕu tè thêi

gian xö lý quÆng thay cho viÖc sö dông ®¬n vÞ thêi gian thùc. Víi mçi lo¹i quÆng cô

h¹t, nång ®é axit), th× "sè lÇn xö lý quÆng" lµ bÊt biÕn kh«ng phô thuéc vµo quy m«

®èng quÆng, chØ cã thêi lîng cña mét lÇn xö lý quÆng tïy theo quy m« mµ thay ®æi.

h×nh hãa qu¸ tr×nh phøc t¹p lµ hßa t¸ch thÊm b»ng kü thuËt tíi gi¸n ®o¹n ¸p dông

vµo kÝch thíc mÉu, c¸c hÖ sè cña m« h×nh cã thÓ ®îc bæ sung, ®iÒu chØnh khi thùc

hiÖn trong c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ thùc tÕ.

to¸n chuyÓn quy m« víi c¸c th«ng sè d¹ng kh«ng thø nguyªn. §èi víi mÉu quÆng c¸t

kÕt N«ng S¬n ®îc nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy, ®· x¸c ®Þnh ®îc d¹ng cô thÓ cña

ph¬ng tr×nh tæng qu¸t (hÖ ph¬ng tr×nh 3-16 ®Õn 3-19) cho biÕt hiÖu suÊt hßa t¸ch

®èng phô thuéc vµo nång ®é axit vµ sè lÇn xö lý (N).

5. §· ¸p dông m« h×nh ®Ó tÝnh to¸n chuyÓn quy m« lªn thiÕt bÞ hßa t¸ch lín

dung tÝch 800 lÝt chøa 1.350 kg quÆng. Sai sè gi÷a kÕt qu¶ tÝnh to¸n vµ thùc nghiÖm lµ

c¸c thiÕt bÞ xö lý quÆng theo ph¬ng ph¸p thÊm.

quÆng trªn c¬ së xem xÐt ®ång thêi ¶nh hëng cña nhiÒu yÕu tè c«ng nghÖ nh chiÒu

urani vµ gi¸ thµnh s¶n phÈm.

KiÕn nghÞ

Qu¸ tr×nh xö lý quÆng urani, ®Æc biÖt lµ lo¹i quÆng nghÌo, thu håi urani kü thuËt

lµ mét qu¸ tr×nh ®ßi hái tÝnh to¸n lùa chän gi÷a rÊt nhiÒu ph¬ng ph¸p vµ kü thuËt hßa

tr×nh hßa t¸ch thÊm vµ øng dông ®Ó tÝnh to¸n chuyÓn quy m« ®îc tiÕn hµnh ë quy m«

phßng thÝ nghiÖm vµ thiÕt bÞ dung tÝch 800 lÝt, chiÒu cao líp quÆng lµ 2m. KÕt qu¶ cÇn

®îc ®¸nh gi¸, thö nghiÖm ë quy m« lín h¬n ®Ó hiÖu chØnh c¸c th«ng sè vµ hoµn thiÖn

m« h×nh, trªn c¬ së ®ã ®¸nh gi¸ tÝnh kh¶ thi vÒ ph¬ng diÖn kinh tÕ kü thuËt cña

ph¬ng ph¸p hßa t¸ch thÊm tríc khi triÓn khai ë quy m« c«ng nghiÖp.

C¸c khÝa c¹nh cÇn ®îc xem xÐt vµ ®¸nh gi¸ ë quy m« pil«t lµ x¸c ®Þnh ®Çy ®ñ

møc ®é ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè c«ng nghÖ nh chiÒu cao khèi quÆng, chi phÝ axit,

phÈm.

C¸c tÝnh to¸n vÒ chi phÝ ®Çu t vµ chi phÝ vËn hµnh sÏ ®îc xem xÐt vµ ®¸nh gi¸

chÝnh x¸c h¬n khi khi triÓn khai ë quy m« pil«t.

C¸c c«ng tr×nh cã liªn quan ®· §¨ng t¶i

Minh, Phïng Vò Phong, Hßa t¸ch quÆng uran cha phong hãa b»ng ph¬ng

ph¸p ñ quÆng víi axit sulfuric, T¹p chÝ Hãa häc T39, sè 1- 2001, trang 17-20.

2. Cao §×nh Thanh, Ph¹m Quang Minh, Ng« V¨n TuyÕn, KÕt qu¶ nghiªn cøu t¸ch

uran tõ quÆng c¸t kÕt khu vùc Tabhing (N«ng S¬n - Qu¶ng Nam), T¹p chÝ Hãa

häc T39, sè 2- 2001, trang 62-65.

3. TrÇn V¨n Hoµ, Cao §×nh Thanh, NguyÔn Lanh, Vò Thanh Quang, Ph¹m Quang

Minh, Ng« V¨n TuyÕn, Nghiªn cøu chuyÓn quy m« tõ thiÕt bÞ phßng thÝ nghiÖm

lªn thiÕt bÞ 800 lÝt cho qu¸ tr×nh hoµ t¸ch urani tõ quÆng c¸t kÕt N«ng S¬n b»ng

ph¬ng ph¸p thÊm, TuyÓn tËp B¸o c¸o Héi nghÞ Khoa häc vµ C«ng nghÖ h¹t

27/10/2005, trang 469-473.

4. Ph¹m Quang Minh, Vò Thanh Quang, Cao §×nh Thanh, Ph¹m V¨n Thiªm, X¸c ®Þnh hµm ®éng häc cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm trªn cét quÆng urani cha

phong hãa, TuyÓn tËp B¸o c¸o Héi nghÞ khoa häc lÇn thø 20 cña Trêng §¹i

v« c¬, th¸ng 10/2006, trang 207-211.

dùng m« h×nh hßa t¸ch thÊm axit sunfuric ®èi víi quÆng urani nghÌo, TuyÓn tËp

B¸o c¸o Héi nghÞ khoa häc lÇn thø 20 cña Trêng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi

trang 212-216.

6. Ph¹m Quang Minh, Vò Thanh Quang, Cao §×nh Thanh, Ng« V¨n TuyÕn, M«

h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani dïng chuyÓn quy m« tõ phßng thÝ

nghiÖm sang quy m« sau phßng thÝ nghiÖm, Héi nghÞ khoa häc vµ c«ng nghÖ

N½ng, 30-31/8/2007.

7. Vò Thanh Quang Ph¹m Quang Minh, Cao §×nh Thanh, Vò Thanh TuÊn, NguyÔn §øc TuÊn, NguyÔn Xu©n Phóc, X¸c ®Þnh hµm ®éng häc cña qu¸ tr×nh

hoµ t¸ch khuÊy trén quÆng urani cha phong ho¸, T¹p chÝ Khoa häc vµ c«ng

nghÖ, trang 362-367, TËp 45-Sè 1B/2007.

8. Ph¹m Quang Minh, Vò Thanh Quang, Cao §×nh Thanh, Ph¹m V¨n Thiªm, Hoµ t¸ch thÊm quÆng urani vµ tÝnh to¸n chuyÓn quy m«, T¹p chÝ Hãa häc T.46, 2A/

2008, trang 188-193.

Tµi liÖu tham kh¶o

Tµi liÖu tiÕng ViÖt

1. Cao §×nh Thanh vµ c¸c céng sù, Hoµn thiÖn quy tr×nh c«ng nghÖ thiÕt bÞ thuû

tiÕp tõ dung dÞch thuû luyÖn, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp Nhµ níc

KC.09-10, Hµ Néi 1995.

2. Cao §×nh Thanh, LuËn ¸n tiÕn sü kü thuËt, Nghiªn cøu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ

thÝch hîp s¶n xuÊt uran kü thuËt tõ quÆng c¸t kÕt ViÖt Nam, §¹i häc B¸ch khoa

Hµ Néi, 1999.

3. Cao Hïng Th¸i vµ c¸c céng sù, Nghiªn cøu xö lý quÆng c¸t kÕt khu vùc Pµ Lõa víi quy m« 2 tÊn quÆng/mÎ ®Ó thu s¶n phÈm urani kü thuËt, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò

tµi KHCN cÊp Bé n¨m 2001-2002, m· sè BO/01/03-02, Hµ Néi 2003.

4. Cao Hïng Th¸i vµ c¸c céng sù, Nghiªn cøu c«ng nghÖ ®Ó chuÈn bÞ cho bíc xö lý quÆng urani ë quy m« pilot, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp Bé n¨m 2003-

2004, m· sè BO/03/03-06, Hµ Néi 2005.

5. Cao Hïng Th¸i, §inh M¹nh Th¾ng vµ c¸c céng sù, Nghiªn cøu c«ng nghÖ xö lý

quÆng uran vïng Pµ Lõa vµ An §iÒm (Qu¶ng Nam). TuyÓn tËp B¸o c¸o Héi

Nguyªn tö ViÖt Nam, Hµ Néi 26-27/4/2001, trang 215-227.

6. Cao Hïng Th¸i vµ c¸c céng sù, T×m hiÓu mét sè yÕu tè ¶nh hëng tíi qu¸ tr×nh hßa tan s¾t, silic, nh«m tõ quÆng c¸t kÕt chøa urani. TuyÓn tËp B¸o c¸o Héi nghÞ

Nguyªn tö ViÖt Nam, Thµnh phè Hå ChÝ Minh th¸ng 27-28/4/2003, trang 199-

203.

cña ViÖn N¨ng lîng Nguyªn tö ViÖt Nam, Hµ Néi 2004.

8. Ph¹m Quang Minh, Nghiªn cøu n©ng cao hiÖu suÊt hßa t¸ch quÆng uran cha phong hãa vïng Tabhing-Pµ Lõa, Qu¶ng Nam, LuËn v¨n Th¹c sü kü thuËt, ®¹i

häc B¸ch khoa Hµ Néi, 2000.

9. Ph¹m Quang Minh, Nghiªn cøu ®éng häc qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng c¸t kÕt chøa

urani cha phong hãa, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp c¬ së n¨m 2005, m·

sè CS/05/03-04, Hµ Néi 2006.

10. TrÇn V¨n Hoµ vµ c¸c céng sù, Nghiªn cøu chuyÓn quy m« tõ thiÕt bÞ phßng thÝ nghiÖm lªn thiÕt bÞ 800 lÝt cho qu¸ tr×nh hoµ t¸ch urani tõ quÆng c¸t kÕt N«ng

S¬n b»ng ph¬ng ph¸p thÊm, B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KHCN cÊp Bé n¨m 2003-

2004, m· sè BO/03/03-03, Hµ Néi 2005.

11. NguyÔn §øc Hng vµ céng sù, Nghiªn cøu x¸c ®Þnh thµnh phÇn vËt chÊt quÆng

uran má Pµ Lõa vµ ¶nh hëng cña nã ®Õn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ, B¸o c¸o tæng kÕt

®Ò tµi KHCN cÊp Bé n¨m 2003-2004, m· sè BO/03/03-04, Hµ Néi 2005.

12. ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm, TuyÓn tËp c«ng tr×nh khoa häc 1985-2000, trang 201-

Tµi liÖu tiÕng Anh

13. Bartlett R.W. Simulation of ore heap leaching using deterministic models,

Hydrometallurgy, 29, pp. 231-260, 1992a.

14. Bartlett R.W., Solution Mining - Leaching and Fluid Recovery of Materials.

Gordon and Breach Science Publishers, 1992b.

15. Bartlett R.W., Metal extraction from ores by heap leaching. Metallurgical and

Materials Transactions B, 28B: 529-545, 1997.

16. Box .J.C. and Prosser A.P., A general model for the reaction of several minerals and several reagents in heap and dump leaching. Hydrometallurgy, 16, p. 77-92,

1986.

17. Box J.C. and Yusuf R., Simulation of heap and dump leaching process, Proceedings of the Symposium on Extractive Metallurgy, Australia, p.117-124,

1984.

18. Bouffard and Dixon D.G., Investigative study into the hydrodynamics of heap

leaching processes, Metall. Trans. B32 (2001) (5), pp. 763-776.

19. Braun R.L., Lewis A.E., and Wadsworth M.E., In-place leaching of primary

sulpphide ores: Laboratory leaching data and kinetics model, Solution Mining

Symposium, AIME, pp. 295-323, 1974

20. Cathles L.M. and Apps J.A. A model of the dump leaching proces that

incorporates oxygen balance, heat balance, and air convection, Metallurgical

Transactional B, 6B, pp. 617-624, 1975.

21. Cathles L.M. and Schlitt W.J. A model of the dump leaching proces that incorporates oxygen balance, heat balance, and two dimensions air convection,

Proceedings of the Las Vegas Symposium on Leaching and Recovery Copper

from As-Mined Minerals, Edited by Schlitt, W.J., p. 9-27, 1980.

22. Davis. B.G and Ritchie. A.I.M, A model of oxidation in pyritic mine wastes:

part 1- Equations and approximate solution. Applied Mathematical Modelling,

10:314-322, 1986.

23. Davis. B.G, Doherty G.B. and Ritchie. A.I.M, A model of oxidation in pyritic mine wastes: part 2- Comparison of numerical and approximate solutions.

Applied Mathematical Modelling, 10:323-329, 1986.

24. David G. Dixon, Heap leach modelling - the current state of the art, In C.A.Young, A.M. Alfantazi, C.G. Anderson, D.B. Dreisinger, B. Harris, and A.

James, editors, Hydrometallurgy 2003, volume1, pages 289-314. TMS, 2003.

25. David G. Dixon, James L. Hendrix, Theoretical basis for variable order

assumption in the kinetics of leaching of discrete grains. AICHE J, 39: 904-907,

1993.

26. David G. Dixon, James L. Hendrix,. A Mathematical Model for Heap Leaching

of One of More Solid Reactants from Porous Ore Pellets, Metallurgical

Transactions B, Vol. 24B, pp 1087 -1101, 1993.

27. David G. Dixon, James L. Hendrix, A General Model for Leaching of One of

More Solid Reactants from Porous Ore Particle, Metallurgical Transactions B,

Vol. 24B, pp 157 -169, 1993.

28. Dixon D.G. and Petersen J. Comprehensive modelling study of chlcocite

column and heap bioleaching. In P.A. Riveros, D. Dixon, D. Dreisinger, and J.

Mechano, editors, Copper 2003-Hydrometallurgy of Cooper (Book 2), volume

6, pages 493-516. CIM, 2003.

29. Durupt Nicolas, Heap Leaching of Low Grade Uranium Ores at Somair,

Technical Meeting on Uranium Small-Scale and Special Mining & Processing

Technologies, 19-22 June 2007, Vienna.

30. Dixon D.G. Analysis of heat conservation during copper sulphide heap leaching.

Hydrometallurgy, 58: 27-41, 2000.

31. Dreier J. Geochemical Aspects of Copper Heap Leaching, SME Copper Heap

leach Short Course, Denver, 1995.

32. Fredlund M.D., Wilson G.W. and Fredlund D.G., Estimation of Hydraulic

Properties of An Unsaturated Soil Using A Knowledge-Base System,

Proceedings of the Second International Conference on Unsaturated Soils,

UNSAT'98, Beijing, China, Aug. 1998.

33. Granino A.Korn, Theresa M.Korn, Mathematical Handbook for Scientist and

Engineers, Definitions, Theorems and Formulas for Reference and Review.

Second, Enlargend and Revised Edition. Mc Graw-Hill Book Company, pages

694, 1968.

34. Glass R.J. Laboratory research program to aid in developing and testing the validity of conceptual models for flow and transport through unsaturated porous

media, SAND 89-2359, Sandia National Laboratory, Albuquerque, NM, 1991.

35. Habashi F., Kinetics of Metallurgical Processes, (2nd ed.) Metallurgies

Extractive Quebec, Quebec, Canada (1999).

36. Harrington J.G, Bartlett R.W, Prisbrey K.A, Kinetics of biooxidation of coarse

refractory gold ores. Hydrometallurgy Fundamentals, Technology and

Innovation, pages 691-708. Society of Mining Engineers, 1993.

37. IAEA, Manual on Laboratory Testing for Uranium Ore Processing, Austria,

1990.

38. IAEA, Uranium Extraction Technology, Technical Reports Series No. 359,

Atomic Energy Agency, Vienna, 1993.

39. IAEA, Recent Developments in Uranium Resources and Production with

Emphasis on in situ Leach Mining, Proceedings of Technical Meeting

Organized by the IAEA in Co-operation with the OECD Nuclear Energy

Agency, the Bureau of Geology, and China National Nuclear Corporation held

in Beijing, 18-23 September 2002, IAEA-TECDOC-1396, 6/2004.

40. IAEA, Uranium in situ leaching, Tecdoc-720, September 1993, Vienna.

41. IAEA, In situ leaching of uranium: Technical, Environmental and Economic

Aspects, Tecdoc-492, 1989, Vienna.

42. Keane J.M, 1998 "Commercial Ore Testing", Copper Heap Leach Short Course

in Conjunction with the 1998 SME Annual Meeting and Exhibit, March 6-8,

1998, Orlando Florida.

43. Levenspiel O., Chemical Reaction Engineering., John Wiley and Sons,

NewYork, 1972.

44. Leahy M.J., Davidson M.R., and Schwarz M.P., An air sparging cfd model for

heap bioleaching of copper sulphide, In Third International Conference on CFD

in the Minerals and Process Industries, pages 581-586, Asutralia, 2003. CSIRO.

45. Leahy M.J., Davidson M.R., and Schwarz M.P., A two -dimensional cfd model

for heap bioleaching of chlcocite, ANZIAM J, 46(E): C439-C457, 2005b.

46. Lizama H.M., Harlamovs. J.R, Heap Laeaching kinetics are proportional to the

irrigation rate divided by heap height. Minerals Engineering 18 (2005) 623-630.

47. Lizama H.M., Harlamovs. J.R, A kinetic description of percolation bioleaching.

Minerals Engineering 17 (2004) 23-32.

48. L.R.P de Andrade Lima, A mathematical model for isothermal heap and column

leaching, Braz. J. Chem. Eng. vol.21 no.3, Sao Paulo July/Sept. 2004.

49. L.R.P de Andrade Lima, Liquid axial dispersion and holdup in column leaching,

Minerals Engineering vol.19, Issue1, Jan. 2006, pp 32-47.

50. McClelland G.E., Pool D.L. and Eisele J.A. Aggolmeration- Heap Leaching Operations in the Precious Metals Industry, Bureau of Mines Information

Circular/1983, U.S. Department of the Interior.

51. Merritt C. Robert, The Extractive metallurgy of uranium, Colorado School of

Mines Res. Instr., TID-25711, 1971.

52. M. O’Kane S.L. Barbour M.D. Haug, Demonstration of the application of

unsaturated zone hydrology for heap leach optimization, A Research Project

Funded by the Industrial Research Assistance Program (IARP), Sep. 2000.

53. Moreno L., Martinez J. and Casas J., Modelling of bioleaching copper sulphide in heaps or dumps, In R. Amils and A. Ballester, editors, Biohydrometallurgy

Symposium IBS 99, pages 443-451, 1999.

54. Mualem Y. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research, 12 (3): 513-522, 1976.

55. Newman LL., Herasymuik G.M., Barbour S.L., Fredlund D.G., and Smith T.,

The Hydrogeology of Waste Rock Dumps and a Mechanism for Unsaturated

Preferential Flow, Proceedings for the Fourth International Conference on Acid

Rock Drainage, Vancover B.C., May 31-June 6, pp. 551-565, 1997.

56. Orr. S. Enhanced heap leaching - part 1: Insights. Mining Engineering, 54, part

9; 49-56, Sep. 2002.

57. Robert W. Bartlett, Simulation of ore heap leaching using deterministic models.

Hydrometallurgy, 29 (1992), 231-260.

58. Roman R.J. and Olsen C. Theoretical scale-up of heap leaching. In F.F. Aplan, W.A. McKinney, and A.D. Pernichele, editors, Solution Mining Symposium,

pages 211-229, New York, 1974. AIME.

59. Pantelis G. and Ritchie A.I.M., Macroscopic transport mechanism as a rate- limiting factor in dumpleaching of pyritic ores, Applied Mathematical

Modelling, 15, p. 136-143, 1991.

60. Pantelis, G. and Ritchie, A.I.M., Rate –limiting factors in dump leaching of

pyritic ores, Applied Mathematical Modelling, 16, p. 553-560, 1992.

61. Pantelis G., Stepanyants Y.A. and Ritchie A.I.M., A conceptual model for the

description of oxidation and transport processes in sulphidic wast rock dumps,

Applied Mathematical Modelling, 26, p. 751-770, 2002.

62. Petersen J. and Petrie J.G., Modelling and assessment of the long-term leachate

generation potential in deposits of ferro-chromium slags, The Journal of the

South African Institute of Mining and Metallrgy, 100, p. 369-378, 2000.

63. Petersen J. and Dixon D.G. Systematic modelling of heap leaching processes for optimisation and design, Proceeding of EPD Congress 2002 and

Fundamentals of Advanced Materials for Energy Conversion, Edited by Taylor,

P.R., Chandra, D. and Bautista, R.G., TMS, p. 757-771, 2002.

64. Petersen J. and Dixon D.G. Thermophilic heap leaching of a chalcopyrite

concentrate. Minerals Engineering, 15: 777-785, 2002b.

65. Prosser A.P., Simulation of gold heap leaching as an aid to ore-process

development, Proceedings of the Precious Metals’89, p. 121-135, 1989.

66. Prosser A.P., and Box J.C. Simulation of of the Mineralogical and Chemical

Aspects of Heap and Dump leaching as Aid to Ore-Process Evaluation,

Australas Inst. Min. Metall., pp. 707- 718, 1983.

67. Readett D, J., Heap leaching, Biomine Conference 1999, pp. 162 -182.

68. Roman R.J., Benner B.R, Becker G.W., Diffusion Model for Heap Leaching and

Its Application to Scale-up, Trans. Soc. Min. Eng. AIME, 256 (1974): 247 -252.

69. Roman R.J., and Olsen C., Theoretical scale-up of heap leaching. In F.F. Aplan

W.A. McKinney and A.D. Pernichele, editors, Solution Mining Symposium,

pages 211-229, Newe York, 1974. AIME.

70. Sa'nchez Chaco'n A.E., Lapidus G.T., Model for heap leaching of gold ores by

cyanidation. Hydometallurgy Vol 44, pp. 1-20, 1997.

71. Schlitt W.J. The role of solution management in heap and dump leaching

practice. In Hiskey J.B. editor, Au and Ag Heap and Dump leaching practice,

pages 69-83. AIME, 1984.

72. Schlitt W.J., Mur L.E. and Cathles L.M. Experimetal observation of solution

flow in the leaching of copper-bearing waste. Interfacing Technologies in

Solution Mining. Proceedings of the Second SME-SPE International Solution

Mining Symposium, W.J. Schlitt and J.B.Hiskey, Denver, CO, 1981, pp. 271-

290.

73. Scotter D.R., Preferential solute movement through large soil voids. I. Some computations using simple theory, Australian Journal of Soil Reasearch, Vol.16,

pp. 257-267, 1/1978.

74. Seidel D.C., Laboratory Procedures for Hydrometalurgical processing and

Water Management Experiments, Information Circular 9431. US. Bureau of

Mines, 1995.

75. Shafer J.L., White M.L., and Caenepeel C.L., Application of the shrinking core

model for copper oxide leaching. Mining Engineering, 31: 165-171, 1979.

76. Sidborn M., Casas J.M., Martinez J., and Moreno L., Two dimensional dynamic

77. Stephens D.B., Vadose Zone Hydrology, Lewis Publishers, NewYork, 347pp.

model of a copper sulphide ore heap. Hydrometallurgy, 71: 67-74, 2003.

78. Taylor, J. and Whelan, P.F., The leaching of Cuprous Pyrites and the

1996.

Precipitation of Copper at Rio Tinto, Spain, Institution of Mining and

79. Van Genuchten M. TH., A closed- form equation for predicting the hydraulic

Metallurgy Bulletin, No.457, Nov. 1942, pp. 1-36.

conductivity of unsaturated soils, Soil Science Society of America Journal,

Vol.44, pp.892-898. 1980.

80. Viotti, P., Scaling properties of tracer trajectories in a saturated porous medium,

Transport in Porous Media, No. 27, pp. 1-16, 1997.

Phô lôc1: ¶nh c¸c cét thÝ nghiÖm

Ảnh cột thí nghiệm ở lần xử lý thứ 5

Ảnh cột thí nghiệm có chiều cao 6 mét

Ảnh thiết bị thí nghiệm dung tích 800 lít cao 2 m

Ảnh cột thí nghiệm ở lần xử lý zero và lần xử lý thứ 2

Phô lôc 2: Kªt qu¶ nghiªn cøu s¬ bé vÒ ®Æc ®iÓm vËt lý cña quÆng

1. Kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng

§èi víi qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm, kh¶ n¨ng thÊm vµ gi÷ níc cña ®èng quÆng lµ

yÕu tè quyÕt ®Þnh ®Õn toµn bé qu¸ tr×nh, do vËy viÖc x¸c ®Þnh c¸c ®Æc ®iÓm vËt lý cña

®èng quÆng, cña quÆng theo c¸c kÝch thíc h¹t kh¸c nhau lµ rÊt quan träng. KÝch thíc

h¹t vµ b¶n chÊt thÊm cña quÆng cã ¶nh hëng lín ®Õn kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng.

Kh¶ n¨ng gi÷ níc cña líp quÆng bao gåm mét phÇn níc ®îc chøa trong c¸c mao

qu¶n cña h¹t quÆng, mét phÇn b¸m trªn bÒ mÆt h¹t quÆng vµ mét phÇn ®îc gi÷ l¹i trong

nh÷ng vïng kh«ng gian hÑp gi÷a c¸c h¹t quÆng.

Tû lÖ khèi lîng (%) TT CÊp h¹t (mm) CPH BPH

1 +20 7,72

2 +10 - 20 11,72 39,27

3 +5 - 10 46,32 12,72

4 +2,36 - 5 13,62 5,83

5 +1,18 - 2,36 7,41 8,03

6 +0,6 - 1,18 6,91 8,24

7 +0,3 - 0,6 7,09 10,30

8 -0,3 6,93 7,90

Céng 100,00 100,00

CPH 10,3 49,6 1,51

BPH 12,1 50,6 1,33

thµnh phÇn cÊp h¹t thu ®îc kÕt qu¶ cho trong b¶ng sau.

B¶ng 3. Mét sè th«ng sè vËt lý cña c¸c lo¹i quÆng theo cÊp h¹t

Tû träng ®èng h¹t Tæng thÓ tÝch trèng (%) Cì (mm) Lo¹i cÊp h¹t Kh¶ n¨ng gi÷ níc (%) CPH BPH CPH BPH CPH BPH

+ 20 4 1,4 2,0 59,2 58,5 1,06 1,01

- 20 + 10 3 3,7 6,0 57,5 57,8 1,12 1,01

-10 + 5 - 5 2 1 6,9 19,0 8,6 20,0 58,8 46,0 57,6 44,7 1,15 1,44 1,08 1,38

Sö dông kü thuËt tÝnh to¸n tù ®éng b»ng c«ng cô Add Trendline trong Microsoft Excel,

x¸c ®Þnh ®îc gi¸ trÞ ®Þnh lîng cña quan hÖ thùc nghiÖm kh¶ n¨ng gi÷ níc theo c¸c

kÝch thíc h¹t kh¸c nhau cho trong b¶ng 3.4 ®îc biÓu diÔn trªn biÓu ®å sau.

)

%

BPH

y = 41.473e-0.7268x

CPH

Expon. (BPH)

( , c í n ÷ i g g n ¨ n ¶ h K

y = 42.181e-0.8447x

C¸c lo¹i cÊp h¹t

H×nh 1. BiÓu diÔn quan hÖ thùc nghiÖm kh¶ n¨ng gi÷ níc theo c¸c kÝch thíc h¹t

kh¸c nhau

Víi quÆng b¸n phong hãa, quan hÖ gi÷a kh¶ n¨ng gi÷ níc (y) vµ cì h¹t (x) cã

(3-1) d¹ng: y= 41,473 e-0,7268X

Víi quÆng cha phong hãa, quan hÖ gi÷a kh¶ n¨ng gi÷ níc (y) vµ cì h¹t (x) cã

(3-2) d¹ng: y= 42,181 e-0,8447X

Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm trªn vÒ kh¶ n¨ng gi÷ níc cña tõng cÊp h¹t, kÕt hîp víi

tû lÖ khèi lîng cña tõng cÊp h¹t trong c¸c mÉu thùc nghiÖm ta cã thÓ s¬ bé tÝnh to¸n

x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng gi÷ níc cña tõng mÉu.

B¶ng 4. Mét sè kÕt qu¶ vÒ kh¶ n¨ng gi÷ níc cña c¸c mÉu quÆng trong thùc tÕ vµ kÕt

qu¶ tÝnh to¸n.

TT Khèi lîng quÆng (kg) n¨ng Kh¶ níc gi÷ theo tÝnh to¸n (kg/kg) Lîng níc lu gi÷ thùc tÕ (lÝt/kg) sè tÝnh vµ tÕ

Sai gi÷a to¸n thùc (%)

0,1264 0,1252 0,95 1 2,5

D>10 mm 5mm

2 2,5 0,126 0,1084 7,9

33,68 16,43 49,89

3 2,5 0,1388 0,1344 3,1

25,33 16,00 58,67

4 2,5 0,1376 0,128 6,97

21,62 21,62 56,76

5 2,5 0,132 0,128 3,03

30,47 15,24 54,29

6 15 0,1067 0,1167 8,57

7 15 0,1341 0,128 4,57

45,00 19,00 36,00 25,26 14,00 60,74

1,738 1,890 8,04 8 15

11,72 46,32 41,96

Ghi chó: - MÉu quÆng 2,5 kg n¹p trong cét cã kÝch thíc D_cét = 0,075 m, H= 0,37m

- MÉu quÆng 15 kg n¹p trong cét cã kÝch thíc D_cét= 0,11 m, H= 1m

NhËn xÐt: Khi tÝnh to¸n kh¶ n¨ng gi÷ níc cña mét khèi lîng quÆng, th× chØ cã thÓ tÝnh

to¸n trªn c¬ së kh¶ n¨ng gi÷ níc cña c¸c cÊp h¹t quÆng ®îc xÕp thµnh tõng líp riªng

quÆng lµ rÊt kh¸c nhau vµ ®iÒu nµy sÏ ¶nh hëng rÊt lín ®Ó kh¶ n¨ng gi÷ níc cô thÓ cña

tõng cét quÆng.

Kh¶ n¨ng gi÷ níc cña c¸c cÊp h¹t kh¸c nhau, cña tõng lo¹i quÆng kh¸c nhau ë

kÝch thíc h¹t cµng nhá vµ xèp, trong ®ã quÆng BPH xèp h¬n nªn lîng níc chui vµo

quÆng mµ kh¶ n¨ng gi÷ níc vµ thÓ tÝch trèng sÏ cã sù kh¸c nhau, nh b¶ng 3.3.

Kh¶ n¨ng gi÷ níc hay thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a V_thÊmít,max (lÝt) lµ ®¹i lîng

tÝnh ho¸ lý cña quÆng, vÞ trÝ cña c¸c cÊp h¹t trong ®èng, quy m« khèi quÆng) vµ tõ ®ã

x¸c ®Þnh ®îc thÓ tÝch thÊm ít tèi ®a cña mét ®¬n vÞ khèi lîng quÆng kh«

V_thÊmít,r.

V_thÊmít,max vµ V_thÊm ít,r ®îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm tõ lo¹i quÆng

thuéc vµo ®Æc ®iÓm hãa lý cña chóng nh: quÆng phong hãa, quÆng b¸n phong hãa vµ

cha phong hãa, tû lÖ cña c¸c lo¹i quÆng nµy trong chu tr×nh khai th¸c tïy theo c¸c ®iÓm

cha phong hãa.

KÕt luËn:

- Tõ kÕt qu¶ thùc nghiÖm cã thÓ x¸c ®Þnh tríc mét sè th«ng sè ®èi víi quÆng cô thÓ nh

sau, kÕt qu¶ nµy lµ phï hîp khi so s¸nh víi mét sè tµi liÖu tham kh¶o [18,68] :

+ ThÓ tÝch trèng cña quÆng thay ®æi trong kho¶ng 44 - 68% khèi lîng.

+ Lîng dung dÞch lu gi÷ chiÕm kho¶ng 19-21% thÓ tÝch líp quÆng, hoÆc

kho¶ng 10-12% khèi lîng tuú tõng lo¹i quÆng CPH hay BPH.

+ Lîng dung dÞch di chuyÓn chiÕm kho¶ng 4-5,5% thÓ tÝch líp quÆng

+ Tû lÖ gi÷a lîng dung dÞch lu gi÷ vµ dung dÞch di chuyÓn lµ 4-5.

- ViÖc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng gi÷ níc cña khèi quÆng vµ lîng níc lu gi÷ thùc tÕ cã sai

sè cã thÓ lªn tíi 8-9%. Th«ng sè kh¶ n¨ng gi÷ níc phô thuéc tríc hÕt lµ b¶n chÊt

- Thùc nghiÖm cho thÊy, trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch, kh¶ n¨ng gi÷ níc cña quÆng sÏ thay

lµm gi¶m kÝch thíc h¹t, thay ®æi ®é xèp còng nh lµm biÕn ®æi c¸c mao qu¶n trong h¹t

quÆng,... Kh¶ n¨ng gi÷ níc cña líp quÆng trong nh÷ng lÇn xö lý cuèi cã xu híng gi¶m

®i, tuy nhiªn thùc tÕ cã thÓ chñ ®éng duy tr× lîng dung dÞch hßa t¸ch cÊp vµo lµ kh«ng

®æi, ®iÒu nµy hoµn toµn thùc hiÖn ®îc vµ nã sÏ chØ lµm t¨ng lîng dung dÞch hßa t¸ch

bÞ lu gi÷ l¹i ë kh«ng gian gi÷a c¸c h¹t quÆng lªn mµ th«i.

2. Kh¶ n¨ng thÊm cña quÆng

VÒ thùc nghiÖm x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng thÊm chóng ta chØ tiÕn hµnh thÝ nghiÖm ®Ó

x¸c ®Þnh c¸c ®Æc trng thÊm theo ®éng th¸i kh«ng æn ®Þnh vµ thÝ nghiÖm sÏ kÕt thóc khi

®¹t ®îc ®éng th¸i thÊm æn ®Þnh. VÒ kh«ng gian thÊm ta chØ xÐt bµi to¸n thÊm 1 chiÒu

nh»m x¸c ®Þnh hÖ sè thÊm cña c¸c lo¹i mÉu cã kÝch thíc chuÈn vµ hÖ sè thÊm cña c¸c

mÉu quÆng vôn vµ quÆng mÞn d¹ng bét. KÕt qu¶ thö nghiÖm c¸c thÝ nghiÖm thÊm quÆng

®èi víi mÉu quÆng c¸t kÕt nh sau [11]:

- QuÆng c¸t kÕt d¹ng t¶ng kÝch thíc 150x150x150mm (b¸n phong hãa) vµ

100x100x100mm (cha phong hãa). TiÕn hµnh trªn thiÕt bÞ thÊm cña Italia (ViÖn C¬ häc

- ViÖn Khoa häc vµ c«ng nghÖ ViÖt Nam), b¾t ®Çu tõ 1 atm vµ tiÕn hµnh thÊm, khi mùc

níc thÊm æn ®Þnh th× t¨ng ¸p suÊt lªn tíi 6 atm. X¸c ®Þnh ®îc quan hÖ tèc ®é thÊm

theo ¸p suÊt vµ thêi gian.

- QuÆng c¸t kÕt d¹ng bét vµ quÆng nhá lÉn bét

+ QuÆng c¸t kÕ d¹ng bét: Thùc nghiÖm tiÕn hµnh víi ¸p lùc ®îc ®o b»ng hiÖu

mùc níc trong èng ®o ¸p lµ ∆ H = 0,17 m, chiÒu dµi cét quÆng bét l = 0,14 m, diÖn tÝch

tiÕt diÖn mÉu ω = π.(0,04)2 m2

+ QuÆng c¸t kÕt d¹ng bét lÉn quÆng nhá (c¸c h¹t quÆng cã kÝch thíc 50 mm, 20

mm vµ 10 mm): Thùc nghiÖm tiÕn hµnh víi ¸p lùc ®îc ®o b»ng hiÖu mùc níc trong

èng ®o ¸p lµ ∆ H = 0,23 m, chiÒu dµi cét quÆng bét l = 0,14 m, diÖn tÝch tiÕt diÖn mÉu ω

= π.(0,04)2 m2

Quan hÖ gi÷a lu lîng vµ hÖ sè thÊm k x¸c ®Þnh theo ®Þnh luËt Darcy. Tõ ®ã tÝnh to¸n

®îc hÖ sè thÊm æn ®Þnh cña c¸c d¹ng quÆng nh trªn.

B¶ng 5. HÖ sè thÊm æn ®Þnh cña hai lo¹i quÆng

Lo¹i quÆng HÖ sè thÊm (10-7 m/s)

B¸n phong hãa (150x150x150 mm) 7,417

Cha phong hãa (100x100x100mm) 1,333

QuÆng bét 2.457,0

QuÆng bét lÉn quÆng nhá 1.410,0

NhËn xÐt:

Thêi gian dõng cho dung dÞch di chuyÓn ra khái mao qu¶n nh trong ph¬ng

ph¸p thÊm "mao dÉn ngîc" ®îc x¸c ®Þnh dùa trªn viÖc tÝnh to¸n tèc ®é thÊm ®èi víi

lo¹i quÆng khã thÊm nhÊt, cã ®é sÝt chÆt cao lµ quÆng cha phong hãa. QuÆng cha

phong hãa cã hÖ sè thÊm lµ k_thÊm = 1,333 .10-7 m/s.

Trong thêi gian 1 giê ®èi víi quÆng cha phong hãa cã thÓ thÊm ®îc vµo chiÒu

dµi lµ: s = 1,333.10-7. 60.60 = 0,00048 m/h. Trong mét ngµy ®èi víi quÆng cha phong

hãa cã thÓ thÊm ®îc vµo chiÒu dµi lµ: s = 0,00048.24 = 0,01152 m/ngµy.

KÕt qu¶ tÝnh to¸n nµy phï hîp víi c¸c tµi liÖu tham kh¶o [7, 37,38] cô thÓ trong

qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng ®iÓn h×nh ngêi ta thêng nghiÒn quÆng tíi kÝch thíc <2,54cm.

Nh vËy khi thùc hiÖn hßa t¸ch thÊm ®èi víi quÆng cha phong hãa cã kÝch thíc sau

nghiÒn lín nhÊt lµ < 25,4 mm th× ta cã thÓ chän thêi gian dõng tèi thiÓu lµ 1 ngµy.

Tèc ®é tuíi dung dÞch (ml/phót) Nång ®é axit (g/l) Tû träng ®èng quÆng ThÓ tÝch trèng (%) ChiÒu cao líp quÆng (m) Träng sè ph©n bè kÝch thíc h¹t theo % D>10mm 5mm

§iÒu kiÖn thùc nghiÖm vµ kÕt qu¶ c¸c thÝ nghiÖm ThÓ TT Khèi tÝch lîng dung quÆng dÞch (kg) cÊp ®Õn khi lã lÇn ®Çu (ml)

2,5

70,0

0,36

3,0-3,3

383

50,8

4,4

1,67

2,6

50,0

0,36

3,0-3,3

365

290

47,25

17,75

4,59

1,68

2,5

40,0

0,37

3,0-3,3

420

336

59,17

20,57

5,14

1,5

2,5

30,0

0,37

3,0-3,3

390

320

57,34

19,59

4,9

1,57

2,5

20,0

0,37

3,0-3,3

390

320

57,34

19,59

4,3

1,58

15,0

30,0

1,0

3,0 - 3,3

2230,0

480,0 1750,0

58,82

18,42

5,05

1,58

15,0

40,0

1,0

3,0 - 3,3

2540,0

500,0 1920,0

68,66

20,21

5,26

1,58

15,0

34,31 15,35 50,34 33,68 16,43 49,89 25,33 16,00 58,67 21,62 21,62 56,76 30,47 15,24 54,29 45,00 19,00 36,00 25,26 14,00 60,74 11,72

50,0

1,0

3,0 - 3,3

2385,0

495,0 1890,0

53,76

19,89

5,21

1,58

ThÓ tÝch dung dÞch cßn trong líp quÆng (ml) 313 ThÓ tÝch dung dÞch lu gi÷/ thÓ tÝch líp quÆng (%v/v) 19,69

46,32 41,96

Mathematical Model of Uranium Leaching

R[N,ξ,µ,θ] = θ.Σk.(diR[Di].R

Parameters Chieu cao

Ky hieu H,m

R[N,ξ,µ,1] = 1 – (1+a1µ-1ξ-αN + a

Dien tich Ty trong Phan bo hat

S, m^2 r, kg/m^3 di

F[A/U] = N.C.V_wet,r/µ.G. R[N

Ham luong

G,gU/Kgquang

Do am Max

V_wetmax, l

F[Q,N] = ( R[N,ξ,µ,θ].G)- 1.[ 1+

Nong do axit Gia F[Q,N] Gia F[A/U]

C, g/l 1000,dong 1000,dong

INPUT DATA

5 1000 1700 M_Q =

-0.000002 0.005866 0.000422 -0.000003

Parameters

-1.53914E-07 3.47406E-05 1.92334E-07 -1.05223E-10

H = S = r = d1 = d2 = d3 = d4 = G = V_wet,r = C = T(F[[A/U]) T(F[[Q,N])

0.25333 R1 = 0.16 R2 = 0.14667 R3 = 0.44 R4 = 1.4 k0 = 0.125 teta = 53.3805 H/H0 = 1 C/C0 = 2 V_w,r/V0

a = 8500000 b = 0.72286 c = 0.8036 d = 0.89786 New 0.925 a1 = 1.17594 a2 = 1 a3 = 13.5135 a4 = 1.06761 1

Calculation

R[N,ξ,µ,θ]

N, day

HieusuatR R[d1]

R[d2]

R[d3]

R[d4]

F[A/U] #DIV/0!

0 3E-05

Yield of Uranium Leaching

1.2

0 0 0 1 0.000139 2.1E-05 2.15E-05 6.66E-05 2 0.000561 0.000121 8.48E-05 8.68E-05 0.000268 3 0.001269 0.000273 0.000192 0.000196 0.000607 4 0.002267 0.000488 0.000343 0.000351 0.001085 5 0.003559 0.000766 0.000538 0.000551 0.001703 6 0.005148 0.001109 0.000778 0.000797 0.002464 7 0.007037 0.001515 0.001064 0.00109 0.003368 8 0.009227 0.001987 0.001395 0.001429 0.004416 0.00561 9 0.011722 0.002524 0.001772 0.001815 10 0.014522 0.003127 0.002196 0.002249 0.00695 0.00273 0.008437 11 0.017629 0.003796 0.002665

0 0.000139103 2535.46979 0.000560569 1258.33719 0.001268545 834.087816 0.002266847 622.349321 0.003558946 495.501598 0.005147952 411.067507 0.007036604 350.857955 0.009227253 305.783456 0.011721851 270.796303 0.014521943 242.868784 0.017628653 220.074632

0 8

0.8

,

l

0.6

i

R d e Y

0.4

0.2

250

N,days

0.05869

0.09606 0.067447 0.069079

12 0.021043 0.004531 0.003182 0.003259 0.010071 13 0.024764 0.005333 0.003744 0.003835 0.011852 0.0062 0.004353 0.004459 0.013781 14 0.028793 15 0.033129 0.007134 0.005009 0.00513 0.015856 16 0.03777 0.008133 0.005711 0.005849 0.018077 17 0.042716 0.009198 0.006459 0.006615 0.020444 18 0.047964 0.010329 0.007252 0.007427 0.022956 19 0.053511 0.011523 0.008091 0.008286 0.025611 20 0.059355 0.012782 0.008974 0.009191 0.028408 21 0.065493 0.014103 0.009902 0.010142 0.031345 22 0.07192 0.015487 0.010874 0.011137 0.034421 23 0.078632 0.016933 0.011889 0.012177 0.037634 24 0.085625 0.018438 0.012946 0.013259 0.040981 100 25 0.092893 0.020004 0.014045 0.014385 0.044459 26 0.100431 0.021627 0.015185 0.015552 0.048067 27 0.108233 0.023307 0.016365 0.01676 0.051801 28 0.116292 0.025042 0.017583 0.018008 0.055658 0.01884 0.019295 0.059635 29 0.124602 0.026832 0.02062 0.063729 30 0.133156 0.028674 0.020133 31 0.141945 0.030566 0.021462 0.021981 0.067936 32 0.150963 0.032508 0.022825 0.023377 0.072252 33 0.1602 0.034498 0.024222 0.024808 0.076673 34 0.169649 0.036532 0.025651 0.026271 0.081195 0.02711 0.027766 0.085815 35 0.179301 0.038611 36 0.189146 0.040731 0.028598 0.02929 0.090527 37 0.199176 0.042891 0.030115 0.030843 0.095327 38 0.209381 0.045088 0.031658 0.032424 0.100211 39 0.219751 0.047321 0.033226 0.03403 0.105174 40 0.230276 0.049588 0.034817 0.035659 0.110212 0.03643 0.037312 0.115318 41 0.240946 0.051885 42 0.251751 0.054212 0.038064 0.038985 0.12049 43 0.262681 0.056566 0.039717 0.040678 0.125721 44 0.273726 0.058944 0.041387 0.042388 0.131007 45 0.284874 0.061345 0.043072 0.044114 0.136343 46 0.296116 0.063766 0.044772 0.045855 0.141723 47 0.307441 0.066204 0.046484 0.047609 0.147143 48 0.318839 0.068659 0.048208 0.049374 0.152598 49 0.330298 0.071127 0.04994 0.051148 0.158083 0.34181 0.073605 0.051681 0.052931 0.163592 50 0.05472 0.169122 51 0.353362 0.076093 0.053428 52 0.364947 0.078588 0.055179 0.056514 0.174666 0.18022 53 0.376552 0.081087 0.056934 0.058311 54 0.388169 0.083588 0.18578 0.06011 55 0.399787 0.08609 0.060447 0.061909 0.191341 0.08859 0.062202 0.063707 0.196897 56 0.411397 57 0.422989 0.091087 0.063955 0.065502 0.202446 58 0.434555 0.093577 0.065704 0.067293 0.207981 59 0.446086 0.2135 60 0.457571 0.098534 0.069184 0.070857 0.218997 61 0.469004 0.100996 0.070912 0.072628 0.224469 62 0.480376 0.103444 0.072632 0.074389 0.229912 0.49168 0.105878 0.074341 0.076139 0.235321 63

0.021042677 201.129922 0.024764274 185.145928 0.028793262 171.48794 0.033129007 159.690565 0.037770423 149.404801 0.042715967 140.363794 0.047963637 132.360018 0.053510972 125.229654 0.059355053 118.841662 0.065492505 113.089976 0.071919499 107.887827 0.07863176 103.163545 0.085624571 98.8574158 200 150 0.092892781 94.9192862 0.100430816 91.3067276 0.108232686 87.9836039 0.116292002 84.9189481 0.124601982 82.0860706 0.133155473 79.4618465 0.141944961 77.0261402 0.150962588 74.7613382 0.160200174 72.6519671 0.16964923 70.6843788 0.179300981 68.8464893 0.189146387 67.1275616 0.199176161 65.5180237 0.209380792 64.0093149 0.219750571 62.5937564 0.230275608 61.2644408 0.24094586 60.0151379 0.251751152 58.8402142 0.2626812 57.7345632 0.27372564 56.6935454 0.284874046 55.7129367 0.296115955 54.7888827 0.307440895 53.9178595 0.318838403 53.0966393 0.330298049 52.3222597 0.341809462 51.5919977 0.353362348 50.9033453 0.364946514 50.2539895 0.376551886 49.6417935 0.388168532 49.06478 0.399786678 48.5211172 0.411396731 48.0091052 0.42298929 47.5271646 0.434555166 47.0738259 0.446085399 46.6477203 0.457571268 46.2475707 0.469004307 45.8721847 0.480376317 45.5204474 45.191315 0.491679375

0.65787157

0.97839 0.210687

0.21507 0.151007

64 0.502906 0.108296 0.076038 0.077878 0.240694 65 0.514049 0.110695 0.077723 0.079603 0.246027 0.5251 0.113075 0.079394 0.081314 0.251317 66 0.08105 0.083011 0.256559 67 0.536054 0.115434 68 0.546904 0.08269 0.084691 0.261752 0.11777 69 0.557644 0.120083 0.084314 0.086354 0.266892 70 0.568267 0.122371 0.085921 0.087999 0.271977 71 0.578769 0.124632 0.087508 0.089625 0.277003 72 0.589145 0.126867 0.089077 0.091232 0.281969 0.59939 0.129073 0.090626 0.092819 0.286872 73 74 0.609498 0.29171 0.13125 0.092155 0.094384 75 0.619467 0.133396 0.093662 0.095928 0.296481 76 0.629292 0.135512 0.095147 0.097449 0.301184 77 0.63897 0.137596 0.096611 0.098948 0.305816 78 0.648498 0.139648 0.098051 0.100423 0.310376 79 0.657872 0.141666 0.099469 0.101875 0.314862 0.66709 0.143651 0.100862 0.103302 0.319274 80 0.32361 0.67615 0.145602 0.102232 0.104705 81 0.32787 0.68505 0.147519 0.103578 0.106084 82 83 0.693789 0.149401 0.104899 0.107437 0.332052 84 0.702364 0.151247 0.106196 0.108765 0.336156 85 0.710774 0.153058 0.107467 0.110067 0.340182 0.71902 0.154834 0.108714 0.111344 0.344128 86 87 0.727099 0.156574 0.109936 0.112595 0.347995 0.11382 0.351782 88 0.735012 0.158278 0.111132 89 0.742758 0.159946 0.112303 0.11502 0.355489 90 0.750338 0.161578 0.113449 0.116194 0.359117 91 0.757752 0.163175 0.11457 0.117342 0.362665 92 0.765 0.164735 0.115666 0.118464 0.366134 93 0.772083 0.166261 0.116737 0.119561 0.369524 94 0.779001 0.16775 0.117783 0.120632 0.372836 95 0.785757 0.169205 0.118804 0.121678 0.376069 0.79235 0.170625 0.119801 0.122699 0.379224 96 97 0.798782 0.17201 0.120774 0.123696 0.382303 98 0.805056 0.173361 0.121722 0.124667 0.385305 99 0.811171 0.174678 0.122647 0.125614 0.388232 100 0.817131 0.175961 0.123548 0.126537 0.391084 110 0.868602 0.187045 0.13133 0.134507 0.415719 120 0.906988 0.195311 0.137134 0.140452 0.434091 130 0.934884 0.201318 0.141352 0.144772 0.447442 140 0.954755 0.205597 0.144356 0.147849 0.456952 150 0.968702 0.208601 0.146465 0.150008 0.463627 160 0.14793 0.151509 0.468264 170 0.985075 0.212126 0.148941 0.152544 0.471464 180 0.989671 0.213116 0.149636 0.153256 0.473664 190 0.992827 0.213796 0.150113 0.153744 0.475174 200 0.994996 0.214263 0.150441 0.15408 0.476212 210 0.996491 0.214585 0.150667 0.154312 0.476927 220 0.997524 0.214807 0.150823 0.154472 0.477422 230 0.998242 0.214962 0.150932 0.154583 0.477765 240 0.998743 0.15466 0.478005 250 0.999095 0.215145 0.151061 0.154715 0.478174

0.502905848 44.8838094 0.514048395 44.5970128 0.525099981 44.3300635 0.536053883 44.082151 0.546903689 43.8525125 0.55764331 43.6404294 0.568266979 43.4452239 0.578769254 43.2662562 0.589145019 43.1029214 0.599389486 42.9546476 0.609498191 42.820893 0.619466993 42.7011443 0.629292076 42.5949144 0.638969939 42.5017409 0.648497396 42.4211841 42.352826 0.667089888 42.2962681 0.676150073 42.2511311 0.685050142 42.2170529 0.693788391 42.1936877 0.702363396 42.1807053 0.710773997 42.1777895 42.184638 0.719019296 0.727098644 42.2009608 0.735011633 42.22648 0.742758087 42.2609289 0.750338052 42.3040512 0.757751787 42.3556005 0.764999755 42.4153399 0.772082609 42.4830412 0.779001189 42.5584845 0.785756504 42.6414576 0.792349729 42.731756 0.798782193 42.8291821 0.805055367 42.9335447 0.81117086 43.0446593 0.817130401 43.162347 0.868601316 44.6651321 0.906987921 46.6633768 0.934883296 49.0436036 0.954754224 51.7169456 0.968701386 54.6132169 0.978389688 57.6772488 0.985074744 60.8661956 0.989670744 64.1472723 0.992826831 67.4957638 0.99499592 70.8932876 0.99649027 74.3263238 0.997523533 77.7850171 0.998241274 81.2622297 0.998742502 84.7528147 0.999094586 88.2530704

0.999889269

0.21533

260 0.999344 0.215199 0.151098 0.154754 0.478293 270 0.999521 0.215237 0.151125 0.154781 0.478378 280 0.999648 0.215264 0.151144 0.154801 0.478438 290 0.999739 0.215284 0.151158 0.154815 0.478482 300 0.999805 0.215298 0.151168 0.154825 0.478514 310 0.999854 0.215309 0.151175 0.154833 0.478537 320 0.99989 0.215317 0.151181 0.154838 0.478554 330 0.999916 0.215322 0.151185 0.154842 0.478567 340 0.999936 0.215327 0.151188 0.154845 0.478576 0.15119 0.154847 0.478583 350 0.999951 360 0.999962 0.215332 0.151192 0.154849 0.478589

0.99934345 91.7603367 0.999520501 95.2727012 0.999647301 98.7887873 0.999738726 102.307602 0.999805091 105.828425 0.99985359 109.350735 112.87415 0.99991569 116.398391 0.999935382 119.923253 0.999950151 123.448585 0.999961298 126.974272

R[N,ξ,µ,1]) , i = 1-4

a2µ-2ξ-2αN2 + a3µ-3ξ-3αN3 + a4µ-4ξ-4αN4 )-4

N,ξ,µ,θ]

a1 = -2E-6, a2 = 0.005866, a3 = 0.000422,

N.(S.H.ρ)- 1]

a4 = -3E-6.

ColumnD

Column H 20 g/l

ColumnZero

Distibution of particle side ColunmG 70g/l

50 g/l 820 0.336756 400 0.164271

760 0.343115 340 0.153499

640 0.304762 320 0.152381

370 0.25256 205 0.139932

Column C 240 240

320 0.152381 820 0.390476

285 0.117043 0.38193 930 1 2435

290 0.130926 0.37246 825 1 2215

2100

200 0.136519 0.47099 690 1 1465

220 410 1110

20 g/l Parameter

70 g/l Parameter

Function from Experiment 30g/l 40 g/l Parameter Parameter a= b= c= d=

-0.000002 a= 0.00189 b= 0.0006 c= -0.00001 d=

0 a= 0.00054 b= 3.57E-05 c= 0 d=

-0.01 0.018 -0.0008 0.00001

-0.000001 a= 0.0029 b= 0.0002 c= -0.000008 d=

For Graphics

N, days

R[N,x,m,q] R[d1]

R[d2]

R[d3]

R[d4]

F[Q,N] #DIV/0!

F_mt #DIV/0!

0 3E-05

10269.8483 12805.32 2548.42982 3806.767 1126.14993 1960.238 630.202283 1252.552 401.403218 896.9048 277.50304 688.5705 203.020169 553.8781 154.821028 460.6045 121.87264 392.6689 98.373415 341.2422 81.0370086 301.1116

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 0 0.000139 2.1E-05 2.15E-05 6.66E-05 0.000561 0.000121 8.48E-05 8.68E-05 0.000268 0.001269 0.000273 0.000192 0.000196 0.000607 0.002267 0.000488 0.000343 0.000351 0.001085 0.003559 0.000766 0.000538 0.000551 0.001703 0.005148 0.001109 0.000778 0.000797 0.002464 0.007037 0.001515 0.001064 0.00109 0.003368 0.009227 0.001987 0.001395 0.001429 0.004416 0.00561 0.011722 0.002524 0.001772 0.001815 0.014522 0.003127 0.002196 0.002249 0.00695 0.00273 0.008437 0.017629 0.003796 0.002665

350

300

0.05869

67.8893408 269.0193 57.6868755 242.8328 49.6148638 221.1028 43.1215442 202.8121 37.8225605 187.2274 33.4435666 173.8074 29.7845315 162.1445 26.6968542 151.9265 24.0682926 142.91 21.8128006 134.9028 19.8635299 127.7514 18.167917 121.3315 16.6841766 115.5416 15.3787583 110.298 14.2244767 105.5312 13.1991177 101.1827 12.2843885 97.20334 11.465117 93.55119 10.728635 90.19048 10.0642998 87.09044 9.46311814 84.22446 8.91744959 81.56942 8.42076999 79.10515 7.96748184 76.81397 7.55276113 74.68032 7.1724329 72.69046 6.82286947 70.83218 6.5009068 69.09466 6.20377539 67.46822 5.92904281 65.94418 5.67456585 64.51478 5.43845031 63.17301 5.2190172 61.91256 5.01477412 60.72771 4.82439103 59.61327 4.64667957 58.56454 4.48057538 57.57721 4.32512293 56.64738 4.17946251 55.77146 4.04281896 54.94616 3.91449189 54.16848 3.79384725 53.43564 3.68030994 52.74509 3.57335737 52.09447 3.47251384 51.48162 3.37734558 50.90451 3.28745643 50.36128 3.20248398 49.8502 3.12209619 49.36967 3.0459884 48.91817 2.97388068 48.49433 2.90551544 48.09683

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

0.021043 0.004531 0.003182 0.003259 0.010071 0.024764 0.005333 0.003744 0.003835 0.011852 0.0062 0.004353 0.004459 0.013781 0.028793 0.00513 0.015856 0.033129 0.007134 0.005009 0.03777 0.008133 0.005711 0.005849 0.018077 0.042716 0.009198 0.006459 0.006615 0.020444 0.047964 0.010329 0.007252 0.007427 0.022956 0.053511 0.011523 0.008091 0.008286 0.025611 0.059355 0.012782 0.008974 0.009191 0.028408 0.065493 0.014103 0.009902 0.010142 0.031345 0.071919 0.015487 0.010874 0.011137 0.034421 0.078632 0.016933 0.011889 0.012177 0.037634 0.085625 0.018438 0.012946 0.013259 0.040981 0.092893 0.020004 0.014045 0.014385 0.044459 0.100431 0.021627 0.015185 0.015552 0.048067 0.108233 0.023307 0.016365 0.01676 0.051801 0.116292 0.025042 0.017583 0.018008 0.055658 0.01884 0.019295 0.059635 0.124602 0.026832 0.02062 0.063729 0.133155 0.028674 0.020133 0.141945 0.030566 0.021462 0.021981 0.067936 0.150963 0.032508 0.022825 0.023377 0.072252 0.1602 0.034498 0.024222 0.024808 0.076673 0.169649 0.036532 0.025651 0.026271 0.081195 0.02711 0.027766 0.085815 0.179301 0.038611 0.189146 0.040731 0.028598 0.02929 0.090527 0.199176 0.042891 0.030115 0.030843 0.095327 0.209381 0.045088 0.031658 0.032424 0.100211 0.219751 0.047321 0.033226 0.03403 0.105174 0.230276 0.049588 0.034817 0.035659 0.110212 0.03643 0.037312 0.115318 0.240946 0.051885 0.251751 0.054212 0.038064 0.038985 0.12049 0.262681 0.056566 0.039717 0.040678 0.125721 0.273726 0.058944 0.041387 0.042388 0.131007 0.284874 0.061345 0.043072 0.044114 0.136343 0.296116 0.063766 0.044772 0.045855 0.141723 0.307441 0.066204 0.046484 0.047609 0.147143 0.318838 0.068659 0.048208 0.049374 0.152598 0.330298 0.071127 0.04994 0.051148 0.158083 0.341809 0.073605 0.051681 0.052931 0.163592 0.05472 0.169122 0.353362 0.076093 0.053428 0.364947 0.078588 0.055179 0.056514 0.174666 0.18022 0.376552 0.081087 0.056934 0.058311 0.388169 0.083588 0.18578 0.06011 0.399787 0.08609 0.060447 0.061909 0.191341 0.08859 0.062202 0.063707 0.196897 0.411397 0.422989 0.091087 0.063955 0.065502 0.202446 0.434555 0.093577 0.065704 0.067293 0.207981 0.446085 0.2135 0.09606 0.067447 0.069079 0.457571 0.098534 0.069184 0.070857 0.218997 0.469004 0.100996 0.070912 0.072628 0.224469 0.480376 0.103444 0.072632 0.074389 0.229912 0.491679 0.105878 0.074341 0.076139 0.235321

0.97839 0.210687

0.21507 0.151007

2.84065535 47.72446 2.77908144 47.37609 2.72059145 47.05065 2.66499831 46.74715 2.61212876 46.46464 2.56182223 46.20225 2.51392963 45.95915 2.46831246 45.73457 2.4248419 45.52776 2.38339799 45.33805 2.34386892 45.16476 2.30615037 45.00729 2.27014491 44.86506 2.23576147 44.7375 44.6241 2.20291484 2.17152522 44.52435 2.14151781 44.43779 2.11282243 44.36395 2.08537321 44.30243 2.05910822 44.2528 2.03396925 44.21467 2.00990149 44.18769 1.98685333 44.17149 1.96477612 44.16574 1.94362396 44.1701 1.92335353 44.18428 1.90392391 44.20798 1.88529641 44.2409 1.86743444 44.28277 1.85030338 44.33334 1.83387041 44.39235 1.81810445 44.45956 1.80297602 44.53473 1.78845716 44.61764 1.7745213 44.70807 44.8058 1.76114323 1.74829897 44.91065 1.64470153 46.30983 1.5750944 48.23847 50.5717 1.52809798 1.49629603 53.21324 1.47475441 56.08797 1.46015267 59.1374 1.45024528 62.31644 1.44351209 65.59078 1.43892501 68.93469 1.43578985 72.32908 1.43363841 75.75996 1.43215509 79.21717 1.43112704 82.69336 1.4304105 86.18323 1.4299081 89.68298

64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

0.502906 0.108296 0.076038 0.077878 0.240694 0.514048 0.110695 0.077723 0.079603 0.246027 0.5251 0.113075 0.079394 0.081314 0.251317 0.08105 0.083011 0.256559 0.536054 0.115434 0.546904 0.08269 0.084691 0.261752 0.11777 0.557643 0.120083 0.084314 0.086354 0.266892 0.568267 0.122371 0.085921 0.087999 0.271977 0.578769 0.124632 0.087508 0.089625 0.277003 0.589145 0.126867 0.089077 0.091232 0.281969 0.599389 0.129073 0.090626 0.092819 0.286872 0.609498 0.29171 0.13125 0.092155 0.094384 0.619467 0.133396 0.093662 0.095928 0.296481 0.629292 0.135512 0.095147 0.097449 0.301184 0.63897 0.137596 0.096611 0.098948 0.305816 0.648497 0.139648 0.098051 0.100423 0.310376 0.657872 0.141666 0.099469 0.101875 0.314862 0.66709 0.143651 0.100862 0.103302 0.319274 0.32361 0.67615 0.145602 0.102232 0.104705 0.32787 0.68505 0.147519 0.103578 0.106084 0.693788 0.149401 0.104899 0.107437 0.332052 0.702363 0.151247 0.106196 0.108765 0.336156 0.710774 0.153058 0.107467 0.110067 0.340182 0.719019 0.154834 0.108714 0.111344 0.344128 0.727099 0.156574 0.109936 0.112595 0.347995 0.11382 0.351782 0.735012 0.158278 0.111132 0.742758 0.159946 0.112303 0.11502 0.355489 0.750338 0.161578 0.113449 0.116194 0.359117 0.11457 0.117342 0.362665 0.757752 0.163175 0.765 0.164735 0.115666 0.118464 0.366134 0.772083 0.166261 0.116737 0.119561 0.369524 0.779001 0.16775 0.117783 0.120632 0.372836 0.785757 0.169205 0.118804 0.121678 0.376069 0.79235 0.170625 0.119801 0.122699 0.379224 0.798782 0.17201 0.120774 0.123696 0.382303 0.805055 0.173361 0.121722 0.124667 0.385305 0.811171 0.174678 0.122647 0.125614 0.388232 0.81713 0.175961 0.123548 0.126537 0.391084 0.868601 0.187045 0.13133 0.134507 0.415719 0.906988 0.195311 0.137134 0.140452 0.434091 0.934883 0.201318 0.141352 0.144772 0.447442 0.954754 0.205597 0.144356 0.147849 0.456952 0.968701 0.208601 0.146465 0.150008 0.463627 0.14793 0.151509 0.468264 0.985075 0.212126 0.148941 0.152544 0.471464 0.989671 0.213116 0.149636 0.153256 0.473664 0.992827 0.213796 0.150113 0.153744 0.475174 0.15408 0.476212 0.994996 0.214263 0.150441 0.99649 0.214585 0.150667 0.154312 0.476927 0.997524 0.214807 0.150823 0.154472 0.477422 0.998241 0.214962 0.150932 0.154583 0.477765 0.998743 0.15466 0.478005 0.999095 0.215145 0.151061 0.154715 0.478174

260 270 280 290 300 310

0.999343 0.215199 0.151098 0.154754 0.478293 0.999521 0.215237 0.151125 0.154781 0.478378 0.999647 0.215264 0.151144 0.154801 0.478438 0.999739 0.215284 0.151158 0.154815 0.478482 0.999805 0.215298 0.151168 0.154825 0.478514 0.999854 0.215309 0.151175 0.154833 0.478537

1.4295537 93.18989 96.702 1.42930216 1.42912254 100.2179 1.42899353 103.7366 1.42890035 107.2573 1.42883273 110.7796 1.42878342 114.3029 1.42874735 117.8271 1.42872089 121.352 1.42870147 124.8773 128.403 1.42868723

30g/l

0.216216 0.216216

0.198198 0.369369 1

Check

50 g/l Parameter a= b= c= d=

-0.000002 a= 0.005866 b= 0.000422 c= -0.000003 d=

-1E-06 0.0029 0.0002 -8E-06

Economical Calculation

N, days

F[A/U]

F[Q,N]

F_mt

Economical C

200

180

160

140

2535.47 10269.85 12805.32 1 2548.43 3806.767 2 1258.337 3 834.0878 1126.15 1960.238 4 622.3493 630.2023 1252.552 5 495.5016 401.4032 896.9048 6 411.0675 277.503 688.5705 350.858 203.0202 553.8781 7 8 305.7835 154.821 460.6045 9 270.7963 121.8726 392.6689 10 242.8688 98.37341 341.2422 11 220.0746 81.03701 301.1116 12 201.1299 67.88934 269.0193

120

100

y e n o M

113.09

100

N

13 185.1459 57.68688 242.8328 14 171.4879 49.61486 221.1028 15 159.6906 43.12154 202.8121 16 149.4048 37.82256 187.2274 17 140.3638 33.44357 173.8074 132.36 29.78453 162.1445 18 19 125.2297 26.69685 151.9265 20 118.8417 24.06829 142.91 21 21.8128 134.9028 22 107.8878 19.86353 127.7514 23 103.1635 18.16792 121.3315 24 98.85742 16.68418 115.5416 25 94.91929 15.37876 110.298 26 91.30673 14.22448 105.5312 87.9836 13.19912 101.1827 27 28 84.91895 12.28439 97.20334 29 82.08607 11.46512 93.55119 30 79.46185 10.72863 90.19048 10.0643 87.09044 31 77.02614 32 74.76134 9.463118 84.22446 8.91745 81.56942 33 72.65197 34 70.68438 8.42077 79.10515 35 68.84649 7.967482 76.81397 36 67.12756 7.552761 74.68032 37 65.51802 7.172433 72.69046 38 64.00931 6.822869 70.83218 39 62.59376 6.500907 69.09466 40 61.26444 6.203775 67.46822 41 60.01514 5.929043 65.94418 42 58.84021 5.674566 64.51478 43 57.73456 5.43845 63.17301 44 56.69355 5.219017 61.91256 45 55.71294 5.014774 60.72771 46 54.78888 4.824391 59.61327 4.64668 58.56454 47 53.91786 48 53.09664 4.480575 57.57721 49 52.32226 4.325123 56.64738 50 51.592 4.179463 55.77146 51 50.90335 4.042819 54.94616 52 50.25399 3.914492 54.16848 53 49.64179 3.793847 53.43564 54 49.06478 3.68031 52.74509 55 48.52112 3.573357 52.09447 56 48.00911 3.472514 51.48162 57 47.52716 3.377346 50.90451 58 47.07383 3.287456 50.36128 59 46.64772 3.202484 49.8502 60 46.24757 3.122096 49.36967 61 45.87218 3.045988 48.91817 62 45.52045 2.973881 48.49433 63 45.19132 2.905515 48.09683 64 44.88381 2.840655 47.72446

42.3556 1.885296

49.0436 1.528098

65 44.59701 2.779081 47.37609 66 44.33006 2.720591 47.05065 67 44.08215 2.664998 46.74715 68 43.85251 2.612129 46.46464 69 43.64043 2.561822 46.20225 2.51393 45.95915 70 43.44522 71 43.26626 2.468312 45.73457 72 43.10292 2.424842 45.52776 73 42.95465 2.383398 45.33805 74 42.82089 2.343869 45.16476 75 42.70114 2.30615 45.00729 76 42.59491 2.270145 44.86506 44.7375 77 42.50174 2.235761 78 42.42118 2.202915 44.6241 79 42.35283 2.171525 44.52435 80 42.29627 2.141518 44.43779 81 42.25113 2.112822 44.36395 82 42.21705 2.085373 44.30243 44.2528 83 42.19369 2.059108 84 42.18071 2.033969 44.21467 85 42.17779 2.009901 44.18769 86 42.18464 1.986853 44.17149 87 42.20096 1.964776 44.16574 88 42.22648 1.943624 44.1701 89 42.26093 1.923354 44.18428 90 42.30405 1.903924 44.20798 44.2409 91 92 42.41534 1.867434 44.28277 93 42.48304 1.850303 44.33334 94 42.55848 1.83387 44.39235 95 42.64146 1.818104 44.45956 96 42.73176 1.802976 44.53473 97 42.82918 1.788457 44.61764 98 42.93354 1.774521 44.70807 44.8058 99 43.04466 1.761143 100 43.16235 1.748299 44.91065 110 44.66513 1.644702 46.30983 120 46.66338 1.575094 48.23847 130 50.5717 140 51.71695 1.496296 53.21324 150 54.61322 1.474754 56.08797 160 57.67725 1.460153 59.1374 170 60.8662 1.450245 62.31644 180 64.14727 1.443512 65.59078 190 67.49576 1.438925 68.93469 200 70.89329 1.43579 72.32908 210 74.32632 1.433638 75.75996 220 77.78502 1.432155 79.21717 230 81.26223 1.431127 82.69336 240 84.75281 1.430411 86.18323 250 88.25307 1.429908 89.68298 260 91.76034 1.429554 93.18989

95.2727 1.429302

270 96.702 280 98.78879 1.429123 100.2179 290 102.3076 1.428994 103.7366 300 105.8284 1.4289 107.2573 310 109.3507 1.428833 110.7796 320 112.8741 1.428783 114.3029 330 116.3984 1.428747 117.8271 340 119.9233 1.428721 121.352 350 123.4486 1.428701 124.8773 128.403 360 126.9743 1.428687 25928.99