[发明专利]萃取方法

说明书

发明领域

本发明涉及从基于硫酸盐的水溶液选择性收取铀的方法和装置，该水溶液中铀含量低并且其中除铀之外存在其它金属。

发明背景

大部分铀收取方法旨在使含铀矿物富集，其中该矿物沥滤进入的溶液的铀浓度通常为约几克每升。沥滤溶液通常是基于硫酸盐的，但也可采用碱性沥滤。由于全世界对铀的日益增长的需要，越来越多的时候，其中铀不是主要金属而是以低浓度出现的副产物的矿物不得不被用作原料来源。这些种类的原料来源特别是在磷酸、铜和稀土金属工业中产生的溶液以及来自油页岩矿的流出物。这些溶液中的浓度甚至可能低于20ppm。在这样的情况下，铀收取的理由还可能是环境要求。从此种溶液收取铀在技术上和经济上都更苛刻，因为收取工艺的成本与产生的产品的价值相比不能太高。

在1950年代中期首先使用溶剂萃取进行大规模铀收取，采用的萃取剂包含双(2-乙基己基)磷酸酯(CAS编号298-07-7)成分。该试剂经常在文献中被称作二(2-乙基己基)磷酸或简写为D2EHPA。但是，基于叔胺的萃取剂很快变为更常用。胺类流行的原因特别是因为以下情况，发现它们对某些杂质如二价铁和稀土金属具有更好的选择性。目前，大多数新兴工厂使用叔胺。另一方面，D2EHPA具有许多其它应用，例如在锌、钴和镍的湿法冶金中。D2EHPA相对于叔胺的优点是其显著更低的价格，以及它是更有力的萃取剂并且它对环境更安全。

在已知使用D2EHPA萃取试剂的铀萃取工厂中，通常用碳酸钠或碳酸铵的水溶液进行铀的收取。D2EHPA在反萃中皂化，并且在有机溶剂和水相之间形成第三液相，这可以用合适的非离子表面活性物质即改性剂加以避免。长链醇、磷酸烷基酯、膦酸烷基酯和烷基膦氧化物等已用于铀工艺中。美国专利US2,859,094描述了从硫酸水溶液进行的铀萃取，其中硫酸浓度为1.5M且铀浓度为约1g/L。如该专利中所述，上述改性剂在铀的分配比例上具有有益的协同效应。提到的一种优选有机磷化合物是三丁基膦氧化物。

含铀溶液经常还包含其它金属如铁、铝、钒、钼、锰、镍和稀土金属。必须对萃取工艺进行构造使得尽可能少的不期望的物质随铀一起被萃取。

2004年06月23日在因特网上公开的El-Nadi等人的论文:“Sulphide precipitation of Irona nd its Effect on the Extractin of Uranium from Phosphoric Acid Medium”(The Japan Society of Nuclear and Radiochemical Sciences)描述了基于磷酸的沥滤，其中在含铀水溶液被输送到萃取前，通过硫化钠使铁从该含铀水溶液沉淀。该水溶液的磷酸浓度为5M，即约490g/l。萃取剂为D2EHPA且改性剂为直链三辛基膦氧化物，TOPO，其例如以商品名CYANEX 921制造并且熔点为47-52℃。通过将固体硫化钠加入溶液并同时混合来进行三价铁从该水溶液的沉淀，使得铁作为硫化铁沉淀，此外还形成单质硫。之后，将溶液变浓并过滤以除去固体，并且直到这时才将该溶液输送到萃取。

Ritcey，G.M.的著作:“Solvent Extraction”，第2卷，Ottawa，Canada，2006，第510-511页描述了在Colorado进行的两种铀萃取情形。Climax Uranium采用这样的方法，其中通过萃取从含硫酸的溶液收取铀，其中萃取剂为D2EHPA，改性剂为磷酸三丁酯且溶剂为煤油。在萃取前，将溶液中的铁还原成二价，使得其不与铀一起被萃取。用苏打灰收取铀，之后将溶液用硫酸酸化，并通过氨使铀沉淀。Cotter Corporation采用这样的工艺，其中萃取剂也是D2EHPA而改性剂是异癸醇。在萃取中，以四个步萃取步骤将铀与钴和镍分离。通过碳酸钠以三个步骤进行反萃（stripping）。

发明目的

在所有上述方法中，都存在至少三个萃取步骤，因为尤其是在基于胺的萃取中,它们典型包括几个萃取步骤。当关注于从非常稀的溶液收取铀时，目标应该是以可能的最经济的方式即利用简单的装置进行收取。本发明的目的是提供能够从仅含少量铀但却显著更多铁的溶液中选择性收取铀的方法。

发明内容

本发明的基本特征将在所附权利要求书中变得清楚。