تغلیظ اورانیم؛ چگونه و چرا؟

عملیات تغلیظ اورانیم بلافاصله پس از استخراج و آماده سازی مواد معدنی، به فرآیندهای کانه آرایی جداسازی اورانیم از مواد معدنی و تخلیص آن اتلاق می گردد.

اکثر تشکیلات معدنکاری در کنار خود یک واحد تغلیظ هم دارد، که معمولاً خیلی به یکدیگر نزدیک هستند. یک واحد تغلیظ اورانیم ممکن است به منظور فرآیند مواد معدنی برای چندین معدن، طراحی و تأسیس شود. اورانیم تولیدی در واحدهای تغلیظ به مراتب حجم کمتر از مواد معدنی اولیه خود دارند. از این رو حمل و نقل آن به مراکز دیگر جهت فرآیندهای بعدی بسیار آسان تر و ارزان تر خواهد بود. این محصول تغلیظ شده اورانیم را « کیک زرد » می نامند. معمولاً این محصول 60 درصد اورانیم  دارد در حالیکه مقدار اورانیم مواد معدنی بین 1/0 درصد تا به ندرت به 1 درصد می رسد. در یک واحد تغلیظ، اورانیم توسط یک یا چند روش شامل فرآیندها شیمیایی جدا می شود. متداول ترین فرآیند لیچینگ است که با استفاده از محلول قوی اسیدی یا محلول قوی بازی، اورانیم در آن حل شده و پس از طی چند فرآیند احتمالاً فیزیکی و شیمیایی، اورانیم این محلول رسوب داده می شود. عملیات تغلیظ اورانیم متناسب با فاکتورهای مواد معدنی و با امکانات دیگر ممکن است از طریق یکی از روش های زیر انجام بپذیرد.

روش متعارف تغلیظ اورانیم

در این روش مراحل فرآیندی تغلیظ اورانیم بطور آنچه که متعارف هست و یا به طور کلاسیک در مراحل زیر انجام می پذیرد.

- طی مراحل آزمایشگاهی و تعیین مشخصات دقیق ژئولوژی، مینرالوژی و قابلیت های استحصال اورانیم و عناصر همراه از مواد معدنی

- تغلیظ فیزیکی مواد معدنی و حذف باطله ها

- خرد کردن بوسیله خرد کننده های رایج، انوژنه و یا  نیمه انوژنه و ترکیبی از آن ها

- لیچ کردن مواد معدنی جهت رها سازی اورانیم از عناصر از طریق فرآیندهای اسیدی، بازی، تحت فشار و باکتریا لپچینگ

- جدا کردن مواد جامد از مایع حاوی اورانیم بوسیله تکنیک های نیکنر، سایکلون، فیلتر

- خالص سازی با استفاده از روش های استخراج حلالی، استخراج بارزینهای تبادل یونی یا ترکیبی از هر دو

- تغلیظ محلول خالص حاوی اورانیم، رسوب سازی، آبگیری، کلسیناسیون و تولید کیک زرد   (Uo2+2UO3),U3O8 و گاهی به صورت UF4

برای برخی از مواد معدنی اورانیم دار، کربنات لیچینگ برای انحلال آن  به صورت یون اورانیل تری کربنات( UO2CO3)  استفاده می شود. این محلول لیچینگ حاصل شده می تواند با یک قلیا به صورت سدیم، آمونیم یا مگنزیم دی اورانات رسوب داده شود.

بطور متداول دو روش برای تغلیظ و خالص سازی بعدی اورانیم صورت می گیرد: تبادل یونی و استخراج حلالی. اولین عملیات باین منظور در استرالیا با رزین های آمونیمی به صورت دانه های پلی استیرن برای تبادل یونی استفاده شد. ولی اکنون عموماً از روش استخراج حلالی استفاده می شود. در این روش اخیر، آمین های سه ظرفیتی در رقیق کننده نفت استفاده می شود. در این محیط فازها در خلاف جهت یکدیگر حرکت می کند.

استخراج اورا نیم با رزین های آنیونی به صورت زیر خواهد بود.

" R " یک گروه آلکیل هیدروکربن با یک پیوند کوولانسی است. حلال باردار شده باید از ناخالصی ها عار شود. ابتدا کاتیون ها در PH=1.5 با استفاده از اسید سولفوریک خارج می شوند، سپس آنیون ها با گاز آمونیاک جدا سازی می شوند. در آخر حلال با استفاده از محلول سولفات آمونیم، اورانیم خود را در یک فرآیند حرکت در جهت خلاف یکدیگر آزاد می سازد.

در اینجا می توان با اضافه کردن گاز آمونیاک و خنثی کردن محیط اسیدی بالا به محصول آمونیم دی اورانات دسترسی پیدا کرد. (همین عمل با اضافه کردن قلیای سدیم و یا مگنزیم سبب حصول به اورانیم تغلیظ شده دی اورانات سدیم یا مگنزیم می گردید).

محصول دی اورانات پس از آبگیری و برشته کردن به U2O8 تبدیل می گردد که همان محصولی است که بازار بنام " کیک زرد " شناخته شده و مورد معامله صادرات و واردات قرار می گیرند .

روش تغلیظ اورانیم با هیپ لیچینگ تپه ای

تکنیک هیپ لیچینگ یا لیچینگ تپه ای یکی از تکنیک هایی است که ایده لیچینگ در بستر ثابت براساس آن پایه ریزی شده است و امروزه به عنوان یک روش استخراج و استحصال اورانیم بخوبی شناخته شده و مورد استفاده قرار می گیرد. هیپ لیچینگ برای اولین بار در قرن شانزدهم برای استحصال فلز مس بکار گرفته شده است. معمولاً تکنیک لیچینگ تپه ای را برای مواردی نظیر موقعیت های زیر مورد توجه قرار می دهند.

- ذخیره هایی که عیار اورانیم در مواد معدنی پایین است و یا متناسب استفاده خوراک پلنت های متعارف و بزرگ نیستند.

- ذخیره هایی که تناژ اورانیم در آن پایین است.

- ذخیره هایی که فرآیند مواد معدنی موجود در آن با فرآیندهای متعارف و یا سیستمانیک بخوبی پاسخ نمی دهد یا به عبارت دیگر تناسب فرآیند پیوسته از طریق روش های متعارف میسر و مطابق نباشد.

- در مواردی که قصد بر سرمایه گذاری محدود و یا تولید سریع باشد.

- بهره برداری سهل تر، اثرات منفی کمتر برای محیط زیست و قدرت مانور بیشتر در تغییر فلوشیت از دیگر مزایای این فن اوری محسوب می گردد.

در این روش از اسید سولفوریک یا محلول های سولفات فریک اسیدی و یا در بعضی مواقع ممکن است از مجموعه باکتری مناسب برای لیچ کردن فلز مورد نظر یا اورانیم استفاده شود.

در این روش کف محل تجمع توده های معدنی با شیب های لازم تقریباً هم سطح شده و با آسفالت یا پوشش های قابل انعطاف پلاستیکی پوشانده می شوند. مواد معدنی خرد شده با ضخامت های محاسبه شده انباشته شده و سپس ماده لیچ کننده در سطح بالای این تپه های مواد معدنی پاشیده یا گاهی اوقات آغشته می شوند. محلول چرخش یافته در این توده های معدنی در زیر جمع آوری شده و این محصول برای بقیه پروسه به تجهیزات تبادل یونی رزین یا استخراج حلالی برده می شود. مواد لیچ شده ممکن است برداشته شده و هیپ جدید بجای آن درست شود یا در برخی موارد این مواد تهی شده را با پوشش دادن توسط خاک های اضافی به جنگل تبدیل می کنند و کنار آن هیپ های جدیدی احداث می نمایند.

روش تغلیظ اورانیم یا لیچینگ درجا

این روش در استرالیا و سایر کشورها برای توده های معدنی غیر فشرده شده مثل ماسه سنگ ها مورد استفاده قرار می گیرد. اورانیم بازیافت شده توسط لیچینگ اسیدی ضعیف اکسیژن دار و تزریق شده به چاه های مواد معدنی مربوطه به دست می آید. در بورلی استرالیا محلول شستشوی حامل اورانیم با رزین های پلاستیکی تبادل یونی جدا شده و سپس این رزین با اسید سولفوریک شستشو شده و بعد به آن هیدروژن پر اکسید اضافه می شود که محصول اورانیل پر اکسید به دست می آید. با خشک کردن محصول اخیر در درجه حرارت پایین U3O8  حاصل می گردد.

تهیه کننده: مژده اصولی

تنظیم برای تبیان: محسن مرادی