Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.34 MB, 227 trang )
HCO3
sung
Carbonat 1g
1 ngày đêm
5 ngày đêm
10 ngày đêm
3 giờ
1 ngày đêm
5 ngày đêm
H2O
-
39,0
39,0
40,7
49,7
0,17
0,54
0,67
H2O
-
42,7
48,8
44,6
49,6
0,22
0,6
0,58
H2O
H2O
H2O+CO2
H2O+CO2
H2O
H2O
H2O+CO2
H2O+CO2
NaCl
NaCl
NaCl
NaCl
NaCl+CaCO3
NaCl+CaCO3
NaCl+CaCO3
NaCl+CaCO3
24,2
41,5
41,5
48,6
0,1
0,27
21,9
31,8
45,9
45,8
0,18
21,9
22,3
-
46,6
24,4
24,4
-
46,6
156,16
165,9
134,2
158,6
146,4
163,5
129,4
378,4
502,6
414,8 556,08
Chú thích:
10 ngày đêm
trường
3 giờ
U, .10-1
dịch lúc
kết thúc
thí
nghiệm
0,63
0,8
1
0,9
5
0,8
6,45
0,27
0,81
1,0
6,70
0,18
3,3
27
30
6,85
0,66
4,4
17
26
7,40
0,63
4
27
40
7,70
129,3
0,31
3,1
27
45
7,80
-
536,8
1,9
5,5
40
47
7,45
-
414,8
2,4
5,5
28
41
7,45
6,0
6,0
1) độ pH của nước cất 5,6
2) độ bão hòa bởi cacbonic 2,2 g/l
3) nồng độ HCO3 trong nước cất 16,5 mg/l
Như vậy các Carbonat trong các đá chứa urani hoặc các tạp chất carbonat trong
các khoáng vật urani tăng cao cường độ chuyển hóa urani vào dung dịch nước. Sự có
mặt của Na trong các đá khi rửa lũa chúng bởi nước thành phần Hydrocarbonat Canxi
tạo ra các điều kiện hóa học, cũng thuận lợi hơn đối với sự chiết xuất urani vào dung
dịch nước.
Các môi trường carbonat kiềm và axit sunfat đối với urani là các điều kiện hóa
học hoạt tính cao nhất đảm bảo chuyển hóa mạnh nó vào dung dịch nước và xác định
đặc trưng của các khoáng vật thứ sinh của urani. Tuy nhiên các đất đá và quặng không
hiếm khi chứa các sunfua và carbonat.Điều đó dẫn đến sư trung hòa lẫn nhau ảnh
hưởng của chúng đến cơ chế hóa học của các quá trình.Trong các trường hợp này đặc
trưng các biến đổi thứ sinh của urani được xác định bởi tỷ lệ lượng các sunfua và
carbonat trong các đá chứa.
Tác giả của chương này đã làm thí nghiệm bằng thực nghiệm xác định các tỷ lệ
định lượng các sunfua và carbonat mà ở các tỷ lệ đó xác định đặc trưng này hay khác
của mơi trường nước. Các thí nghiệm được tiến hành như sau: các lượng hỗn hợp Pyrit
đã được nghiền nhỏ với CaCO3 (trong các tỷ lệ khác nhau) được đựng trong các bình,
đổ vào 500ml nước cất với pH = 5,6 theo chu kỳ khuấy đều giữ trong 45 ngày đêm.
Theo thời gian thí nghiệm tiến hành quan sát sự thay đổi độ pH của các dung dịch và
2
hàm lượng các ion SO 4 , Fe2+, Fe3+ (bảng 28).
Carbonat canxi cản trở sự tạo ra môi trường axit, thêm vào đó trong các điều kiện
phòng thí nghiệm khi độ kéo dài các thí nghiệm 45 ngày đêm điều đó quan sát được cả
khi tỷ lệ carbonat đối với Pyrit bằng 15. Trong các dung dịch khi đó phát hiện được
64
chỉ có lưu huỳnh, sắt bị oxi hóa, nhưng cẫn giữ ở pha rắn dưới dạng hydroxit. Trong
môi trường axit sunfat urani từ nacturan chuyển hóa mạnh hơn so với trong mơi trường
carbonat. Khi có mặt một mình Pyrit hàm lượng urani trong dung dịch tăng lên 100 lần
ngay cả khi pH = 4,5. Nếu như đồng thời với Pyrit trong pha rắn có mặt carbonat
canxi, cường độ chuyển hóa urani từ nacturan vào dung dịch bị giảm thấp, thêm vào
đó độ pH của các dung dịch bị biến đổi về phía kiềm hóa.
Mối liên quan của thành phần hóa học của nước với thành phần quặng, mà với
các quặng đó nước tiếp xúc, có thể được minh họa bởi các tài liệu phân tích phần nước
chảy ra từ các quặng này. Các phần nước chiết ra nhận được bằng cách sau: 150cm 3
quặng được nghiền nhỏ đến độ hạt 0,5-2mm và bằng nước cất rửa khỏi phần bụi được
trộn khuấy với 500ml nước cất có pH = 6,0, và giữ trong thời gian một ngày đêm. Các
dung dịch nhận được được lọc và phân tích. Đối với phần nước chiết ra đã lấy 12 mẫu
loại khác nhau của các quặng urani, sự mơ tả các quặng đó được đưa ra ở dưới đây.
65
Bảng 28. Sự thay đổi độ pH của dung dịch ở các tỷ lệ khác nhau của Pyrit và
CaCO3 trong pha rắn.
10
500
10
500 100
500 100
500 300
500
300
500 500
500 500
500
-
500
-
5,
8
5,
8
6,
4
6,
4
6,
5
6,
5
6,
7
6,
7
4,
9
4,
8
6,
6
6,
6
7,
0
7,
0
7,
7
7,
7
7,
7
7,
7
4,
8
4,
8
4,
6
4,
6
7,
6
7,
7
8,
0
8,
1
8,
1
8,
1
4,
1
4,
1
4,
3
4,
3
7,
4
7,
4
7,
5
7,
5
7,
3
7,
4
4,
0
4,
0
3,
6
3,
6
7,
6
7,
6
7,
5
7,
6
7,
6
7,
6
3,
6
3,
6
3,
5
3,
5
7,
4
7,
4
7,
4
7,
4
7,
5
7,
4
3,
5
3,
5
3,
5
3,
5
7,
0
7,
1
7,
6
7,
6
7,
7
7,
7
3,
5
3,
5
3,
3
3,
3
7,
4
7,
4
7,
7
7,
7
7,
7
7,
7
3,
3
3,
3
45 ngày đêm
10 ngày đêm
10 ngày đêm
45 ngày đêm
Fe3+
45 ngày đêm
Fe2+
S tổng
10 ngày đêm
45 ngày đêm
35 ngày đêm
Hàm lượng trong dung dịch mg/l
25 ngày đêm
20 ngày đêm
15 ngày đêm
10 ngày đêm
5 ngày đêm
Pyrit
500
1 ngày đêm
Độ pH của dung dịch
CaCO3
Lượng,
mg
12
130
4
30
0,1
0,4
11
130
4
30
0,1
0,4
11
100
0
0
0
0
10
100
0
0
0
0
9
110
0
0
0
0
10
100
0
0
0
0
8
94
0
0
0
0
9
110
0
0
0
0
17
110
32
0,3
0,3
0,4
19
130
32
0,3
0,3
0,4
Quặng No1 silikat - màu đen.Các đá chứa trachiliparit gồm fenspat (55%), các
khoáng vật sét (20%), thạch anh (5%), carbonat (3%).Có mặt sắt và cá hạt riêng lẻ
sunfua và amfibon.Các bột đen urani bao bọc các hạt đá dưới dạng các màng mỏng.
Quặng No2 - silikat với các khoáng vật thứ sinh của urani.Các đá vây quanh là
trachiliparit cùng thành phần khoáng vật như trong quặng No1.Các khoáng vật urani uranofan, kazolit, - uranotin - tạo ra các màng mỏng trên các hạt của đá.
Quặng No3 - đá vơi rắn chắc có vết đốm với số lượng không đáng kể đá phiến
than - silic. Trong đá vôi quan sát được các mạch dolomit và ankerit với pyrit và
chancopyrit có vật chất than dưới dạng các tích tụ mạch nhỏ. Urani là bột đen chứa lưu
huỳnh phân tán đều đặc trưng á tế vi.
Quặng No4 các đá phiến than - silic với bột đen. Các đá phiến chứa grafit, vật
liệu than và pyrit (chừng3%).Vật liệu than bị oxy hóa yếu.Urani là bột đen phân bố
không đều - phân tán và dạng màng, tái sinh.
Quặng No5 các đá thạch anh - carbonat - mica với bột đen.Có mặt chất hữu cơ
loại bitum dưới dạng các xâm nhiễm rất nhỏ.Pyrit (chừng 3%) tạo ra các màng
66
vỏmỏng trong chất hữu cơ và các xâm nhiễm hạt nhỏ trong các đá.Urani là các bột đen
phân tán hạt nhỏ.
Quặng No6 các đá vôi xanh lục - xám với chất hữu cơ, dolomit và limonit. Urani
chủ yếu là cacnotit thấm vào đá theo các khe nứt và lỗ hổng, thường nằm gần các tạp
chất hữu cơ.
Quặng No7 sunfua - nhựa.Các đá chứa thành phần silicat, thạch anh fenspat.Các sunfua là pyrit, cả chancopyrit và kovelin.Urani là nacturan, có mặt với số
lượng rất nhỏ là uranofan, otenit và tocbenit.Nacturan nằm ở các kết hạch với các
khoáng vật tạo đá.
Quặng No8.Các đá carbonat và thạch anh - xerixit với nacturan và bột
đen.Carbonat trong quặng chừng 65%, đá thạch anh - xerixit chiếm 34%, các sunfua
chừng 1%.Nacturan với hỗn hợp bột đen nằm cộng sinh với carbonat dưới dạng các
tạp chất phân tán hạt nhỏ trong đá thạch anh xerixit.
Quặng No9 - các đá phiến biotit và mutscovit.Urani là các khoáng vật thứ sinh
phân tán, bột đen và nacturan dưới dạng tạp chất hạt nhỏ và mạch nhỏ.Đồng hành với
nacturan là canxit, chancopyrit, acsennopyrit.
Quặng No10 là anbit-manhetit với nacturan và HeHagkebit.Anbitit gồm anbit và
clorit-biotit với các tạp chất và các mạch nhỏ manhetit và hematit.Có mặt pyrit (chừng
2%).Nacturan và HeHagkebut nằm cộng sinh chặt chẽ với canxit, manhetit, hematit.
Quặng No11.Các đá bị biến đổi và khống hóa thành phần silicat loại pocfia
thạch anh và pocfia granoxienit.Bột đen urani với chất lẫn cặn nacturan lấp đầy các
khe nứt và lỗ hổng nhỏ trong các đá và khống vật.Có mặt carbonat (chừng 7%) và các
sunfua (chừng 2%).Các sunfua thành tạo trong nacturan các mạch nhỏ và màng mỏng
dạng sợi.
Quặng No12.Các pocfia fenzit hạt cầu với nacturan.Khối lượng chủ yếu của đá là
dạng vảy, thủy tinh.Đá bị hematit hóa mạnh, có màu nâu-đỏ.Nacturan tạo ra các chất
lẫn dạng khối và các kết hạch hình bầu dục, các phần bị thủy hóa và chứa các mạch
nhỏ carbonat.Có mặt thạch cao và các thể lẫn galenit và macazit.
Từ các số liệu đã được đưa ra (Bảng 29,30) thấy rõ, khi tương tác của các quặng
urani với nước xảy ra sự hòa tan các sunfat, carbonat với sự chuyển hóa chúng thành
bicarbonat, sự oxy hóa hóa và hòa tan pyrit. Tương ứng là biến đổi độ pH của dung
dịch. Hàm lượng urani trong các dung dịch phụ thuộc không chỉ vào hàm lượng tuyệt
đối của urani trong quặng, mà còn vào các tính chất hóa học của các dung dịch. Kết
luận này cũng được xác nhận bởi các tài liệu các thí nghiệm theo sự rửa lũa của urani
bởi nước từ các đá phi quặng thành phần khác nhau. Như là có thể nhìn thấy từ bảng
31, số lượng urani chuyển hóa vào dung dịch từ các đá khi độ kéo dài rửa lũa 10 ngày,
không giống nhau và phụ thuộc ít vào hàm lượng urani trong đá. Tỉ lệ phần trăm cao
của sự chiết xuất urani vào dung dịch quan sát được các chỗ phần chiết ra từ các đá
phiến silic màu đen, gonai plagioklaz và than khoáng sản.
Trong đới trao đổi nước tích cực, ở đó tạo ra các nước rửa lũa, thành phần các đá
có ảnh hưởng hết sức lớn đến thành phần hóa học của nước. Do đó sự chuyển hóa của
urani vào dung dịch từ các đá, quặng và khoáng vật, cũng như sự vận chuyển của nó
trong nước có mối quan hệ chặt chẽ với các tính chất hóa học của mơi trường nước
67
được tạo ra khi tương tác của các đá với nước. Điều đó cần thiết tính tới khi đánh giá
các đá khác nhau như là các nguồn tiềm năng của urani trong quá trình thấm lọc thành
tạo các quặng urani.
Bảng 29. Các số liệu phân tích hóa học khơng tồn phần của các quặng
4,44 2,59 0,19
1,20
0,06
2
-
2,78
5,14
3,84 2,43
0,84
0,3
0
0,2
5
0,2
0
0,2
4
0,2
3
0,1
3
0,1
4
16,9
0
10,4
0
2,90 0,25 1,48
24,4
0,35
0,78
0,70
0,1
5,82
1,08
0,58
2,22
2,4
0,08 0,59
2,80
51,0
4
1,13
>0,
5
0,12
-
41,5
6
0,3
0,77
Tổng 4,97
-
17,8
3
8,44
0,16 0,57
3,29
1,87
Tổng 4,35
1,18
-
1,28
0,95
3,36 4,45 0,87
2,54
1,32
0,3
0
1,54
1,32
4,44 2,30
2,24
1,47
0,2
5,73
2,63
0,96 0,78 0,18
1,04
3,08
5
11,24
1,60
6
0,50
0,24
7
13,2
3
0,34
8
6,17
1,28
10
11
12
0,18
0,78
0,089
1,58
1,120
6,0
0,011
0,92
0,086
9,73
0,250
-
1,59
0,396
0,2
-
4,55
0,055
-
24,8
5,8
1
0,75
0,116
-
3,75
-
6,88
0,062
1,9
3
1,9
7
2,2
3
10,4
5
2,42
2,11
0,226
7,48
11,85
0
-
4,08
FeO
U
1,02
Fe2O3
1,06
3,0
13,9
1
17,4
3
13,9
6
16,5
8
trong CO2Hàm lượng carbonat
0,2
1
4
9
C.hữu cơ
0,26
Na2O
MgO
14,1
8
13,7
4
10,9
5
K2O
CaO
3
S sunfat
2
S tổng
1
Al2O3
Quặng số
Hàm lượng %
0,1
8
0,5
1
2,0
0,9
2
5,8
2
Bảng 30. Thành phần hóa học của các chiết xuất nước từ các quặng urani khác
nhau
0,089
1,120
+
K +Na
1
2
Hàm lượng trong dung dịch, mg/l
+
Hàm
lượng
Số
U
hiệu
trong
quặng
quặng,
%
Ca2+
Mg2+
HCO3 SO 22
Cl
CO2
tự do
3
2
26,8
24,3
7,2
6,34
30,0
36,6
4,0
5,0
28,9
44,2
78,5
75,7
Độ
pH
Hàm
lượng U
trong dd
10-4
mg/l
6,0
6,0
2,2
2,3
68
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0,011
0,086
0,250
0,396
0,055
0,116
0,062
2,42
0,226
11,85
3
4
50
3
40
4
6
21
35
2
20,0
31,4
37,17
35,7
21,4
24,3
54,3
13,5
24,3
42,8
14,5
13,3
120,6
6,3
11,5
1,8
120,6
6,1
16,9
12,0
85,4
61,0
91,5
73,5
122,0
61,0
207,4
112,2
122,0
61,0
69,0
105,3
134,9
82,3
41,1
54,3
10,6
23,0
58,4
117,0
3,8
14,9
5,6
4,6
14,9
3,5
9,9
11,1
12,0
3,55
26,5
0
70,0
26,5
30,8
35,4
29,0
28,3
26,4
35,0
6,0
4,3
4,9
7,8
7,8
6,2
7,0
6,8
7,2
6,2
31,0
18,0
8,0
0,2
6,0
0,6
5,7
20,0
22,0
85,0
Bảng 31. Sự rửa lũa urani từ các mẫu một số đá phi quặng
Đặc trưng vắn tắt của đá
Than đá khoáng sản Carbon
Granit Paleozoi
Granit Paleozoi
Granit tiền Cambri
Các đá phiến silic đen Paleozoi
Các đá phiến silic đen Paleozoi
Amfibolit tiền Cambri
Granit Gonai tiền Cambri
Gonai plagioklaz tiền Cambri
Đá phiến Gonai hai Mica
tiền Cambri
Đá phiến than silic Paleozoi
Đá vôi carbon
Hàm lượng Urani
Tại chỗ chiết
Trong đá, %
xuất nước, g/l
6,6.10-3
4,4.10-4
4,4.10-3
5,5.10-5
4,4.10-4
7,7.10-6
1,1.10-3
2,7.10-5
-4
6,6.10
7,7.10-5
4,4.10-4
2,7.10-5
6,6.10-4
6,6.10-6
6,6.10-4
2,2.10-5
4,4.10-5
4,4.10-6
Độ chiết xuất U
%
6,6
1,2
1,7
2,4
12
6,1
1
3,3
10
3,3.10-4
4,4.10-6
1,3
4,4.10-4
1,5.10-4
1,5.10-5
7,0.10-6
3,4
4,6
B. CÁC DẠNG VẬN CHUYỂN VÀ CÁC QUÁ TRÌNH LẮNG ĐỌNG CỦA
URANI
1. Các dạng vẫn chuyển của Urani
Các tính chất hóa học của uranicho phép đề xuất rằng các dạng lắng đọng của nó
trong các nước tự nhiên rất đa dạng. Theo các tài liệu của V.V Serbin (1957), trong đới
biểu sinh urani trong các dung dịch nước có thể được vận chuyển dưới các dạng sau
đây:
a) Sunfat dễ hòa tan của uranit UO2SO4, ổn định ở 0,1N hàm lượng của urani trong
các dung dịch với pH < 4,25; bắt đầu sự thủy phân sunfat uranil phụ thuộc vào
69
hàm lượng, nhưng khi hàm lượng nhỏ hơn 0,1N nó được dịch chuyển khơng
đáng kể;
b) Dung dịch keo (keo) hydroxit thành phần [UO2(OH)2]n, mang điện tích âm; độ
pH ổn định của các dung dịch này nằm trong khoảng 5-8;
c) Các carbonat phức dễ hòa tan thành phần Na 4[UO2(CO3)3], 0,1N dung dịch của
chúng có pH = 10,6, nhưng cả khi pH = 10,88 bắt đầu bị thủy phân với sự lắng
đọng urani; Geoehcoh và Makgohaibg (theo V.V Serbin, 1957) để bắt đầu sự
thủy phân người ta cho đại lượng pH = 11;
d) Các hợp chất muối kiềm phức dễ hòa tan, ổn định cho tới khoảng rộng của các
giá trị pH.
Khả năng vận chuyển urani trong các dung dich muối dưới dạng các hợp chất
này bắt nguồn từ các tính chất hóa học của urani. Đã biết không nhiều cách xác định
trực tiếp các dạng có mặt của urani trong các nước tự nhiên. Theo các tài liệu của
B.N.Lackorin… (1959), trong nước hồ được các tác giả nghiên cứu, phần lớn urani ở
dưới dạng ion Carbonat phức [UO2(CO3)3]4-, điều đó được gây ra bởi hàm lượng cao
của ion Bicarbonat trong nước khi pH bằng 8,4 - 8,7. Một số lượng nào đó của urani
trong nước này có điện tích dương, điều đó đã được xác định nhờ các nhựa trao đổi
ion, và ngoài ra, giả thiết rằng một phần urani ở dưới dạng phức chất với các vật chất
hữu cơ và ở trạng thái hấp thụ trên các thể lơ lửng mảnh nguồn gốc hữu cơ và khoáng
vật.
I.E.Xtarik và L.B.Koliadin (1957) đã nghiên cứu trạng thái của urani trong nước
biển bằng cách lọc vi, hấp thụ trên các nhựa và thủy tinh trao đổi ion, đo độ linh động
điện di. Đã xác định được rằng, urani trong nước đại dương khi pH = 7,5 ở trong trạng
thái ion phân tán, dự đoán dưới dạng anion phức chất carbonat.
Các tác giả của chương này đã nghiên cứu nước dưới đất của một số khoáng sàng
urani bằng phương pháp điện thẩm tích. Phương pháp điện thẩm tích được tiến hành
trên máy thẩm tách loại Pauli với các màng ngăn xelafan. Buồng giữa được đổ đầy
nước nghiên cứu, các buồng bên - là buồng chưng cất. Phép thẩm tách được tiến hành
cho đến khi trong các buồng bên cạnh ba lần đo cuối cùng pH không cho các giá trị
không đổi. Theo các tài liệu nhận được, trong các nước của các khoáng sàng urani thủy
nhiệt khi các giá trị pH của nước trong các khoảng 6-7 và hàm lượng urani n.10 -6 đến
n.10-4 g/l nó ở dưới dạng các ion mang điện tích dương cũng như điện tích âm, nhưng
phần lớn urani (80-40%) mang điện tích dương. Một phần nào đó của urani còn lại
trong buồng giữa, có lẽ là dưới dạng các phân tử khơng phân ly, các hạt keo hoặc các
ion được trùng hợp, thêm vào đó số lượng urani như thế trong các mẫu khác nhau của
nước là khác nhau - từ 6 đến 40% hàm lượng tổng cộng.
Các nghiên cứu tương tự đã được thực hiện với các dung dịch nhân tạo, nhận
được bằng cách rửa lũa nacturan, bột đen, các quặng urani sunfua và silicat bằng nước
cất. Trong các thí nghiệm với các chiết xuất nước từ bột đen và nacturan phần chủ yếu
70