nh hng ca thnh phn vt cht ca qung n s chuyn húa ca Urani vo dung dch nc

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 15. 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 (chừng3%).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