در لیچینگ اسیدی معمولاً از اسید سولفوریك و در لیچینگ قلیایی معمولاً از محلول كربنات بی كربنات سدیم دقیق استفاده می كنند.

لیچینگ كربناتی (قلیایی) مواد ریزتر می خواهد و انتخابی تر عمل می كند، به طور مثال كانه های حاوی بیشتر از 9-7 درصد كربنات بهتر است كه به صورت كربناتی لیچ شوند. البته سایر فاكتورها نیز باید منظور شوند كه عبارتند از میزان بازیابی اورانیوم، آب مصرفی، … . اگرچه لیچینگ اسیدی در بیشتر كارخانه های اورانیوم استفاده می شود، ولی لیچینگ قلیایی نیز دارای مزایایی به شرح زیر است:

- محلول برای كانی های اورانیوم به صورت خاص عمل می كند. با بیشتر گانگها واكنش نمی دهد.

- محلول كربناتی در مقایسه با منحلول اسیدی خورندگی كمتری دارد.

- اورانیوم می تواند مستقیماً از محلول رسوب داده شود، و جدایش آن از عناصر دیگر آسانتر می گردد.

- محلول كربناتی به آسانی می تواند باز تولید شود.

این روش معایبی نیز دارد كه به شرح زیر است:

- برای در برگرفتن كانی های اورانیوم توسط محلول خردایش ریز نیاز است چرا كه قادر به حل كردن و نفوذ در گانگ نیست.

- بعضی كانی های گانگ مثل سولفات كلسیم و پیریت ی توانند با معرف قلیایی واكنش داده و مصرف آنرا بالا ببرند.

- بیشتر كانی های مقاوم اورانیوم در وضعیت قلیایی حل نمی شوند.

بنابراین خواص كانی شناس كانه نیز در تعیین نوع عملیات موثرند، اسیدی یا قلیایی بودن عملیات بستگی به گانگ موجود و نوع كانی اورانیوم دارد.

لیچینگ اسیدی

مقدمه

روش لیچینگ انتخابی برای حل اورانیوم از كانه بستگی به خواص فیزیكی و شیمیایی كانه از قبیل نوع كانی های اورانیوم، درجه آزادی، طبیعت دیگر كانی‌های موجود در تركیب دارد.

لیچینگ اسیدی عموماً به لیچینگ با اسید سولفوریك اشاره دارد. اسید نیتریك خواص اكسید كنندگی قوی دارد ولی بسیار گرانقیمت تر از اسید سولفوریك است كه نیترات اورانیل در محلول رقیق تشكیل خواهد شد. نیترات اورانیل سازگار بااستفاده از روش تعویض یونی نوع آنیونیكی می باشد. اسید نیتریك زمانی كه عملیات روی كانه عیار بالاست استفاده می شود. اسید هیدروكلریك برای لیچینگ در عملیاتی كه از تشویه نمكی استفاده شده است، كاربرد دارد. در این عملیات اسید از گازهای تشویه بازیابی می شود. از طرف دیگر اسید هیدروكلریك بسیار گرانقیمت است. همچنین خورندگی شدید دارد. كلریدفریك و سولفات فریك همچنین برای بسیاری از كانی‌های اورانیم دار به عنوان Lixiviantاستفاده می شود.

اسید سولفوریك در محلول به شكل سولفات و بی سولفات و یون هیدروژن یونیزه می‌شود. در واكنش با اورانیوم شش ظرفیتی تولید سولفات اورانیل و كمپلكس آنیونیك سولفات اورانیل طبق واكنش زیر می كند:

اورانیوم حل شده ممكن است در هر یك از شكلهای فوق یافت شود، كه به غلظت اورانیوم و اسید، درجه حرارت و دیگر كمپلكسهای موجود در سیستم بستگی دارد. حضور یون سولفات برای تشكیل كمپلكس یون اورانیل مهم است و عدم حضور آن به رسوب فلز طبق واكنش زیر كمك می كند:

از نقطه نظر ترمودینامیكی، هیدرولیز اورانیل، آسانتر از واكنشهای كمپلكس شدن است. با وجود این با حضور یون سولفات، واكنش كمپلكس از نظر سینتیك مساعدت می شود.

یكی از مزایای استفاده از اسید سولفوریك در لیچینگ تولید كمپلكس سولفات آنیونیكی است، چرا كه رزین های تعویض یونی آنیونیك، خاصیت انتخابی بیشتری نسبت به نوع كاتیونیك برای اورانیوم دارند.

اورانیوم موجود در كانی ها در شكل 4 ظرفیتی باید قبل از حل شدن، اكسید شونده آهن فریك به عنوان یك اكسید كننده اصلی عمل می كند، كه اورانیوم 4 ظرفیتی را در عملیات لیچینگ اسیدی، اكسید می كند. آهن در اثر وجود در تركیبات كانی ها یا عملیات مقدماتی، سائیده شدن آسیا و سنگ شكن ها، همیشه حضور دارد. ولی ممكن است به صورت فرو (دو ظرفیتی) باشد. از دی اكسید منگنز (پیرولوزیت) جهت اكسید كردن آهن II به آهن III استفاده می شود.

مصرف اسید تابعی از تركیب گانگ موجود در كانه است، كلیت، دولومیت، مگنزیت و سیدریت سریعاً با اسید دقیق در دمای معمولی واكنش می دهند. سولفیدها، آهن فلزی، بعضی فسفاتها، مولیبداتها، و اناداتها، اكسیدها، فلوریدها اسید اضافی را مصرف می كنند و محلول را هنگامی كه درجه حرارت یا غلظت اسید افزایش یابد، آلوده می كنند. واكنشهای تیپیك به شرح زیر است:

انحلال بعضی كمپلكسهای آلومینوسیلكاتها مثل رسهای هیدراته یا دیگر سبكلاتها قابل حل در اسید ممكن است با بالا رفتن درجه حرارت اتفاق افتد، كه طبق واكنش زیر عمل می شود:

اسید سیلیك و شكل كلوئیدی دارد، كه ممكن است به صورت ژله ای رسوب نماید، این امر باعث بروز مشكلاتی در مراحل بعدی می شود و رسوب مجدد بعد از انحلال یك موضوع مهم در شیمی لیچینگ است. شكست و نگهداشتن وضعیت اكسیداسیون در محلول ممكن است تركیبات نمكی اورانیوم را نتیجه دهد، كه در مقادیری از PH از محلول رسوب می كند.

متغیرهای فرآیند

دانه بندی ماده معدنی

یكی از مهمترین اهداف خردایش در فرآوری مواد معدنی آزادسازی كانی‌های با ارزش از مواد با طله همراه در درشتترین ابعاد ممكن است. در حقیقت تولید یك محصول پرعیار در گرو مطالعه صحیح سایز و درجه آزادی است، اگرچه در فرآیندهای هیدرومتالورژیكی مسئله بدین شدت نیست، كافی است تا بخشی از كانی در معرض تماس با حلال قرار گیرد. آزادسازی كافی كانی های اورانیوم برای اغلب كانه‌های ایالات متحده آمریكا برای آماده سازی لیچینگ اسیدی با خردایش تا زیر 28 مش با 30 تا 40 درصد زیر 200 مش بدست می آید. كانه های استرالیا و كانادا حاوی برانریت یا دیویدیت خردایش تا 55-60 درصد زیر 200 مش نیاز دارند، تا لیچینگ رضایت بخش بدست آید. خردایش بیشتر باعث افزایش ویسكوزیته پالپ می شود. بنابراین اثر معكوس روی سرعت لیچینگ داد.

غلظت اسید

عمده ترین نیاز عملیات لیچینگ، كافی نگهداشتن غلظت اسید برای حمله به كانی‌های اورانیوم بدون حل كردن مقادیر زیاد از گانگهای درگیر با كانه است. برای رسیدن به چنین مقادیر كافی، مقداری اسید ابتدائاً باید برای خنثی كردن كانی های كربناتی گانگ اضافه شود، كه قبل از كانی های اورانیو واكنش خواهند كرد. در بعضی كانه‌های حاوی آهك زیاد، بالای 400 پوند برش كانه، اسید سولفوریك ممكن است مصرف شود.

بسته به نوع كانی های اورانیوم موجود، غظت اسید آزاد از 1 تا 90 گرم بر لیتر ممكن است در دوره انحلال نیاز باشد. مصرف اسید منحصراً برای استخراج اورانیوم در ایالات متحده در دامنه 40 تا 120 پوند اسید سولفوریك بر تن كانه است. هنگامی كه وانادیوم نیز موجود باشد این مقدار تا 300 پوند بر تن كانه می رسد.