一种高纯金属铀的提炼方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯金属铀的提炼方法，属于金属冶炼技术领域。将铀矿石置于硫酸溶液中进行微波处理，然后加入相应的阴阳离子交换树脂除去铀矿石中的磷、钒、锌、硼、钼等杂质，利用低温高频电场产生等离子电弧，在外磁场的作用下引入氩气和氢气的混合气，在氩等离子体和氢等离子体的双重作用下进行连续提炼，得到电子级纯铀，最后经过直拉单晶和高精度的切割得到高纯金属铀。本发明专利技术进一步提高了金属铀的纯度，解决了传统复杂的铀提炼行业高能耗、高污染、高成本及纯度低的问题，可操作性强，提炼效率高，值得推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属冶炼
，具体涉及一种高纯金属铀的提炼方法。
技术介绍
铀为一种稀有金属，在地壳中的含量很高，由于铀的化学性质很活泼，因此自然界中不存在游离态的金属铀，主要以化合状态存在着。铀的用途十分广泛，在军事上可用于制造核武器和核动力燃料，铀资源的勘察开发是国家战略性产业，是国防与核电建设的重要物质基础，因此，提炼高纯金属铀有着重要意义。目前，提炼铀金属的主要方法为湿法冶金法，提炼过程存在方法单一、成本高、污染重及纯度不佳的问题。公告号为CN102312094B的专利技术专利公开了一种从含铀的铌钽浸出尾渣中提取铀的方法，包括硫酸浸出、萃取、反萃取、提纯——萃取和提纯——反萃取等步骤，减少了原材料消耗，减少了能耗，解决了从复杂基体中提取铀的工艺难题，成功制得了合格铀产品，但是工艺过程采用多次萃取方法，不但工艺过程复杂，提取时间长，而且得到的金属铀的纯度不高，粗铀中含有较多的钒、铬等难分离金属杂质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高纯金属铀的提炼方法，具有环保、成本低、可操作性强及金属纯度高的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高纯金属铀的提炼方法，包括以下步骤：(1)预处理：将铀矿石进行球磨成粉，接着加入铀矿石重量的8-10倍的质量浓度为1.5-2.0g/L的硫酸溶液，放入微波反应器中进行微波预处理，得到金属盐溶液，备用；(2)除杂处理：将步骤(1)得到的金属盐溶液加入至阴阳离子交换树脂中，并且在阴阳离子交换树脂两端安装一对阴阳电极，通入高压直流电，从而将铀矿石中的镍、钒、锌、铜、铌、钽、铬金属杂质以离子形式被除去，得到金属溶液备用；(3)制取金属粗铀：在步骤(2)得到的金属溶液中加入质量浓度为6-8mol/L的盐酸溶液，并置于电解槽中进行电解，然后在80-90℃温度下往经电解后的溶液中加入氢氟酸，得到四氟化铀沉淀，水洗、干燥，得到四氟化铀固体，再将四氟化铀固体与金属镁粉末混合均匀置于一还原装置中，将还原装置加热至500-700℃，充分反应后将还原装置冷却，得到金属粗铀固体，备用；(4)等离子提炼：将步骤(3)所得的金属粗铀固体置于一等离子装置中，引入体积比例为1:1-1:1.5的氩气和氢气的混合气，在低温高频电场作用下形成氩等离子体和氢等离子体，在低真空条件下用氩等离子体和氢等离子体加热金属粗铀固体，在电场作用下得到金属铀热电子，得到电子级纯铀，备用；(5)直拉单晶：将步骤(4)制得的电子级纯铀置于一高纯度石英坩埚中，接着使用石墨电阻加热熔化电子级纯铀，得到金属铀熔体，然后将具有特定晶向的籽晶插入金属铀熔体表面进行熔接，将所述籽晶垂直提升至金属铀熔体表面外，得到金属铀液体，在金属铀液体中通入氩气，使得金属铀液体中的晶体固化，从而得到金属铀单晶；(6)切割成型：再将步骤(5)得到的金属铀单晶放入高精度的切割机中切割成型，得到所需产品高纯金属铀。进一步地，本专利技术在预处理过程中，所述微波反应器中设有搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌速度为550-650r/min，有利于铀矿石在硫酸溶液中的充分溶解，促进将含铀多金属物料中的杂质除去；进一步地，本专利技术在预处理过程中，所述微波预处理条件为：微波功率500-600MPa，微波温度70-80℃，反应时间为60-90min，有效促进金属以金属盐形式存在于溶液中，温度太高容易导致偏酸金属盐的生成，产生更多的杂质；进一步地，本专利技术在除杂处理过程中，所述阴阳电极采用孔径小于阴阳离子交换树脂粒径的微孔网状电极，有助于充分分离金属盐溶液中的离子，防止树脂吸附的离子再次进入金属盐溶液中；进一步地，本专利技术在等离子提炼过程中，所述低真空条件的真空度为10-15Pa，在这一真空度下，有助于等离子体快速有效提炼金属，提高金属铀的提炼效率。综上所述，采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用带有搅拌装置的微波反应器处理铀矿石，能够促进硫酸溶液将含铀多金属物料充分溶解，使得金属以金属盐形式存在于溶液中，从而进一步将铀矿石中的杂质除去。(2)本专利技术采用阴阳离子交换树脂的电去离子方法对金属盐溶液进行处理，处理效果显著，防止树脂吸附的离子再次进入溶液中，有效除去杂质，同时，高压直流电能够促进离子交换树脂颗粒交界面上的阴阳离子分离，从而对失效的离子交换树脂进行再生，使得被再生下来的离子能够有效排出。(3)本专利技术利用等离子电弧引进氩等离子体和氢等离子体，使得金属铀以电子形式被提炼出来，有助于获得纯度更高的金属铀，提高高纯金属铀的提炼效率，无环境污染，对金属无破坏性，提炼效果显著。总之，本专利技术各步骤科学合理，相辅相成，可操作性强，有效将含铀多金属物料中的各金属分离，从而进一步提高了金属铀的纯度，无环境污染，对金属无破坏性，成本低，提炼效率高、效果显著，值得推广应用。【具体实施方式】以下通过具体实施例对本专利技术作进一步详述。实施例1一种高纯金属铀的提炼方法，包括以下步骤：(1)预处理：将铀矿石进行球磨成粉，接着加入铀矿石重量的8倍的质量浓度为1.5g/L的硫酸溶液，放入微波反应器中进行微波预处理，得到金属盐溶液，备用；其中，所述微波反应器中设有搅拌装置；所述搅拌装置的搅拌速度为550r/min；所述微波预处理条件为：微波功率500MPa，微波温度70℃，反应时间为60min；(2)除杂处理：将步骤(1)得到的金属盐溶液加入至阴阳离子交换树脂中，并且在阴阳离子交换树脂两端安装一对阴阳电极，通入高压直流电，从而将铀矿石中的镍、钒、锌、铜、铌、钽、铬金属杂质以离子形式被除去，得到金属溶液备用；其中，所述阴阳电极采用孔径小于阴阳离子交换树脂粒径的微孔网状电极；(3)制取金属粗铀：在步骤(2)得到的金属溶液中加入质量浓度为6mol/L的盐酸溶液，并置于电解槽中进行电解，然后在80℃温度下往经电解后的溶液中加入氢氟酸，得到四氟化铀沉淀，水洗、干燥，得到四氟化铀固体，再将四氟化铀固体与金属镁粉末混合均匀置于一还原装置中，将还原装置加热至500℃，充分反应后将还原装置冷却，得到金属粗铀固体，备用；(4)等离子提炼：将步骤(3)所得的金属粗铀固体置于一等离子装置中，引入体积比例为1:1的氩气和氢气的混合气，在低温高频电场作用下形成氩等离子体和氢等离子体，在低真空条件下用氩等离子体和氢等离子体加热金属粗铀固体，在电场作用下得到金属铀热电子，得到电子级纯铀，备用；其中，所述低真空条件的真空度为10Pa；(5)直拉单晶：将步骤(4)制得的电子级纯铀置于一高纯度石英坩埚中，接着使用石墨电阻加热熔化电子级纯铀，得到金属铀熔体，然后将具有特定晶向的籽晶插入金属铀熔体表面进行熔接，将所述籽晶垂直提升至金属铀熔体表面外，得到金属铀液体，在金属铀液体中通入氩气，使得金属铀液体中的晶体固化，从而得到金属铀单晶；(6)切割成型：再将步骤(5)得到的金属铀单晶放入高精度的切割机中切割成型，得到所需产品高纯金属铀。实施例2一种高纯金属铀的提炼方法，包括以下步骤：(1)预处理：将铀矿石进行球磨成粉，接着加入铀矿石重量的10倍的质量浓度为2.0g/L的硫酸溶液，放入微波反应器中进行微波预处理，得到金属盐溶液，备用；其中，所述微波反应器中设有搅拌装置；所述搅拌装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯金属铀的提炼方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预处理：将铀矿石进行球磨成粉，接着加入铀矿石重量的8‑10倍的质量浓度为1.5‑2.0g/L的硫酸溶液，放入微波反应器中进行微波预处理，得到金属盐溶液，备用；(2)除杂处理：将步骤(1)得到的金属盐溶液加入至阴阳离子交换树脂中，并且在阴阳离子交换树脂两端安装一对阴阳电极，通入高压直流电，从而将铀矿石中的镍、钒、锌、铜、铌、钽、铬金属杂质以离子形式被除去，得到金属溶液备用；(3)制取金属粗铀：在步骤(2)得到的金属溶液中加入质量浓度为6‑8mol/L的盐酸溶液，并置于电解槽中进行电解，然后在80‑90℃温度下往经电解后的溶液中加入氢氟酸，得到四氟化铀沉淀，水洗、干燥，得到四氟化铀固体，再将四氟化铀固体与金属镁粉末混合均匀置于一还原装置中，将还原装置加热至500‑700℃，充分反应后将还原装置冷却，得到金属粗铀固体，备用；(4)等离子提炼：将步骤(3)所得的金属粗铀固体置于一等离子装置中，引入体积比例为1:1‑1:1.5的氩气和氢气的混合气，在低温高频电场作用下形成氩等离子体和氢等离子体，在低真空条件下用氩等离子体和氢等离子体加热金属粗铀固体，在电场作用下得到金属铀热电子，得到电子级纯铀，备用；(5)直拉单晶：将步骤(4)制得的电子级纯铀置于一高纯度石英坩埚中，接着使用石墨电阻加热熔化电子级纯铀，得到金属铀熔体，然后将具有特定晶向的籽晶插入金属铀熔体表面进行熔接，将所述籽晶垂直提升至金属铀熔体表面外，得到金属铀液体，在金属铀液体中通入氩气，使得金属铀液体中的晶体固化，从而得到金属铀单晶；(6)切割成型：再将步骤(5)得到的金属铀单晶放入高精度的切割机中切割成型，得到所需产品高纯金属铀。...

【技术特征摘要】
1.一种高纯金属铀的提炼方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预处理：将铀矿石进行球磨成粉，接着加入铀矿石重量的8-10倍的质量浓度为1.5-2.0g/L的硫酸溶液，放入微波反应器中进行微波预处理，得到金属盐溶液，备用；(2)除杂处理：将步骤(1)得到的金属盐溶液加入至阴阳离子交换树脂中，并且在阴阳离子交换树脂两端安装一对阴阳电极，通入高压直流电，从而将铀矿石中的镍、钒、锌、铜、铌、钽、铬金属杂质以离子形式被除去，得到金属溶液备用；(3)制取金属粗铀：在步骤(2)得到的金属溶液中加入质量浓度为6-8mol/L的盐酸溶液，并置于电解槽中进行电解，然后在80-90℃温度下往经电解后的溶液中加入氢氟酸，得到四氟化铀沉淀，水洗、干燥，得到四氟化铀固体，再将四氟化铀固体与金属镁粉末混合均匀置于一还原装置中，将还原装置加热至500-700℃，充分反应后将还原装置冷却，得到金属粗铀固体，备用；(4)等离子提炼：将步骤(3)所得的金属粗铀固体置于一等离子装置中，引入体积比例为1:1-1:1.5的氩气和氢气的混合气，在低温高频电场作用下形成氩等离子体和氢等离子体，在低真空条件下用氩等离子体和氢等离子体加热金属粗铀固体，在电场作用下得到金属铀热电子，得到电子级...

【专利技术属性】
技术研发人员：石翠玲，
申请(专利权)人：柳州市圣垒贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45