Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết pà lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion

Bộ Khoa học và Công nghệ
Viện năng lợng nguyên tử việt nam
************


Báo cáo tổng kết
đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ
Năm 2008 - 2009



Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết
bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa
bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion
M số: ĐT/05-08/NLNT



Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Xạ hiếm
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Lê Quang Thái


8756

Hà Nội, Tháng 04/2011

2

Danh sách những ngời tham gia thực hiện đề tài


TT Họ và tên Trình độ Đơn vị
1 Lê Thị Kim Dung ThS Trung tâm CNCB quặng PX
2 Nguyễn Hồng Hà CN Trung tâm CNCB quặng PX
3 Đoàn Thị Mơ CN Trung tâm CNCB quặng PX
4 Hoàng Bích Ngọc CN Trung tâm CNCB quặng PX
5 Nguyễn Đình Văn KS Trung tâm CNCB quặng PX
6 Vũ Khắc Tuấn CN Trung tâm CNCB quặng PX
7 Nguyễn Duy Pháp ThS Trung tâm CNCB quặng PX
8 Trịnh Nguyên Quỳnh CN Trung tâm CNCB quặng PX
9 Đoàn Đắc Ban KTV Trung tâm CNCB quặng PX
10 Bùi Thị Bảy CN Trung tâm CNCB quặng PX
11 Lê Thị Hồng Hà KTV Trung tâm CNCB quặng PX
12 Trần Văn Hòa KS Trung tâm XLCTPX&MT


3
Tóm tắt
Hoà tách quặng urani bằng kỹ thuật trộn ủ với axit mạnh sau đó rửa và xử
lý dung dịch bằng phơng pháp trao đổi ion đã đợc sử dụng với quy mô sản
xuất ở một số mỏ trên thế giới do những u điểm của chúng.
Trên cơ sở các số liệu thu đợc từ những đề tài nghiên cứu khoa học công
nghệ trớc đây tại Viện Công nghệ xạ hiếm, học tập những kinh nghiệm của các
nớc, đề tài "Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận
urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion" đã
đợc thực hiện và hoàn thành.
Đề tài đã đa ra đợc một quy trình công nghệ xử lý quặng cát kết khu

vực Pà Lừa trên hệ thiết bị hoàn chỉnh từ khâu gia công quặng, hoà tách, trao đổi
ion và kết tủa sản phẩm trên hệ thống thiết bị tơng đối đồng bộ. Theo quy trình
này, hiệu suất thu hồi urani đạt đợc khoảng 76% và chất lợng sản phẩm urani
kỹ thuật đạt 80% U
3
O
8
. Quy trình thao tác của các công đoạn đơn giản, dễ thực
hiện.
Đã xây dựng đợc hệ thống thiết bị đồng bộ, quy mô và năng suất của các
thiết bị tơng đối hợp lý. Năng suất của toàn bộ quá trình hoàn toàn tùy thuộc
vào năng suất công đoạn hòa tách.
Cải tiến cơ bản trong công đoạn hoà tách là giảm độ ẩm khi trộn với axit
(6,6%) đảm bảo đủ độ xốp có thể chuyển thẳng vào đống. Việc thay thế tác
nhân ôxy hóa KClO
3
bằng bột MnO
2
đã tránh đợc sự sinh ra khí clo ảnh hởng
trực tiếp tới ngời lao động và môi trờng. Trong giai đoạn rửa bã quặng để thu
dung dịch hòa tách ở quy mô 3 tấn quặng/mẻ, lần đầu tiên đã sử dụng giải pháp
tới dạng phun ma trên bề mặt lớp bã quặng, đảm bảo dung dịch phân bố đồng
đều, đảm bảo hiệu quả rửa thu urani cao.
Trong công đoạn xử lý dung dịch hòa tách, hệ trao đổi ion liên tục năng
suất 20 lít/giờ đã đợc thiết kế, chế tạo thành công và thử nghiệm có hiệu quả.
Đã tính toán các thông số công nghệ trong các giai đoạn hấp thu và rửa giải và
xây dựng đợc quy trình vận hành đảm bảo hiệu suất thu hồi urani cao và mức
độ làm giàu và làm sạch dung dịch.
Để đảm bảo chất lợng sản phẩm urani kỹ thuật, công đoạn kết tủa sản
phẩm gồm 2 giai đoạn là kết tủa sơ bộ bằng sữa vôi để tách phần sắt trong dung

dịch rửa giải, sau khi lọc bỏ bã tạp chất, kết tủa bằng dung dịch H
2
O
2
có duy trì
pH bằng dung dịch NH
4
OH, không cần thiết bị có gia nhiệt.
Đã tính toán đợc các chi phí nguyên vật liệu cơ bản, chi phí năng lợng
và nhân công của tất cả các công đoạn xử lý. Qua tính toán có thể thấy rằng giá
thành xử lý quặng phụ thuộc nhiều vào hàm lợng urani trong quặng.

4
Abstract
Leaching of uranium ores by mixing and curing with strong acid then
washing and solution concentration angd purification with ion exchange were
used to production scale in some mines in the world due to their advantages.
Based on data collected from research subjects of science and technology
previously at Institute for Technology of Radioactive and Rare Elements and
studying the experience of other countries, the topic "Completing the
technological flowsheet and device for recovery of technical product of uranium
from Pa Lua sandstone ore by mixing and curing techniques and ion-exchange"
has been implemented and completed.
The topic made a technological flowsheet for processing of Pa Lua
sandstone ore including crushing, leaching, ion exchange and precipitation of
product on a relatively synchronous system of equipments. Under this
flowsheet, uranium efficiency of recovery achieved approximately 76%, product
contains 80% U
3
O

8
. Operation of stages is simple and easy to implement.
Has built a complete equipment system, the size and productivity of the
equipments are relatively reasonable. Productivity of the whole process entirely
depends on the capacity of the leaching stage.
Basic improvement in leaching stage is to reduce moisture when mixed
with acid (6.6%). This ensured sufficient porosity to move straight into the pile.
Replacing of KClO
3
oxidation agent by MnO
2
powder has avoided the effects of
chlorine gas generated directly to workers and the environment. In the period of
ore residue washing for recovery pregnant solution in scale of 3 tons of
ore/batch, for the first time procedure of spray solution as rain on the surface of
ore residue was used to ensure uniform solution distribution and high efficiency
of uranium recovery.
In the concentration and purification of pregnant solution, a continuous
ion exchange system of yield 20 l/h have been designed, made successfully and
tested effectively. Technological parameters of stages of adsorption and elution
were calculated. Operational flowsheet of system was developed to ensure high
uranium efficiency of recovery and high degree of enrichment and purification.
To ensure quality technical product of uranium, precipitation includes 2
steps. First, a preliminary precipitation with lime milk was carried out to
separate the iron in the solution. After filtering residue of impurities, product
was precipitated by H
2
O
2
solution during maintaining a pH by NH

4
OH solution
without heating device.
The costs of basic materials, energy and labor costs of all processing
stages were also calculated. Results of calculation showed that the ore
processing cost depended on the content of uranium in ores.

5
Mở đầu
Trong Kế hoạch tổng thể thực hiện Chiến lợc ứng dụng năng lợng
nguyên từ vì mục đích hoà bình đến năm 2020 mà Chính phủ đã phê duyệt có
một đề án liên quan tới công nghệ xử lý quặng urani để thu nhận urani kỹ thuật
là Đề án 15 Điều tra, đánh giá, thăm dò tài nguyên urani nhằm mục tiêu hoàn
thành về cơ bản việc điều tra, đánh giá, thăm dò trữ lợng và hiệu quả kinh tế xã
hội của việc khai thác và chế biến tài nguyên làm cơ sở cho hoạch định quốc gia
về khai thác thơng mại và với nội dung điều tra để phát hiện các loại hình mỏ
quặng rrani có giá trị kinh tế, tập trung thăm dò urani vùng bồn trũng Nông Sơn
(Quảng Nam) với mục tiêu 8.000 tấn U
3
O
8
trữ lợng cấp 122, thăm dò các diện
tích khác đã đợc đánh giá để gia tăng thêm trữ lợng.
Để thực hiện đề án 15, Liên đoàn Địa chất xạ hiếm đã đợc giao lập và đã
bắt đầu triển khai thực hiện đề án thăm dò quặng urani khu vực Pà Lừa - Pà
Rồng, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam, trong đó Viện Công nghệ xạ hiếm
tham gia vào dự án thành phần Xử lý mẫu công nghệ để thu nhận urani kỹ thuật.
Việc đánh giá khả năng tách và chế tạo urani kỹ thuật từ mỗi đối tợng quặng
phát hiện đợc là một nhiệm vụ của quá trình tìm kiếm thăm dò tài nguyên
urani. Giá trị nguồn tài nguyên phụ thuộc rất nhiều vào hiệu quả của các giải

pháp công nghệ về khai thác và xử lý quặng đã áp dụng trong quá trình thực
hiện đề án thăm dò.
Trong 2 năm 2006 - 2007, nhóm tác giả đã thực hiện đề tài đã thực hiện
đề tài: Xử lý quặng urani khu vực Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ ở quy mô 500
kg/mẻ để thu urani kỹ thuật. Trong đề tài đã nghiên cứu áp dụng kỹ thuật trộn
ủ để hoà tách quặng cát kết chứa cả loại hình cha phong hoá và phong hoá. Kết
quả nghiên cứu cho thấy kỹ thuật này có thể áp dụng thành công ở quy mô lớn
hơn. Tuy nhiên, để có thể áp dụng đợc cần phải hoàn thiện kỹ thuật này, đồng
thời cần nghiên cứu một cách tổng thể hơn với các công đoạn xử lý tiếp theo và
trên hệ thống thiết bị nhất định.
Đề tài Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận
urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion đợc
thực hiện nhằm đạt hai mục tiêu, một là hoàn thiện hệ thống thiết bị công nghệ
và quy trình công nghệ thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ
thuật trộn ủ và trao đổi ion trên hệ thiết bị trao đổi liên tục quy mô sau phòng thí
nghiệm, hai là xây dựng phơng pháp tính toán các chi phí cho toàn bộ quá trình
thu nhận urani kỹ thuật theo dây chuyền công nghệ thử nghiệm này.
Để đạt đợc những mục tiêu đã đặt ra, đề tài đã tập trung nghiên cứu các
vấn đề sau:
1. Nghiên cứu bổ sung quá trình trao đổi ion trong phòng thí nghiệm;

6
2. Nghiên cứu khả năng hấp thu urani và làm việc của nhựa đối với dung dịch
hoà tách thu đợc từ quá trình trộn ủ trong phòng thí nghiệm;
3. Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ để xử lý dung dịch hoà tách
bằng trao đổi ion trên cột đơn trong phòng thí nghiệm;
4. Xác định thông số cơ bản và thiết kế chi tiết hệ trao đổi ion liên tục công
suất 20 lít dung dịch/giờ;
5. Nghiên cứu quá trình xử lý dung dịch hoà tách trên hệ trao đổi ion liên tục;
6. Nghiên cứu quá trình kết tủa urani kỹ thuật dễ lọc, rửa;

7. Xử lý quặng thu nhận urani kỹ thuật và hoàn thiện quy trình công nghệ trên
hệ thống dây chuyền thiết bị;
8. Tính toán chi phí xử lý quặng theo sơ đồ công nghệ xử lý quặng trên hệ
thống thiết bị thử nghiệm.
Ngoài ra đề tài cũng thực hiện một số nội dung phục vụ cho các nội dung
nghiên cứu trên đây.
Các nội dung của đề tài đợc thực hiện trong 24 tháng từ tháng 03/2008
đến tháng 2/2010 tại Trung tâm Công nghệ xử lý quặng phóng xạ, Viện Công
nghệ xạ hiếm với tổng kinh phí 600 triệu đồng từ Ngân sách nhà nớc. Việc sử
dụng kinh phí hoàn toàn đúng theo quy định của Nhà nớc.

7
Phần I. Tổng quan
I.1 . Cơ sở phơng pháp
I.1.1. Công nghệ xử lý quặng chứa urani
Hiện nay, mặc dù các nhà máy xử lý quặng uran trên thế giới sử dụng các
quy trình công nghệ khác nhau, chúng đều có một số công đoạn chính nh
nhau. Sơ đồ công nghệ xử lý quặng urani đợc đa ra trong hình 1.1.

Chuẩn bị quặng
Hoà tách
Tách rắn lỏng
Thu hồi urani
(Hấp thu, chiết)
Thu hồi urani
(Rửa giải, giải hấp)
Kết tủa
Sấ
y
Sản
p
hẩm
Xử lý sơ bộ
Đập
Nghiền
Nung, tuyển
Hoà tách axit hoặc
Hoà tách cacbonat
L

ọ
c
Trao đổi ion hoặc
Chiết dung môi
Kết tủa
P
hụ thuộc vào khoáng vật và khối lợng
quặng
P
hụ thuộc vào lợng và độ sạch
của urani
Quặng
H
ình 1.1.
S
ơ đồ côn
g
n
g
h
ệ
xử l
ý

q
u
ặ
n
g
chứa uran

[
13
]


8
Có thể chia sơ đồ làm hai phần, phần đầu chủ yếu phụ thuộc vào khoáng
vật và khối lợng của quặng đợc xử lý, và phần thứ hai chủ yếu phụ thuộc vào
yêu cầu về lợng urani đợc thu hồi và độ sạch của sản phẩm.
Chuẩn bị quặng: bao gồm các công việc nh trộn, đập, nghiền, nung quặng
nhằm mục đích chuẩn bị nguyên liệu cho phép thu hồi uran nhiều nhất và giảm
tối thiểu các chi phí trong các công đoạn tiếp theo. Một số loại quặng đòi hỏi tất
cả các công việc trên, một số khác thì chỉ cần một hoặc hay công việc.
Hoà tách: đặc tính hoà tách đợc xác định bởi thành phần khoáng vật. Mục tiêu
của hoà tách là nâng cao hiệu suất tách urani ra khỏi quặng, hạn chế lợng tạp
vào dung dịch và giảm chi phí. Tuỳ theo loại quặng mà ngời ta có thể áp dụng
phơng pháp hoà tách bằng cacbonat (đối với quặng có hàm lợng cacbonat
cao) và hoà tách bằng axit sunfuric. Đối với quặng cát kết vùng Nông Sơn,
phơng pháp hoà tách bằng axit sunfuric đã đợc thử nghiệm cho cả phơng
pháp khuấy trộn và tĩnh.
Tách rắn lỏng: mục tiêu của tách rắn lỏng là tách dung dịch chứa urani từ bùn
hoà tách và rửa phần đã tan khỏi bã. Hiệu suất rửa là rất quan trọng vì nếu mất
mát urani ở giai đoạn này sẽ có tác động tới yếu tố kinh tế. ở hầu hết các nhà
máy, trên 75% tổng chi phí vận hành thuộc về khai mỏ và đa urani vào dung
dịch.
Làm giàu và làm sạch nhằm nâng cao hàm lợng urani trong dung dịch và giảm
tối thiểu các tạp chất. Sự phát triển của kỹ thuật trao đổi ion và chiết dung môi
để tách urani khỏi dung dịch hoà tách là một trong những đóng góp chủ yếu của
công nghiệp urani vào công nghệ thuỷ luyện.
Kết tủa, rửa và sấy sản phẩm: đây là những công đoạn cuối cùng để thu urani ở

dạng bánh vàng.
I.1.2. Làm giàu và làm sạch dung dịch bằng trao đổi ion
Dung dịch thu đợc từ quá trình hoà tách quặng bằng phơng pháp axit
sunfuric chứa một hỗn hợp phức tạp các cation và anion. Thành phần dung dịch
phụ thuộc vào khoáng vật của quặng và điều kiện công nghệ của quá trình hoà
tách. Trong một số trờng hợp, sản phẩm uran có thể thu đợc bằng cách kết tủa
trực tiếp dung dịch hoà tách. Nhng nói chung, dung dịch hoà tách thờng đợc
làm giàu uran và làm sạch tạp chất trớc khi kết tủa. Có hai ph
ơng pháp chính
để đạt đợc mục đích này là trao đổi ion và chiết dung môi.
Việc chế tạo các vật liệu và kỹ thuật trao đổi ion để thu hồi urani là một
trong những bớc phát triển rất quan trọng trong công nghệ xử lý quặng.
Phơng pháp trao đổi ion dựa vào sự có mặt của các phức anion của urani trong
dung dịch axit sunfuric loãng và natri cacbonat mà các phức này đợc hấp thu
chọn lọc từ dung dịch hoà tách bằng các nhựa tổng hợp thích hợp. Việc dễ tách
urani đã bị hấp thu ra khỏi nhựa bằng các tác nhân rửa giải thích hợp để tạo ra

9
dung dịch giàu urani và sạch tạp chất là rất phù hợp để kết tủa sản phẩm có hàm
lợng urani tơng đối cao. Cơ sở thơng mại đầu tiên sử dụng kỹ thuật trao đổi
ion trong công nghệ xử lý quặng urani là nhà máy West Rand Consolidated
Mines, Ltd của Cộng hoà Nam Phi năm 1952.
I.1.2.1. Đặc tính của nhựa [11], [12], [14], [16]
Đặc tính hoá học
Nhựa trao đổi ion sử dụng trong công nghiệp urani thờng có dạng anion
bazo mạnh hoặc yếu. Những loại nhựa này đợc chế tạo ở dạng gel bán cứng
hình cầu. Mức độ và loại liên kết ngang trong các polime có thể thay đổi tuỳ cơ
sở sản xuất và có ảnh hởng tới các tính chất hoá và cơ học của nhựa.

Hình 1.2. Cấu trúc nhựa trao đổi ion

Nhựa anion bazo mạnh chứa nhóm amin bậc bốn. Chúng đợc chế tạo
bằng sự đồng pôlime hoá styrene và divinylbenzen, sau đó clometyl hoá sản
phẩm và cho phản ứng với trimetylamin [12] (hình 1.2). Một số nhựa trao đổi
ion có tên thơng mại nh Amberlite IRA-400, DeAcidite-530, Dowex, Ionac,
Zeocarb
Các nhựa anion bazo mạnh có độ ion hoá rất cao, có thể sử dụng trong
khoảng pH rộng, ổn định khi có mặt của các tác nhân ôxy hoá hoặc khử mạnh,
không tan trong hầu hết các dung môi thông thờng và chịu đợc nhiệt độ tới
60
o
C. Các phản ứng trao đổi điển hình giữa ion linh động hấp phụ trên nhựa và
các ion urani trong dung dịch (X là ion linh động) xảy ra nh sau [16]:
4R
4
NX + [UO
2
(SO
4
)
3
]
4-
= (R
4
N)
4
UO
2
(SO
4

)
3
+ 4X
-
4R
4
NX + [UO
2
(CO
3
)
3
]
4-
= (R
4
N)
4
UO
2
(CO
3
)
3
+ 4X
-
Các anion khác trong dung dịch hoà tách cũng bị hấp thu trên nhựa.
Nhiều yếu tố nh pH, nhiệt độ, trạng thái ôxy hoá, ảnh hởng đến khả năng
hấp thu của nhựa.

CH

CH
2

CH

CH
2

CH


CH
3
- N
+
- CH
3
- CH
2
- CH - CH
2
-
CH
2

CH
2
CH

3
- N
+
- CH
3

CH
3

(Cl
-
)
CH
3

(
Cl
-
)


10
ái lực của nhựa đối với các ion khác nhau trong dung dịch là rất khác
nhau và mức độ chặt chẽ của liên kết giữa các ion cũng khác nhau. Điều này
làm cho nhựa có tính chọn lọc và đợc biểu diễn bằng hệ số chọn lọc (còn đợc
gọi là hệ số trao đổi).
Đặc tính vật lý
Các kỹ thuật tổng hợp và các tác nhân tạo liên kết ngang khác nhau đợc
sử dụng để chế tạo các loại nhựa đặc biệt rất có ích trong công nghiệp urani. Các
loại nhựa này có những u điểm nh tốc độ đạt cân bằng nhanh và hiệu suất tái

sinh cao với sự thay đổi thể tích vừa phải và có độ bền vật lý cao.
Trong trờng hợp trao đổi ion lớp tĩnh ít nhất 95% hạt nhựa đã trơng có
kích thớc trong khoảng 20 - 50 mesh, còn đối với trao đổi ion trong bùn thì
phải có trên 90% trong khoảng 10 - 20 mesh [16]. Các hạt nhựa có kích thớc
nhỏ sẽ có bề mặt lớn và tốc độ đạt cân bằng nhanh. Tuy nhiên, trong trờng hợp
trao đổi ion lớp tĩnh cỡ hạt nhỏ sẽ dễ làm cản trở dòng chảy của dung dịch khi
qua lớp nhựa và gây khó khăn khi tiến hành rửa ngợc do dễ mất mát nhựa.
Đối với đa số các loại nhựa thơng mại, trong trao đổi ion lớp tĩnh, phần
không gian trống là khoảng 40% tổng thể tích của lớp nhựa. Dung lợng hấp thu
của các loại nhựa sử dụng để thu hồi urani thay đổi trong khoảng 3,5 ữ 5,0 eq/kg
nhựa khô hoặc 1,2 ữ 1,8 eq/l nhựa trơng [12].
Hàm lợng nớc trong nhựa đã trơng thay đổi phụ thuộc vào bản chất
của ion linh động. Đối với nhựa ở dạng Cl
-
thì hàm lợng nớc thay đổi trong
khoảng 40 ữ 60%, ví dụ nhựa Amberlite IRA - 420 có độ ẩm khoảng 48 ữ 54%.
I.1.2.2. Các giai đoạn làm sạch và làm giàu urani bằng phơng pháp trao đổi
ion
Giai đoạn hấp thu

Trong công nghiệp urani, quá trình tách các ion đã tan khỏi dung dịch
bằng nhựa trao đổi ion thờng đợc gọi là hấp thu. Khả năng hấp thu tổng cộng
của nhựa đợc biểu diễn bằng mili đơng lợng trên gam nhựa khô hoặc mili
đơng lợng trên mililit nhựa trơng (ớt) [16]. Cách biểu diễn thứ hai có lợi
hơn do quá trình thờng đợc biểu diễn nh là một hàm của thể tích nhựa ớt.
Nhựa bazo mạnh amin bậc bốn dễ bị hỏng trong quá trình sử dụng do một phần
amin bậc bốn bị chuyển về các amin bậc thấp hơn. Vì vậy nhựa dần dần có tính
chất nh của nhựa trao đổi ion bazo yếu và giảm ái lực đối với ion uranyl và tốc
độ trao đổi chậm hơn. Hấp dung toàn phần của một nhựa bazo mạnh còn đợc
định nghĩa là khả năng chuyển một muối trung hoà thành bazo tơng ứng.

Quá trình hấp thu của nhựa tiến hành trên cột có thể đợc đánh giá bằng
đờng cong hấp thu thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ urani trong dung dịch ra
khỏi cột và thể tích dung dịch chạy qua cột (biểu diễn bằng số thể tích lớp tích

11
luỹ). Thể tích lớp chính là thể tích dung dịch tơng đơng với thể tích của lớp
nhựa. Điểm ló thờng đợc định nghĩa là điểm mà nồng độ urani trong dung
dịch ra khỏi cột bằng 1 ữ 2% nồng độ urani trong dung dịch đầu và thể tích
dung dịch qua cột tơng ứng với điểm ló là thể tích ló. Điểm bão hoà là điểm
mà nồng độ urani trong dung dịch đầu và dung dịch ra bằng nhau, và tổng thể
tích dung dịch cho đến điểm bão hoà là thể tích bão hoà. Tỷ lệ giữa thể tích ló
và thể tích bão hoà (đợc xác định bằng độ dốc của đờng cong hấp thu) là một
đại lợng rất quan trọng, phản ánh hiệu quả sử dụng của nhựa cũng nh nhiều
yếu tố khác của hệ thống. Một đờng cong càng dốc thì lợng urani ra khỏi cột
càng nhỏ. Tỷ lệ giữa thể tích ló và thể tích bão hoà bằng 0,5 là tỷ lệ tối thiểu đối
với hệ trao đổi ion lớp tĩnh hai cột do cột thứ nhất sẽ bão hoà trớc khi cột thứ
hai đạt tới điểm ló [16].
Trao đổi ion trong bùn khác với trao đổi ion trên cột ở trạng thái bão hoà.
Mỗi lần tiếp xúc giữa nhựa và dung dịch, quá trình hấp thu chỉ thực hiện đến khi
thiết lập đợc cân bằng giữa urani trong nhựa và urani còn lại trong dung dịch.
Với nhiều lần tiếp xúc nh vậy, nhựa mới hoàn toàn bão hoà.
Hấp thu với dung dịch axit: trong dung dịch hoà tách bằng axit sunfuric, urani
có cân bằng động:
UO
2
2+
UO
2
(SO
4

) [UO
2
(SO
4
)
2
]
2-
[UO
2
(SO
4
)
3
]
4-

Tuy nhiên, cân bằng u tiên sự hình thành phức [UO
2
(SO
4
)
3
]
4-
với tỷ lệ khoảng
7/1 so với phức [UO
2
(SO
4

)
2
]
2-
và khoảng 50/1 so với uranyl sunfat trung tính. Tỷ
lệ SO
4
/U cao sẽ chuyển dịch cân bằng về phía hình thành phức [UO
2
(SO
4
)
3
]
4-
.
Nhiều nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng trong khoảng nồng độ thông thờng
và khoảng pH từ 1,5 ữ 2 thì phức bị hấp thu trên nhựa u thế nhất là phức
[UO
2
(SO
4
)
3
]
4-
[12], [16].
Khả năng hấp thu urani của nhựa thay đổi tuỳ theo thành phần của dung
dịch. Một số yếu tố quan trọng ảnh hởng đến khả năng hấp thu là pH, nồng độ
urani, SO

4
2-
, Fe
3+
, phôtphat, asenat và ái lực của nhựa đối với anion.
Khả năng hấp thu urani tăng lên khi tăng pH. Khi pH < 1,2 thì khả năng
hấp thu rất nhỏ. Trong thực tế cũng có giới hạn pH trên. Khi pH > 1,8, với sự có
mặt của Fe
3+
và các anion khác nh PO
4
3-
, urani có thể bị kết tủa trong dung
dịch hoặc trong nhựa [12].
Trong cùng một điều kiện nh nhau, nồng độ urani trong dung dịch càng
cao thì khả năng hấp thu urani lên nhựa càng cao.
Các ion sunfat và bisunfat cũng cạnh tranh hấp thu trên nhựa. Khi nồng
độ axit trong dung dịch tăng cao thì cân bằng:
H
2
SO
4
H
+
+ HSO
4
-
(k >= 1)
HSO
4

-
H
+
+ SO
4
2-
(k = 10
-1,99
)

12
chuyển dịch về phía hình thành dạng bisunfat. Điều này làm giảm lợng urani
bị hấp thu trên nhựa do xu hớng hình thành các phức anion có thể hấp thu giảm
đi và bị bisunfat cạnh tranh. Vì những lý do trên, ngời ta mong muốn tăng pH
của dung dịch để tăng khả năng hấp thu của nhựa.
Trong thực tế, sự có mặt của các ion khác nh phôtphat và asenat sẽ làm
cho urani kết tủa ngay ở pH = 2. Phôtphat và asenat cũng có thể tạo thành các
anion H
2
PO
4
-
và H
2
AsO
4
-
mà chúng cũng tạo phức với urani và bị hấp thu trên
nhựa. Sự hấp thu nh vậy làm khả năng kết tủa các phức này trên nhựa tăng lên
khi rửa giải và phôtphat và asenat sẽ làm bẩn sản phẩm cuối cùng.

Khả năng hấp thu urani cực đại của nhựa có thể đạt đợc khi nồng độ
urani tơng đối cao và nồng độ sunfat trong dung dịch thấp do u tiên hình
thành phức [UO
2
(SO
4
)
2
]
2-
.
Các anion Cl
-
và NO
3
-
với nồng độ trên 2 g/l có hại cho việc hình thành
các phức uranyl sunfat và khi nồng độ của chúng càng cao thì càng làm giảm sự
hấp thu lên nhựa. Tác động này có thể là do sự cạnh tranh giữa các anion uranyl
sunfat, clorua và nitrat trên nhựa mà clorua và nitrat đều bị hấp thu mạnh. Ion
uranyl cũng có thể tạo thành dạng cation và phức trung hoà với cả clorua và
nitrat làm giảm nồng độ phức anion của uranyl sunfat trong dung dịch.
Các ion Fe
3+
và vanadi thờng có mặt trong các dung dịch hoà tách và sẽ
tạo thành các phức anion cạnh tranh với urani trên nhựa [16]. Cả sắt và vanadi ở
trạng thái khử (bậc ôxy hoá thấp) đều không tạo thành các phức tơng tự. Fe
3+

có khả năng tạo thành các phức sunfat dạng [Fe(SO

4
)
n
]
(3-2n)
hoặc
[Fe(OH)(SO
4
)
2
]
2-
và khả năng này có khuynh hớng tăng với mức độ lớn hơn
các phức của urani khi tăng pH. Trong dung dịch hoà tách, sắt cũng thờng có
nồng độ cao hơn urani đáng kể và sẽ hấp thu lên nhựa cạnh tranh với urani. Khi
dung dịch có sắt thì khả năng hấp thu của nhựa đối với urani giảm đi. Tuy nhiên,
các phức của Fe
3+
đã bị hấp thu ở nhựa sẽ bị các phức của urani thay thế và với
hệ cột liên tục, tỷ lệ các phức này ở nhựa sẽ đạt đến một giá trị cân bằng phụ
thuộc vào nồng độ của chúng. Thờng chỉ một vài phần trăm khả năng hấp thu
của nhựa bị chiếm bởi sắt nếu đủ thời gian để nhựa bão hoà hoàn toàn. Tác động
của sắt trong hầu hết các hệ là làm giảm tốc độ để đạt đợc cân bằng. Trong hệ
nhiều cột chẳng hạn, khi cột đầu đợc tách khỏi hệ và cột tiếp theo bắt đầu ló
urani thì lợng sắt đã bị hấp thu có thể làm urani thoát ra khỏi cột hai trớc khi
cột ban đầu đạt bão hoà. Vì vậy, cột ban đầu bị tách khỏi hệ trớc khi nó bão
hoà và điều này dẫn đến việc thu hồi urani trong một chu kỳ giảm đi và tạp chất
sắt trong dung dịch sau rửa giải tăng lên. Trong điều kiện nh vậy, có thể nên
tiến hành hấp thu ở khoảng pH là 1,3 ữ 1,6 để giảm lợng sắt hấp thu trên nhựa
đến mức chấp nhận đợc. Trong những trờng hợp đặc biệt, có thể giảm lợng

Fe
3+
trong dung dịch hoà tách bằng cách khử Fe
3+
bằng sắt kim loại, nhôm hoặc
kẽm, hoặc khí SO
2
hoặc H
2
S. Thờng khí SO
2
và H
2
S không đợc sử dụng do có
khuynh hớng tạo thành sunfit hoặc polythionat bị hấp thu lên nhựa rất mạnh.

13
Vanadi (V) trong dung dịch axit sẽ tạo thành các anion nh VO
3
-
và
VO
4
3-
, và nếu nồng độ của chúng cao hơn 1 g/l thì chúng sẽ bị hấp thu trên nhựa
mạnh hơn urani. Hơn nữa, rất khó rửa giải vanadi đã hấp thu bằng các phơng
pháp thông thờng và cũng có thể cản trở việc tách urani. Trong thực tế, khi
vanadi có hàm lợng đáng kể, để tránh điều này cần điều chỉnh thế ôxy hoá khử
của dung dịch đầu để đảm bảo vanadi có mặt chỉ ở trạng thái khử và điều này
thờng đợc thực hiện bằng cách thêm sắt kim loại cho đến khi thế khử đạt 400

ữ 450 mV [16]. Sắt kim loại sẽ khử Fe
3+
thành Fe
2+
và Fe
2+
lại khử V
5+
về V
4+
.
Để duy trì giá trị thế khử trên, trong dung dịch cần phải có mặt cả Fe
3+
và Fe
2+
.
Sự có mặt của Fe
2+
đảm bảo chắc chắn rằng toàn bộ vanadi đều bị khử và sự có
mặt Fe
3+
để đảm bảo có sự ôxy hoá hoàn toàn U
4+
lên U
6+
.
Giai đoạn rửa giải [12], [16]

Việc tách urani khỏi nhựa đã bão hoà đợc gọi là rửa giải. Sự rửa giải
thờng đợc thực hiện bằng cách thay thế ion đã đợc giữ lại trong nhựa đơn

giản bởi ion khác trong dung dịch khi tăng nồng độ của ion thay thế này theo
quy luật tác dụng khối lợng. Ngời ta thờng sử dụng dung dịch nitrat loãng
hoặc clorua loãng làm tác nhân rửa giải do chúng có khuynh hớng tạo thành
các phức cation hoặc trung hoà với urani và không bị nhựa hấp. Sự tách các phức
này khỏi hạt nhựa vào dung dịch đợc thực hiện do khuếch tán. Tốc độ khuếch
tán của các ion ra và vào hạt nhựa quyết định tốc độ của toàn bộ quá trình rửa
giải.
Tiêu chuẩn quan trọng của một tác nhân rửa giải tốt là giá rẻ và không bị
nhựa hấp thu quá mạnh để cho sự trao đổi ở giai đoạn hấp thu tiếp theo là đủ
nhanh. Trong số các tác nhân nitrat, clorua và axit sunfuric, các ion nitrat có tác
dụng rửa giải gần nh nhanh gấp hai lần so với tác nhân clorua và cho dung dịch
có nồng độ urani cao hơn tuy nhiên nó có giá thành cao hơn, còn rửa giải bằng
muối sunfat thì chậm hơn. Khi rửa giải bằng sunfat, sự rửa giải có thể đợc thực
hiện bằng dung dịch axit sunfuric 1M, trờng hợp nồng độ axit cao hơn phần
lớn các ion bisunfat đã bị hấp thu ở nhựa sẽ bị chuyển thành sunfat ở giai đoạn
rửa bằng nớc theo phản ứng:
2RHSO
4
+ H
2
O = R
2
SO
4
+ 2H
+
+ SO
4
2-

Phản ứng trao đổi xảy ra khi rửa giải là hợp tỷ lợng, trong đó nhựa cơ
bản sẽ chuyển hoàn toàn về dạng các ion hay ion rửa giải.
Rửa giải với quá trình axit: axit đợc thêm vào chất rửa giải khi nhựa chứa phức
anion uranyl sunfat để tránh kết tủa các ion rửa giải do thuỷ phân và để đẩy
nhanh việc tách các ion rửa giải chậm hơn khỏi nhựa. Nói chung, nồng độ axit
bằng 0,1N là đủ, nhng có thể tăng đến 0,5N. Nếu sử dụng axit có nồng độ cao
hơn sẽ làm tăng chi phí sản xuất do axit này phải đợc trung hoà trong giai đoạn
kết tủa tiếp theo. Việc sử dụng axit sunfuric để axit hoá dung dịch rửa giải sẽ rẻ

14
hơn so với axit nitric hoặc axit clohydric. Việc sử dụng hệ hỗn hợp là tốt do cả
ion sunfat và bisunfat đều tách khỏi nhựa vào dung dịch và trong khi kết tủa.
Rửa giải bằng clorua đợc thực hiện tốt ở các chu trình axit với nồng độ
Cl
-
thay đổi từ 0,5 ữ 1,5M. Trong khoảng nồng độ này Cl
-
là một tác nhân rửa
giải có hiệu quả. Tuy nhiên, khi nồng độ Cl
-
>1,5M thì hiệu quả sẽ giảm và gần
5M hoặc 6M sẽ tạo thành phức nh [UO
2
Cl
4
]
2-
bị nhựa hấp thu rất mạnh. Tác
nhân clorua hiệu quả nhất trong thực tế chứa NH
4

Cl hoặc NaCl 0,9M và HCl
hoặc H
2
SO
4
0,1M (pH 1,0) [16].
Rửa giải bằng nitrat tơng tự nh rửa giải bằng clorua và đợc thực hiện
tốt nhất với dung dịch có nồng độ NO
3
-
gần 1M, khi nồng độ NO
3
-
dới 0,8M thì
sự rửa giải trở nên chậm hơn, nhng trên 0,8M thì hiệu quả rửa giải tăng khi
tăng nồng độ do nitrat không tạo thành phức anion với urani trong khoảng nồng
độ khảo sát.
Rửa giải bằng axit sunfuric có thể đợc thực hiện với nồng độ 1M, nhng
sự trao đổi sẽ trở nên chậm hơn và kém hiệu quả hơn so với nitrat và clorua. Tuy
nhiên, nếu sử dụng quá trình "Eluex", dung dịch sau rửa giải có thể đợc xử lý
bằng chiết dung môi để tách urani, cho phép tuần hoàn tác nhân rửa giải mà
không cần trung hoà axit d. Kỹ thuật này cộng với giá tơng đối thấp và axit
sunfuric sẵn có làm cho phơng pháp này khá đợc a chuộng. Để làm tăng tốc
độ rửa giải, nhà máy Federal-American Partner ở Wyoming đã thêm vào axit
sunfuric muối (NH
4
)
2
SO
4

với nồng độ 100 g/l.
Các kỹ thuật rửa giải đặc biệt là cần thiết để tách urani và vanadi khi các
ion này đồng hấp thu lên nhựa. Urani đợc rửa giải chọn lọc bằng dung dịch
(NH
4
)
2
SO
4
2,0 ữ 3,0M và sau đó vanadi đợc rửa giải tiếp theo bằng dung dịch
bão hoà SO
2
hoặc bằng dung dịch NaCl 5M. Các tác nhân này cũng có thể đợc
sử dụng để rửa giải vanadi trớc. Dung dịch bão hoà SO
2
rửa giải chọn lọc
vanadi do nó có thể khử vanadi về dạng cation hoá trị IV không có ái lực với
nhựa. Sau khi tách vanadi, urani còn lại có thể đợc rửa giải bằng bất kỳ tác
nhân thông thờng nào, chẳng hạn nh NH
4
Cl hay NaCl 1M và HCl 0,1M.
I.1.2.3. Vấn đề ngộ độc nhựa và tái sinh nhựa [16]
Một ion đợc gọi là ion cạnh tranh khi nó cạnh tranh với urani để hấp thu
lên nhựa nhng sau đó đợc tách khỏi nhựa cùng với urani khi rửa giải bằng các
tác nhân thông thờng. Tuy nhiên, các ion cũng bị hấp thu mạnh lên nhựa nhng
không bị tách khỏi nhựa bằng rửa giải thông thờng thì đợc gọi là chất độc.
Chất độc tạm thời có thể tách đợc bởi các kỹ thuật tái sinh đặc biệt và chất độc
vĩnh viễn là chất độc không thể tách khỏi nhựa nếu không phá huỷ nhựa. Danh
giới giữa chất độc tạm thời và vĩnh viễn là không rõ ràng do quá trình tái sinh
không phục hồi hoàn toàn đợc khả năng hấp thu ban đầu của nhựa và quá trình

xử lý tái sinh mạnh quá có thể làm hỏng nhựa.

15
Ngộ độc có thể xảy ra một cách cơ học do sự có mặt của các vật liệu bít
kín các mao quản trong nhựa làm giảm tốc độ khuếch tán vào và ra khỏi nhựa.
Các chất gây ngộ độc nhựa
Các cấu tử gây ngộ độc nhựa là silica, molibden, polythionat, lu huỳnh,
titan, và đặc biệt ở vùng Nam Phi còn có các phức coban cyanua và thiocyanat.
ở một số cơ sở của Mỹ, Canada, một số chất gây ngộ độc nhựa nh zirconi,
hafni, thori và niobi cũng đợc đề cập tới. Sự bít kín các mao quản trong nhựa
cũng có thể xảy ra hoặc từ các phân tử hữu cơ hoà tan có kích thớc lớn làm
nguồn nuôi vi khuẩn phát triển gây tắc mao quản hoặc từ các vật liệu dầu. Sự kết
tủa CaCO
3
trên bề mặt hoặc trong các kẽ hở trong hạt nhựa trong phơng pháp
cacbonat hoặc xử lý nớc cũng làm giảm chất lợng nhựa.
Silica tồn tại trong dung dịch axit chủ yếu ở dạng phân tử dễ tan không
ion hoá khi pH < 4 mặc dù một số ion hoạt tính có thể tồn tại. Các dạng ion này
khi vào nhựa có thể tạo thành các phức yếu với các anion trong nhựa. Nếu pH
trong nhựa tăng lên sẽ dẫn đến tạo thành các polime hoặc gel lớn trong cấu trúc
của nhựa.
Trong dung dịch axit, molibden sẽ tạo thành phức anion sunfat bị hấp thu
lên nhựa mạnh hơn urani. Vonfram cũng bị hấp thu lên nhựa tơng tự nh
molibden. Trong thực tế dung dịch hoà tách thờng chứa 20 ữ 50 ppm Mo và
mặc dù chỉ 40 ữ 50% trong số đó bị hấp thu lên nhựa, nó sẽ đợc tích luỹ đến
mức gây rắc rối cho nhựa. Khi bị hấp thu bởi nhựa hầu hết molibden ở dạng kết
tủa hoặc polime và không chiếm các vị trí ion trao đổi, do vậy trờng hợp nhựa
có tới 20 ữ 50 g Mo/l, khả năng hấp thu urani của nhựa giảm không đáng kể. ở
dạng kết tủa hay polime, Mo gây ngộ độc cơ học nhựa và làm giảm đáng kể tốc
độ trao đổi giống nh trờng hợp silica.

Các ion khác gây ngộ độc kiểu cơ học gồm titan, zirconi, hafni, niobi,
antimon và các phức asenat hoặc phôtphat. Chúng bị hấp thu lên nhựa ở dạng
phức anion sunfat hoặc các phức anion khác nhng sau đó có thể bị thủy phân
và kết tủa trong các mao quản của nhựa khi pH nhựa tăng lên vì bất cứ lý do
nào.
Trong dung dịch axit, thori cũng có thể có mặt ở dạng phức anion sunfat
và thờng bị thay thế bởi urani. Trong điều kiện độ axit thấp, có thể dẫn đến
thuỷ phân và kết tủa một phần thori trong nhựa tơng tự nh titan và zirconi.
Tái sinh nhựa [16]
Các chất gây ngộ độc nhựa thờng đợc loại bỏ bằng cách xử lý nhựa
bằng NaOH. Molibden có thể rửa giải bằng 5 - 10 BV dung dịch chứa NaOH
0,5% hoặc hỗn hợp NH
4
OH và 0,1M Cl
-
hoặc NO
3
-
. Phản ứng rửa giải S
4
O
6
2-

trong nhựa bằng NaOH 5-10% xảy ra nh sau:
4S
4
O
6
2-

+ 6OH
-
= 5S
2
O
3
2-
+ 2 S
3
O
6
2-
+ 3H
2
O

16
S
2
O
3
2-
và S
3
O
6
2-
vẫn nằm trong nhựa nhng sau đó sẽ đợc tách bằng cách xử lý
với muối hoặc dung dịch axit loãng. Khi xử lý bằng NaOH, sunfua chuyển rất
chậm thành polysunfua và sau đó bị thay thế bằng clorua.

Việc tách silica bằng NaOH xảy ra phản ứng hoà tan trực tiếp và sau đó
khuếch tán ra khỏi nhựa. Khi xử lý nhựa trên cột với nhựa đã axit hoá thì một
điều rất quan trọng là trớc hết phải xử lý bằng dung dịch muối trung hoà hoặc
dung dịch NaOH 0,5% để tránh hiện tợng tái kết tủa thành dạng sền sệt làm
cho dung dịch chảy theo kênh trong lớp nhựa. Lựa chọn tốt nhất cho việc xử lý
ban đầu với dung dịch NaOH loãng là chuyển nhựa vào dung dịch NaOH đặc để
tránh sự axit hoá lại dung dịch chứa silicat. Có thể cần tới 192- 320 kg NaOH để
tách silic cho 1 m
3
nhựa.
Dung dịch axit sulfuric mạnh có thể đợc sử dụng để tái sinh nhựa khi bị
ngộ độc bởi T, Zr, Mo, Th, Fe, Si và các vật liệu hữu cơ. Việc xử lý nh vậy sẽ
tách đợc phần còn lại của Mo, Si mà phần này sẽ đợc tách khỏi nhựa trong
giai đoạn xử lý tiếp theo bằng NaOH 10%. Kỹ thuật tái sinh đợc liệt kê trong
bảng dới đây đầu tiên xử lý bằng kiềm sau đó bằng axit mạnh. Nhựa sẽ đợc
tiếp xúc với dung dịch NH
4
NO
3
+ H
2
SO
4
để ôxy hoá Mo dạng khử hoặc các chất
hữu cơ. Chuyển nhựa từ dạng OH
-
về dạng Cl
-
trớc khi xử lý bằng axit mạnh.
Trong thực tế, 3 giai đoạn đầu tiên có thể không cần thiết.

Một kỹ thuật tái sinh khác sử dụng hỗn hợp H
2
SO
4
và NH
4
F để tách Si và
Ti, sử dụng cyanua kim loại kiềm (loãng) để rửa giải polythionat, sulfua và Si.
Việc sử dụng cả sulphit hoặc Na
2
S cũng có thể tách đợc polythionat. Sự bao
phủ bề mặt nhựa bởi CaCO
3
có thể xử lý đợc một cách định kỳ bằng dung dịch
HCl hoặc HNO
3
(ở pH khoảng 1,0).
Tái sinh nhựa
Xử lý Tác nhân
Thể tích
(BV)
Thời gian tiếp xúc
(giờ)
NH
4
NO
3
0,8N + H
2
SO

4
0,25N 9 7,5
Na
2
CO
3
10% 7 8
NaOH 10% 8 8
NaCl 10% 6 4
Hoàn
toàn
H
2
SO
4
42% 4,5 20
NaOH 10% + NaCl 10% 6 15
NaCl 10% 6 6
Rút gọn
H
2
SO
4
20% 7 24


17
I.1.2.4. Các hệ thống trao đổi ion liên tục [13]
Việc sử dụng hệ cột nhựa tĩnh tại các mỏ nhỏ hiện nay vẫn đợc quan
tâm. Tuy nhiên, những nhợc điểm của hệ này càng trở nên rõ ràng hơn khi quy

mô vận hành tăng lên. Mặt khác, với dung dịch có hàm lợng urani càng thấp
thì phơng pháp chiết càng ít đợc quan tâm hơn. Vì thế, việc sử dụng các hệ
thống trao đổi ion liên tục có thể khắc phục đợc những khó khăn gặp phải ở
các hệ cột tĩnh truyền thống. 3 nhợc điểm chính của các hệ cột nhựa tĩnh
(FBIX) là:
+ Kích thớc của hệ cột tĩnh là có giới hạn. Giới hạn này dẫn đến cần thiết phải
vận hành nhiều cột trao đổi ion song song khi lợng dung dịch cần xử lý lớn.
Nh vậy sẽ tăng chi phí đầu t cột, bơm, van, đờng ống, thiết bị kiểm tra,
nhân công, bảo dỡng và phân tích. Các chi phí này tăng tỷ lệ thuận với số hệ
thống vận hành;
+ Hiệu quả sử dụng nhựa thấp. Trong quá trình trao đổi luôn có một phần nhựa
không tham gia trao đổi ion. Trong khi hệ trao đổi liên tục có sự tiếp xúc
ngợc dòng giữa nhựa và dòng dung dịch thì hệ cột nhựa tĩnh không có.
Trong hệ cột nhựa tĩnh, phần nhựa ở
đáy của lớp nhựa không đợc rửa
giải tốt nh ở đỉnh. Khi dung dịch
hoà tách qua lớp nhựa cùng chiều
với tác nhân rửa giải, hiện tợng tự
rửa giải thờng xuyên xảy ra. ở đây,
một phần urani ở đáy lớp nhựa bị rửa
giải bởi chính dung dịch thải và
không thu hồi đợc;
+ Hệ cột nhựa tĩnh đòi hỏi dung dịch
xử lý phải trong do lớp nhựa đóng
vai trò nh một lớp lọc có hiệu quả
đối với bùn mịn dẫn đến vấn đề thuỷ
lực và gây tắc.
Có khoảng 27 hệ thống trao đổi
ion liên tục khác nhau. Dới đây sẽ
trình bày tóm tắt một số hệ thống trao

đổi ion liên tục đã đợc sử dụng trong
các nhà máy sản xuất urani.
1. Hệ thống CHEM-SEPS
Hệ thống CHEM-SEPS (còn đợc gọi là vòng Higgin, hình 1.3) là hệ
thống cổ nhất đợc sử dụng để thu hồi urani.

H
ình 1.3. H
ệ
thốn
g
CHEM-
S
EPS

18
Dun
g
dịch
hoà tách
Dun
g
dịch
thải
Cột hấp
thu
Thùng
Transfer
Dung dịch
Transfer

Cột rử
a

giải
Tác
nhân
Dun
g

dịch
giàu
U
Nh
ự
a bão hoà
Nhựa đã rửa giải
H
ình 1.5. Sơ đồ hệ thốn
g
NIMCIS
2. Hệ thống Himsley
Hệ thống Himsley đã đợc sử dụng ở nhà máy sản xuất urani Kerr
Addison (Agnew Lake, Ontario, Canada). Sơ đồ đợc mô tả trên hình 1.4. Hệ
thống gồm 1 cột
hấp thu, 1 cột
định lợng nhựa
và rửa nhựa, 1
cột rửa giải.
Theo sơ đồ này,
dòng dung dịch

hoà tách không
bị gián đoạn
trong khi nhựa
đợc chuyển từ
cột hấp thu, mỗi
lần một lợng
nhựa (đợc xác
định) di chuyển
riêng rẽ và liên
tiếp xuống cột.
Bên trong
cột hấp thu
đợc chia thành
một số ngăn, ở mỗi ngăn này nhựa luôn ở trạng thái lơ lửng (tầng sôi) do dòng
dung dịch từ dới lên. Nhựa di chuyển ngợc chiều với dòng dung dịch và thời
gian lu của tất cả các hạt
nhựa trong cột là nh
nhau bất chấp các hạt có
kích thớc (hoặc tốc độ
lắng) khác nhau. ở nhà
máy Agnew Lake, chiều
cao các ngăn và đờng
kính cột đợc điều chỉnh
để phù hợp mức độ lơ
lửng của nhựa khi nhựa
hấp thu urani giảm đi theo
chiều cao cột.
Cột rửa giải của hệ
thống ít phức tạp hơn cột
hấp thu. Nhựa từ ngăn đáy

của cột hấp thu đợc chuyển sang cột định lợng nhựa. Từ cột này, một phần
H
ình 1.4. H
ệ
thốn
g
CIX Himsle
y

Bơm tuần hoàn
Dung dịch
hoà tách
Cột hấp thu Cột đo lờng và
rửa nhựa
Cột rửa giải
Dung dịch
sản phẩm
Tác nhân
rửa giải
Nớc rửa
Dun
g
dịch
thải
Nớc rửa
Đờng vận
chuyển nhựa
Đờn
g
nhựa

quay lại
Vận
chu
y
ển
nhựa

19
nhựa đợc bơm vào đáy cột rửa giải, chúng đẩy lớp nhựa cũ trong cột lên cao.
Lớp nhựa trên cùng đợc rửa và chuyển vào đỉnh cột hấp thu. Dòng dung dịch
tác nhân rửa giải đợc bơm từ trên xuống qua lớp nhựa trong khoảng thời gian
giữa các lần bơm chuyển nhựa.
3. Hệ thống NIMCIX
Hệ thống NIMCIX (hình 1.5) đã đợc các kỹ s thuộc Viện Luyện kim
quốc gia xây dựng và áp dụng thành công để thu urani ở Nam Phi. Hệ thống
NIMCIX đã đợc sử dụng ở quy mô công nghiệp kết hợp với CCD từ năm 1977
ở nhà máy sản xuất urani Blyvooruitzicht.
I.1.3. Cân bằng vật chất (material balance) [14]
Trong quá trình xử lý quặng, có các dòng chất rắn, chất lỏng và chất khí.
Các dòng này phải đợc định lợng hoá và mô tả cân bằng vật chất của các đầu
vào, đầu ra và trung gian. Cân bằng vật chất cần có các dòng sau:
- Chất rắn: nh quặng, bã hoà tách, chất thải rắn, sản phẩm urani và các hoá
chất;
- Chất lỏng: dung dịch xử lý, nớc rửa, hoá chất dạng lỏng và dung môi hữu cơ;
- Khí: hoá chất dạng khí, hơi nớc, khí thông gió
Cân bằng vật chất đối với các chất rắn chủ yếu thờng là đơn giản: độ ẩm
của quặng và biến đổi khối lợng trong quá trình hoà tách phải xác định đợc.
Cân bằng vật chất đối với chất lỏng (hoặc cân bằng "nớc") có thể khá phức tạp
bởi vì dung dịch thờng đợc sử dụng vài lần và đợc tuần hoàn trong quá trình.
Cân bằng vật chất cũng nên bao gồm cả nơi cất giữ thải. Quan trọng nhất là cân

bằng kim loại, nó chỉ ra phân bố urani trong các dòng khác nhau, thải lỏng, thải
rắn, các sản phẩm và thải khác. Tổng urani có trong các dòng này phải cân bằng
với urani đi vào quá trình. Cân bằng vật chất thờng là cân bằng khối lợng,
nhng thể tích cũng phải đợc xác định đối với chất lỏng (dung dịch trong và
bùn). Số liệu của các vật liệu khác nhau đợc tính cho 1 đơn vị khối lợng
quặng khô. Chẳng hạn:
- Tiêu hao hoá chất và vật liệu cho 1 tấn quặng, ví dụ tiêu hao thép trong quá
trình nghiền, các chi phí axit, chất keo tụ, tác nhân trung hoà và chi phí môi
trờng lọc;
- Tiêu hao nớc cho 1 tấn quặng, ví dụ nớc cho quá trình nghiền, nớc rửa
trong quá trình lọc và lắng gạn, n
ớc rửa thiết bị rửa sàn và làm đổ.
Những chi phí tỷ lệ thuận với lợng quặng xử lý và không phụ thuộc vào
mức hàm lợng của quặng thì đợc quy vào chi phí cho 1 đơn vị khối lợng
quặng.
Tiêu hao của một số tác nhân tỷ lệ thuận với lợng urani đợc xử lý, ví dụ
amoniac cho giai đoạn kết tủa. Với trờng hợp này chi phí đợc tính cho 1 đơn

20
vị khối lợng urani (hoặc U
3
O
8
) trong sản phẩm. Từ các số liệu về hàm lợng và
hiệu suất thu hồi urani của toàn bộ quá trình các chi phí này có thể chuyển đợc
về dạng chi phí cho 1 đơn vị khối lợng quặng.
Cân bằng vật chất là cơ sở để thiết kế thiết bị và tính toán kinh tế của quá
trình.
I.1.4. Tính toán chi phí [7, 13]
1. Vốn và chi phí vận hành

Mọi hoạt động sản xuất kinh doanh đều cần phải có chi phí. Chi phí là
khoản tiền phải chi cho công việc sản xuất kinh doanh nhằm tạo ra và bán các
sản phẩm dịch vụ nào đó. Tính chi phí là cách tính tổng các chi phí để làm ra và
tiêu thụ một sản phẩm hoặc cung cấp một dịch vụ nào đó. Nhiều doanh nghiệp
không biết đợc tất cả các chi phí trong việc kinh doanh của họ do vậy họ không
thể tính chính xác đợc giá thành của sản phẩm kinh doanh của mình.
Mặc dù vốn đầu t và chi phí vận hành tổng quát có thể ít đợc sử dụng
một cách trực tiếp nhng các thông tin này có thể rất hữu ích cho các dự án khai
thác mỏ mới hoặc thay đổi cơ sở đang vận hành. Đánh giá chi phí là một phần
không thể thiếu trong các dự án thận trọng và việc nghiên cứu về chi phí cần
đợc nâng cấp liên tục khi có đợc những thông tin mới.
Chi phí về vốn của nhà máy khai thác urani chủ yếu liên quan đến lợng
quặng cần xử lý. Tuy nhiên, đặc điểm về khoáng vật cũng có có thể ảnh hởng
nhất định tới chi phí.
Việc tính toán chi phí giúp chúng ta xây dựng giá thành sản phẩm, khi đó
sẽ đặt đợc giá bán sao chi có lợi nhuận, giúp kiểm soát và giảm các chi phí.
Khi nắm vững đợc các chi phí sẽ đa ra các giải pháp tốt hơn, rẻ hơn cho sản
xuất và tiêu thụ sản phẩm hay dịch vụ của mình, đa ra các quyết định đúng đắn
trong sản xuất kinh doanh, có thể lên kế hoạch chi tiêu hay kế hoạch sử dụng
vốn và lập kế hoạch sản xuất khi cần hỗ trợ về tài chính từ các ngân hàng.
Mọi doanh nghiệp đều có hai loại chi phí: chi phí trực tiếp và chi phí gián
tiếp. Tuy nhiên, sự phân chia này có thể khác nhau tuỳ theo các công ty.
Chi phí trực tiếp là các chi phí có thể xác định đợc với một sản phẩm,
một dịch vụ. Đối với một nhà máy sản xuất, chi phí trực tiếp bao gồm tất cả các
chi phí có quan hệ trực tiếp tới việc sản xuất ra sản phẩm. Chi phí trực tiếp bao
gồm:
+ Chi phí nguyên, vật liệu trực tiếp: là tổng các khoản tiền phải trả để có
đợc các nguyên vật liệu mà sau này sẽ trở thành một phần của những
sản phẩm sản xuất ra;

21
+ Chi phí lao động trực tiếp là những khoản tiền phải trả dới dạng tiền
công hay tiền lơng, tiền thởng cho những công nhân sản xuất ra các
sản phẩm.
Chi phí gián tiếp là tất cả các chi phí khác ngoài chi phí trực tiếp nh đã
nói ở trên cần để tiến hành hoạt động sản xuất kinh doanh của mình. Các chi phí
gián tiếp không liên quan trực tiếp tới một sản phẩm hay dịch vụ cụ thể nào. Đó
là chi phí chung cho toàn bộ hoạt động sản xuất kinh doanh. Các loại chi phí
gián tiếp bao gồm:
+ Khấu hao: nếu thiết bị có giá trị và đợc sử dụng trong một thời gian
dài, cần tính xem mỗi tháng giá trị của nó giảm đi bao nhiêu, cần tính
ra số tiền này để thay thế thiết bị đó khi nó hết thời gian sử dụng, gọi
là khấu hao tài sản;
+ Chi phí lao động gián tiếp là những chi phí lơng thởng cho chủ hoặc
ngời làm công không trực tiếp làm ra sản phẩm (nhân công quản lý,
phụ trách, văn phòng, phòng thí nghiệm, kế toán, kho, bảo vệ, );
+ Các chi phí khác: có thể là chi phí văn phòng, thiết bị, thuê nhà, điện
nớc, bảo quản, sửa chữa, bảo dỡng, các loại dịch vụ cho toàn bộ nhà
máy, bảo hiểm (bảo hiểm thất nghiệp, an ninh xã hội, nghỉ lễ tết, nghỉ
ốm, bảo hiểm trách nhiệm công cộng, chi phí ngoài kế hoạch, )
2. Các bớc tính chi phí [8]

Với một nhà sản xuất hay cung cấp dịch vụ, cần làm theo các bớc sau để
tính tổng chi phí sản xuất và bán một sản phẩm hay một dịch vụ nhất định của
doanh nghiêp:
Bớc 1: Tính chi phí nguyên, vật liệu trực tiếp:
Để tính chí phí của tất cả các nguyên liệu, bạn cần phải: xác định tất cả
các loại nguyên liệu thô sẽ trở thành một phần của, hoặc liên quan trực tiếp tới
sản phẩm hay dịch vụ; xác định chi phí mua mỗi loại nguyên liệu và số lợng

cần có của mỗi loại nguyên liệu thô để làm ra một sản phẩm và cộng tất cả các
chi phí cần thiết để tạo ra một sản phẩm.
Bớc 2: Tính chi phí lao động trực tiếp:
Cần phải xác định tổng chi phí lao động trực tiếp hàng tháng và tổng số
giờ lao động trực tiếp hàng tháng. Để tính chi phí lao động trực tiếp trong một
giờ, chia Tổng chi phí lao động lao động trực tiếp hàng tháng cho tổng số giờ
lao động trực tiếp hàng tháng. Để tính tổng chi phí lao động trực tiếp cho một
sản phẩm, nhân tổng số giờ lao động trực tiếp để làm ra một sản phẩm với chi
phí lao động trực tiếp trong một giờ.
Bớc 3: Tính chi phí gián tiếp:

22
Chi phí khấu hao tài sản: Để tính các chi phí khấu hao tài sản, cần xác
định: những thiết bị nào nên tính khấu hao (thông thờng, chỉ tính khấu hao
những thiết bị có giá trị cao và thời gian sử dụng lâu); tính thời gian sử dụng
thiết bị; giá trị khấu hao tài sản hàng năm cho mỗi thiết bị và tổng giá trị khấu
hao hàng năm cho tất cả các thiết bị cần khấu hao.
Chi phí lao động gián tiếp đợc tính bàng cách chia tổng chi phí lao động
gián tiếp hàng tháng cho tổng số giờ lao động gián tiếp hàng tháng.
Các phụ phí: thu thập các phụ phí gián tiếp nh bảo hiểm, giấy phép, thiết
bị, văn phòng phẩm v.v
Chi phí gián tiếp cho một giờ sản xuất = Tổng chi phí gián tiếp hàng
tháng/Số giờ sản xuất hàng tháng.
Chi phí gián tiếp cho một sản phẩm = Tổng số giờ cho một sản phẩm x
Chi phí gián tiếp cho một giờ sản xuất.
Bớc 4: Tính tổng chi phí cho một sản phẩm:
Tổng chi phí cho một sản phẩm bằng chi phí nguyên, vật liệu trực tiếp
cho một sản phẩm cộng với chi phí lao động trực tiếp cho một sản phẩm rồi
cộng với chi phí gián tiếp cho một sản phẩm.
3. Khấu hao và các phơng pháp tính khấu hao tài sản cố định (TSCĐ) [9]

Trong quá trình tham gia vào hoạt động sản xuất kinh doanh, do chịu tác
động của
nhiều nguyên nhân nên TSCĐ bị hao mòn dần. Sự hao mòn này có thể
chia thành hao mòn hữu hình và hao mòn vô hình:
Hao mòn hữu hình là sự giảm dần về giá trị sử dụng và theo đó giá trị của
TSCĐ giảm dần.
Hao mòn vô hình là sự giảm thuần túy về mặt giá trị của TSCĐ mà
nguyên nhân chủ yếu là do sự tiến bộ của khoa học và công nghệ.
Do vậy, để thu hồi lại giá trị của TSCĐ do sự hao mòn trên, cần phải tiến
hành khấu hao TSCĐ. Khấu hao TSCĐ là sự phân bổ dần giá trị TSCĐ vào giá
thành sản phẩm nhằm tái sản xuất TSCĐ sau khi hết thời gian sử dụng. Để thực
hiện khấu hao TSCĐ, ngời ta thờng áp dụng một số phơng pháp chủ yếu sau:
a) Phơng pháp khấu hao tuyến tính cố định (khấu hao đờng thẳng)
Theo phơng pháp này, mức khấu hao cơ bản hàng năm của TSCĐ là đều
nhau trong suốt thời gian sử dụng TSCĐ và đợc xác định nh sau:


Trong đó: MK: Mức khấu hao cơ bản bình quân hàng năm của TSCĐ;
NG: Nguyên giá TSCĐ;
T: Thời gian sử dụng TSCĐ.
NG
M
K
=
T

23
Tỷ lệ khấu hao hàng năm (Tk) đợc xác định nh sau:
hoặc

Nguyên giá TSCĐ bao gồm: giá mua thực tế phải trả (giá ghi trên hóa đơn
trừ đi các khoản giảm giá, chiết khấu mua hàng nếu có), các chi phí vận chuyển,
bốc dỡ, lắp đặt, chạy thử, các khoản lãi vay đầu t cho TSCĐ khi cha bàn giao
và đa vào sử dụng, các khoản thuế và lệ phí trớc bạ (nếu có).
Thời gian sử dụng TSCĐ là thời gian doanh nghiệp dự kiến sử dụng
TSCĐ. Nó đợc xác định căn cứ vào tuổi thọ kỹ thuật và tuổi thọ kinh tế của
TSCĐ có tính đến sự lạc hậu, lỗi thời của TSCĐ do sự tiến bộ của khoa học và
công nghệ, mục đích sử dụng và hiệu quả sử dụng.
Phơng pháp khấu hao này có u điểm là việc tính toán đơn giản, tổng
mức khấu hao của TSCĐ đợc phân bổ đều đặn trong các năm sử dụng TSCĐ và
không gây ra sự đột biến trong giá thành sản phẩm hàng năm. Nhng phơng
pháp này có nhợc điểm là trong nhiều trờng hợp không thu hồi vốn kịp thời
do không tính hết đợc sự hao mòn vô hình của TSCĐ.
Trong thực tế, để tính khấu hao cho toàn bộ TSCĐ của doanh nghiệp,
ngời ta thờng xác định tỷ lệ khấu hao tổng hợp bình quân chung. Có nhiều
cách xác định tỷ lệ khấu hao tổng hợp bình quân của doanh nghiệp nhng cách
xác định thông dụng nhất là theo phơng pháp bình quân gia quyền:
n
Tk = (fi.Ti)

i =1
Trong đó:
- ff: tỷ trọng của từng loại TSCĐ;
- Ti: Tỷ lệ khấu hao của từng loại TSCĐ;
- i: Loại TSCĐ.
Do đó, mức khấu hao trong kỳ của doanh nghiệp đợc xác định:
M =
Nguyên giá bình quân
TSCĐ phải tính khấu hao
x

Tỷ lệ khấu hao tổng hợp
bình quân chung
b) Các phơng pháp khấu hao nhanh: để thu hồi vốn nhanh, ngời ta có thể áp
dụng các phơng pháp khấu hao nhanh. Hai phơng pháp khấu hao nhanh
thờng đợc sử dụng là phơng pháp khấu hao theo số d giảm dần và phơng
pháp khấu hao theo tổng số các năm, gọi tắt là phơng pháp khấu hao theo tổng
số. Ưu điểm của các phơng pháp khấu hao nhanh là thu hồi vốn nhanh, giảm
bớt đợc tổn thất do hao mòn vô hình và đây là một biện pháp hoãn thuế trong
những năm đầu của doanh nghiệp. Nhợc điểm của phơng pháp là có thể gây
nên sự đột biến về giá thành sản phẩm trong những năm đầu do chi phí khấu hao
M
K
Tk
=
NG
1
Tk
=
T


24
lớn, sẽ bất lợi trong cạnh tranh. Do vậy đối với những doanh nghiệp kinh doanh
cha ổn định, cha có lãi thì không nên áp dụng các phơng pháp khấu hao
nhanh.
Khấu hao TSCĐ là một yếu tố chi phí trong giá thành sản phẩm của
doanh nghiệp nên việc lập kế hoạch khấu hao TSCĐ nằm trong nội dung của
công tác lập kế hoạch tài chính của doanh nghiệp và có ý nghĩa vô cùng quan
trọng đối với doanh nghiệp.
Trớc khi lập kế hoạch khấu hao TSCĐ cần xác định đợc phạm vi khấu

hao TSCĐ:
+ Phạm vi TSCĐ phải tính khấu hao:
* Các tài sản cố định sau cần phải tính khấu hao là các TSCĐ có liên quan đến
hoạt động kinh doanh. Các TSCĐ ngừng hoạt động để sửa chữa lớn vẫn phải
trích khấu hao TSCĐ.
* Các TSCĐ không phải trích khấu hao TSCĐ là các TSCĐ phúc lợi (câu lạc bộ,
nhà truyền thống, nhà ăn tập thể); những TSCĐ không cần dùng, cha cần dùng;
các TSCĐ đã khấu hao hết nhng vẫn sử dụng vào hoạt động kinh doanh; các
TSCĐ thuê vận hành và các TSCĐ cha khấu hao hết đã h hỏng.
Việc tính khấu hao TSCĐ theo từng tháng đợc áp dụng theo nguyên tắc
tính tròn tháng, tức là TSCĐ tăng lên hoặc giảm đi trong tháng này thì tháng sau
mới trích hoặc thôi trích khấu hao. Bởi vậy, nguyên giá TSCĐ cần tính khấu hao
ở đầu tháng này chính là nguyên giá TSCĐ cần tính khấu hao ở đầu tháng trớc
cộng với nguyên giá TSCĐ tăng lên trong tháng và trừ đi nguyên giá TSCĐ
giảm đi trong tháng trớc. Ta có thể viết công thức tính số khấu hao của từng
tháng nh sau:
Số khấu hao TSCĐ tháng này = Số khấu hao TSCĐ tháng trớc + Số khấu hao
tăng thêm trong tháng - Số khấu hao giảm đi trong tháng
I.2 .
Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
I.2.1. Nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới
I.2.1.1. Tình hình sản xuất urani trên thế giới [19]
Hiện nay, có nhiều mỏ của các nớc trên thế giới đang đợc khai thác và
sản xuất urani. Khoảng 63% lợng urani đợc sản xuất từ các mỏ ở Canada, úc
và Kazakhstan (31.975 tấn U trong tổng số 50.572 tấn U trên toàn thế giới năm
2009, xem bảng 1.1), trong đó Kazakhstan chiếm tỷ trọng lớn nhất (27%), tiếp
đến là Canada (20%) và úc (16%). Lợng urani sản xuất ra đạt khoảng 76%
nhu cầu cho các nhà máy điện hạt nhân.

25

Bảng 1.1. Tình hình sản xuất urani từ mỏ (tấn U- Nguồn: WNA, cập nhật tháng
4/2010)
Quốc gia
Năm
2003
Năm
2004
Năm
2005
Năm
2006
Năm
2007
Năm
2008
Năm
2009
Kazakhstan 3.300 3.719 4.357 5.279 6.637 8.521 13.820
Canada 10.457 11.597 11.628 9.862 9.476 9.000 10.173
úc
7.572 8.982 9.516 7.593 8.611 8.430 7.982

Tổng cộng toàn
thế giới
35.574 40.178 41.719 39.444 41.282 43.853 50.572
% theo nhu cầu 65% 63% 64% 68% 76%
Phơng pháp khai thác mỏ có nhiều thay đổi. Năm 1990, 55% urani đợc
sản xuất từ các mỏ ngầm nhng sau đó đến năm 1999 thì giảm mạnh (còn 33%).
Từ năm 2000, nó lại tăng lên do các mỏ của Canada, và với mỏ Olympic Dam,
hiện nay chiếm tới 50%. Theo số liệu năm 2009, urani thu đợc từ mỏ ngầm và

mỏ lộ thiên - 57%, hoà tách in situ (ISL) - 36% và từ sản phẩm phụ - 7%. Năm
2009, 10 công ty sản xuất urani lớn nhất thế giới chiếm 89% tổng sản lợng,
trong đó công ty Areva chiếm 17%, Cameco - 16%, Rio Tinto - 16%,
KazAtomProm - 15%, ARMZ - 9%, BHP Billiton - 6%, Navoi - 5%, Uranium
One - 5%, Paladin - 3% và GA/ Heathgate - 1%.
Một số mỏ đang khai thác cung cấp sản lợng urani lớn nhất thế giới năm
2009 đợc đa ra trong bảng 1.2.
I.2.1.2. Một số ví dụ về xử lý quặng urani trên thế giới
1. Mỏ Sierra Pintada (Argentina) [10]
Quặng ở mỏ này là cát kết (hàm lợng cacbonat 6%). Khu mỏ này đợc
khai thác trong khoảng thời gian 1976 - 1997. Hàm lợng urani trung bình trong
quặng là 0,076% U. Các khoáng chứa urani chủ yếu là uraninite, brannerite và
coffinite. Công nghệ xử lý quặng gồm các bớc:
+ Sau khi tuyển phóng xạ, quặng đợc qua công đoạn làm giảm kích thớc;
+ Công đoạn đập đợc thực hiện qua 2 giai đoạn: giai đoạn thứ nhất sử dụng
máy đập hàm để giảm kích thớc từ 30 cm xuống 10 cm; sau đó sử dụng máy
đập nón để đa về kích thớc -2,5 cm. Năng suất đập 100 - 120 tấn
quặng/ngày; tại công đoạn này có hệ thống thu bụi;
+ Sử dụng hoà tách đống, có 6 ngăn, mỗi ngăn chứa 9.000 tấn quặng (tổng diện
tích là 20.000 m
2
). Có hệ thống ống dẫn để thu dung dịch hoà tách ở đáy
ngăn. Chiều cao đống trung bình là 2,5 m. Khối quặng đợc ngâm ngập bằng