Xử lý quặng uran khu vực pà lừa bằng kỹ thuật trộn ủ ở quy mô 500kg quặng mẻ để thu uran kỹ thuật

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 2006 - 2007

Xử lý quặng uran khu vực Pà Lừa
bằng kỹ thuật trộn ủ ở quy mô 500 kg/mẻ
để thu uran kỹ thuật
M số: BO/06/03-01

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






7034
20/11/2008
Hà Nội, Tháng 09/2008

2

Danh sách những ngời tham gia thực hiện đề tài


TT Họ và tên Trình độ Đơn vị
1 Cao Hùng Thái TS Trung tâm CNXL quặng
2 Lê Thị Kim Dung ThS Trung tâm CNXL quặng
3 Phùng Vũ Phong ThS Trung tâm CNXL quặng
4 Trần Văn Sơn KS Trung tâm CNXL quặng
5 Đoàn Thị Mơ CN Trung tâm CNXL quặng
6 Hoàng Bích Ngọc CN Trung tâm CNXL quặng
7 Nguyễn Hồng Hà CN Trung tâm CNXL quặng
8 Vũ Khắc Tuấn CN Trung tâm CNXL quặng
9 Vũ Hng Triệu KS Trung tâm XLCTPX&MT
10 Trần Văn Hòa KS Trung tâm Triển khai công nghệ
11 Nguyễn Duy Pháp ThS Trung tâm CN Tuyển khoáng
12 Đoàn Thanh Sơn ThS Trung tâm Phân tích

3


Ký hiÖu viÕt t¾t






SWCC: Soil water characteristic curve
tU: TÊn uran

CPH : QuÆng ch−a phong hãa
BPH: QuÆng b¸n phong hãa
PH: QuÆng phong hãa

4
Tóm tắt
Đề tài đợc thực hiện nhằm mục tiêu nghiên cứu bổ sung một số vấn đề về kỹ
thuật trộn ủ với axit và rửa thu hồi urani từ quặng cát kết khu vực Pà Lừa để xây dựng
trình công nghệ xử lý quặng có tính hiệu quả cao và tính toán và thiết kế sơ bộ một số
thiết bị chính quy mô 2 tấn quặng/mẻ.
Để đạt đợc những mục tiêu đã đặt ra, đề tài đã tập trung nghiên cứu chi tiết
các vấn đề về gia công quặng, xác định các chế độ và kỹ thuật tạo hạt phần quặng mịn
đảm bảo độ bền nén, độ thấm, xác định các thông số cho quá trình trộn ủ, nghiên cứu
quá trình rửa quặng trên cột và tính toán, thiết kế sơ bộ một số thiết bị chính quy mô 2
tấn quặng/mẻ
Trong quá trình thực hiện, đề tài đã đa ra đợc quy trình công nghệ đảm bảo
hiệu suất thu hồi urani cao. Đó là:
Trong quá trình gia công quặng, việc sử dụng quy trình đập 2 cấp đa về cấp hạt
thích hợp cho công đoạn xử lý, đảm bảo giảm thiểu phần hạt mịn và tiêu hao năng
lợng;
Việc tạo hạt phần quặng mịn giúp tránh đợc hiện tợng tắc cột trong công đoạn
rửa. Chế độ công nghệ không quá khắt khe, quy trình đơn giản, nhng làm tăng chi
phí axit và tiêu hao năng lợng, giảm hiệu suất thu hồi urani. Trong trờng hợp cột
rửa có độ cao lớn thì cần thiết phải có công đoạn này, đặc biệt quặng có nhiều loại
phong hóa;
Trong giai đoạn trộn với axit, cần đập quặng xuống dới 2,5 cm, chi phí axit 30 - 55
kg/tấn quặng (tùy thuộc vào loại quặng), độ ẩm 10 - 12%, chất KClO
3
khoảng 3
kg/tấn quặng và thời gian ủ là 3 ngày; Lu ý là phải ủ quặng trớc khi đa vào cột

rửa;
Trong quá trình rửa bã quặng, có nhiều yếu tố ảnh hởng đến hiệu suất thu hồi
urani nh thành phần cấp hạt, tốc độ tới, chiều cao lớp, lợng nớc rửa, nhng cơ
bản nhất vẫn là tốc độ tới. Bản thân tốc độ tới cũng phụ thuộc vào thành phần cấp
hạt, loại quặng. Kỹ thuật rửa nhiều bậc trong công đoạn rửa làm giảm tiêu hao
nớc, tăng nồng độ urani và các tạp chất trong dung dịch hòa tách. Hiệu suất thu
hồi urani có thể đạt từ 80 - 90%.
Việc xử lý dung dịch hòa tách bằng trao đổi ion sau đó kết tủa sản phẩm bằng
NH
4
OH đã thu đợc sản phẩm đạt chất lợng cao (trên 80% U
3
O
8
). Hàm lợng tạp
chất không đáng kể
Đề tài cũng đã tính toán các thông số cơ bản và thiết kế sơ bộ của các thiết bị
trộn, tạo hạt và hệ cột rửa cho quy mô xử lý 2 tấn quặng/cột trên cơ sở các kết quả
nghiên cứu.
Với sự nỗ lực vủa tất cả các thành viên tham gia, đề tài đã hoàn thành các nội
dung đúng tiến độ. Kết quả của đề tài hoàn toàn có thể làm cơ sở tin cậy cho các
nghiên cứu sau này.


5
Abstract

The objective of this project is complementary research to determine the
approriate technological regime in the processing of Palua uranium - bearing
sandstone ore by mixing and curing with sunphuric acid to develop an

effectively technological flowsheet.
Main content of the project includes regime of ore crushing, pelletization
of fine ore, mixing and curing with sunphuric acid, washing to recover uranium.
Based on the data technological parameters, has been calculated and designed
for the processing of Palua uranium- bearing sand stone ore on a scale of 2
tonnes/batch.
Based on results, a effectively technological flowsheet was developed,
such as:
- The approriate ore crushing regime consists of 2 stages;
- The necessary parameters for pelletization of a part of uranium - bearing
sand stone ore under 300 µm size has been pointed out to eliminate blockage in
the processing.
- Approriate technological regime in mixing with sulfuric acid is
maximum size of ore: 2,5 cm, acid consumption: 30 - 55 kg/ton, humidity: 10 -
12%, KClO
3
consumption: 3 kg/ton, curing time: 3 days.
- The optimum regime for washing stages has been established with a
high recovery efficiency of about 80%-90%.
- The main equipment have been calculated and designed in the
technological flowsheet for processing 2 tonnes of uranium - bearing ore per
batch
Concentration and purification of leach solution by ion exchange and then
precipitation with NH
4
OH and H
2
O
2
obtained yellowcake containg >80% U

3
O
8
,
content of impurities reached ASTM standard.

6
Mở đầu
Trong những năm gần đây, có 441 lò điện hạt nhân hoạt động ở 31 quốc
gia trên thế giới với tổng sản lợng điện trên 364 000 MWe, chiếm trên 16%
tổng điện năng trên toàn thế giới, chỉ sau nguồn than (40%) và thuỷ điện (19%).
Nhiều quốc gia cũng xây dựng các lò nghiên cứu để cung cấp nguồn neutron
phục vụ nghiên cứu khoa học, sản xuất thuốc, đồng vị công nghiệp và các mục
đích hoà bình khác. Để các lò phản ứng hoạt động, tổng nhu cầu urani là 68.357
tU (năm 2005). Trong khi đó cũng năm 2005, các cơ sở từ 18 quốc gia chỉ sản
xuất đợc tổng cộng khoảng 41.360 tU. Nh vậy lợng urani đợc sản xuất ra
chỉ đáp ứng đợc gần 60% nhu cầu [14]. Số thiếu hụt này đang đợc bổ sung
bằng nguồn thứ cấp. Giá urani hiện nay biến động rất nhiều.
Hội đồng Năng lợng thế giới đã khẳng định, nếu muốn thực hiện các
thoả thuận đã cam kết tại Kyoto, hạn chế việc thải khí gây hiệu ứng nhà kính
vào khí quyển thì giải pháp duy nhất là phải tăng gấp 3 lần số nhà máy điện
nguyên tử từ nay đến năm 2030. Cơ quan năng lợng hạt nhân quốc tế dự báo sẽ
có 60 nhà máy điện nguyên tử ra đời trong vòng 15 năm tới. Nếu khai thác đủ
để cung cấp cho tất cả các nhà máy hiện nay và trong tơng lai, các mỏ urani
cũng sẽ cạn vào năm 2050. Theo Philippe Garderet, Giám đốc phụ trách nghiên
cứu của Areva thì: "Với đà khai thác hiện nay, các mỏ urani sẽ cạn kiệt trong
vòng từ 40 - 50 năm. Còn nếu nhu cầu tăng nữa, tức kéo theo mức tăng sản xuất,
thời gian khai thác giảm xuống còn 30 năm".
Trớc nguy cơ cạn kiệt của nguồn và sự leo thang giá uran, ngoài tìm các
giải pháp cải tiến chu trình nhiên liệu, chế tào lò phản ứng thế hệ mới, nhiều

công ty đã tăng cơng tìm kiếm và khai thác các mỏ urani mới. Hơn nữa, từ đầu
năm 2006, Chính phủ ta đã chính thức cho phép xây dựng nhà máy điện hạt
nhân đầu tiên ở Việt Nam, dự kiến đa vào hoạt động vào khoảng 2017 - 2020.
Trong bối cảnh này, việc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện và lựa chọn công nghệ
xử lý quặng urani Việt Nam thích hợp nhất, từng bớc nâng quy mô xử lý là
việc làm hết sức cần thiết và quan trọng trong thời điểm hiện nay. Điều này vừa
phù hợp xu thế phát triển trên thế giới, vừa có thể có cơ sở vững chắc khi xây
dựng các cơ sở sản xuất urani trong nớc để nội địa hoá nhiên liệu cho các nhà
máy điện hạt nhân trong tơng lai.
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 đợc xây dựng nhằm mục tiêu nghiên cứu bổ
sung một số vấn đề về kỹ thuật trộn ủ với axit và rửa thu hồi urani từ quặng cát
kết khu vực Pà Lừa để hoàn thiện bộ số liệu trong quy trình xử lý quặng, xây
dựng đợc quy trình công nghệ xử lý quặng có tính hiệu quả kinh tế kỹ thuật
cao, tính toán và thiết kế sơ bộ một số thiết bị chính quy mô 2 tấn quặng/mẻ trên
cơ sở các số liệu trong đề tài và các đề tài trớc đây.

7
Để đạt đợc những mục tiêu đã đặt ra, đề tài đã tập trung nghiên cứu các
vấn đề sau:
1) Gia công quặng:
+ Lấy mẫu đại diện để phân tích khoáng vật, thành phần hóa học
+ Phơng pháp đập quặng, tính toán chi phí năng lợng
2) Xác định các chế độ và kỹ thuật tạo hạt phần quặng mịn đảm bảo độ bền nén,
độ thấm: độ hạt quặng, loại và lợng chất kết dính, độ ẩm, tốc độ quay.
3) Xác định các thông số cho quá trình trộn ủ: khảo sát ảnh hởng của độ ẩm,
kích thớc quặng, tiêu hao axit, tiêu hao chất ôxy hoá, thời gian tới hiệu suất
tách uran
4) Nghiên cứu quá trình rửa quặng trên cột:
+ Khảo sát các yếu tổ ảnh hởng đến hiệu suất thu hồi uran: tỷ lệ phần

quặng mịn, chiều cao lớp quặng, tốc độ, lợng nớc rửa.
+ Xác định số bậc trong quá trình rửa nhiều bậc ngợc chiều.
5) Xử lý dung dịch hoà tách để thu hồi uran
6) Tính toán và thiết kế sơ bộ một số thiết bị chính quy mô 2 tấn quặng/mẻ:
+ Tính toán các thông số cơ bản của các thiết bị chính trong dây chuyền
công nghệ xử lý quặng
+ Thiết kế sơ bộ: máy trộn quặng, máy tạo hạt, hệ thiết bị rửa
Các nội dung của đề tài đợc thực hiện trong 20 tháng từ tháng 05/2006
đến tháng 12/2007 tại Trung tâm Công nghệ xử lý quặng và một số đơn vị khác
thuộc Viện Công nghệ xạ hiếm với tổng kinh phí 330 triệu đồng từ Ngân sách
nhà nớc. Việc sử dụng kinh phí hoàn toàn đúng theo quy định của Nhà nớc.
Trên cơ sở các kết quả của đề tài sẽ tiến hành chế tạo hệ thống thiết bị
đồng bộ và xử lý quặng trên hệ thiết bị này, đánh giá chi phí, dòng vật chất,
năng lợng của toàn bộ dây chuyền xử lý trong giai đoạn 2008 - 2009. Từ đó
đánh giá ý nghĩa kinh tế của khu mỏ này. Việc thực hiện đề tài cũng là cơ hội
rất tốt để đào tạo các cán bộ nghiên cứu trẻ, giúp họ có đợc những kiến thức cơ
bản và từng bớc làm chủ công nghệ xử lý quặng urani.


8
Phần I. Tổng quan
I.1 . Cơ sở phơng pháp
I.1.1. Urani trong tự nhiên
Urani là một kim loại nặng, màu sáng bạc, tự cháy khi bị chia nhỏ, mềm
hơn thép một chút, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi. Trong không khí nó bị phủ bởi một
lớp ôxyt. Làm việc với urani cần có kiến thức về nồng độ cho phép tối đa mà
con ngời có thể hít hoặc ăn vào cơ thể con ngời [20]. Urani hiện nay đợc cho
là khá phổ biến trong tự nhiên (với hàm lợng khoảng 2,3 gam/tấn trong vỏ trái
đất [19]), chiếm vị trí thứ 48 trong số các nguyên tố, nhiều hơn đồng, antimon,
bạc hay cadmi và xấp xỉ với molybden, asen. Nó nằm trong rất nhiều khoáng

nh pitchblende, uraninite, carnotite, autunite, uranophane, and tobernite Nó
cũng đợc tìm thấy trong đá phosphate, lignite, monazite và có thể thu đợc từ
các nguồn này. Urani có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp.
I.1.1.1. Quặng cát kết
Theo các loại hình địa chất, Cơ quan Năng lợng nguyên tử quốc tế
(IAEA) đã chia các trầm tích chứa urani đã biết trên thế giới thành 15 loại
quặng chính và xắp xếp theo ý nghĩa kinh tế của chúng, chẳng hạn quặng bất
chỉnh hợp, cát kết, phôtphorit, dạng núi lửa phun trào, dạng mạch vỉa, đá trầm
tích biến chất Trong số đó, quặng cát kết đứng thứ hai, chỉ sau loại quặng bất
chỉnh hợp [17].
Trầm tích cát kết thờng xuất hiện ở dạng cát kết chứa cacbon và (hoặc
pirit) trên các sông hay bờ biển. Đá chủ phổ biến là dễ vụn và thờng kết hợp
với các vật liệu dạng túp. Pitchblende và coffinite là các khoáng phổ biến nhất
của quặng cha ôxy hóa. Các khoáng thứ sinh của urani nh carnotite,
tyuyamunite và uranophane thờng có trong các vùng quặng ôxy hóa. Urani kết
tủa trong điều kiện khử do nhiều tác nhân khử có trong cát kết nh các vật liệu
chứa cacbon, sunfua (pirit, H
2
S), hydrocacbon và các vật liệu chứa sắt-magiê.
Ngoài urani trong cát kết, hàm lợng của các nguyên tố nh Mo, Se, Cu và V
cũng có thể là đáng kể. Một đặc điểm rất quan trọng của trầm tích loại này là đá
chủ có độ xốp và tính thấm tốt và bị bao bọc bởi các tầng có tính thấm kém hơn.
Nhìn chung, có thể thu hồi urani từ loại quặng này bằng phơng pháp rẻ tiền
nh hòa tách in situ.
Quặng cát kết đóng góp khoảng 18% trữ lợng urani trên thế giới. Hàm
lợng urani trong cát kết phổ biến từ 0,05 - 0,4% U
3
O
8
. Dạng cát kết có ở các

nớc nh Mỹ, Nigiê, Kazakhstan, Nga, Uzbekistan, Bungari, Trung Quốc, Cộng
hòa Séc, Gabon, Hungari, Nhật, Pakistan [17].


9
Quặng cát kết khu vực Pà Lừa
Vị trí địa lý:
Mỏ urani Pà Lừa nằm ở hai thôn Pà Lừa và Pà Tôi thuộc xã
Tabhinh, huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam. Đây là khu vực có địa hình núi
cao, bị phân cắt mạnh, nằm cách thành phố Đà Nẵng khoảng 120 km về phía tây
nam.
Đặc điểm địa chất:
Mỏ urani Pà Lừa phân bố ở phần tây nam của nếp lõm sông
Bung, là một phần của trũng chồng Nông Sơn, đợc lấp đầy bởi các trầm tích
lục nguyên có tuổi Mesozoi. Tham gia vào cấu trúc địa chất của khu mỏ có mặt
các thành tạo trầm tích cả phân hệ tầng dới - hệ tầng An Điềm (T
3
nađ
1
). Phân
hệ tầng này đợc chia làm 3 tập:
Tập 1: T
3
nađ
1
1
: là tập nằm sát đáy, phủ bất chỉnh hợp lên các đá diorit,
granodiorit của phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn. Các đá của tập này bao gồm sạn
kết chứa cuội màu tím gụ, cát kết hạt thô màu tím gụ, đặc điểm dễ nhận biết là
các hòn cuội, thờng là thạch anh có màu hồng. Chiều dày của tập này từ 30 -

60 m.
Tập 2: T
3
nađ
1
2
: Các đá của tập này phân bố chủ yếu trong khu mỏ, nằm chuyển
tiếp lên các đá của tập 1 và đợc chia là hai hệ lớp dới và trên.
Hệ lớp dới: các đá lộ liên tục tạo thành dải từ bắc xuống nam, mặt cắt từ dới
lên trên gồm có:
+ Lớp 1 gồm các đá sạn kết, cát kết hạt thô - sạn kết có chứa thấu kính nhỏ
là cát kết hạt trung, hạt nhỏ màu xám, bề dày dao động từ 10 - 40 m,
trong lớp này có chứa thân quặng 1 ở phần thấp.
+ Lớp 2 gồm các đá cát kết hạt thô, trung màu xám, xen kẹp nhau, nằm
trực tiếp lên các đá của lớp 1, bề dày thờng mỏng. Trong lớp này có
chứa các thân quặng urani.
+ Lớp 3 nằm trực tiếp lên lớp 2 bao gồm các đá cát kết hạt thô, hạt trung
màu tím nhạt, trên mặt ít xuất lộ trong khu mỏ, chỉ quan sát đợc ở một
số các điểm lộ tuyến 24, dới sâu bắt gặp hầu hết ở các lỗ khoan (LK.1,
2, 3, 6, 11, 12, 13, 16). Bề dày lớp dao động từ 10 - 16 m.
+ Lớp 4 phân bố thành dải hẹp chuyển tiếp lên trên lớp 3 bao gồm các đá
cát kết hạt thô, hạt trung màu xám, xám sáng đôi chỗ trong cát kết chứa
sạn. Diện lộ tơng đối rộng có thể quan sát đợc trên các điểm lộ khe
Chính P
1
, P
2
, khe Cửa Hàng còn ở dới sâu bắt gặp ở các lỗ khoan 1, 5,
11, 12, 13, 15, Trong lớp đá có chứa các thân quặng và thấu kính
quặng urani. Bề dày lớp dao động từ 20 - 40 m.

+ Lớp 5 là lớp nằm trên cùng của hệ lớp 2a bao gồm các đá cát kết hạt nhỏ
màu xám tạo thành dải hẹp theo hớng bắc nam, diện lộ lớp có thể theo
dõi đợc ở các vỉa lộ khe Chính P
1
, P
2
, khe Cửa Hàng (phần trên mặt) và

10
các lỗ khoan 1, 5, 11, 12, 13, (phần dới sâu). Bề dày dao động từ 1 -
10 m.
Hệ lớp trên:
Các đá hệ lớp này lộ ra liên tục, phủ trực tiếp lên các đá của hệ lớp dới.
Trên mặt có thể quan sát đợc trên mặt cắt AB, tuyến 24, khe P
1
, khe Cửa
Hàng và dới sâu trong các lỗ khoan 10, 11, 12, 13, 14, 15, 19. Mặt cắt của hệ
lớp này đợc chia làm 2 lớp (từ dới lên).
Lớp 1 nằm trực tiếp lên các đá của hệ lớp dới gồm các đá cát kết hạt thô
đến trung bình có chứa sạn màu xám, ở trên mặt quan sát đợc ở khe suối
Chính và khe Cửa Hàng, vết lộ 20, dới sâu có thể quan sát đợc ở các lỗ
khoan 12, 13, 17, 10, 11. Bề dày của lớp này khoảng 10 m.
Lớp 2 là lớp cát kết hạt nhỏ màu xám, đôi chỗ là lớp bột kết màu xám. Đá
bị phong hoá có màu xám vàng, xám nâu, bở rời. ở trên mặt có thể quan
sát đợc ở các vết lộ 3080, 1295, hào 218, Trong tập này có chứa thân
quặng urani.
Bề dày của các tập trong các lỗ khoan thay đổi từ vài mét đến hàng chục
mét. Bề dày của cả tập dao động từ 80 - 100 m.
Tập 3: T
3

nađ
1
3

Đặc điểm khoáng hoá urani khu vực Pà Lừa:

Kết quả công tác tìm kiếm tỷ lệ 1:10.000 và đánh giá tỷ lệ 1:2.000 đã chỉ
ra trong diện tích khu Pà Lừa tồn tại 3 lớp đá chứa quặng. Tổng hợp các tài liệu
cho thấy các dị thờng phóng xạ hầu hết nằm trong phần thấp của hệ tầng An
Điềm, có thể xếp các dị thờng xạ vào ba lớp đá chứa quặng 1, 2 và 3. Trong
các lớp đá chứa quặng có các thân quặng và trong các thân quặng có các thấu
kính quặng phân bố phức tạp, rất không đồng đều.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy trong diện tích khu mỏ có ba lớp đá
chứa quặng là 1, 1
a
và 2. Kết quả đánh giá chi tiết trên diện tích 2,8 km
2
đã
khẳng định trong diện tích khu mỏ có ba lớp đá chứa quặng và đợc đánh số thứ
tự từ dới lên là 1, 2 và 3. Lớp đá chứa quặng ở đây là lớp đá có thành phần
thạch học tơng đồng, trên bản đồ đồng lợng gamma tỷ lệ 1:2.000 nằm trong
giới hạn đờng đồng lợng có giá trị cờng độ phóng xạ 30 àR/h (đo không
màn chắn chì) và chứa các thân quặng urani công nghiệp. Các thân quặng urani
công nghiệp là các ổ, thấu kính, chuỗi thấu kính có hàm lợng U
3
O
8
0,01%.
Mỗi thân quặng lớn bao gồm các thân quặng nhỏ và đợc đánh số thứ tự từ 1, 1-
1, 2, 2-1, 3, 3-1, và trong các thân quặng gồm các thấu kính quặng đợc

ký hiệu ví dự nh 1-1a, 1-1b, 2a, Những đặc điểm chính của các lớp đá chứa
quặng đợc mô tả nh sau:

11
Lớp đá chứa quặng số 1 nằm ở phần thấp (hệ lớp 2
a
) của tập 2 phân hệ
tầng An Điềm dới. Diện lộ của lớp này khá tốt có thể theo dõi đợc liên
tục kéo dài từ tây bắc xuống đông nam theo đờng phơng chiếm một
diện tích khá lớn trong khu mỏ. Có nhiều dị thờng đáng chú ý. Cờng độ
phóng xạ trên các dị thờng của lớp đá này khá cao, có điểm cao nhất là
VL. 4-542 lên tới > 3.000 àR/h. Quặng hoá nằm trong các đá hạt thô là
chính, bao gồm sạn kết, cát sạn kết. Hàm lợng U
3
O
3
dao động lớn từ
0,001 - 0,675%. Tính cho cả lớp thì hàm lợng trung bình đạt 0,046% với
hệ số biến thiên 176%. Nếu lấy hàm lợng biên C
b
0,01% thì hàm
lợng trung bình của lớp đạt 0,063% (với hệ số biến thiên 144%) Bề dày
của lớp đá chứa quặng 1 theo mặt cắt trên mặt từ 30 - 60 m theo hớng
dốc 30 - 50 m. Mức độ biến thiên chiều dày theo đờng hớng dốc tơng
đối phức tạp. Tại một số vỉa lộ trên lớp đá chứa quặng 1 phát hiện đợc
khoáng vật urani nguyên sinh là nasturani và bằng mắt thờng tại một số
vỉa lộ có thể quan sát đợc các khoáng urani thứ sinh. Trong lớp này có
hai thân quặng có giá trị công nghiệp là thân quặng 1 và thân quặng 1-1.
Trong thân quặng có nhiều thấu kính quặng.
Lớp đá chứa quặng số 2 cũng nằm trong hệ lớp 2a phân hệ tầng An Điềm

dới. ở trên mặt diện lộ của lớp này tơng đối phổ biến, tạo thành dài kéo
dài từ tây bắc xuống đông nam. Bề dày của lớp thay đổi từ 20 - 50 m (trên
mặt) và 20 - 40 m (dới sâu). Trụ lớp là cát kết màu tím nhạt và có danh
giới trùng với danh giới giứa lớp 3 và lớp 4 của hệ lớp 2
a
. Vách là cát kết
màu xám hạt nhỏ danh giới trùng với danh giới lớp 4 và 5. Đá chứa thân
quặng chính là cát kết hạt trung bình và ít hơn là sạn, cát kết. Giữa hai lớp
1 và 2 có lớp mỏng cát kết màu xám - tím loang lổ và chiều dài của lớp
theo đờng phơng tới hàng nghìn mét. Cờng độ phóng xạ lớp này khá
cao và duy trì theo đờng phơng khá ổn định, có những vết lộ kéo dài
đến hàng trăm mét. Hàm lợng urani dao động từ 0,003 - 0,6% ở phần
trên mặt, còn trong các lỗ khoan có lỗ đạt 0,087%. Hàm lợng trung bình
cả lớp đạt 0,069% (hệ số biến thiên 197%), nếu lấy hàm lợng biên C
b

0,01% thì hàm lợng trung bình của lớp đạt 0,095% (với hệ số biến thiên
162%). Trong lớp đá này chứa các thân quặng 2 và một số thấu kính
quặng nhỏ khác.
Lớp đá chứa quặng số 3 khác với 2 lớp trớc, nó nằm trong các loại đá
mịn hơn (cát kết hạt nhỏ, cát bột kết) và nằm trong phụ tập trên 2
b
. Diện
lộ trên mặt có phơng kéo dài từ bắc xuống nam bắt đầu từ tuyến 13 qua
tuyến 0 đến tuyến 56. Đá chứa quặng cha phong hoá có màu xám, xám
xanh, khi bị phong hoá có màu nâu vàng, nâu đỏ. Hàm lợng U
3
O
8
của

lớp này không cao, thay đổi từ 0,004 - 0,064% và trung bình cả lớp là
0,031% (với hệ số biến thiên 143%). Nếu lấy hàm lợng biên C
b
0,01%
thì hàm lợng trung bình của lớp đạt 0,047% (với hệ số biến thiên 105%).

12
Bề dày của lớp thay đổi từ 20 - 25 m. Trong lớp đá này chứa các thân
quặng nhỏ 3 và 3-1.
I.1.1.2. Các khoáng chứa urani
Khoáng quặng nguyên sinh chủ yếu là uraninite hoặc pitchblende. Ngoài
ra, ngời ta cũng đã phát hiện ra một số khoáng khác nh carnotite (urani kali
vanadat), davidite-brannerite-absite (urani titanat), các niobat của urani và đất
hiếm.
Có rất nhiều khoáng thứ sinh của urani. Phổ biến nhất là gummite (nh
limonite là hỗn hợp của các urani ôxyt thứ sinh khác và tạp chất); urani phốtphát
ngậm nớc bao gồm autunite (với canxi), saleeite (mangan), torbernite (với
đồng); và urani silicat ngậm nớc nh coffinite, uranophane (với canxi) và
sklodowskite (với magiê) [18].
Các khoáng nguyên sinh thờng có mầu đen, xám và nâu còn mầu của
các khoáng thứ sinh là dãy mầu vàng sáng, da cam, xanh lá cây và sự kết hợp
hay xen kẽ các mầu này.
1. Uraninite
Uraninite (UO
2
) có cấu trúc tinh thể hình lập phơng hoặc hình tám mặt,
có trọng lợng riêng từ 8 - 10,5 (sắt là 7,85), độ cứng từ 5 - 6, màu đen xám
[18]. Uraninite là một thành phần quan trọng của gần nh tất cả các loại quặng.
Nó là quặng chủ yếu của urani và radi. Ngời ta cũng phát hiện ra đợc hêli
trong khoáng uraninite. Radi và hêli có trong khoáng uraninite là do chúng là

sản phẩm của quá trình phân rã urani. Dới tác động của khí hậu hoặc biến đổi
khác, uraninite sinh ra một số khoáng nh khoáng urani phốtphát (autunite,
torbernite) và urani silicat (sklodowskite và cuprosklodowskite). Uraninite có
tính phóng xạ cao [19].
2. Pitchblende
Pitchblende là dạng thô của uraninite, không có cấu trúc tinh thể rõ ràng.
Nó là thành phần chủ yếu của gần nh tất cả các loại quặng urani có hàm lợng
cao và lợng urani lớn nhất đợc sản xuất ra từ khoáng này trên thế giới.
Pitchblende nhẹ hơn uraninite một chút, có trọng lợng riêng 6 - 9 nhng các
tính chất khác thì đều giống nh uraninite. Pitchblende thờng kết hợp với một
hoặc nhiều khoáng nguyên sinh của sắt, đồng, coban, chì, bạc và bismut. Sự có
mặt của các khoáng này trong quặng là điều kiện thích hợp để nhận biết
pitchblende. Nó cũng thờng đi kèm với các khoáng chứa urani thứ sinh màu
sáng khi bị phong hoá hay biến đổi nào đó [18].
3. Davidite
Davidite đợc tích tụ có thể ở nhiệt độ và áp suất cao trong các mạch thủy
nhiệt hơn pitchblende. Nó có nhiều tính chất nh khoáng pegmatite. Các khoáng
kết hợp là ilmenite, hematite, mica, quartz, calcite và feldspar hồng. Hầu nh

13
không bao giờ tìm thấy davidite tinh khiết mà lẫn với ilmenite do nó có các tính
chất vật lý và thành phần hóa học rất tơng tự.
4. Carnotite
Carnotite (K
2
(UO
2
)
2
(VO

4
)
2
- 1-3H
2
O) là khoáng tơng đối ít phổ biến.
Carnotite có quan hệ mật thiết với khoáng tyuyamunite (Ca(UO
2
)
2
(VO
4
)
2
- 5-
8H
2
O). Hai khoáng này thờng đi cùng với nhau và khó có thể phân biệt đợc
bằng các phơng pháp thông thờng. Carnotite có màu vàng sáng, độ cứng là 2
và trọng lợng riêng xấp xỉ 4 - 5. Trong cát kết và đá vôi, các khoáng kết hợp là
các khoáng khác của urani và vanadi. Chú ý rằng carnotite cũng có tính phóng
xạ.
5. Torbernite
Cấu trúc torbernite (Cu(UO
2
)
2
(PO
4
)

2
-10H
2
O) gồm khối tứ diện của nhóm
phốtphát liên kết với nhóm urani-ôxy thành khối bát diện méo mó. Nó có thể
mất nớc và chuyển thành khoáng khác là meta-torbernite. Torbernite có độ
cứng là 2 - 2,5 và trọng lợng riêng khoảng 3,2. Các khoáng kết hợp là autunite,
uranophane, uranocircite, meta-torbernite, uraninite và các khoáng khác của
urani.
6. Autunite
Autunite (Ca(UO
2
)
2
(PO
4
)
2
-10H
2
O) là một trong những khoáng có tính
phóng xạ phổ biến và đáng chú ý. Autunite có độ cứng là 2 - 2,5 và trọng lợng
riêng khoảng 3,1 - 3,2. Các khoáng kết hợp là torbernite, meta-torbernite,
uranocircite, uranophane, uraninite và các khoáng khác của urani.
7. Uranophane
Uranophane (CaO*2UO
3
*2SiO
2
*6H

2
O) [18] là dạng canxi-urani silicat
chứa nhóm silica thay cho nhóm phôtphát trong autunite, nặng hơn autunite một
chút (trong lợng riêng là 3,85) và có mạng tinh thể hoàn toàn khác. Nguồn gốc
và sự xuất hiện của nó rất tơng tự nhau (ít nhất 2 trong số 3 khoáng này hầu
nh thờng đợc phát hiện cùng với nhau).
I.1.2. Công nghệ xử lý quặng uran
I.1.2.1. Chuẩn bị mẫu quặng
Việc lựa chọn và chuẩn bị mẫu quặng là khâu có tính quyết định trong
quá trình đánh giá thủy luyện quặng uran. Mẫu đại diện phải có các tính chất vật
lý, hóa học của thân quặng, chẳng hạn nh kích thớc hạt, sự phân bố, thành
phần hóa học và khoáng vật.
Mẫu quặng thí nghiệm phải có thành phần của các cấu tử đúng nh trong
quặng gốc. Khối lợng mẫu quặng cần thiết để có tính đại diện cao phụ thuộc
vào các yếu tố nh kích thớc hạt, hàm lợng và mức độ đồng nhất. Thông

14
thờng, phơng pháp đợc sử dụng để xác định khối lợng quặng cần thiết dựa
vào kinh nghiệm. Trong bảng dới đây sẽ trích dẫn mối quan hệ giữa kích thớc
hạt, và khối lợng mẫu cần thiết ở một số cấp hàm lợng khác nhau (sau khi
chuyển đổi về đơn vị kilogam) [21].
Khối lợng mẫu phụ thuộc vào kích thớc hạt (tính theo kg)
Kích thớc hạt lớn nhất Khối lợng mẫu tối thiểu (kg)
inch mm
Hàm lợng rất
thấp
Hàm lợng thấp
Hàm lợng
trung bình
2 50,8 545 1816 4036

1,5 38,1 261 1022 2270
1,25 31,7 213 710 1576
1 25,4 136 454 1009
0,75 19,1 77 256 568
0,625 15,9 50 178 394
0,5 12,7 34 114 252
0,375 9,5 19 64 142
0,3125 7,9 13 44 99
Trong bảng này, nói chung số liệu ở cột thứ 3 sử dụng cho các loại quặng
sắt, cột 4 sử dụng cho các loại quặng chì hàm lợng thấp, kẽm, đồng và hầu hết
quặng urani dạng cát kết. Nh vậy, khi lấy mẫu, tùy thuộc vào kích thớc hạt và
cấp hàm lợng sẽ xác định đợc khối lợng quặng tối thiểu dựa số liệu ở bảng
này.
I.1.2.2. Hòa tách quặng bằng axit sunfuric
Phơng pháp sử dụng để hòa tan urani từ quặng phụ thuộc một phần vào
tính chất vật lý của quặng nh loại khoáng, khả năng giải phóng kim loại và bản
chất của các khoáng khác đi kèm. Hòa tách bằng axit sunfuric đợc sử dụng
rộng rãi trong thực tế công nghiệp vì nếu sử dụng các axit khác nh axit nitric
hay clohydric đều không phù hợp vì nhiều lý do.
Một số nguyên lý của quá trình hòa tách có thể đợc tóm tắt nh sau:
1. Hòa tách cơ bản là một quá trình khuếch tán có tốc độ hòa tách tỷ lệ với
nồng độ tác nhân, nhiệt độ, diện tích bề mặt của pha rắn và tốc độ khuếch tán
qua lớp dung dịch gần kề tới bề mặt pha rắn. Nhìn chung, tốc độ hòa tách
tăng từ 1,5 - 2 lần khi tăng thêm 10
o
C;
2. Tốc độ khuếch tán là một hàm số của độ dầy của lớp khuếch tán và tỷ lệ
nghịch với căn bậc 2 của tốc độ dịch chuyển tơng đối các pha với nhau.

15

Quá trình khuấy bùn quặng làm giảm độ dầy của lớp khuếch tán và làm tăng
tốc độ hòa tách. Với chế độ khuấy thích hợp thì tốc độ hòa tách tỷ lệ với
phản ứng hóa học trên bề mặt chất rắn và do đó với diện tích bề mặt;
3. Trong quá trình hòa tách áp suất, tốc độ ôxy hóa tỷ lệ thuận với diện tích bề
mặt và áp suất riêng phần của ôxy trong hệ;
4. Hệ số khuếch tán (nghĩa là tốc độ khuếch tán) giảm khi độ nhớt của môi
trờng tăng lên.
Trong dung dịch, axit sunfuric bị phân ly thành các ion sunfat, bisunfat và
hydro. Phản ứng của U(VI) để tạo ra uranyl sunfat và các phức uranyl sunfat
xảy ra theo các phản ứng nh sau:
UO
3
+ 2H
+
= UO
2
2+
+ H
2
O
UO
2
2+
+ SO
4
2-
= UO
2
SO
4

UO
2
SO
4
+ SO
4
2-
= [UO
2
(SO
4
)
2
]
2-
[UO
2
(SO
4
)
2
]
2-
+ SO
4
2-
= [UO
2
(SO

4
)
3
]
3-

Trong dung dịch có thể tồn tại bất cứ dạng nào của urani tùy thuộc vào
nồng độ của axit và uran, nhiệt độ và các phức khác trong hệ. Nếu dung dịch
hòa tách đợc xử lý sau đó bằng trao đổi ion thì việc tạo thành các phức này rất
có lợi vì các nhựa trao đổi dạng anion có tính chọn lọc tốt hơn đối với urani so
với nhựa dạng cation.
Urani trong quặng ở dạng U(IV) phải đợc ôxy hóa trớc khi quá trình
hòa tan xảy ra. Ion Fe
3+
chính là chất ôxy hóa U(IV) trong quá trình hòa tách
bằng axit sunfuric. Sắt thì luôn có mặt vì bản thân trong quặng cũng chứa sắt,
ngoài ra trong quá trình đập nghiền quặng, sắt cũng đợc bổ sung do bào mòn
thiết bị.
Chi phí axit là một hàm số phụ thuộc vào các cấu tử trong quặng. Calcite,
dolomite, magnesite và siderite phản ứng với axit ngay ở vùng nồng độ axit thấp
và nhiệt độ thờng. Sulfide, sắt kim loại, một vài loại phốt phát, molybdat,
vanadat, ôxyt, florua, cũng tiêu tốn axit và làm bẩn dung dịch khi nhiệt độ
hoặc nồng độ axit tăng lên. Một số phản ứng điển hình xảy ra nh sau:
CaCO
3
+ H
2
SO
4
= CaSO

4
+ CO
2
+ H
2
O
(Ca,Mg)(CO
3
)
2
+ 2H
2
SO
4
= CaSO
4
+ MgSO
4
+ 2CO
2
+ 2H
2
O
Fe + H
2
SO
4
= FeSO
4
+ H

2

FeCO
3
+ H
2
SO
4
= FeSO
4
+ CO
2
+ H
2
O
Fe
2
O
3
+ 3H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3H

2
O
S
2-
+ H
2
SO
4
= H
2
S + SO
4
2-



16
Phần lớn urani trong quặng cát kết ở dạng khoáng thứ cấp đã đợc ôxy
hóa nh carnotite, tyuyamunite, autunite, torbernite và uranophane. Các khoáng
này có thể tan đợc trong dung dịch axit và các chất ôxy hóa đợc bổ sung vào
chỉ để đảm bảo chống lại sự khử của các cấu tử khác hoặc sắt kim loại.
U(IV) nằm trong khoáng uraninite và dạng vô định hình của nó,
pitchblende. Một vài loại quặng khó hòa tách nhất là quặng chứa khoáng đa
ôxyt nh brannerite và davidite. Những khoáng này có thể chứa urani ở cả 2 hóa
trị 4 và 6 cùng với titan, sắt và đôi khi với vanadi, thôri và các nguyên tố hiếm.
Hòa tách đống

Hòa tách đống đã trở thành phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi trong việc
xử lý các loại quặng vàng, bạc, đồng và urani có hàm lợng thấp. Một trong
những yếu tố chủ yếu quyết định sự thành công trong hòa tách đống là vấn đề

thủy học của đống. Hòa tách đống bao gồm cả quá trình thấm của tác nhân hòa
tách qua các hạt quặng. Trong vùng không gian trống của lớp quặng có tồn tại
không khí cùng với dung dịch nên hòa tách đống là một hệ cha bão hòa
(unsaturated) và do đó phải áp dụng các kiến thức và công cụ của khoa học đất
cha bão hòa.
Tính thấm của khối quặng chứa nhiều sét thờng là rất kém. Cuối những
năm 1980, các nhà khoa học cho rằng loại quặng này không thích hợp cho quá
trình hòa tách đống bằng axit, do đó cần loại trừ loại quặng này khi hòa tách
đống [9].
Trong hòa tách đống quặng đã tạo hạt bằng kiềm thì các hạt mịn liên kết
với bộ khung bởi các lực vật lý nh lực hút tĩnh điện và lực Van-de-wael. Tuy
nhiên, trong hòa tách bằng axit, trừ các lực này, sự kết hợp của các hạt quặng
đợc thực hiện bởi các phản ứng hóa học. Xi măng phản ứng với quặng tạo ra
các hợp chất có nớc và tạo liên kết hệ ở dạng cầu, không bị vỡ trong quá trình
hòa tách.
I.1.2.3. Tái tạo hạt phần quặng mịn
Lý thuyết của quá trình tái tạo hạt đợc Tigerschiold tìm ra về mặt từ năm
1950, lý thuyết này phát biểu rằng các viên đợc hình thành bằng cách tập hợp
các hạt nhỏ xung quanh các nhân trong quá trình nén ép. Các yếu tố quyết định
đến sự tái tạo hạt thành công (chịu đợc lực nén ép nhng có độ thấm tốt) là đặc
điểm của quặng (nh độ hạt, loại khoáng vật, lợng nớc), các thông số công
nghệ (nh thời gian, lực nén ép) và chất lợng và số lợng phụ gia [9].
Tái tạo hạt là một trong những giải pháp có hiệu quả để nâng cao độ thấm
của khối quặng. Ngoài ra nó còn hạn chế đợc sự cô lập của các hạt quặng trong
quá trình tạo đống làm cho dung dịch thấm khác nhau trong các vùng của cùng
một đống. Quá trình tái tạo hạt có thể làm giảm thời gian hòa tách, tăng hiệu
suất thu hồi, giảm chi phí và giá thành.

17
á

p
suất
á
p
suất
Hình 1.1. áp suất sub - khí quyển trong
ống mao quản
I.1.2.4. Lý thuyết thủy học vùng cha bo hòa
Thủy học vùng cha bão hòa mô tả dòng và sự lu giữ độ ẩm trong môi
trờng xốp trong điều kiện pha khí, pha nớc và pha rắn đều tồn tại. Điều kiện
cha bão hòa đợc định nghĩa là trạng thái mà áp suất đất-xốp-nớc nhỏ hơn áp
suất khí quyển. Điều kiện này là do lực hấp phụ và mao quản hút và giữ nớc
trong khối quặng, và đợc gọi là thế mao quản hoặc lực hút mao quản. Điều
này đợc minh họa trên hình 1.1 dới đây, trong đó nớc dâng lên trong ống
mao quản, nh nớc trong khối đất cha bão hòa, có áp suất âm.
Mối quan hệ chủ yếu để mô tả
một vật liệu cha bão hòa là đờng
cong đặc trng nớc trong đất của nó
(SWCC). Đó là quan hệ giữa lợng
nớc và tổng lực hút. Tổng lực hút có
2 thành phần là lực hút mao quản và
lực hút do thấm lọc. Lực hút mao
quản không phụ thuộc vào tính chất
của vật liệu. Ví dụ cái cảm biến đợc
lắp đặt để đo lực hút in situ có thể
đợc coi là cái đo áp suất của vùng
cha bão hòa. Việc xác định SWCC là trọng tâm để thiết kế một hệ cha bão
hòa bất kỳ nh các đống hòa tách vì nó mô tả mối quan hệ cơ bản giữa trạng
thái năng lợng của nớc trong lỗ xốp và thể tích nớc đợc lu giữ trong phần
lỗ xốp. Hình 1.2 đa ra một SWCC điển hình cho các vật liệu có kết cấu thô và

mịn.
Vật liệu có kết cấu mịn có khả năng giữ ẩm hơn vật liệu thô ở vùng có lực
hút cao do có kích thớc lỗ xốp nhỏ hơn. Do đó vật liệu có kết cấu thô hơn bắt
đầu ráo nớc do sự hút tăng từ điều kiện bão hoà và mất độ ẩm do sự hút tiếp tục
tăng lên. Ngợc lại, vật liệu có cấu trúc mịn hơn vẫn giữ nguyên lợng nớc khi
có cùng sự hút. Cuối cùng thì vật liệu có cấu trúc mịn hơn cũng sẽ bắt đầu ráo
nớc do sự hút tăng lên. Tốc độ mà tại đó lợng nớc giảm khi tăng sự hút là
một hàm số của sự phân bố kích thớc hạt của vật liệu. Vật liệu đồng đều sẽ có
khuynh hớng ráo nớc nhanh trong khoảng hút nhỏ bởi vì kích thớc lỗ nhìn
chung là giống nhau.

18



Tốc độ mà nớc chảy qua đất bão hoà đợc mô tả bằng định luật Darcy
nh sau:
q
sat
= - k
sat
.dh/dl
trong đó:
q
sat
- tốc độ dòng của nớc;
k
sat
- hệ số dẫn nớc;
dh/dl - biến thiên áp suất thuỷ tĩnh

Định luật Darcy cũng áp dụng đợc với đất cha bão hoà. Tuy nhiên,
trong trờng hợp này, hệ số k không phải là hằng số mà là hàm số của lực hút
mao quản hoặc độ bão hoà.
Quan hệ giữa hệ số dẫn nớc và lực hút mao quản, thờng đợc nói đến
nh một hàm số K của đất, là mối quan hệ chủ yếu thứ hai của đất cha bão hòa.
Theo quan hệ này, trong điều kiện bão hòa, vật liệu thô có khả năng dẫn nớc
lớn hơn các vật liệu mịn. Tuy nhiên, khi lực hút tăng lên thì hệ số dẫn nớc của
vật liệu thô giảm nhanh hơn hệ số dẫn nớc của vật liệu mịn và cuối cùng vật
liệu mịn trở thành vật dẫn nớc tốt hơn. Điều này xảy ra là do ở lực hút cao, các
lỗ trống lớn của vật liệu thô ráo nớc nhanh và không còn khả năng dẫn nớc
nữa trong khi đó các lỗ nhỏ hơn của các vật liệu mịn không bị tháo kiệt nớc và
tiếp tục dẫn nớc.
Độ ẩm
Lực hút mao quản
Hình 1.2. Đờng cong đặc trng nớc trong đất đối với các
vật liệu có kết cấu thô và mịn
Mịn
Thô

19
Hòa tách đống là một môi trờng cha bão hòa, do đó việc điều khiển hòa
tách đống cần quan tâm đến các điều kiện về dòng chảy phức tạp vốn có của
thủy lực vùng cha bão hòa. Hai vấn đề thủy lực then chốt là dòng dung dịch
phải đủ và (hoặc) đồng nhất qua đống. Dòng đủ là cần thiết để đống quặng đợc
hòa tách trong thời gian phù hợp (hiệu quả kinh tế), trong khi đó dòng đồng nhất
lại cần thiết để cho phép toàn bộ quặng đợc hòa tách. Quá trình hòa tách, rửa
đòi hỏi khối quặng phải có độ thấm tơng đối tốt và vật liệu phải có sự đồng đều
để tránh việc tạo kênh của dòng dung dịch. Các phần quặng nếu không đợc
tiếp xúc tốt với dung dịch sẽ vẫn không đợc hòa tách hoặc rửa.
Độ thấm không tốt của đống quặng là một trong những nguyên nhân chủ

yếu nhất làm giảm khả năng thu hồi kim loại. Độ thấm kém, tức là dòng dung
dịch chậm dẫn đến thời gian kéo dài không kinh tế, hơn nữa hiệu suất thu hồi
cũng giảm do đống quặng không đợc làm ớt hoàn toàn. Tuy nhiên độ thấm
của lớp quặng quá tốt thì thời gian tiếp xúc của quặng và dung dịch không đủ
dẫn đến giảm hiệu suất thu hồi. Hạt mịn và sét có trong quặng là một trong
những nguyên nhân chủ yếu làm giảm độ dẫn nớc. Các hạt mịn sẽ bịt kín các
lỗ bên trong hạt làm giảm không gian trống của lớp. Trong nhiều trờng hợp,
các hạt mịn bị dung dịch cuốn trôi xuống phần đáy lớp làm cho lớp quặng bị nút
lại. Vấn đề độ thấm của đống quặng cũng có thể xảy ra khi khối quặng bị nén
ép do sự thiếu cẩn thận khi xây dựng đống. Mức độ vững chắc của đống trong
suốt quá trình cũng gây ra vấn đề độ thấm. Sự kết tủa của các ion nh canxi, sắt
cũng có thể làm giảm đáng kể độ thấm.
I.2 . Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
I.2.1. Nghiên cứu, ứng dụng trên thế giới
+ Hoà tách quặng
Sản lợng hàng năm phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh nguồn tài nguyên,
phơng pháp khai mỏ, hàm lợng của quặng, địa chất và vấn đề môi trờng.
Hiện nay, urani chủ yếu đợc sản xuất bằng các phơng pháp lộ thiên, hoà tách
ngầm và truyền thống. Lợng urani sản xuất đợc từ 3 công nghệ này vẫn
chiếm tỷ trọng chủ yếu, chiếm 70,3% tổng sản lợng năm 2001; 79,9% - năm
2002; 66,8% - năm 2004. Sản lợng urani thu đợc ở dạng sản phẩm phụ từ
quặng đồng, vàng và phốt phát chiếm khoảng 10% [14].
+ Nghiên cứu, ứng dụng quá trình tái tạo hạt phần quặng mịn
1. Nghiên cứu ảnh hởng của sự tái tạo hạt vào hòa tách đống (P.D. Georgescu,
G. Graur, R & D Institute for Rare and Radioactive Metals, Bucharest, Rumani)
[9]:
Các thí nghiệm nghiên cứu tạo hạt đợc thực hiện bằng thiết bị tạo hạt
phòng thí nghiệm với các thông số nh lợng chất kết dính (thủy tinh lỏng, xi

20

măng), lợng nớc, thời gian trộn và độ nghiêng của đĩa. Thí nghiệm hòa tách
đống các loại quặng sau khi đập và tạo hạt đợc thực hiện trên cột, dung dịch
đợc tuần hoàn lại.
Hai loại mẫu quặng urani của Rumani (một loại chứa 0,4 - 0,5% U, một
loại chứa 0,1 - 0,15% U) đã đợc thử nghiệm. Quặng đợc đập qua hai giai đoạn
sử dụng máy đập hàm và nghiền bi. Cả hai loại quặng đều có tỷ lệ phần quặng
mịn lớn (khoảng 50 - 60% < 0,063 mm).
Khi nghiên cứu phần tạo hạt, các tác giả đã thu đợc kết quả là sự biến
đổi cỡ hạt tái tạo đợc (từ 10 - 40 mm) và phần trăm hạt bị vỡ (0 - 40%) khi bị
nén khi thay đổi lợng xi măng, dung dịch làm ẩm và độ nghiêng của đĩa quay.
Các thông số quá trình tạo hạt cho thí nghiệm hòa tách đợc lựa chọn nh sau:
+ Xi măng: 10 g/kg quặng;
+ Nớc xô đa: 10 g/kg quặng;
+ Nớc: 100 ml/kg quặng;
+ Thời gian trộn trong máy tạo hạt: 5 - 7 phút đối với xi măng và 8 - 10
phút đối với xô đa;
+ Góc nghiêng: 46
o
;
+ Tốc độ quay: 20 - 25 vòng/phút
Các hạt thu đợc khi sử dụng xi măng pooclan chịu nén cơ học cao (5 -
8% bị vỡ), trong khi sử dụng thí con số này là 12 - 15%. Trong cùng một thời
gian tạo hạt, các hạt sử dụng xi măng có độ xốp cao. Sau khi tạo hạt, có khoảng
60% quặng có đờng kính 6 - 10 mm, 25% < 6 mm và 15% > 10 mm.
Mẫu quặng sau khi đập và tạo hạt đợc nạp vào cột có đờng kính 300
mm và cao 1.000 mm để mô phỏng điều kiện hòa tách đống. Các thí nghiệm
hòa tách đợc tiến hành gián đoạn, mỗi chu kỳ 5 giờ/ngày. Tỷ lệ quặng/dung
dịch là 3/1 và tốc độ dòng dung dịch là 285 l/giờ.m
2
.

Từ kết quả thực nghiệm, các tác giả đã kết luận rằng phần lớn urani nằm
ở phần quặng mịn (< 0,63 mm) cả hai loại quặng đều có thể hòa tách tĩnh đợc.
Sự tạo hạt trớc khi hòa tách có một vài u điểm nh tăng hiệu suất thu hồi lên
10 - 12%, dung dịch thu đợc trong hơn, có thể xử lý trực tiếp mà không cần
khâu lắng lọc, hàm lợng urani trong bã quặng thấp hơn và chi phí tác nhân hòa
tách giảm.
2. ứng dụng hòa tách đống bằng axit loại quặng urani chứa sét ở Trung Quốc
(Zeng Yijun, Li Jianhua, Li Tieqiu, Zhong Pingru, Beijing Research Institute ò
Chemical Engineering & Metallurgy, CNNC, Beijing, China) [9]:
Độ thấm của khối quặng có ảnh hởng rất lớn tới quá trình hòa tách đống
và hiệu suất hòa tách, do đó loại quặng có hàm lợng sét cao sẽ rất khó hòa tách

21
đống. Viện Nghiên cứu khai thác mỏ urani đã nhiều năm nghiên cứu vấn đề tác
nhân xi măng hóa, phơng pháp tạo hạt cũng nh giải pháp trộn ủ quặng đã tạo
hạt.
Thí nghiệm kiểm tra đặc điểm của quặng bao gồm lấy mẫu, chuẩn bị mẫu
quặng, phân tích cỡ hạt, xác định thành phần khoáng vật, hóa học của quặng và
thí nghiệm hòa tách truyền thống.
Thí nghiệm tạo hạt: việc tạo hạt đợc thực hiện trên thiết bị dạng đĩa quay
bằng thép không gỉ có góc điều chỉnh đợc, tốc độ quay 40 vòng/phút, đờng
kính 500 mm. Phơng pháp xác định bao gồm: xác định cỡ hạt ( 5 40 mm),
dung lợng hấp thu nớc (khoảng 20%), kiểm tra độ nén (> 3N). Phơng pháp
xác định 3 giai đoạn đợc sử dụng trong tạo hạt. Trớc hết cho quặng đã tạo hạt
vào cột không mầu, xác định số hạt, hòa tách bằng nớc sạch, sau đó bằng dung
dịch chứa 20 - 30 g axit, và cuối cùng bằng dung dịch chứa 50 - 100 g axit. Sau
mỗi giai đoạn hòa tách, xác định số hạt bị vỡ vụn, so với ban đầu. Phần trăm hạt
không bị vỡ vụn chính là độ bền hòa tách của hạt.
Thí nghiệm cột: cả độ bền hòa tách của hạt và các thông số hòa tách đợc
đánh giá bởi các thí nghiệm trên cột. Trên cơ sở thí nghiệm cột, tiến hành một

loạt các thí nghiệm cột nhiều giai đoạn với quy mô tăng dần (thờng 1 - 5 tấn
quặng) nhằm thu đợc các số liệu cần thiết để xây dựng pilot.
Khi thí nghiệm với 3 loại quặng urani thì thu đợc kết quả nh sau: Với
quặng urani dạng cao lanh có tỷ lệ hạt - 0,5 mm chiếm 45 - 75% thì sự tạo hạt
cải thiện đợc tính thấm rõ rệt. Hiệu suất hòa tách đạt 95%, thời gian hòa tách
dới 30 ngày ở thí nghiệm cột và dới 40 ngày ở thí nghiệm nhiều giai đoạn ở
quy mô lớn hơn. Đối với quặng urani có chứa mica, tỷ lệ hạt - 0,5 mm chiếm
35%, nếu hòa tách đống trực tiếp thì độ thấm đạt dới 10 l/ m
2
giờ và thời gian
cần trên 6 tháng, tuy nhiên, sự tạo hạt cho phép độ thấm tăng lên hơn 10 lần và
thời gian là dới 60 ngày. Còn đối với quặng urani chứa một lợng lớn các
mảnh vụn ôxyt sét, tỷ lệ hạt - 0,3 mm khoảng 30%, không thể hòa tách đống
trực tiếp, sau khi tách riêng phần hạt mịn cho tái tạo hạt lại và hòa tách đống thì
hiệu suất hòa tách đạt 96%, thời gian hòa tách dới 60 ngày.
Nh vậy, sự tạo hạt không những cải thiện độ thấm của hòa tách đống mà
còn tăng cờng phản ứng hòa tách. Độ thấm của đống quặng đã tạo hạt đạt trên
600 l/ m
2
giờ. So sánh với hòa tách đống trực tiếp, hòa tách có tạo hạt giảm đợc
thời gian hòa tách từ 200 xuống còn 60 ngày, hiệu suất hòa tách trung bình tăng
từ 40 lên tới 96%. Do đó, kỹ thuật tạo hạt đợc sử dụng rộng rãi trong hòa tách
đống các loại quặng urani chứa sét ở Trung Quốc.
Qua thực nghiệm nhiều năm, Viện Nghiên cứu khai thác mỏ urani đã có
đợc công nghệ và các thông số công nghệ trong lĩnh vực tạo hạt, trộn ủ, vận
hành hòa tách. Cho đến nay, kỹ thuật tạo hạt trong hòa tách đống bằng axit đã
đợc áp dụng thành công trong việc xử lý 11 loại quặng có độ thấm nhỏ nh

22
quặng ôxyt niken hàm lợng thấp, đuôi quặng đồng-côban, quặng urani dạng

granit
+ Nghiên cứu về ứng dụng thuỷ học vùng cha bão hoà (unsaturated zone
hydrology) để tối u hoá hoà tách đống [17]:
Dựa vào lý thuyết thuỷ lực vùng cha bão hoà, các tác giả đã tiến hành
các thí nghiệm trên cột có cấu tạo tơng tự ở hình 1.2 nhng cột có tiết diện
hình vuông, mỗi cạnh 30 cm, cao 160 cm và chiều cao thành ngăn cách giữa 2
phần vật liệu thô và mịn ở đáy cột là 30 cm. Vật liệu trong cột đợc làm ớt
bằng muối. Các thí nghiệm đợc thực hiện theo 2 bớc, bớc sơ bộ nhằm xác
định điều kiện để tạo ra dòng dạng phễu, sau đó bớc thứ hai là bớc chủ yếu để
khảo sát ảnh hởng của dòng tới quá trình rửa muối.
Từ nghiên cứu, các tác giả đã xác định đợc phần trăm dung dịch ra khỏi
cột ở các phần vật liệu thô và mịn tuỳ lu lợng tới, xây dựng các đờng cong
thu hồi muối ở từng phần theo thời gian tới. Trên cơ sở các số liệu thu đợc,
các tác giả cũng đã xây dựng đợc mô hình có thể ứng dụng để thiết kế và vận
hành.
+ Theo báo cáo trình bày tại Technical Meeting on Uranium Small-Scale and
Special mining and Processing Technologies), đợc tổ chức từ 19-22/6/2007 ở
Vienna, tổ chức AREVA NC-BU Mines đang triển khai một dự án thực hiện từ
2005 - 2008 xử lý quặng urani hàm lợng thấp (<0,1% U
3
O
8
) bằng hoà tách
đống ở Somair. Dự án đợc tiến hành theo 4 bớc: nghiên cứu phòng thí
nghiệm, thử nghiệm trên cột mẫu quặng đại diện của cả khu mỏ, thử nghiệm
trên cột các mẫu của từng khu vực riêng biệt và thử nghiệm quy mô pilôt.
Công nghệ mà họ đang nghiên cứu bao gồm các công đoạn: đập quặng,
agglomerat (trong đó có axit, chất kết dính), tạo đống và hoà tách, dung dịch thu
đợc chuyển tới nhà máy xử lý bằng chiết dung môi. Hiệu suất thu hồi urani
trong công đoạn hòa tách đạt 68 - 70%, chi phí axit trung bình 20 - 30 kg/tấn

quặng. Theo kế hoạch, tới năm 2009 sẽ đi vào sản xuất urani. Đây là cơ sở đầu
tiên sử dụng hoà tách đống ở Niger và là lớn nhất thế giới trong thời điểm này.
I.2.2. Nghiên cứu trong nớc
Trong những năm gần đây, một số đề tài nghiên cứu khoa học các cấp đã
đề cập đến vấn đề xử lý quặng cát kết của Việt Nam.
1. Đề tài Nghiên cứu xử lý quặng cát kết khu vực Pà Lừa với quy mô 2 tấn
quặng/mẻ để thu sản phẩm urani kỹ thuật [4]
Quặng đợc sử dụng trong đề tài là quặng cát kết khu vực Pà Lừa, tỉnh
Quảng Nam. Các mẫu đợc lấy qua các vết lộ, các hào thuộc các lớp đá chứa
quặng số 1, 1a và 2 đảm bảo đại diện cho các loại hình có mức độ phong hóa
khác nhau và có hàm lợng trung bình từ 0,05 - 0,20% U
3
O
8
. Không có sự thay

23
đổi đáng kể hàm lợng urani theo cấp hạt nghiền. Hàm lợng cacbonat dao
động từ 3 - 6%, trong đó quặng CPH nhiều gấp 2 lần so với quặng BPH và PH.
Việc thử nghiệm hòa tách tĩnh theo mẻ đợc tiến hành trong các thùng
nhựa có dung tích 200 lít (D = 0,6 m; H = 0,9 m). Mỗi thùng chứa 250 - 300 kg
quặng, chiều cao lớp quặng 0,7 - 0,8 m. Chi phí axit từ 20 - 40 kg/tấn quặng.
Quặng đợc đập, nghiền đến kích thớc 30 mm. Tỷ lệ quặng có kích thớc <
3mm sau quá trình đập nghiền khác nhau tùy thuộc vào loại quặng. Đối với
quặng BPH và CPH thì tỷ lệ này là 15 - 30%, riêng quặng PH lên tới 50 - 60%.
Trong một số thử nghiệm đối với quặng CPH, quặng đợc đa vào nghiền búa
để có cỡ hạt 25 mm.
Đề tài đã nghiên cứu quá trình hòa tách kết hợp với trộn ủ quặng CPH.
Với chi phí axit 30 kg/ tấn quặng, chất ôxy hóa 3 kg/tấn quặng và ủ 3 ngày, hiệu
suất hòa tách urani đạt > 89%. Hàm lợng tạp chất sắt, silic và nhôm thấp hơn

tại thời điểm đạt tới hiệu quả hòa tách urani tối đa. Vì vậy đây là phơng pháp
thích hợp làm tăng hiệu quả quá trình hòa tách.
Đề tài đã nghiên cứu hoà tách tĩnh nhiều bậc ngợc chiều (1 - 10 bậc) có
tuần hoàn dung dịch, thu đợc dung dịch có nồng độ urani đạt > 3 g/l. Sau đó
thu hồi urani bằng phơng pháp kết tủa trực tiếp.
Đề tài đã xây dựng hệ thống thử nghiệm xử lý quặng cát kết quy mô 2 tấn
quặng/mẻ theo sơ đồ công nghệ gồm các công đoạn chính là đập nghiền, trộn,
hòa tách tĩnh và kết tủa trực tiếp thu urani kỹ thuật. Vấn đề làm chủ tốc độ hòa
tách tĩnh, kết tủa tạp chất, thu hồi thải lỏng và tái sử dụng nớc đã đợc tìm hiểu
và đề xuất cách giải quyết. Hiệu suất hòa tách urani, nồng độ urani và tạp chất
trong dung dịch sau hòa tách phụ thuộc rất lớn vào loại quặng và phơng pháp
hòa tách. Dòng chảy pha lỏng qua lớp quặng, nồng độ và lợng axit cần thiết có
thể đợc đảm bảo khi duy trì chế độ dàn tới ổn định với lu lợng 50 - 70
l/m
2
giờ hoặc sử dụng axit đặc trong giai đoạn đầu quá trình hòa tách). Đề tài
nghiên cứu kết tủa trực tiếp thu hồi urani từ dung dịch hòa tách đạt yêu cầu chất
lợng và cũng đã tìm hiểu việc sử dụng chất trợ lắng làm tăng tốc độ các quá
trình lắng và lọc. Việc tái sử dụng nớc trong dây chuyền công nghệ xử lý
quặng urani là cần thiết và khả thi, một mặt làm giảm chi phí nớc sạch, một
mặt giảm chất thải lỏng cần xử lý.
2. Đề tài Nghiên cứu công nghệ để chuẩn bị cho bớc xử lý quặng urani ở quy
mô pilốt [5]
Đề tài đã hoàn thành báo cáo tổng quan trên cơ sở tham khảo kết quả
nghiên cứu thu đợc trong hơn 20 năm qua trong lĩnh vực nghiên cứu xử lý
quặng chứa urani tìm thấy ở Việt Nam. Đã tổng hợp và đánh giá các phơng
pháp nghiên cứu xử lý quặng và các kết quả thu đợc làm cơ sở cho việc luận
bàn về bớc triển khai nghiên cứu tiếp theo ở quy mô pilot. Dựa trên quan hệ
giữa độ phóng xạ và hàm lợng urani trong mẫu, đã xác định đợc mức độ phân

24
bố urani trong các mẫu quặng khác nhau thuộc khu vực Đông Nam Giằng, Pà
Lừa, Pà Rồng thuộc bồn trũng Nông Sơn. Đã khảo sát quá trình trao đổi ion đối
với dung dịch thu đợc từ quá trình hòa tách tĩnh quặng urani khu vực Nông
Sơn.
3. Đề tài Nghiên cứu chuyển quy mô từ thiết bị phòng thí nghiệm lên thiết bị
800 lít cho quá trình hòa tách urani từ quặng cát kết Nông Sơn bằng phơng
pháp thấm [1] đã xây dựng đợc một mô hình thực nghiệm với việc đa ra khái
niệm lần xử lý biểu thị yếu tố thời gian xử lý quặng:
8068,3X1017,0X0009,0
8068,3X1017,0X0009,0
2
2
t).2013,00006,0(1
t).0775,0X0077,0(
R
+
+
++

=

Từ phơng trình này, chúng ta có thể tính đợc hiệu suất hòa tách urani R
từ quặng sau các lần xử lý t khi biết nồng độ axit sử dụng.
4. Đề tài Nghiên cứu động học quá trình hòa tách quặng cát kết chứa urani
cha phong hóa [2]
Đối tợng nghiên cứu trong đề tài là quặng cát kết khu vực Pà Lừa, chủ
yếu thuộc loại cha phong hóa và một phần là bán phong hóa. Thành phần chính
của quặng nh sau: UO
3

: 0,14%; ThO
2
: 45,9ppm; Ra: 0,28ppb; Fe: 1,816%,;
SiO
2
: 69,77%; Al
2
O
3
: 4,74% và hàm lợng cacbonat 2 - 4%. Để tài đã nghiên
cứu cả hòa tách khuấy trộn và hòa tách thấm.
Trong hòa tách thấm đã sử dụng cột nhựa có tiết diện 95 cm
2
và chiều cao
lớp quặng là 1 m. Thấm ớt quặng bằng nớc và để khô cột qua ngày. Dung
dịch tới qua cột quặng là dung dịch axit sunfuric có nồng độ không đổi (30, 40
và 50 g/l) và lu lợng không đổi (0,85 lít/giờ). Quá trình hòa tách dừng lại khi
nồng độ axit của phân đoạn trớc và phân đoạn tiếp theo khác nhau không quá 2
g/l.
Đề tài đã nghiên cứu động học quá trình khuấy trộn cũng nh hòa tách
thấm. Kết quả cho thấy các quá trình này tuân theo mô hình nhân phản ứng
giảm dần, giai đoạn tiền khuếch tan ban đầu do quá trình hóa học và khuếch tán
cùng nhau kiểm soát, giai đoạn sau do quá trình khuếch tán hoàn toàn kiểm
soát. Đề tài xác định đợc năng lợng hoạt hóa ở giai đoạn tiền khuếch tán
(12,29kcal/mol) và năng lợng hoạt hóa của quá trình ở giai đoạn khuếch tán
(3,95 kcal/mol). Đề tài đã xây dựng đợc mô hình quá trình hòa tách thấm
quặng urani nghèo cho một đơn vị cơ sở, mô hình này có thể sử dụng để dự
đoán và tính toán trớc một số thông số cần thiết đối với quy mô thực nghiệm
lớn hơn. Đề tài này cũng đã xây dựng một số phơng trình làm cơ sở cho bài
toán tối u các điều kiện công nghệ theo giá thành sản phẩm khi triển khai.

25
Phần II. Thực nghiệm
II.1 . Tiến hành thực nghiệm
II.1.1. Chuẩn bị mẫu quặng
1. Vị trí lấy mẫu (nguồn từ Liên đoàn Địa chất xạ hiếm)
Để đảm bảo tính đại diện cho toàn khu vực quặng Pà Lừa và đảm bảo tỷ
lệ giữa quặng phong hóa, bán phong hóa và cha phong hóa, Liên đoàn Địa chất
xạ hiếm đã lấy quặng ở cả 3 lớp đá chứa quặng 1, 2 và 3. Quặng đợc lấy ở các
vết lộ (quặng cha phong hóa và bán phong hóa) và trong các hào (quặng phong
hóa) (Sơ đồ vị trí lấy mẫu xem phần phụ lục).
Trong lớp đá chứa quặng 1: lấy tại các vết lộ 1 - 122, 3066, 2410 và các
hào H.1, H.2, H.3, H.10 và H.200.
Trong lớp đá chứa quặng số 2: lấy tại các vết lộ 4 - 542, A-20, 119, 1759
và các hào 32, 265, 259 và 20.
Trong lớp đá chứa quặng số 3: lấy tại các vết lộ 2405, 3059 và các hào
234 và 201.
2. Phơng pháp lấy mẫu
Đối với các mẫu vết lộ trớc khi lấy phải dọn sạch vết lộ, dùng máy đo xạ
SRP-88H đo cờng độ phóng xạ tại vết lộ để xác định điểm cần lấy mẫu. Sau đó
dùng mìn để lấy mẫu. Mỗi vết lộ lấy khoảng 1.000 kg. Đối với các hào, tiến
hành đo địa vật lý sơ bộ để xác định vị trí lấy mẫu (do chúng đã lấp đầy). Mẫu
quặng trong hào chủ yếu là quặng phong hóa và bán phong hóa. Mỗi hào lấy
khoảng 500 kg.
Quặng lấy về đợc đóng trong các bao, do quá trình vận chuyển, các bao
đã bị lẫn lộn, vì vậy trớc khi lấy mẫu đại diện và xử lý đã đợc phân loại thành
các loại quặng phong hóa, bán phong hóa và cha phong hóa.
II.1.2. Gia công quặng
Quặng CPH và BPH nguyên khai hầu hết có kích thớc rất lớn (lên tới
300 - 350 mm). Hiện tại không có máy đập cỡ lớn, do đó tất cả các cục có kích

thớc lớn hơn 100 mm phải đợc đập bằng tay. Các khảo sát về phân bố cấp hạt
phụ thuộc vào độ rộng của khe đập đợc thực hiện trên máy đập nhỏ của Trung
Quốc cho phép đập quặng có kích thớc dới 100 mm xuống vài mm.
Cách tiến hành nh sau: các cục quặng đợc nạp liên tục vào máy đập (đã
điều chỉnh khe đập đến giá trị nhất định). Sau đó sàng phân cấp và xác định khối
lợng của từng cấp hạt để tính toán thành phần phần trăm của từng cấp.