阅读说明：本技术 一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法 (Method for removing uranium and thorium elements in pyrochlore ore and verification calculation method ) 是由 王晓蓉 于连旭 陈道华 马步洋 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法,属于冶金技术领域。本发明将烧绿石矿进行预处理,通过铝热还原反应将钽铌元素和铀钍分离,钽铌进入合金中,铀钍进入渣中合金中含量非常低,再进行湿法提纯,并通过对元素铀和钍的化学反应活性理论计算铀和钍元素的吉布斯函数,绘制了铀和钍的在Ellingham图中的位置,阐明了在反应过程中铀钍元素进入渣中的原理。从而保证了湿法分离分析过程操作中避免放射性元素辐射,增加了操作的安全性。本发明的有益效果：不仅提供了分离方法,并且从理论上通过计算验证了分离方法的有效性。(The invention relates to a method for removing uranium and thorium elements in a pyrochlore ore and a verification calculation method, belonging to the technical field of metallurgy. The pyrochlore ore is pretreated, tantalum-niobium elements and uranium-thorium are separated through thermite reduction reaction, the tantalum-niobium elements enter the alloy, the content of the uranium-thorium entering the alloy in the slag is very low, wet purification is carried out, Gibbs functions of the uranium-thorium elements are calculated through a chemical reaction activity theory of the uranium and the thorium elements, the positions of the uranium and the thorium in an Ellingham diagram are drawn, and the principle that the uranium-thorium elements enter the slag in the reaction process is clarified. Thereby, the radioactive element radiation is avoided in the operation of the wet separation analysis process, and the operation safety is improved. The invention has the beneficial effects that: not only the separation method is provided, but also the effectiveness of the separation method is verified theoretically through calculation.)

一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法

技术领域

本发明涉及一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法，属于冶金技术领域。

背景技术

在部分烧绿石矿中含有铀和钍放射性元素，直接用于湿法提纯钽铌具有一定的放射辐射，增加了操作的危险。现有的方法是将钽铌铁矿在高温氢氟酸和硫酸中分解，减少铀和钍元素，分离效果不佳，切分离时间长，导致放射性辐射时间拉长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法及验证计算方法，将元素铀和钍分离的同时并进行了验证，降低了钽铌铁矿处理的安全风险。

本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的方法，包括以下步骤：

第一步、将烧绿石矿进行预处理煅烧；

第二步、将煅烧后的烧绿石与铝粉，铁矿粉，萤石粉，硝酸钠，铝镁合金混合均匀，在氧化铝坩埚中点火进行铝热还原反应；

第三步、反应结束后冷却10-20小时，将合金和渣分离，最后将得到的钽铌铁合金破碎成块状,检测。

上述方法是将烧绿石矿与铁矿粉，铝粉，硝酸钠，铝镁合金，萤石粉混合后，在氧化铝坩埚内发生铝热还原反应，反应后得到渣和合金，合金和渣因为比重差异而分离，能够被铝还原的元素，如钽铌进入合金中，不能被铝还原的元素以氧化物的形式，如氧化铀，氧化钍留在渣从中，从而将放射性元素铀钍和主要矿藏元素钽铌分离。

以上方法的所述第一步中，烧绿石矿预处理方法为高温烧结，烧结时间大于10小时，煅烧温度800-1200℃。优选的煅烧温度800-1000℃。所述第二步中的铝热还原反应的质量配比为烧绿石1份，铝粉0.4-0.6份，铁矿粉0.1-0.3份，硝酸钠0.15-0.25份，铝镁合金0-0.2份。

本发明进一步提供一种去除烧绿石矿中元素铀和钍的验证计算方法，运用以下公式和数据进行计算，

其中，Δ_rC_p标准状态反应的摩尔定压热熔

Δ_rH_m标准状态反应焓变

Δ_rS_m标准状态反应熵变

Δ_rG_m标准状态吉布斯自由能变；

铀元素，钍元素相关热力学数据如下：

根据上述公式和表格，计算出不同温度下各个氧化物的ΔrGm值，再绘制成曲线，将反应过程中主要元素的氧化物与氧化铝对应的曲线位置进行对比，证明铀和钍元素不能被金属铝还原，最终以铀和钍的氧化物的形式残留在反应渣中，验证结束。

艾林罕姆图，在冶金学上具有特别重要的意义。如若一个还原反应能够发生，必须是艾林罕姆图上位于下面的金属与位于上面的金属氧化物之间相互作用的结果。反之，位于上面的金属与位于下面的金属氧化物之间的反应将不发生。本发明通过理论计算绘制了铀钍元素在艾利汉姆图中的曲线位置，证明了烧绿石中的铀钍放射性元素在还原反应过程中进入渣中，与钽铌矿藏元素分离。

本发明将烧绿石矿进行预处理，通过铝热还原反应将钽铌元素和铀钍分离，钽铌进入合金中，铀钍进入渣中合金中含量非常低，再进行湿法提纯，并通过对元素铀和钍的化学反应活性理论计算铀和钍元素的吉布斯函数，绘制了铀和钍的在Ellingham图中的位置，阐明了在反应过程中铀钍元素进入渣中的原理。从而保证了湿法分离分析过程操作中避免放射性元素辐射，增加了操作的安全性。本发明的有益效果：不仅提供了分离方法，并且从理论上通过计算验证了分离方法的有效性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的Δ_rG_m——T曲线图。

具体实施方式

实施例1

本实施例按以下步骤去除烧绿石矿中元素铀和钍:

将烧绿石放在煅烧炉内煅烧10小时，煅烧温度为1000℃。煅烧前后烧绿石矿的主要元素分析结果如表1所示：

表1

将烧绿石，铝粉，硝酸钠，铝镁合金，铁矿粉按照表2的配比混合均匀。

表2

炉号	烧绿石/份	铝粉/份	铝镁合金/份	硝酸钠/份	铁矿粉/份
						1#	1	0.45	0	0.15	0.2
2#	1	0.50	0.1	0.2	0.26
						3#	1	0.50	0.1	0.22	0.21

将混合好的原料放入氧化铝反应坩埚内，点火发生氧化还原反应。反应后冷却20小时。将渣和合金分离，渣和合金分别取样分析，分析结果如表3：

表3

最后将合金破碎后包装。

本实施例通过以下步骤验证上述方法的有效性，铀，钍等元素相关热力学数据如表4所示：

表4

根据以下公式

Δ_rH_m(T2)＝Δ_rH_m(T1)+∫Δ_rC_pdT,kJ/mol

Δ_rS_m(T2)＝Δ_rS_m(T1)+∫(Δ_rC_p/T)dT,JK^-1

Δ_rG_m＝Δ_rH_m-TΔ_rS_m,kJ/mol

首先计算出298K时候各个氧化物不同温度下各个氧化物的Δ_rG_m值，然后计算出各个温度下对应的各个氧化物的ΔrGm，最后绘制成Δ_rG_m——T曲线如图1：

表5

由图1可知:钍的曲线最低，表明其还原性最强，氧化物最稳定，在铝热还原反应时不参与反应，会以二氧化钍的形式进入渣中。铀的还原性在低温下没有铝强，在高温下将强于铝，而铝热反应温度很高，因此铀也不能被铝还原，会以氧化物的形式进入渣中，因此选用铝作为还原剂可以达到本发明的目的，即经过冶炼，将钽，铌还原进入合金，而将铀钍与钽铌分离，进入渣中，验证了本发明的方法是有效的。

除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。