特開 2023-31231 マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023031231

(43)【公開日】2023-03-08

(54)【発明の名称】マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   C22B 60/02 20060101AFI20230301BHJP

   C01B 13/02 20060101ALI20230301BHJP

   C01B 13/10 20060101ALI20230301BHJP

   C01G 43/00 20060101ALI20230301BHJP

   C22B 3/02 20060101ALI20230301BHJP

   C22B 3/04 20060101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

C22B60/02

C01B13/02 Z

C01B13/10 D

C01G43/00 B

C22B3/02

C22B3/04

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022081968

(22)【出願日】2022-05-19

(31)【優先権主張番号】202110968246.8

(32)【優先日】2021-08-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】522197822

【氏名又は名称】南華大学

【氏名又は名称原語表記】Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２８，Ｃｈａｎｇｓｈｅｎｇ Ｗｅｓｔ Ｒｏａｄ，Ｚｈｅｎｇｘｉａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ Ｃｉｔｙ，４２１００１，Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】王清良

(72)【発明者】

【氏名】張鋭

(72)【発明者】

【氏名】周純擇

(72)【発明者】

【氏名】胡鄂明

(72)【発明者】

【氏名】雷治武

(72)【発明者】

【氏名】胡芳

(72)【発明者】

【氏名】王紅強

(72)【発明者】

【氏名】周文

【テーマコード（参考）】

4G042

4G048

4K001

【Ｆターム（参考）】

4G042AA02

4G042AA07

4G042BB02

4G042BC06

4G048AA02

4G048AB08

4G048AE03

4K001AA33

4K001BA02

4K001DB03

4K001JA10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】酸化効率の改善、ウランの浸出効果の改善、ウランの浸出加速が可能であり、且つ経済的効果を向上させられる、マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化する装置及び方法を提供する。
【解決手段】第１給液口、第１吐液口、第４給液口、第１ポンプポート及び試料採取口を含む反応器１と、第２給液口、第２吐液口及び給気口を有するマイクロナノバブル発生器２と、マイクロナノバブル発生器の給気口に接続されている酸素発生装置３、オゾン発生器４及びＣＯ_２ボンベ５と、底部に第３給液口が設けられており、蠕動ポンプ１０を介して第１ポンプポートに接続されている反応カラム８と、第２ポンプポートを有しており、第４給液口が蠕動ポンプを介して第２ポンプポートに接続されている補液槽１６と、排気排液口に接続されており、排気口を有する集液槽９と、ＫＩ溶液が充填されている吸収タンク１１、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置であって、
第１給液口、第１吐液口、第４給液口、第１ポンプポート及び試料採取口を含み、内部に機械攪拌器が設置されている反応器と、
第２給液口、第２吐液口及び給気口を有しており、前記第２給液口、前記第２吐液口が、前記第１吐液口、前記第１給液口にそれぞれ接続されているマイクロナノバブル発生器と、
前記マイクロナノバブル発生器の給気口に接続されている酸素発生装置、オゾン発生器及びＣＯ_２ボンベと、
底部に第３給液口が設けられており、上部に排気排液口が設けられており、前記第３給液口が蠕動ポンプを介して前記第１ポンプポートに接続されている反応カラムと、
第２ポンプポートを有しており、前記第４給液口が蠕動ポンプを介して第２ポンプポートに接続されている補液槽と、
前記排気排液口に接続されており、排気口を有する集液槽と、
給気口を有しており、前記給気口が前記集液槽の排気口に接続されており、内部にＫＩ溶液が充填されており、前記反応器から排出されたオゾンを吸収するために用いられる吸収タンクと、を含むことを特徴とする装置。

【請求項2】

前記酸素発生装置は空気源であり、生成する酸素濃度は９０～９６％となり、
前記オゾン発生器は、空気源空冷オゾン・酸素ガス一体機に属するものであり、オゾン生成量は１０ｇ・ｈ^－１であり、
前記ＣＯ_２ボンベと前記マイクロナノバブル発生器の間には第１接続管が設置されており、前記第１接続管には減圧弁及びガス流量計が設置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置。

【請求項3】

前記マイクロナノバブル発生器には、前記反応器内の液体の温度を調節する冷却水ダクトが設置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置を使用して、マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する方法であって、
Ｓ１０：マイクロナノバブル溶液の調製：反応器及び補液槽に所定体積の水道水を充填し、硫酸又は水酸化ナトリウムで溶液のｐＨ値を調節し、同時に、マイクロナノバブル発生器、オゾン発生器、酸素発生装置、ＣＯ_２ボンベを起動して、関連のパラメータを設定し、機器の稼働が安定したあと、前記反応器内でマイクロナノバブル溶液の調製が完了し、
Ｓ２０：マイクロナノバブル溶液の溶存酸素モニタリング：機械攪拌器を起動して、前記マイクロナノバブル溶液を十分均一に混合し、一定時間ごとに試料採取口から試料を採取して、溶液中のオゾン濃度を分析し、
Ｓ３０：マイクロナノバブル溶液によるカラムリーチング：浸出を要する鉱物試料を反応カラムに充填し、蠕動ポンプの回転速度を設定して、等速で前記反応器内の前記混合溶液を抜き取って前記反応カラムの底部から注入し、且つ、等速で前記補液槽内の前記混合溶液を抜き取って前記反応器の上部から注入し、前記混合溶液は、排気排液口から集液槽に案内されるか、反応器内に直接案内され、正常に運転したあと、所定時間内に試料を採取して分析し、
Ｓ４０：マイクロナノオゾンバブル処理した砂岩型ウラン鉱床は、酸性条件で攪拌・浸出する場合、予め設定されたガス流量、溶液中オゾン濃度に従って３０分間浸出するか、或いは、中性条件の場合には、ＣＯ_２を持続的に導入しつつ攪拌・浸出し、予め設定されたガス流量、溶液中オゾン濃度に従って２時間浸出し、
Ｓ５０：前記反応カラムから排出されるオゾンを吸収タンクで吸収する、とのステップを含むことを特徴とする方法。

【請求項5】

ステップＳ１０では、同時に、マイクロナノバブル発生器、オゾン発生器、酸素発生装置、ＣＯ_２ボンベを起動して、ガス流量及び生成ガス濃度のパラメータを設定し、機器の稼働が５ｍｉｎ安定したあと、前記反応器内でマイクロナノバブル溶液の調製が完了することを特徴とする請求項４に記載のマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する方法。

【請求項6】

ステップＳ２０において、前記マイクロナノバブル発生器で生成される気泡の直径は１００ｎｍ～１０μｍであり、
ステップＳ３０において、前記蠕動ポンプの調節可能な液体流量は０～４Ｌ／ｈであることを特徴とする請求項４に記載のマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する方法。

【請求項7】

ステップＳ４０において、ｐＨ＝１の酸性条件で攪拌・浸出する場合には、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ、溶液中オゾン濃度を１１ｍｇ／Ｌとして３０分間浸出し、或いは、ｐＨ＝６．８の中性条件で、ＣＯ_２を持続的に導入しつつ攪拌・浸出する場合には、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ、溶液中オゾン濃度を１１ｍｇ／Ｌとして２時間浸出することを特徴とする請求項４に記載のマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リーチングによるウラン採鉱の技術分野に属し、具体的には、マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

国際的に、インシチュリーチング技術は、ウラン鉱を採掘・製錬するための重要な方法となっている。中でも、ＣＯ_２＋Ｏ_２浸出プロセスは、本邦において長年にわたる実験・研究を経たあと、複数の生産地で正式に工業化及び応用されている。しかし、ＣＯ_２＋Ｏ_２インシチュリーチング過程には、浸出液を調製する際のエネルギー消費が過度に大きく、酸素ガスの消費量が過剰であり、酸素ガスの利用率が低く、酸化効率が不足している等の課題が存在する。

【0003】

また、従来技術におけるこれまでのオゾン処理過程では、オゾン濃度が低く、水中溶解度に劣り、生成過程のエネルギー消費が大きいことから、オゾンの利用効率が低かった。且つ、これまで化学薬剤を使用してきたが、薬剤の添加そのものが環境に被害を及ぼすほか、原液回収時の品質や性能にも影響が及んでいた。

【0004】

マイクロナノバブルはサイズが大変小さく、存在時間が長い、物質移動効率が高い、表面電荷に形成されるゼータ電位が高い、及びフリーラジカルを放出可能である等の優れた特性を有することから、多くの分野において明らかな技術的優位性を持っている。そのため、現在のＣＯ_２＋Ｏ_２インシチュリーチングプロセス条件において、如何にして現場で酸素加圧溶解プロセスの代わりにマイクロナノ酸素ガス発生器を使用し、酸素ガスの利用率を高め、酸素ガスの使用量を節約し、酸化効果を改善して、インシチュリーチングプロセスの生産コストを効果的に下げるかには、非常に重要な現実的意味がある。

【0005】

そこで、酸化効率の改善、ウランの浸出効果の改善、ウランの浸出加速が可能であり、且つ、経済的効果を向上させられるマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化する装置及び方法が早急に求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、酸化効率の改善、ウランの浸出効果の改善、ウランの浸出加速が可能であり、且つ、経済的効果を向上させられるマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化する装置及び方法を提供するために、以下の技術方案を採用する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置は、第１給液口、第１吐液口、第４給液口、第１ポンプポート及び試料採取口を含み、内部に機械攪拌器が設置されている反応器と、第２給液口、第２吐液口及び給気口を有しており、前記第２給液口、前記第２吐液口が、前記第１吐液口、前記第１給液口にそれぞれ接続されているマイクロナノバブル発生器と、前記マイクロナノバブル発生器の給気口に接続されている酸素発生装置、オゾン発生器及びＣＯ_２ボンベと、底部に第３給液口が設けられており、上部に排気排液口が設けられており、前記第３給液口が蠕動ポンプを介して前記第１ポンプポートに接続されている反応カラムと、第２ポンプポートを有しており、第４給液口が蠕動ポンプを介して第２ポンプポートに接続されている補液槽と、前記排気排液口に接続されており、排気口を有する集液槽と、給気口を有しており、前記給気口が前記集液槽の排気口に接続されており、内部にＫＩ溶液が充填されており、前記反応器から排出されたオゾンを吸収するために用いられる吸収タンク、を含む。

【0008】

更に、前記酸素発生装置は空気源であり、生成する酸素濃度は９０～９６％となる。前記オゾン発生器は、空気源空冷オゾン・酸素ガス一体機に属するものであり、オゾン生成量は１０ｇ・ｈ^－１である。前記ＣＯ_２ボンベと前記マイクロナノバブル発生器の間には第１接続管が設置されており、前記第１接続管には減圧弁及びガス流量計が設置されている。

【0009】

更に、前記マイクロナノバブル発生器には、前記反応器内の液体の温度を調節する冷却水ダクトが設置されている。

【0010】

マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する方法は、上記いずれかのマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置を使用する。前記方法は、以下のステップを含む。

【0011】

Ｓ１０：マイクロナノバブル溶液の調製：反応器及び補液槽に所定体積の水道水を充填し、硫酸又は水酸化ナトリウムで溶液のｐＨ値を調節する。同時に、マイクロナノバブル発生器、オゾン発生器、酸素発生装置、ＣＯ_２ボンベを起動して、関連のパラメータを設定する。機器の稼働が安定したあと、前記反応器内でマイクロナノバブル溶液の調製が完了する。

【0012】

Ｓ２０：マイクロナノバブル溶液の溶存酸素モニタリング：機械攪拌器を起動して、前記マイクロナノバブル溶液を十分均一に混合する。また、一定時間ごとに試料採取口から試料を採取して、溶液中のオゾン濃度を分析する。

【0013】

Ｓ３０：マイクロナノバブル溶液によるカラムリーチング：浸出を要する鉱物試料を反応カラムに充填する。そして、蠕動ポンプの回転速度を設定し、等速で前記反応器内の前記混合溶液を抜き取って、前記反応カラムの底部から注入する。前記混合溶液は、排気排液口から集液槽に案内されるか、反応器内に直接案内される。正常に運転したあと、所定時間内に試料を採取して分析する。

【0014】

Ｓ４０：マイクロナノオゾンバブル処理した砂岩型ウラン鉱床は、酸性条件で攪拌・浸出する場合、予め設定されたガス流量、溶液中オゾン濃度に従って３０分間浸出する。或いは、中性条件の場合には、ＣＯ_２を持続的に導入しつつ攪拌・浸出し、予め設定されたガス流量、溶液中オゾン濃度に従って２時間浸出する。

【0015】

Ｓ５０：前記反応カラムから排出されるオゾンを吸収タンクで吸収する。

【0016】

更に、ステップＳ１０では、同時に、マイクロナノバブル発生器、オゾン発生器、酸素発生装置、ＣＯ_２ボンベを起動して、ガス流量及び生成ガス濃度のパラメータを設定する。機器の稼働が５ｍｉｎ安定したあと、前記反応器内でマイクロナノバブル溶液の調製が完了する。

【0017】

更に、ステップＳ２０において、前記マイクロナノバブル発生器で生成される気泡の直径は１００ｎｍ～１０μｍである。ステップＳ３０において、前記蠕動ポンプの調節可能な液体流量は０～２Ｌ／ｈである。

【0018】

更に、ステップＳ４０において、ｐＨ＝１の酸性条件で攪拌・浸出する場合には、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ、溶液中オゾン濃度を１１ｍｇ／Ｌとして３０分間浸出する。或いは、ｐＨ＝６．８の中性条件で、ＣＯ_２を持続的に導入しつつ攪拌・浸出する場合には、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ、溶液中オゾン濃度を１１ｍｇ／Ｌとして２時間浸出する。

【発明の効果】

【0019】

本発明で提供するマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置は、マイクロナノバブル発生器によって砂岩型ウラン鉱床を高速で酸化浸出させるため、ウランの酸化浸出率及び酸化速度がいずれも大きく向上する。且つ、酸素ガス及び二酸化炭素の使用量が減少し、発生する不純物が少ないため、クリーンで環境にやさしい。

【0020】

また、ＣＯ_２＋Ｏ_２インシチュリーチング技術の完成及び発展に有利であり、当該プロセス技術の持続可能な発展のために基礎理論及び技術サポートを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明で提供するマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置の概略構造図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0022】

マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置（図１参照）は、反応器１、マイクロナノバブル発生器２、酸素発生装置３、オゾン発生器４、ＣＯ_２ボンベ５、反応カラム８、集液槽９及び吸収タンク１１を含む。

【0023】

反応器１は、第１給液口、第１吐液口、第４給液口、第１ポンプポート及び試料採取口６を含む。反応器１内には機械攪拌器１４が設置されている。

【0024】

本実施例において、マイクロナノバブル発生器２は、第２給液口、第２吐液口及び給気口を有しており、第２給液口、第２吐液口は、第１吐液口、第１給液口にそれぞれ接続されている。

【0025】

本実施例において、酸素発生装置３、オゾン発生器４及びＣＯ_２ボンベ５は、いずれもマイクロナノバブル発生器２の給気口に接続されている。

【0026】

反応カラム８の底部には第３給液口が設けられており、上部には排気排液口１５が設けられている。第３給液口は、蠕動ポンプ１０を介して第１ポンプポートに接続されている。

【0027】

集液槽９は排気排液口１５に接続されている。また、集液槽９は排気口を有している。

【0028】

補液槽１６の底部には第２ポンプポートが備わっており、第４給液口が蠕動ポンプ１０を介して第２ポンプポートに接続されている。

【0029】

吸収タンク１１は給気口を有している。吸収タンク１１の給気口は集液槽９の排気口に接続されている。吸収タンク１１内にはＫＩ溶液が充填されており、反応器１から排出されたオゾンを吸収するために用いられる。

【0030】

本実施例において、酸素発生装置３は空気源であり、生成する酸素濃度は９０～９６％となる。オゾン発生器４は、空気源空冷オゾン・酸素ガス一体機に属するものであり、オゾン生成量は１０ｇ・ｈ^－１である。ＣＯ_２ボンベ５とマイクロナノバブル発生器２の間には第１接続管が設置されている。第１接続管には、減圧弁１２及びガス流量計７が設置されており、マイクロナノバブル発生器２に安定流量のＣＯ_２ガスを供給可能である。

【0031】

本実施例において、マイクロナノバブル発生器２には、反応器１内の液体の温度を調節する冷却水ダクトが設置されている。また、マイクロナノバブル発生器２の外側には、冷却水ダクト外管１３が設置されており、冷却水を送り込むために用いられる。マイクロナノバブル発生器２の稼働中に熱が発生した場合には、冷却水ダクトを調節することで、反応器１内の液体の温度を常温の２５℃程度まで調節可能である。

【0032】

冷却水ダクトの冷却循環設定は従来技術のため、ここではこれ以上詳述しない。

【0033】

本実施例において、マイクロナノバブル発生器２と反応器１の間の液体を流動させるために、マイクロナノバブル発生器２内には循環ポンプが設置されている。

【0034】

本実施例において、マイクロナノバブル発生器２内で、混合ガスは液体に直接注入される。

【実施例0035】

本実施例では、実施例１で提供したマイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する装置を使用して、マイクロナノバブルで砂岩型ウラン鉱床を酸化浸出する方法を提供する。当該方法は、以下のステップを含む。

【0036】

Ｓ１０：マイクロナノバブル溶液の調製：反応器１及び補液槽１６に所定体積の水道水を充填し、硫酸又は水酸化ナトリウムで溶液のｐＨ値を調節する。同時に、マイクロナノバブル発生器、オゾン発生器４、酸素発生装置３、ＣＯ_２ボンベ５を起動して、関連のパラメータを設定する。機器の稼働が安定したあと、反応器１内でマイクロナノバブル溶液の調製が完了する。

【0037】

このとき、マイクロナノバブル発生器、オゾン発生器４、酸素発生装置３、ＣＯ_２ボンベ５を起動して、ガス流量及び生成ガス濃度のパラメータを設定する。また、機器の稼働が５ｍｉｎ安定したあと、反応器１内でマイクロナノバブル溶液の調製が完了する。

【0038】

Ｓ２０：マイクロナノバブル溶液の溶存酸素モニタリング：機械攪拌器１４を起動して、マイクロナノバブル溶液を十分均一に混合する。また、一定時間ごとに試料採取口６から試料を採取して、溶液中のオゾン（溶存酸素）濃度を分析する。

【0039】

マイクロナノバブル発生器２で生成される気泡の直径は１００ｎｍ～１０μｍである。

【0040】

Ｓ３０：マイクロナノバブル溶液によるカラムリーチング：浸出を要する鉱物試料を反応カラム８に充填する。そして、蠕動ポンプ１０の回転速度を設定し、等速で反応器１内の混合溶液を抜き取って、反応カラム８の底部から注入する。また、等速で補液槽１６内の前記混合溶液を抜き取り、反応器１の上部から注入して、反応器１に対し補液を行う。混合溶液は、排気排液口１５から集液槽９に案内されるか、反応器１内に直接案内される。そして、正常に運転したあと、所定時間内に試料を採取して分析する。

【0041】

蠕動ポンプ１０の調節可能な液体流量は０～４Ｌ／ｈである。

【0042】

Ｓ４０：マイクロナノオゾンバブル処理した砂岩型ウラン鉱床は、酸性条件で攪拌・浸出する場合、予め設定されたガス流量、溶液中オゾン濃度に従って３０分間浸出する。或いは、中性条件の場合には、ＣＯ_２を持続的に導入しつつ攪拌・浸出し、予め設定されたガス流量、溶液中オゾン濃度に従って２時間浸出する。

【0043】

ステップＳ４０において、ｐＨ＝１の酸性条件で攪拌・浸出する場合には、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ、溶液中オゾン濃度を１１ｍｇ／Ｌとして３０分間浸出する。この場合、浸出率は９６．３１％に達し得る。或いは、ｐＨ＝６．８の中性条件で、ＣＯ_２を持続的に導入しつつ攪拌・浸出する場合には、ガス流量を１Ｌ／ｍｉｎ、溶液中オゾン濃度を１１ｍｇ／Ｌとして２時間浸出する。この場合、浸出率は９５．２５％に達し得る。

【0044】

Ｓ５０：反応カラム８から排出されるオゾンを吸収タンク１１で吸収する。

【0045】

以上の記載は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の技術範囲を何ら制限するものではない。従って、本発明の技術的本質に基づいて上記の実施例に対し実施される何らかの微細な修正、同等の変形及び補足は、いずれも本発明の技術方案の範囲に属する。