Tài liệu Luận án tiến sĩ mô hình hoá quá trình hoà tách thấm quặng urani và ứng dụng để tính toán chuyển quy mô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------------------------------------------- PHẠM QUANG MINH MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH THẤM QUẶNG URANI VÀ ỨNG DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN CHUYỂN QUY MÔ Chuyên ngành: Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa học Mã số: 62.52.77.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. PHẠM VĂN THIÊM TS. CAO ĐÌNH THANH 1. 2. HÀ NỘI - 2009 1 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan các số liệu trong bản luận án này đã được tôi hoàn thành tại Viện Công nghệ xạ hiếm dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS. Phạm Văn Thiêm, TS. Cao Đình Thanh và sự giúp đỡ của tập thể cán bộ nghiên cứu Trung tâm Công nghệ xử lý quặng, Trung tâm Xử lý chất thải phóng xạ và môi trường, Viện Công nghệ xạ hiếm. Các số liệu này hoàn toàn trung thực, là của riêng tôi và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ các công trình nào khác. Nghiên cứu sinh Phạm Quang Minh 2 LỜI CẢM ƠN Em xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Phạm Văn Thiêm, TS. Cao Đình Thanh, tập thể cán bộ nghiên cứu của Trung tâm Công nghệ xử lý quặng, Trung tâm Xử lý chất thải phóng xạ và môi trường, Viện Công nghệ xạ hiếm và tập thể cán bộ Bộ môn Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành bản luận án này. Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ xạ hiếm – Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất: phòng thí nghiệm, thiết bị nghiên cứu, hóa chất,… cũng như thời gian để em thực hiện thành công các nghiên cứu trong bản luận án này. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các giáo sư, các nhà khoa học đã đọc và góp nhiều ý kiến quí báu cho bản luận án. Hà Nội, tháng 10 năm 2009 3 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa …………………………………………………………... Lời cam đoan …………………………………………………………… Lời cảm ơn …………………………………………………………….. Mục lục .………………………………………………………………... Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt .………………………………… Danh mục các bảng ..…………………………………………………… Danh mục các hình vẽ, đồ thị …………………………………………... MỞ ĐẦU..……………………………………………………………… 1 Chương I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..……………………………… 4 1.1. Kh¸i qu¸t chung vÒ hßa t¸ch trong c«ng nghÖ urani .…............. 4 1.1.1. C¬ së cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch axit vµ hoµ t¸ch cacbonat ....…… 5 1.1.2. Qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng…......................................................... 8 1.2. C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng ..………................ 1.2.1. C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng ............................ 10 10 1.2.1.1. C¸c qu¸ tr×nh vi m« ..………............................................ 11 1.2.1.2. C¸c qu¸ tr×nh trung gian ………………........................... 12 1.2.1.3. C¸c qu¸ tr×nh vÜ m« …...................................................... 13 1.2.2. Mét sè vÊn ®Ò quan träng trong hoµ t¸ch ®èng ......................... 14 1.2.2.1. Kh¶ n¨ng thÊm ….............................................................. 1.2.2.2. Dßng ­u tiªn …………………………………................. 17 1.2.2.3. ¸p dông thùc tÕ cho hßa t¸ch ®èng ………….................. 17 1.3. M« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng vµ chuyÓn quy m« ......... 19 1.3.1. KÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi............................................... 19 1.3.2. KÕt qu¶ nghiªn cøu trong n­íc.................................................. 24 1.3.3. TÝnh to¸n chuyÓn quy m« trong hßa t¸ch ®èng quÆng urani .... 26 1.4. Kết luận rút ra từ tổng quan tài liệu và nội dung nghiên cứu đề 4 27 xuất Chương II: ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ DỤNG CỤ, PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ THỰC NGHIỆM …………………….. 30 2.1. Đối tượng nghiên cứu ……................................................................. 30 2.2. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................. 32 2.3. Phương pháp phân tích …………………………………………….. 33 2.3.1. Phương pháp xác định urani…………………………………….. 33 2.3.2. Phương pháp xác định nồng độ axit…………………………….. 33 2.4. Thực nghiệm ………………………………….................................... 34 2.4.2. Thí nghiệm sơ bộ định hướng ....................................................... 34 2.4.2. Chương trình thực nghiệm ............................................................ 36 2.4.3. Kết luận rút ra từ thực nghiệm ...................................................... 39 Chương III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ……………………………. 41 3.1. Phương pháp hòa tách thấm ............................................................. 41 3.1.1. Định nghĩa "Một chu kỳ xử lý "……………………………........ 41 3.1.2. Định nghĩa "Một lần xử lý " ………………………………......... 42 3.1.3. Tính bất biến của số lần xử lý đối với mọi quy mô hòa tách ......... 44 3.2. Xây dựng mô hình quá trình hòa tách thấm quặng urani theo phương pháp hòa tách mao dẫn ngược từ số liệu thực nghiệm 47 3.2.1. Kết quả thực nghiệm ………………………………….................. 47 3.2.2. Xây dựng mô hình hòa tách thấm từ các số liệu thực nghiệm ….. 48 3.2.2.1. Nguyên lý chung…………………………………………. 48 3.2.2.2. Mô tả toán học quá trình hòa tách thấm ……………. 50 3.2.2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit và số lần xử lý …… 51 3.2.2.2.2. Ảnh hưởng của chiều cao……………………………… 53 3.2.2.2.3. Ảnh hưởng của độ hạt và phân bố cấp hạt ……………. 55 3.2.3. Khả năng áp dụng của mô hình cho các trường hợp thực tế……. 60 3.2.4. Kiểm chứng và đánh giá mô hình ………………………………. 61 5 3.2.5. Các trường hợp biên ..................................................................... 62 3.2.6. Cơ sở phương pháp tính toán chuyển quy mô............................... 63 3.3. Kiểm tra mô hình trên thiết bị thí nghiệm 800 lít ……………. 65 3.3.1. Tính toán hiệu suất và thời gian hòa tách quặng ………………… 66 3.3.2. Thực nghiệm xử lý quặng trên thiết bị 800 lít ………………….. 68 3.4. Áp dụng mô hình để tính toán về tối ưu ………………………...... 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………........................... 77 Các công trình liên quan đã đăng tải …………………………………… 79 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………….. 81 Các phụ lục …………………………………………….............................. 89 Phụ lục 1: Ảnh thực nghiệm hòa tách thấm trên cột ................................ Phụ lục 2: Kết quả nghiên cứu về khả năng giữ nước và khả năng thấm của quặng Phụ lục 3: Phương trình tính, các thông số vào cho bảng tính trên chương trình Excell và kết quả tính từ mô hình 6 Danh môc c¸c ký hiÖu vµ ch÷ viÕt t¾t CPH- QuÆng urani ch­a phong ho¸ BPH- QuÆng urani b¸n phong ho¸ PH- QuÆng urani phong ho¸ V_thÊm­ít,max - ThÓ tÝch thÊm ­ít tèi ®a, lÝt V_thÊm­ít,r - ThÓ tÝch thÊm ­ít tèi ®a cña mét ®¬n vÞ khèi l­îng quÆng kh«, lÝt /kg k_thÊm - HÖ sè thÊm, m/s ε - ThÓ tÝch trèng cña cét quÆng, cm3 ρ bk - Tû träng ®èng cña quÆng a i - HÖ sè cña ph­¬ng tr×nh to¸n m« t¶ qu¸ tr×nh thÊm µ = H/H 0 - §¹i l­îng ®Æc tr­ng cho sù thay ®æi chiÒu cao khi so s¸nh víi chiÒu cao c¬ së cña khèi quÆng, ë ®©y lµ H 0 =0,37m, µ cã miÒn x¸c ®Þnh trong kho¶ng [1 - +8], ξ = C/C 0 lµ ®¹i l­îng biÓu hiÖn sù kh¸c nhau cña nång ®é axit hoµ t¸ch khi so s¸nh víi nång ®é axit ®­îc chän lµm gèc, ë ®©y lµ C 0 =50 g/l, ξ cã miÒn x¸c ®Þnh trong kho¶ng [0 - 2]. k 0 - HÖ sè hiÖu chØnh tÝnh ®Õn ph©n bè kÝch th­íc h¹t cña khèi quÆng c¬ së θ = k 0 / k - HÖ sè hiÖu chØnh ®Æc tr­ng cho ®é lÖch ph©n bè h¹t gi÷a khèi c¬ së vµ khèi ®ang triÓn khai D - §­êng kÝnh h¹t quÆng, mm D_cét - §­êng kÝnh cét thÝ nghiÖm, m d - Ph©n bè cÊp h¹t, G - Hµm l­îng urani trong quÆng, % tÝnh theo U 3 O 8 U - ThÕ « xi hãa, mV 7 danh môc c¸c b¶ng vµ h×nh vÏ Danh môc c¸c b¶ng: Sè b¶ng Néi dung Trang B¶ng 2.1 Ph©n bè cÊp h¹t cña quÆng 30 B¶ng 2.2 Nång ®é axit ra sau khi khi déi qua cét (mol H 2 SO 4 /lÝt) 34 B¶ng 2.3 Ph©n bè kÝch th­íc cña quÆng ®Çu vµo trong cét thÝ nghiÖm 39 B¶ng 3.1 Sè lÇn xö lý (N) ®Æc tr­ng, hiÖu suÊt sö dông axit, nång ®é axit d­ & nång ®é urani trong dung dÞch cuèi 47 B¶ng 3.2 C¸c hÖ sè cña hµm vµ tæng b×nh ph­¬ng c¸c sai sè 52 B¶ng 3.3 Sè liÖu vÒ hiÖu suÊt hßa t¸ch ®èi víi tõng kho¶ng cÊp h¹t ®èi víi cét c¬ së ξ = 1, µ = 1. 56 B¶ng 3.4 Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo ph©n bè h¹t 57 B¶ng 3.5 §¸nh gi¸ sai sè cña m« h×nh 62 B¶ng 3.6 KÕt qu¶ hiÖu suÊt hßa t¸ch quÆng trªn thiÕt bÞ 800 lÝt tÝnh tõ m« h×nh 67 B¶ng 3.7 C¸c sè liÖu ®Çu vÒ thÝ nghiÖm xö lý quÆng trªn thiÕt bÞ 800L 70 B¶ng 3.8 C¸c dung dÞch thu ®­îc trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch 71 B¶ng 3.9 HiÖu suÊt thu håi urani theo sè lÇn xö lý 71 B¶ng 3.10 Sè liÖu dù ®o¸n tõ m« h×nh 74 8 Danh môc c¸c h×nh vÏ vµ ®å thÞ: Sè h×nh Néi dung Trang H×nh 1.1 §Æc ®iÓm cña c¸c kü thuËt hßa t¸ch chÝnh 4 H×nh 1.2 S¬ ®å cÊu tróc hoµ t¸ch ®èng 10 H×nh 1.3 MÆt c¾t ngang cña mét h¹t quÆng 12 H×nh 1.4 Mét tËp hîp c¸c h¹t quÆng 12 H×nh 1.5 M« h×nh ®èng vµ c¸c "dßng" c¬ b¶n 13 H×nh 1.6 Sù thay ®æi nång ®é urani trong dung dÞch axit trong qu¸ tr×nh di chuyÓn liªn tôc cña vïng hoµ t¸ch qua líp quÆng 17 H×nh 2.1 BiÓu diÔn b»ng ®å thÞ c¸c sè liÖu nång ®é axit ra sau khi khi déi qua cét chøa quÆng (mol H 2 SO 4 /lÝt) theo thêi gian (giê). 35 H×nh 2.2 Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo N & C 39 H×nh 3.1 §Þnh nghÜa chu kú vµ lÇn xö lý 43 H×nh 3.2 M« h×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani 46 H×nh 3.3 X¸c ®Þnh d¹ng hµm R = F(N), ®­êng liÒn lµ hµm fit, ®øt chÊm lµ sè liÖu thùc nghiÖm 52 H×nh 3.4 Sù phô thuéc cña hiÖu suÊt hoµ t¸ch vµo ph©n bè h¹t 58 H×nh 3.5 So s¸nh gi¸ trÞ R thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt 62 H×nh 3.6 Sù phô thuéc cña F[A/U] vµo N, µ, ξ 73 H×nh 3.7 Sù phô thuéc cña F[Q,N] vµo N, µ, ξ 74 H×nh 3.8 Dù ®o¸n qu¸ tr×nh hoµ t¸ch thÊm urani ë quy m« lín tÝnh tõ m« h×nh 75 H×nh 3.9 X¸c ®Þnh ®iÓm cùc tiÓu cña F_mt 76 9 Më ®Çu Theo c¸c kÕt qu¶ t×m kiÕm, th¨m dß ®Þa chÊt, ViÖt Nam cã c¸c nguån quÆng urani ®¸ng kÓ nh­ urani trong má ®Êt hiÕm B¾c NËm Xe, má phosphat B×nh §­êng, má than N«ng S¬n, graphit Tiªn An, sa kho¸ng ven biÓn vµ quÆng c¸t kÕt N«ng S¬n, tr÷ l­îng ­íc tÝnh kho¶ng 230.000 tÊn [1], trong ®ã nguån quÆng c¸t kÕt ë vïng bån tròng N«ng S¬n lµ cã gi¸ trÞ h¬n c¶. Tuy kh«ng ph¶i lµ quèc gia giµu tµi nguyªn urani nh­ng chóng ta cã ®ñ tµi nguyªn urani ®Ó tù tóc nhiªn liÖu h¹t nh©n. Nh»m ph¸t triÓn bÒn v÷ng vµ ®a d¹ng hãa nguån n¨ng l­îng phôc vô c«ng cuéc ph¸t triÓn ®Êt n­íc, Thñ t­íng ChÝnh phñ ®· ký quyÕt ®Þnh sè 01/2006/Q§/TTG ngµy 03 th¸ng 01 n¨m 2006 ban hµnh "ChiÕn l­îc øng dông n¨ng l­îng nguyªn tö v× môc ®Ých hßa b×nh ®Õn n¨m 2020". Theo chiÕn l­îc nµy ®Õn n¨m 2020 nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n ®Çu tiªn cña n­íc ta sÏ ®i vµo ho¹t ®éng. §Ó thùc hiÖn chiÕn l­îc nµy, Thñ t­íng ChÝnh phñ ®· ký quyÕt ®Þnh sè 114/2007/Q§-TTg ngµy 23 th¸ng 7 n¨m 2007 vÒ viÖc phª duyÖt "KÕ ho¹ch tæng thÓ thùc hiÖn ChiÕn l­îc øng dông n¨ng l­îng nguyªn tö v× môc ®Ých hßa b×nh ®Õn n¨m 2020". ViÖn N¨ng l­îng nguyªn tö ViÖt Nam cÇn chuÈn bÞ c¸c ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®Ó néi ®Þa hãa tõng phÇn chu tr×nh nhiªn liÖu h¹t nh©n, khai th¸c hiÖu qu¶ nguån tµi nguyªn urani trong thêi gian tíi. Nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu b­íc ®Çu cho thÊy quÆng urani trong c¸t kÕt N«ng S¬n nãi chung cã hµm l­îng trung b×nh t­¬ng ®èi thÊp, do vËy ph­¬ng ph¸p hoµ t¸ch tÜnh lµ phï hîp do cã ­u ®iÓm lµ chi phÝ thÊp vµ kh«ng cÇn ®Çu t­ nh÷ng thiÕt bÞ ®Æc biÖt. Trªn c¬ së so s¸nh mét sè ph­¬ng ph¸p xö lý quÆng ®· ®­îc thùc hiÖn t¹i ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm tõ h¬n mét chôc n¨m trë l¹i ®©y cho ®èi t­îng quÆng c¸t kÕt vïng bån tròng N«ng S¬n, cã thÓ ®i tíi kÕt luËn s¬ bé r»ng ph­¬ng ph¸p hßa t¸ch tÜnh (hay cô thÓ h¬n lµ hßa t¸ch ®èng) lµ ph­¬ng ph¸p xö lý cã nhiÒu kh¶ n¨ng sÏ ®­îc øng dông ®Ó triÓn khai ra quy m« lín. MÆc dï ®· cã mét sè nghiªn cøu xö lý quÆng theo ph­¬ng ph¸p hßa t¸ch tÜnh trong nh÷ng n¨m tr­íc ®©y t¹i ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm nh­ng tÊt c¶ nh÷ng nghiªn cøu nµy ®Òu chØ mang tÝnh th¨m dß víi môc tiªu chñ yÕu lµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông ph­¬ng ph¸p ®Ó thu håi urani tõ quÆng nghÌo. Do vËy, c¸c th«ng tin thu ®­îc vµ c¸c kÕt luËn rót ra tõ ®ã th­êng chØ mang tÝnh “®Þnh tÝnh”, trong khi ®Ó cã thÓ thiÕt kÕ cho 10 nh÷ng thiÕt bÞ s¶n xuÊt cã quy m« lín h¬n th× cÇn ph¶i cã nh÷ng th«ng tin cã tÝnh “®Þnh l­îng” h¬n, vµ ®iÒu quan träng lµ nh÷ng th«ng tin nµy ph¶i cã gi¸ trÞ ngo¹i suy ®­îc ra cho c¸c thiÕt bÞ lín h¬n. Qua tham kh¶o c¸c tµi liÖu, ®Æc biÖt lµ c¸c tµi liÖu h­íng dÉn kü thuËt cña IAEA, cã thÓ thÊy r»ng c¸c tµi liÖu cã ®­îc ®Òu chØ m« t¶ c¸c hÖ thèng ®· cã vµ ®ang ho¹t ®éng trong c«ng nghiÖp, kh«ng cã tµi liÖu nµo nãi vÒ tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng. C¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu ®­îc c«ng bè trªn thÕ giíi chñ yÕu vÒ lý thuyÕt vµ nguyªn lý chung, c¸c kÕt qu¶ chñ yÕu lµ cho mét sè ®èi t­îng nh­ quÆng vµng, b¹c hay ®ång cßn víi quÆng urani lµ rÊt Ýt. §Ó cã thÓ x©y dùng nªn c¸c hÖ thèng xö lý míi, tµi liÖu h­íng dÉn cña IAEA còng chØ ®Ò nghÞ tiÕn hµnh lµm thùc nghiÖm dÇn tõng b­íc, b¾t ®Çu tõ quy m« nhá chuyÓn dÇn lªn quy m« lín h¬n. Míi ®©y trong Héi nghÞ vÒ C«ng nghÖ khai th¸c vµ xö lý quÆng urani do IAEA tæ chøc th¸ng 6/2007 t¹i Viªn (¸o), H·ng AREVA (Ph¸p) ®· tr×nh bµy b¸o c¸o vÒ kÕ ho¹ch khai th¸c vµ xö lý quÆng urani ë Somair (Niger) còng chØ ®Ò nghÞ c¸c b­íc thùc nghiÖm dÇn tõ quy m« cét trong phßng thÝ nghiÖm lªn quy m« pil«t nhá tr­íc khi ®­a ra triÓn khai. C¸c nghiªn cøu vÒ m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng th­êng gÆp ph¶i khã kh¨n do ph¶i ®­a ra c¸c gi¶ thiÕt ®Ó ®¬n gi¶n hãa qu¸ tr×nh so víi qu¸ tr×nh thùc tÕ, trong khi qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng phô thuéc rÊt nhiÒu vµo ®Æc tÝnh thiªn nhiªn cña quÆng, mang tÝnh thùc nghiÖm rÊt lín, ®iÒu nµy lµm cho kÕt qu¶ øng dông vÒ m« h×nh hßa t¸ch ®èng cßn nhiÒu h¹n chÕ. NhiÒu c«ng tr×nh ®· c«ng bè chØ ®­a ra ®­îc c¸c kÕt luËn vÒ nh÷ng ®Æc ®iÓm chung cña qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng. MÆt kh¸c, c«ng nghÖ urani nãi chung, còng nh­ c¸c bÝ quyÕt mÊu chèt vÒ kü thuËt trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ vËn hµnh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng xö lý quÆng hay nh÷ng phÇn mÒm tÝnh to¸n cho c¸c qu¸ tr×nh nµy vÉn lµ së h÷u cña c¸c quèc gia vµ c¸c c«ng ty. Nh÷ng c«ng bè vÒ c«ng nghÖ urani cßn kh¸ h¹n chÕ. Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn chóng t«i ®Æt môc tiªu cho luËn ¸n lµ x©y dùng ®­îc mét m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm cã thÓ ¸p dông tÝnh to¸n chuyÓn quy m«, tõ mét sè l­îng nhá c¸c thÝ nghiÖm quy m« phßng thÝ nghiÖm x©y dùng mét m« h×nh hßa t¸ch thÊm cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng lín ®¹t kÕt 11 qu¶ mong ®îi, nh»m tiÕn tíi x©y dùng mét quy tr×nh c«ng nghÖ hoµn chØnh vÒ xö lý quÆng urani, chÕ t¹o urani kü thuËt ®¹t tiªu chuÈn ASTM tõ quÆng urani ViÖt Nam Trªn c¬ së ®ã ®­a ra ®Ò tµi luËn ¸n: "M« h×nh hãa qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani vµ øng dông ®Ó tÝnh to¸n chuyÓn quy m«" Nh÷ng néi dung nghiªn cøu thùc hiÖn môc tiªu trªn lµ: 1) Nghiªn cøu x©y dùng ph­¬ng ph¸p hßa t¸ch thÝch hîp ®Ó ¸p dông vµo qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng quÆng c¸t kÕt chøa urani N«ng S¬n. 2) X¸c ®Þnh nh÷ng ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña quÆng trong hßa t¸ch ®èng. Thùc nghiÖm qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani tõ mét sè l­îng nhá c¸c thÝ nghiÖm quy m« phßng thÝ nghiÖm nh»m t×m ra nh÷ng ®iÓm mÊu chèt ®Ó lµm c¬ së cho tÝnh to¸n chuyÓn quy m«. 3) X©y dùng mét m« h×nh hßa t¸ch thÊm trªn c¬ së kÕt qu¶ nghiªn cøu c¸c néi dung trªn. M« h×nh cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng lín ®¹t kÕt qu¶ mong ®îi. 4) KiÓm tra, ®¸nh gi¸ vµ ¸p dông m« h×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani. LuËn ¸n cã cÊu tróc nh­ sau: Ch­¬ng 1: Tæng quan tµi liÖu, giíi thiÖu qu¸ tr×nh hßa t¸ch thÊm quÆng urani, xem xÐt c¸c c¸ch tiÕp cËn ®Ó m« h×nh qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng, kÕt qu¶ nghiªn cøu trªn thÕ giíi vµ trong n­íc. Ch­¬ng 2: §èi t­îng, dông cô thiÕt bÞ, ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch, nghiªn cøu thùc nghiÖm Ch­¬ng 3: KÕt qu¶ vµ th¶o luËn, nghiªn cøu x©y dùng mét m« h×nh hßa t¸ch thÊm mµ cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ cho c¸c hÖ thèng hßa t¸ch ®èng, kh¶ n¨ng ¸p dông cña m« h×nh, kiÓm ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ m« h×nh. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 12 Ch­¬ng 1: Tæng quan I.1. Kh¸i qu¸t chung vÒ hoµ t¸ch trong c«ng nghÖ urani Hoµ t¸ch lµ mét trong nh÷ng c«ng ®o¹n quan träng nhÊt trong quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý quÆng urani. Môc tiªu chñ yÕu cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch trong c«ng nghÖ xö lý quÆng urani lµ t¸ch chän läc vµ triÖt ®Ó urani ra khái quÆng. Nh÷ng c«ng nghÖ hoµ t¸ch chÝnh th­êng dïng hiÖn nay lµ: - Hoµ t¸ch khuÊy trén t¹i ¸p suÊt khÝ quyÓn. - Hoµ t¸ch d­íi ¸p suÊt cao. - Trén ñ quÆng víi axit. - Hoµ t¸ch ®èng b»ng axit. - Hoµ t¸ch ngÇm d­íi mÆt ®Êt. C¸c ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c kü thuËt hßa t¸ch thÓ hiÖn ë h×nh sau - Xö lý quÆng hµm l­îng thÊp - Chi phÝ thÊp Hßa t¸ch NgÇm §èng KhuÊy trén - Xö lý quÆng hµm l­îng cao - Chi phÝ cao - DÔ ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh - Khã ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh - Thêi gian hßa t¸ch ng¾n - Thêi gian hßa t¸ch dµi - ThÓ tÝch thiÕt bÞ nhá H×nh 1.1. §Æc ®iÓm cña c¸c kü thuËt hßa t¸ch Ng­êi ta th­êng s¾p xÕp qu¸ tr×nh hoµ t¸ch vµo 2 lo¹i: - Hoµ t¸ch khuÊy trén, trong ®ã pha r¾n (quÆng vµ chÊt oxy ho¸ r¾n) d­íi d¹ng h¹t nhá vµ pha láng (t¸c nh©n hoµ t¸ch vµ s¶n phÈm hoµ t¸ch) ®Òu ë tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng. - Hoµ t¸ch tÜnh (hoµ t¸ch ®èng, hoµ t¸ch bÓ, hoµ t¸ch t¹i chç, hoµ t¸ch ngÇm). Trong qu¸ tr×nh nµy pha láng chuyÓn ®éng qua líp quÆng r¾n ®øng yªn. C¸c t¸c nh©n kh¸c nhau th­êng ®­îc dïng ®Ó chuyÓn urani tõ quÆng vµo pha láng lµ: H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 ... Ph¶i c¨n cø vµo quy m«, cÊu tróc ®Þa chÊt má vµ hµm l­îng urani, vµo ®Æc ®iÓm thµnh phÇn vµ cÊu tróc kho¸ng vËt quÆng mµ lùa chän c«ng nghÖ hoµ t¸ch thÝch hîp. 13 I.1.1. C¬ së cña qu¸ tr×nh hoµ t¸ch axit vµ hoµ t¸ch cacbonat Urani tån t¹i trong quÆng ë nhiÒu d¹ng kho¸ng urani kh¸c nhau, nh­ng ®Òu ë hai tr¹ng th¸i, tr¹ng th¸i ho¸ trÞ 6 (UO 3 cßn gäi lµ urani trioxyt) vµ ho¸ trÞ 4 (UO 2 cßn gäi lµ urani ®ioxyt). C¸c kho¸ng urani cã thÓ hoµ tan trong axit hoÆc cacbonat. *Qu¸ tr×nh hoµ t¸ch urani b»ng axit H 2 SO 4 - Hoµ tan urani trioxit (UO 3 ): Urani ë tr¹ng th¸i ho¸ trÞ 6 ph¶n øng víi dung dÞch axit H 2 SO 4 nhanh vµ dÔ dµng. Theo ph­¬ng tr×nh sau: UO 3 (r) + 2H+ (dd)→ UO 2 2+ (dd)+ H 2 O(dd) Trong dung dÞch, ion uranyl t¹o thµnh c¸c phøc bÒn víi ion sunfat theo c¸c ph¶n øng sau: UO 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 ]4Trªn thùc tÕ cã thÓ tån t¹i c¸c d¹ng ion phøc kh¸c nhau [UO 2 (H 2 O) 6 ]2+, [UO 2 (H 2 O) 4 SO 4 ]0, [UO 2 (H 2 O) 3 SO 4 ]0, [UO 2 (H 2 O) 2 SO 4 ]0,[UO 2 (H 2 O)SO 4 ]0, [UO 2 SO 4 ], [UO 2 (SO 4 ) 2 ]2− vµ [UO 2 (SO 4 ) 3 ]4− . Sù ­u tiªn t¹o thµnh phøc nµy hay phøc kh¸c ®­îc quyÕt ®Þnh bëi ho¹t ®é cña urani, axit trong dung dÞch vµ nhiÖt ®é. Sù t¹o phøc ®· gãp phÇn thóc ®Èy ph¶n øng hoµ tan urani trioxit UO 3 trong axit sunfuric mét c¸ch nhanh chãng v× nã lµm t¨ng gi¸ trÞ ©m cña ∆G vµ lµm cho c©n b»ng dÞch chuyÓn vÒ phÝa ph¶i. Ph¶n øng hoµ tan urani trioxit trong axit sunfuric rÊt phøc t¹p. KÓ ®Õn c¶ sù t¹o thµnh phøc, cã thÓ m« t¶ b»ng ph­¬ng tr×nh: UO 3 + 3H 2 O + H 2 SO 4 = [UO 2 (H 2 O) 4 SO 4 ]0 - Hoµ tan urani ®ioxyt UO 2 Urani ë tr¹ng th¸i ho¸ trÞ 4 (UO 2 ) hoµ tan khã kh¨n trong axit vµ yªu cÇu ph¶i «xy ho¸ thµnh urani ho¸ trÞ 6: UO 2 → UO 2 2+ + 2e 14 Ph¶n øng « xy ho¸ cã thÓ lµ rÊt phøc t¹p, qu¸ tr×nh « xy ho¸ nhanh trong m«i tr­êng axit thùc hiÖn chñ yÕu do tån t¹i ion Fe3+ trong dung dÞch. Trong c«ng nghiÖp xö lý quÆng urani nguêi ta th­êng dïng c¸c chÊt « xy ho¸ sau: MnO 2 , KMnO 4 , NaClO 3 , NaNO 3 ... Vai trß cña ion Fe3+ trong viÖc hoµ tan UO 2 trong m«i tr­êng axit lµ quan träng nhÊt. Ta cã thÓ thÊy râ trong s¬ ®å sau: UO 2 (r) + 2 Fe3+ (1) → UO 2 2+ (1) + 2 Fe2+ (1) 2 Fe2+ (1) + MnO 2 (r) + 4H+ (1) → 2 Fe3+ (1) + Mn2+ (1) + 2H 2 O (1) Fe2+ (1) ↔ Fe3+ (1) + e− (E0 = + 0,77V) Mn2+ (1) + 2H 2 O ↔ MnO 2 (r) + 4H+ (1) + 2e− (E0 = + 1,22V) Nh­ vËy s¾t lµ chÊt xóc t¸c lµm viÖc theo s¬ ®å: Fe2+ + chÊt oxi ho¸ Fe3+ + U4+ Fe2+ + chÊt oxi ho¸ Fe3+ + U4+ . Nh­ vËy ion Fe3+ chÝnh lµ t¸c nh©n chuyÓn ®iÖn tö tõ c¸c chÊt « xy ho¸ tíi urani. Trong thùc tÕ nång ®é ion Fe3+ trong dung dÞch th­êng phô thuéc vµo nång ®é Fe2+ vµ ®­îc x¸c ®Þnh theo tû lÖ Fe3+ /Fe2+. §èi víi ®iÒu kiÖn hoµ t¸ch ®iÓn h×nh, quan hÖ gi÷a thÕ oxi ho¸ vµ nång ®é s¾t x¸c ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh Nernst: ϕ = 397 + 0,1984.T.lg([Fe+3]/ [Fe+2]) Trong ®ã: ϕ - ThÕ oxi ho¸ cña dung dÞch (mV) [Fe+i] - Nång ®é tÝnh b»ng mol. T- NhiÖt ®é (K). §èi víi hÇu hÕt c¸c lo¹i quÆng urani qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®¶m b¶o khi duy tr× thÕ «xy ho¸ ë kho¶ng 450mV - 500mV. Chi phÝ axit trong hoµ t¸ch axit phô thuéc chñ yÕu vµo thµnh phÇn c¸c lo¹i kho¸ng tiªu tèn axit nh­ canxit, siderit, ®olomit, magnesit. Ngoµi ra còng tiªu tèn vµo mét vµi lo¹i kho¸ng kim lo¹i nh­ s¾t, kho¸ng sunfua, photphat, «xit cña c¸c kim lo¹i nh­ Cu, Ni, Cr, Mn, Ti... §Ó duy tr× qu¸ tr×nh «xy ho¸ khö, còng nh­ ®Ó hoµ tan c¸c hîp chÊt urani cÇn mét ®é axit nhÊt ®Þnh cña m«i tr­êng, v× vËy khi hoµ t¸ch vÊn ®Ò 15 quan träng lµ kiÓm tra gi¸ trÞ pH cña m«i tr­êng. Nång ®é axit cao tøc lµ l­îng axit tiªu thô lín do ®ã l­îng d­ axit lín ®iÒu nµy yªu cÇu l­îng v«i trung hoµ lín vµ ¶nh h­ëng ®Õn l­îng chÊt «xy ho¸ cÇn dïng. Tuy nhiªn vÉn ph¶i quan t©m tíi gi¸ trÞ pH ë cuèi qu¸ tr×nh hoµ t¸ch, do qu¸ tr×nh kÕt tña urani l¹i sau khi hoµ tan còng lµ vÊn ®Ò quan träng trong hoµ t¸ch urani. Mét phÇn c¬ b¶n chi phÝ axit trong qu¸ tr×nh xö lý quÆng urani lµ hoµ tan t¹p chÊt ta cã thÓ thÊy trong c¸c ph­¬ng tr×nh sau: nSiO 2 + nH 2 O [H 2 SiO 3 ] n CaSiO 3 + H 2 SO 4 H 2 SO 4 + H 2 SiO 3 A1 2 O 3 + 3H 2 SO 4 Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4 FeO + A1 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O H 2 SO 4 FeSO 4 CaCO 3 + H 2 SO 4 + H2O CaSO 4 + H 2 O + CO 2 MgCO 3 + H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 O + CO 2 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 SO 4 3CaSO 4 + 2H 3 PO 4 * Qu¸ tr×nh hoµ t¸ch urani b»ng cacbonat Hoµ t¸ch b»ng ph­¬ng ph¸p cacbonat dùa trªn ph¶n øng sau víi t¸c nh©n lµ hçn hîp cacbonat vµ bicacbonat UO 3 + 3Na 2 CO 3 + H 2 O Na 4 [UO 2 (CO 3 ) 3 ] + 2NaOH Bao gåm c¸c giai ®o¹n sau: - §èi víi urani ®ioxyt cÇn ph¶i cã chÊt «xy ho¸. Cã thÓ dïng c¸c chÊt oxi ho¸ kh¸c nhau nh­: KMnO 4 , O 2 , kh«ng khÝ... UO 2 + 1/2 O 2 UO 3 - §èi víi urani trioxyt UO 3 + 2H 2 O [UO 2 (OH) 2 H 2 O] Nhãm CO 3 2− thay thÕ nhãm OH − vµ H 2 O. 3Na 2 CO 3 + [UO 2 (OH) 2 H 2 O] Na 4 [UO 2 (CO 3 ) 3 ] + 2NaOH + H 2 O 16 Trong ph­¬ng ph¸p nµy còng t¹o thµnh mét sè t¹p chÊt nh­ c¸c kho¸ng sunfua t¹o thµnh muèi sunfat: 4FeS 2 + 15O 2 + 12Na 2 CO 3 + 4H 2 O 2Fe 2 O 3 +8NaSO 4 + 8NaHCO 3 +4CO 2 V¬Ý CaSO 4 , MgSO 4 , BaSO 4 : CaSO 4 + Na 2 CO 3 Na 2 SO 4 + CaCO 3 Víi Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , CaCO 3 , MgCO 3 kh«ng ph¶n øng víi cacbonat. SiO 2 trong kho¸ng tan Ýt h¬n. §èi víi ph­¬ng ph¸p hoµ t¸ch cacbonat hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh còng phô thuéc vµo c¸c yÕu tè nh­ hoµ t¸ch axit nh­ng vÊn ®Ò ¨n mßn thiÕt bÞ kh«ng lín v× kh«ng cã m«i tr­êng ¨n mßn m¹nh nh­ ph­¬ng ph¸p axit. Tuy nhiªn ph­¬ng ph¸p cacbonat ®ßi hái møc ®é nghiÒn mÞn cao, do ®ã tiªu tèn n¨ng l­îng, qu¸ tr×nh läc bïn khã, gi¸ thµnh Na 2 CO 3 ®¾t h¬n axit H 2 SO 4 NhËn xÐt: - Trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch quÆng urani nãi chung vµ hßa t¸ch quÆng urani b»ng axit nãi riªng, ngoµi c¸c ph¶n øng gi÷a kho¸ng urani vµ axit cßn nhiÒu ph¶n øng phô víi c¸c kho¸ng ®¸ chñ vµ kim lo¹i ®i kÌm. - Ph¶n øng x¶y ra gi÷a kho¸ng urani vµ axit t­¬ng ®èi thuËn lîi khi c¸c yÕu tè vÒ nång ®é axit vµ thÕ « xi hãa ®­îc ®¶m b¶o: thÕ «xy ho¸ ë kho¶ng 450mV - 500mV, víi hßa t¸ch khuÊy trén pH =1-1,5, víi hßa t¸ch thÊm ng­êi ta th­êng dïng axit nång ®é kho¶ng tõ 10-80 gam/l ®èi víi tõng tr­êng hîp cô thÓ. I.1.2. Qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng Hßa t¸ch quÆng ë tr¹ng th¸i tÜnh b»ng c¸ch cho dung dÞch ch¶y qua líp quÆng tõ trªn xuèng d­íi t¸c dông cña träng lùc hay b»ng c¸ch lµm ngËp toµn bé khèi quÆng ®ang ®­îc chøa trong mét thiÕt bÞ chøa th­êng ®­îc gäi chung b»ng mét thuËt ng÷ chung lµ hßa t¸ch ®èng (heap leaching). Tuy nhiªn, kü thuËt hßa t¸ch b»ng c¸ch lµm ngËp líp quÆng, sau ®ã rót dung dÞch ra b»ng c¸ch cho ch¶y xuèng hay ch¶y lªn th× cßn ®­îc gäi b»ng mét thuËt ng÷ kh¸c n÷a lµ hßa t¸ch thÊm (percolation leaching). Hßa t¸ch ®èng lµ ph­¬ng ph¸p rÊt thÝch hîp vµ thuËn tiÖn ®Ó xö lý nh÷ng ®èng quÆng cã hµm l­îng urani thÊp, hay cho nh÷ng khu má quÆng urani chØ cã tr÷ l­îng quÆng thÊp vµ c¸ch xa nh÷ng c¬ së chÕ biÕn quÆng lín, kh«ng thuËn tiÖn cho viÖc khai 17 th¸c vµ chuyÓn chë quÆng vÒ c¬ së xö lý tËp trung, v× vËy, cÇn cã ph­¬ng ph¸p xö lý s¬ bé t¹i chç ®Ó thu håi urani tõ quÆng vµ chë s¶n phÈm urani th« vÒ. Hßa t¸ch ®èng th­êng kh«ng ®ßi hái ®Çu t­ lín cho nh÷ng thiÕt bÞ ®¾t tiÒn. C¸c lo¹i quÆng c¸t kÕt th­êng còng kh«ng yªu cÇu ph¶i ®­îc nghiÒn nhá khi hßa t¸ch b»ng axit. C¸c thiÕt bÞ khuÊy trén vµ läc bïn (t¸ch láng-r¾n) còng th­êng kh«ng cÇn ®Õn trong qu¸ tr×nh hßa t¸ch ®èng do dung dÞch ®i ra tõ ®èng hßa t¸ch th­êng ®· t­¬ng ®èi s¹ch, do vËy chi phÝ ®Çu t­ cho mét hÖ thèng xö lý quÆng b»ng hßa t¸ch ®èng th­êng rÎ h¬n nhiÒu lÇn so víi d©y chuyÒn xö lý quÆng theo c«ng nghÖ hßa t¸ch th«ng th­êng. Hßa t¸ch ®èng lµ ph­¬ng ph¸p cã nhiÒu triÓn väng ®Ó ¸p dông thu håi uran tõ c¸c lo¹i quÆng nghÌo mét c¸ch kinh tÕ. Trong ph­¬ng ph¸p hoµ t¸ch ®èng quÆng ®­îc khai th¸c vµ chÊt thµnh ®èng trªn mét hÖ thèng sµn thu gom dung dÞch. Dung dÞch hoµ t¸ch ®­îc ph©n bè (th­êng b»ng giµn t­íi) trªn ®èng vµ thÊm qua líp quÆng, sau ®ã ®­îc thu l¹i ®em xö lý tiÕp. Trong hoµ t¸ch ®èng, do kh«ng cÇn kÝch th­íc h¹t mÞn, quÆng cã thÓ trùc tiÕp chuyÓn vµo tõ kh©u khai th¸c má hoÆc qua ®Ëp nghiÒn th«. Trong qu¸ tr×nh thÊm t¸ch, quÆng ®­îc nghiÒn ®Õn kÝch th­íc - 1 inch (-25,4 mm) hoÆc nhá h¬n (®«i khi ®­îc t¹o h¹t), sau ®ã cho vµo c¸c bÓ hoÆc thïng chøa. Dung dÞch hoµ t¸ch ®­îc thÊm tõ trªn xuèng hoÆc tõ d­íi lªn qua líp quÆng tÜnh [7]. C¸c kü thuËt hay quy tr×nh hßa t¸ch ®èng ®ang ®­îc ¸p dông phæ biÕn trªn thÕ giíi chñ yÕu nh­ sau: - Cho dung dÞch ch¶y qua ®èng quÆng b»ng c¸ch phun liªn tôc hoÆc b¬m dung dÞch hßa t¸ch gi¸n ®o¹n vµo c¸c hè quÆng nhá trªn ®Ønh ®èng quÆng hßa t¸ch. - Cho dung dÞch ch¶y qua ®èng quÆng theo tõng chu kú gi¸n ®o¹n. Ph­¬ng ph¸p nµy nh»m t¹o ra hiÖu øng ®­îc gäi lµ “mao dÉn ng­îc”. - Cho ngËp hoµn toµn l­îng quÆng ®­îc hßa t¸ch trong mét thiÕt bÞ chøa. Ph­¬ng ph¸p nµy cã thÓ ®­îc tiÕn hµnh gi¸n ®o¹n hay liªn tôc, vµ dßng dung dÞch cã thÓ ch¶y tõ trªn xuèng hay tõ d­íi lªn. - Trén quÆng víi axit m¹nh, ®Ó cho “ngÊu” trong mét thêi gian, sau ®ã röa b»ng n­íc. Ph­¬ng ph¸p nµy cßn th­êng ®­îc gäi víi tªn riªng lµ ph­¬ng ph¸p xö lý b»ng axit m¹nh. 18 Th­êng th× trong thùc tiÔn hay dïng mét sè c¸ch tæ hîp kh¸c nhau cña nh÷ng nguyªn lý c¬ b¶n kÓ trªn, vµ c¸c dung dÞch thu ®­îc th­êng ®­îc Ýt nhiÒu tuÇn hoµn l¹i mét phÇn nh»m n©ng cao nång ®é urani trong dung dÞch s¶n phÈm cuèi cïng ®ång thêi kh«ng ®Ó l¹i nhiÒu axit d­, g©y l·ng phÝ vµ lµm gi¶m hiÖu qu¶ chung cña kh©u thu håi sau ®ã. TuÇn hoµn dung dÞch th­êng ®­îc tiÕn hµnh theo nguyªn lý ng­îc chiÒu; dung dÞch tr­íc khi trë thµnh dung dÞch s¶n phÈm ®­îc cho ch¹y qua cét quÆng míi ®Ó gi¶m l­îng axit cßn d­ vµ t¨ng thªm nång ®é urani lªn mét chót. H×nh 1.2. S¬ ®å cÊu tróc hoµ t¸ch ®èng I.2. C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng I.2.1 C¸c qu¸ tr×nh diÔn biÕn trong hßa t¸ch ®èng Trong thùc tÕ cã thÓ coi mét ®èng quÆng lµ mét thiÕt bÞ d¹ng líp ®Öm, kh«ng cã xóc t¸c, dÞ thÓ vµ ®­îc x©y dùng trªn mét diÖn tÝch lín. C¸c kho¶ng trèng cña ®èng quÆng th­êng cã sù tham gia cña dung dÞch hoµ t¸ch vµ kh«ng khÝ vµ do vËy chóng ho¹t ®éng ë nh÷ng ®iÒu kiÖn b·o hoµ cã thÓ thay ®æi, cã 5 ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt cã thÓ dÔ dµng nhËn ra: - Pha r¾n cña c¸c h¹t quÆng hay c¸c h¹t quÆng ®· ®­îc kÕt khèi (agglomerat) trong ®ã cã c¸c lç mao qu¶n; 19 - PhÇn dung dÞch láng n»m gi÷a c¸c h¹t quÆng; - PhÇn dung dÞch láng bÞ gi÷ l¹i gi÷a c¸c agglomerat bëi lùc c©n b»ng gi÷a ¸p suÊt mao qu¶n vµ träng lùc; - PhÇn dung dÞch chuyÓn ®éng hay ch¶y tù do kiÓu thÊm bëi t¸c dông cña träng lùc nh­ nh÷ng mµng láng trªn bÒ mÆt cña c¸c h¹t quÆng. Cã ®èng dßng dung dÞch ®­îc t­íi liªn tôc nh­ng cã ®èng dung dÞch ®­îc t­íi gi¸n ®o¹n; - Kho¶ng trèng gi÷a c¸c h¹t quÆng bÞ ®iÒn ®Çy khÝ. Trong qu¸ tr×nh hoµ t¸ch ®èng ng­êi ta quan t©m tíi c¸c ph¶n øng hßa tan, kÕt tña, c©n b»ng vµ thuËn nghÞch, phô thuéc tr­íc hÕt vµo qu¸ tr×nh vËn chuyÓn vµ chuyÓn khèi cña c¸c chÊt ph¶n øng vµ s¶n phÈm gi÷a c¸c pha kh¸c nhau cña ®èng. Mçi mét qu¸ tr×nh nµy (ph¶n øng, vËn chuyÓn, chuyÓn khèi) cã thÓ diÔn ra ë quy m« h¹t kho¸ng, h¹t quÆng, quy m« trung gian lµ tËp hîp c¸c h¹t quÆng ®­îc kÕt khèi hay ë quy m« ®èng. Sau ®©y sÏ tr×nh bµy viÖc xem xÐt c¸c hiÖn t­îng quan träng x¶y ra ë mçi mét quy m«. I.2.1.1. C¸c qu¸ tr×nh vi m« Qu¸ tr×nh vi m« x¶y ra ë quy m« h¹t kho¸ng vµ c¸c h¹t quÆng. ë quy m« h¹t kho¸ng, ph¶n øng hãa häc hßa t¸ch vµ ®éng häc ph¶n øng lµ nh©n tè chiÕm ­u thÕ. C¸c ph¶n øng hãa häc chñ yÕu phô thuéc vµo nhiÖt ®é (®Æc tr­ng bëi n¨ng l­îng ho¹t hãa) vµ nång ®é chÊt ph¶n øng. MÆc dï c¬ chÕ chÝnh cña nh÷ng ph¶n øng nh­ vËy ®· ®­îc hiÓu râ, nh­ng c¸c gi¸ trÞ chÝnh x¸c cho mçi tr­êng hîp cô thÓ ph¶i ®­îc x¸c ®Þnh râ [28]. ë quy m« mét h¹t quÆng, sù ph©n bè cña c¸c h¹t kho¸ng trong h¹t quÆng còng cÇn ph¶i ®­îc quan t©m. Gi¶ thiÕt c¸c h¹t kho¸ng ph©n bè ®ång ®Òu trong quÆng, kÕt hîp víi qu¸ tr×nh hßa tan kho¸ng t­¬ng ®èi nhanh, ®iÒu nµy gãp phÇn lµm x¸c thùc thªm vµo m« h×nh ®éng häc nh©n ph¶n øng gi¶m dÇn [42]. Trong thùc tÕ c¸c h¹t kho¸ng cã thÓ h×nh thµnh nh­ nh÷ng h¹t kho¸ng tù do hay mét ®¸m c¸c h¹t kho¸ng, vµ cã thÓ ph©n bè ë trªn bÒ mÆt hay n»m trong c¸c khe kÏ cña h¹t quÆng. Mét qu¸ tr×nh quan träng kh¸c n÷a ë quy m« h¹t quÆng lµ qu¸ tr×nh vËn chuyÓn t¸c nh©n vµo vµ chuyÓn s¶n phÈm ph¶n øng ra khái c¸c vÞ trÝ ph¶n øng trong h¹t. C¸c qu¸ tr×nh nµy do qu¸ tr×nh khuÕch t¸n ®iÒu khiÓn vµ bÞ giíi h¹n bëi kÝch th­íc vµ ®é xèp cña h¹t quÆng, gradient khuÕch t¸n vµ hÖ sè khuÕch t¸n cña c¸c cÊu tö. 20