We investigated the reduction leaching process of manganese dioxide ore using black locust as reductant in sulfuric acid solution. The effect of parameters on the leaching efficiency of manganese was the primary focus. Experimental results indicate that manganese leaching efficiency of 97.57% was achieved under the optimal conditions: weight ratio of black locust to manganese dioxide ore (WT) of 4:10, ore particle size of $63{\mu}m$, $1.7mol{\cdot}L^{-1}\;H_2SO_4$, liquid to solid ratio (L/S) of 5:1, leaching time of 8 h, leaching temperature of 368 K and agitation rate of $400r{\cdot}min^{-1}$. The leaching rate of manganese, based on the shrinking core model, was found to be controlled by inner diffusion through the ash/inert layer composed of associated minerals. The activation energy of reductive leaching is $17.81kJ{\cdot}mol^{-1}$. To conclude the reaction mechanism, XRD analysis of leached ore residue indicates manganese compounds disappear; FTIR characterization of leached residue of black locust sawdust shows hemicellulose and cellulose disappear after the leaching process.
Zeng, Sheng;Shen, Yuan;Sun, Bing;Zhang, Ni;Zhang, Shuwen;Feng, Song
Nuclear Engineering and Technology
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제53권12호
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pp.4033-4041
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2021
To better understand the permeability of uranium sandstone, improve the leaching rate of uranium, and explore the change law of pore structure characteristics and blocking mechanism during leaching, we systematically analyzed the microstructure of acid-leaching uranium sandstone. We investigated the variable rules of pore structure characteristics based on nuclear magnetic resonance (NMR). The results showed the following: (1) The uranium concentration change followed the exponential law during uranium deposits acid leaching. After 24 h, the uranium leaching rate reached 50%. The uranium leaching slowed gradually over the next 4 days. (2) Combined with the regularity of porosity variation, Stages I and II included chemical plugging controlled by surface reaction. Stage I was the major completion phase of uranium displacement with saturation precipitation of calcium sulfate. Stage II mainly precipitated iron (III) oxide-hydroxide and aluminum hydroxide. Stage III involved physical clogging controlled by diffusion. (3) In the three stages of leaching, the permeability of the leaching solution changed with the pore structure, which first decreased, then increased, and then decreased.
Rapidly obtaining the coverage characteristics of leaching solution in In-situ Leaching Area of Sandstone Uranium Mines is a necessary condition for optimizing well locations reasonably. In the presented study, the improved algorithm of the Fast Marching Method (FMM) was studied for rapidly solving coverage characteristics to replace the groundwater numerical simulator. First, the effectiveness of the FMM was verified by simulating diffusion characteristics of the leaching solution in In-situ Leaching Area. Second, based on the radial flow pressure equation and the interaction mechanism of the front diffusion of production and injection well flow field, an improved FMM which is suitable for In-situ Leaching Mining, was developed to achieve the co-simulation of production and injection well. Finally, the improved algorithm was applied to engineering practice to guide the design and production. The results show that the improved algorithm can efficiently solve the coverage characteristics of leaching solution, which is consistent with those obtained from traditional numerical simulators. In engineering practice, the improved FMM can be used to rapidly analyze the leaching process, delineate Leaching Blind Spots, and evaluate the rationality of well pattern layout. Furthermore, it can help to achieve iterative optimization and rapid decision-making of production and injection well locations under largescale mining area models.
Sheng Zeng ;Jiayin Song ;Bing Sun;Fulin Wang ;Wenhao Ye;Yuan Shen;Hao Li
Nuclear Engineering and Technology
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제55권2호
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pp.566-574
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2023
Investigating the seepage characteristics of the leaching solution in the ore-bearing layer during the in situ leaching process can be useful for designing the process parameters for the uranium mining well. We prepared leaching solutions of four different viscosities and conducted experiments using a self-developed multifunctional uranium ore seepage test device. The effects of different viscosities of leaching solutions on the seepage characteristics of uranium-bearing sandstones were examined using seepage mechanics, physicochemical seepage theory, and dissolution erosion mechanism. Results indicated that while the seepage characteristics of various viscosities of leaching solutions were the same in rock samples with similar internal pore architectures, there were regular differences between the saturated and the unsaturated stages. In addition, the time required for the specimen to reach saturation varied with the viscosity of the leaching solution. The higher the viscosity of the solution, the slower the seepage flow from the unsaturated stage to the saturated stage. Furthermore, during the saturation stage, the seepage pressure of a leaching solution with a high viscosity was greater than that of a leaching solution with a low viscosity. However, the permeability coefficient of the high viscosity leaching solution was less than that of a low viscosity leaching solution.
Vinokurov, Sergey E.;Kulikova, Svetlana A.;Myasoedov, Boris F.
Nuclear Engineering and Technology
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제51권3호
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pp.755-760
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2019
Compound samples based on the mineral-like magnesium potassium phosphate matrix $MgKPO_4{\times}6H_2O$ were synthesized by solidification of high level waste surrogate. Phase composition and structure of synthesized samples were studied by XRD and SEM methods. Compressive strength of the compounds is $12{\pm}3MPa$. Coefficient of thermal expansion of the samples in the range $250-550^{\circ}C$ is $(11.6{\pm}0.3){\times}10^{-6}1/^{\circ}C$, and coefficient of thermal conductivity in the range $20-500^{\circ}C$ is $0.5W/(m{\times}K)$. Differential leaching rate of elements from the compound, $g/(cm^2{\times}day)$: $Mg-6.7{\times}10^{-6}$, $K-3.0{\times}10^{-4}$, $P-1.2{\times}10^{-4}$, $^{137}Cs-4.6{\times}10^{-7}$; $^{90}Sr-9.6{\times}10^{-7}$; $^{239}Pu-3.7{\times}10^{-9}$, $^{241}Am-9.6{\times}10^{-10}$. Leaching mechanism of radionuclides from the samples at the first 1-2 weeks of the leaching test is determined by dissolution ($^{137}Cs$), wash off ($^{90}Sr$) or diffusion ($^{239}Pu$ and $^{241}Am$) from the compound surface, and when the tests continue to 90-91 days - by surface layer depletion of compound. Since the composition and physico-chemical properties of the compound after irradiation with an electron beam (absorbed dose of 1 MGy) are constant the radiation resistance of compound was established.
A leaching kinetics was conducted for the purpose of recovery of praseodymium in sulfuric acid ($H_2SO_4$) from REE slag concentrated by the smelting reduction process in an arc furnace as a reactant. The concentration of $H_2SO_4$ was fixed at an excess ratio under the condition of slurry density of 1.500 g slag/L, 0.3 mol $H_2SO_4$, and the effect of temperatures was investigated under the condition of 30 to $80^{\circ}C$. As a result, praseodymium oxide ($Pr_6O_{11}$) existing in the slag was completely converted into praseodymium sulfate ($Pr_2(SO_4)_3{\cdot}8H_2O$) after the leaching of 5 h. On the basis of the shrinking core model with a shape of sphere, the first leaching reaction was determined by chemical reaction mechanism. Generally, the solubility of pure REEs decreases with the increase of leaching temperatures in sulfuric acid, but REE slag was oppositely increased with increasing temperatures. It occurs because the ash layer included in the slag is affected as a resistance against the leaching. By using the Arrhenius expression, the apparent activation energy of the first chemical reaction was determined to be $9.195kJmol^{-1}$. In the second stage, the leaching rate is determined by the ash layer diffusion mechanism. The apparent activation energy of the second ash layer diffusion was determined to be $19.106kJmol^{-1}$. These relative low activation energy values were obtained by the existence of unreacted ash layer in the REE slag.
The effectiveness of quicklime-based stabilization/solidification (S/S) in immobilizing lead (Pb) was assessed by performing semi-dynamic leaching tests (ANS16.1). In order to simulate landfill leaching conditions, the ANS 16.1 test was modified by using 0.014 N acetic acid (pH = 3.25) instead of distilled water. Artificial soil samples as well as field soil samples contaminated with Pb were tested. The effectiveness of quicklime treatment was evaluated by determining diffusion coefficients ($D_e$) and leachability indices (LX). A model developed by de Groot and van der Sloat was used to elucidate the controlling Pb leaching mechanisms. Overall, upon quicklime treatment Pb leachability was significantly reduced in a]l of the samples tested. The mean LX values were higher than 9 for an artificial soil sample containing 30% kaolinite treated with 10% quicklime and for a field soil sample treated with 10% quicklime, which suggests that S/S treated soils can be considered acceptable for "controlled utilization". Moreover, quicklime treatment was more effective in artificially contaminated soil with high kaolinite content (30%), indicating the amount of clay plays an important role in the success of the treatment. The controlling Pb leaching mechanism was found to be diffusion, in all quicklime treated samples.
Long-termly used in water supply, an underground concrete pipe is easily subjected to the coupled action of pressure loading and flowing water, which can cause the chemo-mechanical damage of the pipe, resulting in its premature failure and lifetime reduction. Based on the leaching characteristics and damage mechanism of concrete pipe, this paper proposes a coupled chemo-mechanical damage and failure model of underground concrete pipe for water supply, including a calcium leaching model, mechanical damage equation and a failure criterion. By using the model, a numerical simulation is performed to analyze the failure process of underground concrete pipe, such as the time-varying calcium concentration in concrete, the thickness variation of pipe wall, the evolution of chemo-mechanical damage, the distribution of concrete stress on the pipe and the lifetime of the pipe. Results show that, the failure of the pipe is a coupled chemo-mechanical damage process companied with calcium leaching. During its damage and failure, the concentrations of calcium phase in concrete decrease obviously with the time, and it can cause an increase in the chemo-mechanical damage of the pipe, while the leaching and abrasion induced by flowing water can lead to the boundary movement and wall thickness reduction of the pipe, and it results in the stress redistribution on the pipe section, a premature failure and lifetime reduction of the pipe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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