Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНОВЫХ РУД

Изобретение относится к области переработки урансодержащего сырья и может быть использовано при гидрометаллургической переработке урановых руд, в частности комплексной переработке руд месторождения Эльконское плато Эльконского урановорудного района.

Известен способ извлечения урана, сочетающий сорбционное извлечение и концентрирование урана из рудных пульп с последующей экстракционной перечисткой десорбционных растворов, в котором реэкстракцию урана из насыщенной смеси экстрагентов осуществляют в твердофазном варианте углеаммонийными солями (УАС). Образующиеся при реэкстракции кристаллы аммонийуранилтрикарбоната (АУТК) прокаливают с получением закись-окиси урана [Громов Б.В. // Введение в химическую технологию урана. М.: Атомиздат, 1978. - с.194, 195]. Основным преимуществом твердофазной реэкстракции с применением УАС является высокая селективность осаждения карбонатной соли уранила. К недостаткам твердофазной реэкстракции можно отнести необходимость переработки выводных карбонатных растворов с целью регенерации карбоната аммония, а также высокую остаточную концентрацию урана в фильтратах после осаждения АУТК (2-5 г/л).

Также известен способ извлечения урана из растворов после выщелачивания экстракцией раствором Д2ЭГФК в керосине (Dapex-процесс). В качестве синергетной добавки и модификатора в раствор добавляют ТБФ. Перед экстракцией железо в растворе восстанавливают до двухвалентного, чтобы предотвратить его экстракцию вместе с ураном. Уран извлекают из органической фазы реэкстракцией 10%-ным раствором соды. Затем реэкстракт подкисляют серной кислотой, и осаждают уран аммиаком [Ритчи Г.М., Эшбрук А.В. Экстракция. Принципы и применение в металлургии. Под редакцией Ласкорина Б.Н., М.: «Металлургия», 1983, с.256-257].

Недостатками данного способа являются невысокая селективность извлечения урана и необходимость операции восстановления Fe³⁺ до Fe²⁺.

Наиболее близким аналогом по назначению и совокупности существенных признаков является патент RU 2434961 C1 (МПК C22B 60/02, 27.11.2011), в котором раскрыт способ переработки урановых руд, включающий дробление и измельчение руды, серно-кислотное выщелачивание с добавлением азотной кислоты в качестве окислителя, экстракционное извлечение с очисткой урана от примесей с использованием смеси экстрагентов, содержащих ди(2-этилгексил)фосфорную кислоту 0,05-0,075 моль/л, триалкиламин 0,05-0,075 моль/л и трибутилфосфат 0,05-0,075 моль/л в углеводородном разбавителе при отношении объемов органической и водной фаз, равном V_о:V_в=1-3÷6, реэкстракцию урана раствором углеаммонийных солей с получением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК), фильтрацию и прокаливание полученных кристаллов до закись-окиси урана.

К недостаткам этого способа извлечения урана следует отнести:

- необходимость переработки выводных карбонатных растворов с целью регенерации карбоната аммония. Процесс регенерации имеет невысокую эффективность и сопряжен с затратами энергии для разложения карбонатных растворов и большим объемом абсорбционного оборудования для улавливания аммиака и диоксида углерода;

- высокую остаточную концентрацию урана в фильтратах после осаждения АУТК (2-5 г/л);

- совмещение операций реэкстракции и осаждения урана приводит к захвату фосфорсодержащего экстрагента с кристаллами АУТК и загрязнению фосфором готовой продукции, необходимости тщательной отмывки примесей репульпацией продукта.

Техническим результатом предлагаемого способа является:

- получение готовой продукции в виде закись-окиси урана высокого качества, отвечающей отечественным требованиям по ТУ 95.1981-2009 на закись-окись (U₃O₈),

- осаждение урана пероксидом водорода имеет ряд преимуществ, связанных с физическими свойствами осадка (высокая скорость фильтрации и сушки), исключает систему разложения и улавливания карбоната аммония,

- концентрация урана в фильтрате составляет 5-10 мг/л, а степень извлечения урана в осадок - 99,98%.

Технический результат достигается способом прямого экстракционного извлечения урана при переработке силикатных руд, включающим дробление и измельчение руды, серно-кислотное выщелачивание с добавлением в качестве окислителя азотной кислоты, фильтрацию и осветление растворов, экстракционное выделение и очистку урана от сопутствующих примесей, промывку насыщенного экстрагента раствором серной кислоты, жидкофазную реэкстракцию урана с последующим осаждением концентрата урана пероксидом водорода. При этом проведение реэкстракции урана в раствор осуществляется 8-10%-ным раствором карбоната натрия с последующим осаждением пероксида урана при равновесном значении pH осаждения 3,6-4,2, времени перемешивания - 1-1,5 часа, времени отстаивания - не менее 1 часа и 50%-100% избытком пероксида водорода от стехиометрии.

Экстракционное выделение и очистку урану от примесей ведут смесью экстрагентов, содержащей ди(2-этилгексил)фосфорную кислоту 0,05-0,075 моль/л, триалкиламин 0,05-0,075 моль/л и трибутилфосфат 0,05-0,075 моль/л в углеводородном разбавителе при отношении объемов органической и водной фаз, равном V_о:V_в=1-3÷6.

Пример 1

Определяли влияние pH на полноту осаждения пероксида урана. Исследования проводили на растворах, моделирующих содовый реэкстракт состава, г/л: U - 31; - 10; pH - 10,5. Перед осаждением раствор нейтрализовали серной кислотой до pH=2,5 для разрушения карбонатного комплекса уранила и избытка карбоната натрия. Для осаждения урана добавляли пероксид водорода (30% раствор) со 100% избытком от стехиометрии и различное количество аммиачной воды до фиксированного значения pH при постоянном перемешивании в течение 2-х часов. После созревания осадок отфильтровывали и в фильтрате определяли концентрацию урана. Данные экспериментов представлены в табл.1. Как видно из таблицы, оптимальным значением pH осаждения следует признать интервал - 3,6÷4,2, т.к. в этом случае концентрация урана в фильтрате составляет около 5 мг/л, а степень извлечения урана в осадок - 99,98%.

Пример 2

В следующей серии опытов показано влияние времени перемешивания на полноту осаждения урана. Исследования проводили на модельных растворах состава, г/л: U - 31; - 10; pH - 10,5. Для осаждения урана добавляли пероксид водорода (30% раствор) со 100% избытком от стехиометрии при pH~3,9 и перемешивали в течение 15, 60, 90, 120, 180 минут. Затем осадок отфильтровывали и в фильтрате определяли концентрацию урана. Данные экспериментов представлены в табл.2. Из приведенных данных видно, что для обеспечения содержания урана в фильтрате на уровне <10 мг/л достаточно 15 минут перемешивания, но для обеспечения минимального содержания урана в фильтратах время перемешивания должно составлять не менее 60 минут.

Пример 3

Известно, что ионы натрия и сульфат-ионы отрицательно влияют на осаждение урана пероксидом водорода. Так как в карбонатном реэкстракте макрокомпонентами являются именно эти ионы, в следующей серии экспериментов определяли влияние концентрации сульфат-иона на степень осаждения урана пероксидом водорода при постоянной концентрации ионов натрия (~45 г/л). Исследования проводили на модельных растворах состава, г/л: U - 31; - 10; pH - 10,5, - 25-70. Для осаждения урана добавляли пероксид водорода (30% раствор) со 100% избытком от стехиометрии при pH~3,9 и постоянном перемешивании в течение 1,5 часов. После созревания осадок отфильтровали, дважды промыли дистиллированной водой при Т:Ж=1:3. В фильтрате определяли концентрацию урана, в пероксиде урана определяли содержание натрия и сульфат-ионов. Данные экспериментов представлены в табл.3. Как видно из таблицы, с увеличением концентрации сульфат-ионов в карбонатном реэкстракте увеличивается остаточное содержание урана в фильтратах и уменьшается степень извлечения урана. Концентрация натрия и сульфат-ионов в пероксиде урана с учетом двойной промывки дистиллированной водой при Т:Ж=1:3 составляет <1*10^-4% и 0,01 соответственно, несмотря на высокие их концентрации в исходном растворе. Для снижения содержания урана в фильтратах проверено добавление избытка пероксида водорода в количестве 100% от стехиометрии (опыт 4, табл.3).

Пример 4

Исследования проводили на осветленных растворах, полученных после автоклавного выщелачивания руды месторождения Эльконское плато Эльконского урановорудного района.

Сернокислый фильтрат выщелачивания, полученный после дробления и измельчение руды, сернокислотного автоклавного выщелачивания с добавлением в качестве окислителя азотной кислоты, фильтрации и осветления имел следующий состав, г/л: U - 1,5; V - 0,33; Fe - 5,1; Si - 0,056; Al - 1,31; Mg - 4,19; Ca - 1,47; H₂SO₄ - 30,6. В результате экстракционного извлечения урана был получен насыщенный экстрагент с содержанием урана 7,9 г/л, из которого реэкстрагировали уран 10%-ным раствором соды при отношении объемов фаз V_о:V_в=1:4 и V_о:V_в=1:6. В полученных реэкстрактах концентрация урана составляла ~33 г/л в первом случае и ~49 г/л во втором. Основными примесями, мешающими пероксидному осаждению урана, были натрий и сульфат-ионы.

Карбонатные реэкстракты нейтрализовали серной кислотой до pH=2,5 для разрушения карбонатного комплекса уранила и избытка карбоната натрия. Для осаждения урана добавляли пероксид водорода (30% раствор) со 100% избытком от стехиометрии при pH~3,9 при постоянном перемешивании в течение 60 минут. После отстаивания в течение одного часа осадок отфильтровали и прокалили до закись-окиси урана. Концентрация урана в фильтрате составила 5 мг/л и 7 мг/л для реэкстрактов с содержанием урана ~33 г/л и ~49 г/л соответственно, а степень извлечения урана в осадок - 99,98%. Содержание примесей по отношению к урану показаны в табл.4. Из приведенных в табл.4 данных видно, что полученная данным способом закись-окись урана соответствует по содержанию примесей закись-окиси урана по ТУ 95.1981-2009.

Таблица 1 Зависимость полноты осаждения урана пероксидом водорода от pH осаждения № п/п pH после раскисл. H2SO4 pH осаждения , г/л E, % 1 2,43 2,56 0,0242 99,92 2 2,68 3,11 0,0132 99,96 3 2,47 3,36 0,011 99,96 4 2,55 3,61 0,005 99,98 5 2,36 3,90 0,0034 99,99 6 2,34 4,26 0,0052 99,98

Таблица 2 Зависимость полноты осаждения урана пероксидом водорода от времени перемешивания № п/п Время перемешивания, мин pH после раскисл. H2SO4 pH осаждения , г/л E, % 1 15 2,02 3,88 0,0078 99,97 2 60 2,05 3,90 0,0062 99,98 3 90 2,13 3,89 0,0054 99,98 4 120 2,21 3,91 0,0054 99,98 5 180 2,17 3,92 0,0056 99,98

Таблица 3 Зависимость полноты осаждения урана пероксидом водорода и качества получаемого химического концентрата от концентрации сульфат-ионов № п/п , г/л Избыток H2O2 от стех., % , г/л C(Na+) в пероксиде урана, % в пероксиде урана, % E, % 1 25 50 0,0054 <1*10-4 0,01 99,98 2 50 50 0,055 <1*10-4 0,01 99,82 3 75 50 0,18 <1*10-4 0,01 99,41 4 50 100 0,0094 <1*10-4 0,01 99,97