СПОСОБ ПОДГОТОВКИ УРАНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ К ЭКСТРАКЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ

Изобретение относится к способам переработки урансодержащего сырья, а именно к способам подготовки этого сырья к экстракционной переработке.

Выщелачивание урансодержащего сырья приводит к образованию пульп, состоящих из водных растворов урана и примесей и нерастворенных частиц. В известных способах для подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке после выщелачивания проводят отделение продуктивного раствора от твердой фазы.

Например, в способе переработки химического концентрата природного урана [Патент РФ №2398036, МПК С22 В 60/02, опубл. 27.08.2010] раствор нитрата уранила получают растворением ХКПУ в растворе азотной кислоты и отделением образовавшегося нерастворенного остатка декантацией.

Способ переработки концентратов оксидов природного урана [Патент РФ №2323883, МПК C01G 43/01, опубл. 10.05.2008] включает выщелачивание урана концентрированной азотной кислотой при повышенной температуре и отделение осадка от водной фазы фильтрацией через полиэфирную ткань ПЭ-100 после отстоя в течение нескольких часов или центрифугированием.

В зависимости от способа разделения отделенный нерастворенный остаток удерживает определенное количество урансодержащего раствора.

В способе переработки урановых руд (прототип) [Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2006, с.40] стадия разделения твердой и жидкой фаз после выщелачивания металлов из руд включает операции сгущения, фильтрации, отмывки твердой фазы от полученного при выщелачивании продукционного раствора. В целях сокращения потерь урана для отмывки твердой фазы применяется неоднократное разбавление в фильтрационно-репульпационном цикле или противоточная декантация [Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2006, с.180-182].

Недостатками данного способа являются сложное аппаратурное оформление и многостадийность процесса переработки нерастворенного остатка; образование значительного объема промывных растворов, приводящее к снижению производительности схемы в целом. Применение вышеупомянутого способа не позволяет обеспечить полного извлечения урана из нерастворенного остатка (остаточное содержание урана доходит до 2% мас.), что приводит к потере урана и увеличению затрат на утилизацию данных отходов. Также высокое содержание общей влаги в нерастворенном остатке (20-30%.) приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат для приведения его в соответствие с нормой НП-020-2000 по содержанию жидкости в отходах, направляемых на хранение и захоронение (не более 3% мас.). Все это, в конечном счете, приводит к увеличению себестоимости переработки в целом.

Задачей изобретения является разработка способа подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке, обеспечивающего снижение потерь урана, минимизацию объемов образующихся отходов, упрощение технологической схемы и как следствие увеличение ее производительности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке, включающем выщелачивание урана азотной кислотой и отделение водной фазы от нерастворенного остатка, нерастворенный остаток смешивают с фторсодержащим реагентом, растворяют полученную шихту и/или суспензию в растворе азотной кислоты и полученный раствор возвращают в производственный процесс. Концентрация азотной кислоты в растворе составляет не менее 2 моль/л. Растворение осуществляют при концентрации фтор-иона не менее 15 г/л. Процесс ведут при температуре 60-100°С.

На фиг.1 представлена зависимость количества нерастворенного остатка от концентраций фтора и азотной кислоты в системе.

В качестве исходного материала для апробации предложенного способа использовали ХКПУ в виде пероксида урана UО₄·Н₂О (пероксиурановая кислота H₂UC₅·H₂O). Химический состав данного сырья характеризуется значительным содержанием (до 30% мас., от массы навески) таких «проблемных» примесей, как железо, алюминий, кальций, сера, молибден.

Твердые отходы, образующиеся в процессе растворения любого урансодержащего сырья, состоят из двух основных компонентов:

- нерастворенного остатка (его количество определяется примесным составом исходного сырья и никак не зависит от концентрации азотной кислоты);

- остатки, вызванные гидролизом балластных примесей (эти остатки подвержены растворению в растворе азотной кислоты).

Следовательно, максимальное количество нерастворенного остатка образовывается при минимальном количестве свободной кислоты и максимальном количестве урана в растворе. Поэтому эксперименты проводили с отходами, выделенными из суспензии, полученной с учетом концентрации нитрата уранила в пересчете на уран 450-470 г/л и азотной кислоты 0,1-0,5 моль/л.

Полученную в результате выщелачивания ХКПУ суспензию подвергали фильтрации. Отделенный остаток сушили до постоянной массы (с целью исключения влияния остаточной влаги на изменение массы навески), затем смешивали его с фторсодержащим реагентом. Фтор-ион можно вводить в систему в виде любого водорастворимого реагента. В описываемом опыте в качестве фторсодержащего реагента использовали фторид натрия.

При смешивании нерастворенного остатка с фторсодержащим реагентом были получены образцы суспензии с конечной концентрацией фтор-иона 15, 30, 60, 80, 120 г/л.

Полученные образцы растворяли в азотной кислоте из расчета ее концентрации 0,5-8 моль/л.

На фиг.1 представлены результаты эксперимента, которые позволяют сделать вывод о том, что значительная часть нерастворенного, образующегося после выщелачивания остатка (в виде шихтованной массы (суспензии)) растворяется в растворе 2-х молярной азотной кислоты при концентрации фтор-иона 15 г/л и выше.

Для определения зависимости массы нерастворенного остатка от температуры раствора и концентрации фтора были проведены эксперименты, результаты которых представлены в таблице 1.

При определении оптимального температурного режима было установлено, что при минимальных концентрации фтор-иона (на уровне 15 г/л) и азотной кислоты (2 моль/л) наилучшие показатели достигаются при температуре 60-100°С.

Результатом растворения остатка, отделенного от продуктивного раствора, является получение раствора, пригодного для последующей экстракции, обеспечивающей получение продукта, удовлетворяющего требованиям ASTM С 788-03.

Таким образом, предложенный способ подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке обеспечивает снижение потерь урана, минимизацию объемов образующихся отходов.

Отсутствие отделений фильтрации, занимающих до одной трети производственных площадей, или системы 3-7 последовательно соединенных сгустителей для противоточной декантации (по схеме прототипа) обеспечивает упрощение технологической схемы и, как следствие, увеличение ее производительности.