Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА УРАНА ИЗ НИТРАТНО-СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для получения уранового концентрата в технологии природного урана.

Способ получения уранового концентрата из нитратно-сульфатного десорбата, образующегося в результате десорбции урана из насыщенного анионита подкисленными серной кислотой растворами аммиачной селитры, заключается в одностадийной обработке десорбата аммиаком при постоянном значении рН 6,7-7,5. Непрерывная и одновременная подача нитратно-сульфатного десорбата и реагента-осадителя осуществляется в заранее приготовленный водный раствор аммиака с заданным значением рН осаждения 6,7-7,5. Технический результат изобретения - снижение количества серы в урановом концентрате до значений, удовлетворяющих требованиям международного стандарта АСТМ С 967-08, сокращение числа технологических операций.

Известен способ получения уранового концентрата из десорбата, образующегося при десорбции урана из насыщенного анионита раствором состава, г/дм³: H₂SO₄ - 100-120; HNO₃ - 2-3, включающий предварительную нейтрализацию десорбата оксидом кальция до рН 2,5-3,0, фильтрацией через фильтр-пресс, удалением в хвостохранилища образовавшегося гипса и осадков твердых примесей. Отфильтрованный десорбат затем нейтрализуют аммиачной водой сначала до рН 4,0-5,0, выдерживая пульпу в течение 0,5 ч с целью образования крупных кристаллов диураната аммония, затем доводят реакционную смесь до рН 8,0-8,5 аммиачной водой с выдержкой 0,5 ч для получения сбросных вод (Назаров X.М. Осаждение диураната аммония из десорбата / X.М. Назаров, Н. Хакимов, Б.Б. Баротов, И.У. Мирсандов, М.З. Ахмедов // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. - 2011. - Т. 54, №8. - С. 657-660).

Недостатками данного способа являются:

- относительно низкое содержание урана в концентрате (59-62 мас. %), что не соответствует требованиям международного стандарта. Только при рН 8,6 содержание урана в концентрате составило 66 мас. %. Достижение столь высокого значения рН осаждения приводит к неоправданному перерасходу реагента-осадителя;

- загипсовывание оборудования приведет к снижению производительности технологической цепочки;

- усложнение технологического цикла за счет введений дополнительных операций фильтрования;

- необходимость строительства хвостохранилищ для удаления осадка гипса и маточников осаждения.

Кроме того, данный способ не дает оценки содержания серы в концентрате.

Наиболее близким по технической сущности (способ-прототип) является способ получения уранового концентрата, заключающийся в обработке сернокислых растворов урана аммиаком до рН 6-7, причем уран начинает осаждаться при рН 3,8 (Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана: учебное пособие / Н.С. Тураев, И.И. Жерин. - Москва: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2005. - С. 185-187). При осаждении урана аммиаком из концентрированных сернокислых растворов образуются соли сложного состава: (NH₄)₂[(UO₂)₂SO₄(OH)₄]⋅4H₂O.

Недостатками данного метода являются:

- снижение содержания урана в концентратах до значений, не удовлетворяющих требованиям международного стандарта;

- превышение содержания серы (за счет образования двойных сульфатных солей) установленных стандартом лимитов.

Технический результат изобретения заключается в снижении количества серы в урановом концентрате до значений, удовлетворяющих требованиям международного стандарта АСТМ С 967-08, сокращение числа технологических операций. Технический результат достигается тем, что осаждение проходит в одну стадию сразу при высоком значении рН. Подача десорбата и аммиака осуществляется непрерывно и одновременно в предварительно приготовленный водный раствор аммиака, значение рН которого соответствует заданному значению рН осаждения (6,7-7,5). Путем регулирования расхода реагентов значение рН процесса нейтрализации поддерживается постоянным (рН 6,7-7,5). Состав получаемого концентрата зависит от рН процесса осаждения. Так, согласно результатам проведенных экспериментов, двойные соли сульфатов уранила, обусловливающие превышение содержания серы в концентрате, осаждаются при рН менее 6,5-6,7. Введение десорбата и аммиака в предварительно приготовленный аммиачный раствор с заданным значением рН позволяет начинать осаждение сразу при высоком значении рН, минуя область ниже рН 6,5, то есть область кристаллизации двойных сульфатных солей, что значительно снижает извлечение серы в урановый концентрат и является достаточной для обеспечения полноты осаждения урана из десорбата. Полученная в результате одностадийного осаждения пульпа направляется на сгущение и фильтрацию.

В примерах 1-3 представлены результаты лабораторных испытаний предлагаемой технологии получения химического концентрата в сравнении со способом-прототипом.

Пример 1

В реактор объемом 1,5 дм³ помещали 1 дм³ десорбата состава, г/дм³: U - 24,18; S - 16,31; H₂SO₄ - 20-23; SO₄^2- - 48-56; NO₃^- - 45-55. Нейтрализацию вели 25% водным раствором аммиака до значений рН 6,5-8,0 при температуре 45-50°С и постоянном перемешивании механической мешалкой с частотой 700 об/мин. Время выдержки реакционной пульпы составило 1 ч.

Осадок затем фильтровали, отмывали от маточника, сушили в течение 2 часов при температуре 120°С. Значения содержаний урана и серы в сухом веществе полученных концентратов приведены в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый способ осаждения урана позволяет получать концентрат с содержанием серы не более 0,49% от массы урана (согласно стандарту АСТМ С 967-08 содержание серы в урановом концентрате не должно превышать 1% от массы урана). Содержание урана в концентрате при этом составляет 69-75 мас. %.

Пример 2

С целью определения верхней границы диапазона рН осаждения провели титрование десорбата 25% водным раствором аммиака. В реактор помещали 50 см³ десорбата. Титрование вели при температуре 45-50°С, непрерывном перемешивании, последовательно добавляя из бюретки 25% водный раствор аммиака, контролируя значение рН. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что расход реагента-осадителя для нейтрализации десорбата до значений рН выше 7,53 резко увеличивается. Поэтому оптимальным диапазоном значений рН для получения высококачественного уранового концентрата является рН 6,7-7,5.

Пример 3 (по прототипу)

В реактор объемом 1,5 дм³ помещали 1 дм³ десорбата состава, г/дм³: U - 24,18; S - 16,31; H₂SO₄ - 20-23; SO₄^2- - 48-56; NO₃^- - 45-55. Осаждение вели постадийно, постепенно приливая в объем десорбата 25% водный раствор аммиака: на первой стадии до значения рН 4,5; на второй стадии до значения рН 5,5; на третьей стадии до рН 7,5. Время выдержки осадка на каждой ступени нейтрализации составляло 1 ч. Осаждение вели при температуре 45-50°С, при постоянном перемешивании механической мешалкой с частотой 700 об/мин. Осадок затем фильтровали, отмывали от маточника, сушили в течение 2 часов при температуре 120°С.

Аналогично вели осаждение в две стадии: до рН 4,0 (5,5) на первой ступени нейтрализации и до значения рН 5,5 (7,5) на второй ступени.

Значения содержаний урана и серы в полученных концентратах приведены в таблице 3.

Из приведенных данных следует, что концентраты, полученные при осаждении по способу-прототипу, имеют заниженное содержание урана, которое составляет в среднем 62-64 мас. %, при этом содержание серы (6,10-7,75% от массы урана) значительно превышает допустимый предел.

Пример 4

В данном примере приведены данные опытно-промышленных испытаний предлагаемого способа получения уранового концентрата.

Осаждение вели при одновременной подаче десорбата и сжиженного аммиака в реактор. Расход регулировали так, чтобы значение рН реакционной пульпы поддерживалось постоянным: рН 6,5-7,5. Осаждение вели при постоянном перемешивании, температура процесса составляла 50°С. Полученный осадок направляли на сгущение, фильтрацию и сушку. Значения содержаний урана и серы в сухом веществе полученного концентрата приведены в таблице 4.

Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили данные, полученные в ходе лабораторных исследований. Предлагаемый способ позволяет получить высококачественный концентрат урана.