СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНОВЫХ РУД

Изобретение относится к области переработки урансодержащего сырья и может быть использовано при извлечении металлов из руд.

Известен способ переработки урановых руд, включающий дробление и мокрое измельчение с получением пульпы, сгущение, кислотное агитационное выщелачивание и сорбцию урана из пульп, десорбцию урана с ионита, насыщенного из пульпы, обескремнивание ионита по мере накопления на нем кремния, экстракцию урана из элюатов десорбции, реэкстракцию с выделением кристаллов уранилтрикарбоната аммония и прокалку с получением закиси-окиси урана (Шелудченко В. Г. , Спирин Э.К., Литвиненко В.Г. Технологии агитационного выщелачивания урана из руд //Горный вестник, - 1998. - 3. - С.25-28). К недостаткам данного способа относится высокая себестоимость конечной продукции.

Известен способ переработки урановых руд, включающий кислотное перколяционное выщелачивание и сорбцию урана из растворов, десорбцию урана с насыщенного ионита и осаждение химического концентрата из элюатов десорбции (Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. - М.: Атомиздат, 1978, - С.72-73, C.108-112). По сравнению с ранее рассмотренным способом в данной технологии не используются операции измельчения и агитации рудного материала, что значительно снижает себестоимость извлекаемого металла. К недостаткам перколяционного метода относится длительное время обработки сырья и более низкое извлечение урана.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ переработки урановых руд, включающий дробление и мокрое измельчение с получением пульпы, сгущение, кислотное агитационное выщелачивание и сорбцию урана из пульп, десорбцию урана с ионита, насыщенного из пульпы, обескремнивание ионита, а такте кислотное перколяционное выщелачивание, сорбцию урана из растворов, десорбцию урана с ионита, насыщенного из растворов, экстракцию урана из элюатов, полученных десорбцией его с ионитов, насыщенных из пульпы и растворов, реэкстракцию урана с выделением кристаллов уранилтрикарбоната аммония и прокалку с получением закиси-окиси урана (Ларин В.К., Литвиненко В.Г. Новые технологические схемы переработки урановых руд //Горный вестник, - 1998. - 3 - С. 32-34). Данный известный способ со вскрытием сырья различными методами оптимизирует процесс извлечения урана по производительности и себестоимости. Тем не менее он не использует возможности комплексной взаимоувязки агитационного и перколяционного процессов в целях создания единой эффективной технологии. Основным недостатком рассматриваемого способа является высокий расход ионита. Последний определяется преимущественно сбросами ионообменного материала с отработанной пульпой сорбции. В пультовом сорбционном процессе для организации противотока и разделения ионита и рудной суспензии используют дренажные сетки с размером ячеек, как правило, 0,6 мм. Меньший размер ячеек значительно снижает пропускную способность аппаратов сорбции и, соответственно, производительность по переработке сырья. При эксплуатации ионит постепенно истирается и уменьшается в размерах до величины ячеек разделительных (дренажных) сеток аппаратов сорбции. Далее он не может участвовать в процессе с противоточным движением пульпы и ионита. То есть, в рассматриваемом случае ионообменный материал является сбросным для процесса сорбционного извлечения урана из пульп.

Техническим результатом изобретения является сокращение расхода ионита и использование выделенного из отработанной пульпы сорбции ионообменного материала после его обескремнивания для сорбции урана из растворов перколяционного выщелачивания и для ионообменной обработки оборотных или сбросных вод. Данный технический результат достигается тем, что переработку урановых руд осуществляют способом, включающим дробление и мокрое измельчение с получением пульпы, сгущение, кислотное агитационное выщелачивание, сорбцию урана из пульпы, десорбцию урана с ионита, насыщенного из пульпы, обескремнивание ионита, а также кислотное перколяционное выщелачивание, сорбцию урана из растворов, десорбцию урана с ионита, насыщенного из растворов, экстракцию урана из элюатов, полученных десорбцией его с ионитов, насыщенных из пульпы и растворов, реэкстракцию урана с выделением кристаллов уранилтрикарбоната аммония и прокалку с получением закиси-окиси урана, согласно изобретению из отработанной пульпы сорбции выделяют сбросной ионообменный материал крупностью 0,6-0,2 мм ≥95%, подвергают его обескремниванию и используют для сорбции урана из растворов перколяционного выщелачивания и для ионообменной обработки оборотных или сбросных вод.

Процесс сорбционного извлечения урана из раствора в отличие от пульповой сорбции позволяет использовать ионит мелких фракций, например 0,6-0,2 мм. Выделение сбросного для сорбции из пульп ионообменного материала из рудной суспензии можно осуществлять различными способами, одним из них является грохочение. Исследованиями было определено, что мелкие фракции ионита, эксплуатируемого в пульпах, являются наиболее окремненными. Вследствие этого выделенный из отработанной пульпы сорбции ионообменный материал не может напрямую использоваться для сорбции урана из растворов перколяционного выщелачивания.

Последнее обусловлено более низкими температурами и концентрациями урана в исходных растворах по сравнению с пульпами, а также необходимостью поддержания более высоких кинетических характеристик ионитов, используемых в сорбционных напорных колоннах, по отношению к ионообменным материалам, эксплуатируемым в пачуках сорбции.

В известном способе по мере накопления кремния на ионите, эксплуатируемом в пульпе, он подвергается обескремниванию, причем на эту операцию направляют одновременно все фракции ионообменного материала. Снятие кремния осуществляют фторидными либо, как правило, щелочно-сульфатными растворами. Для эффективной регенерации выделенного грохочением из пульпы мелкого ионообменного материала по сравнению с обескремниванием иных фракций ионита требуются интенсифицированные условия обработки, и прежде всего по температуре и концентрациям реагентов. В связи с этим обескремнивание уловленного из отработанной пульпы сорбции ионообменного материала осуществляют отдельно от общей массы ионита, подвергаемого обескремниванию.

После автономного обескремнивания материала его используют для сорбции урана из растворов перколяционного выщелачивания либо применяют для ионообменной обработки оборотных или сбросных вод технологического процесса извлечения урана из рудного сырья. В оборотных водах, к которым относятся сливы операции обезвоживания (сгущения) измельчаемой руды, карбонатные растворы процесса реэкстракции урана, накапливаются также примеси, как, например, молибден, который эффективно извлекается из этих сред ионообменным материалом, подготовленным вышеуказанными приемами. В сбросных водах, неизбежно образующихся в технологическом цикле переработки урановых руд, содержится широкий спектр элементов - сульфат и нитрат-ионы, молибден и др., способных сорбироваться полученным ионитом.

Далее приводятся примеры ведения процессов переработки урановых руд по известной и предлагаемой технологиям. В период проведения промышленных испытаний в переработку поступала рудная шихта, в которой вмещающие уран породы были представлены трахидацитами, андезито-базальтами, фельзитами, конгломератами и гранитами; минералы ценного компонента - настураном, коффинитом, урановой чернью, браннеритом, уранофаном и уранотилом. Руду дробили и измельчали с получением пульпы, которую сгущали и подвергали сернокислотному выщелачиванию в пачуках в присутствии диоксида марганца при рН 2,0-2,2, ОВП 460-520 мВ, температуре 60-65^oС. Сорбцию урана проводили анионитом "Пьюролайт" в десять ступеней с противотоком ионита и пульпы. Содержание ионообменного материала в аппаратах поддерживали 9-10% объемных. Размер ячеек дренажных сеток в аппаратах составлял 0,6 мм. Десорбцию урана с ионита, насыщенного из пульпы, осуществляли серно-азотнокислотными растворами. При накоплении на ионите кремния до 35-40% по SiO₂ его выделяли из рудной суспензии и подвергали обескремниванию, используя для этого щелочно-сульфатные растворы и снижая содержание SiO₂ на ионите на 5-10% от накопленного.

Перколяционное выщелачивание урана осуществляли путем орошения сернокислыми растворами крупнокусковой руды, уложенной в штабели (отвалы). Концентрацию серной кислоты в растворах орошения поддерживали 1-3 г/л, с тем чтобы рН продуктивных растворов перколяции составлял 1,7-2,2. Сорбцию ценного компонента из продуктивных растворов перколяционного выщелачивания проводили в колоннах СНК анионитом "Пьюролайт", маточники сорбции доукрепляли по серной кислоте и направляли на орошение руды.

Десорбцию урана с ионита, насыщенного из продуктивных растворов, осуществляли серно-азотнокислыми растворами. Элюаты, полученные десорбцией урана с ионитов, насыщенных из пульпы и растворов, объединяли и направляли на экстракцию органической смесью Д2ЭГФК+ТАА+TБФ. Реэкстракцию урана осуществляли растворами углеаммонийных солей с выделением кристаллов уранилтрикарбоната аммония. Прокалку кристаллов проводили в печах ВГТП при конечной температуре процесса 850^oС. Готовой продукцией переработки уранорудного сырья являлась закись-окись урана.

Схема реализации технологии по известному способу изображена на фиг.1; по предлагаемому - на фиг.2.

Отличием новой технологии от известной являлось выделение из отработанной пульпы сорбции сбросного, для пульпового процесса, ионообменного материала крупностью 0,6-0,2 мм ≥95%, его обескремнивание и использование для подгрузки в процесс сорбционного извлечения урана из растворов перколяционного выщелачивания, взамен исходного ионита.

Выделение ионообменного материала из отработанной пульпы осуществляли грохочением. Гранулометрический состав и кинетические характеристики ионита, эксплуатируемого в агитационной схеме и выделенного грохочением из отработанной пульпы, приведены в табл.1 и 2.

Как видно из представленных данных, содержание диоксида кремния в сбросном ионообменном материале составило 43,4% против 35,0% - для общей массы сорбента, эксплуатируемого в пульповом процессе. Соответственно и кинетические свойства мелкого ионита значительно ниже. Обескремнивание выделенного из отработанной пульпы ионообменного материала проводили раствором гидроксида натрия - 50 г/дм³ и сульфата натрия - 35 г/дм³ при температуре 40-45^oС и времени обработки 3 часа. Указанные в данном случае параметры щелочно-сульфатной обработки обеспечили необходимую эффективность обескремнивания ионита и высокие емкостные характеристики конечного продукта.

Кинетика сорбции урана полученным ионообменным материалом представлена в табл.3.

Далее, указанный ионообменный материал использовали для извлечения урана из растворов перколяции. На фиг.1 и 2 представлены схемы известной и предлагаемой технологий переработки урановых руд. Их сравнение показывает, что новый вариант ведения процесса позволяет при аналогичном вводе урана с рудой (1095 кг) сократить потери ионита с 48,9 до 35,2 кг, т.е. на 28,0%. Выделенный из отработанной пульпы и прошедший щелочно-сульфатную обработку (обескремнивание) ионит может быть использован, как для сорбционного извлечения урана из растворов перколяционного выщелачивания, так и для ионообменной обработки оборотных либо сбросных вод, образующихся в процессе переработки уранорудного сырья.

ПРИМЕР обработки оборотной воды передела сгущения.

Оборотная вода передела сгущения рудоперерабатывающего комплекса содержала: U - 4 мг/дм³, Мо - 15 мг/дм³; рН среды - 7,6.

При пропускании ее через образец выделенного и подвергнутого обескремниванию ионита со скоростью 10 объемов раствора на объем ионита в час последний насытился ураном до 33 г/дм³, молибденом - до 70 г/дм³. Десорбция молибдена осуществлялась раствором, г/дм³:
NH₄OH - 90
(NH₄)₂SO₄ - 110
NH₄NO₃ - 12
Полученные элюаты содержали молибден в концентрации 8 г/дм⁸ и были использованы для сорбционного концентрирования и последующего получения чистых солей молибдена - полимолибдата аммония и др.

После перевода ионита в сульфатную форму подкисленной водой (рН 2-3) с него десорбировали уран раствором
H₂SO₄ - 200 г/дм³, НNО₃ - 5 г/дм³.

Полученные регенераты содержали: U - 30 г/дм³, НNО₃ - 70 г/дм³. Данные растворы направляли на экстракционную перечистку с последующим получением закиси-окиси урана по известной схеме.

Таким образом, определено, что предлагаемый ионит может использоваться для извлечения урана и молибдена из оборотной воды передела сгущения рудного сырья.

ПРИМЕР обработки оборотного раствора передела экстракции.

Получение на рудоперерабатывающем комплексе готовой продукции заданного качества требует удаления примесей (молибдена и др.), накапливаемых в оборотных карбонатных растворах реэкстракции. Это осуществляется выводом 1/7 части последних в каждом цикле экстракции-реэкстракции урана на ректификацию с последующей подачей кубового остатка в элюаты десорбции. Но в данных условиях молибден в отличие от железа, кремния и др. примесей удаляется неэффективно вследствие соэкстракции его с ураном, что требует периодического вывода части растворов кубового остатка на передел агитационного выщелачивания сырья. Это приводит к увеличению нагрузки по вводу компонентов на гидрометаллургию и, в конечном итоге, к снижению извлечения урана.

В лабораторных условиях на ионообменную обработку направляли подкисленный кубовой остаток состава:
Мо - 1,5 г/дм³
U - 4,2 г/дм³
рН - 2,5 ед
В качестве ионообменного материала использовали выделенный из отработанной пульпы ионит, подвергнутый щелочно-сульфатной обработке (обескремниванию).

Последовательная сорбция молибдена и урана из этих растворов осуществлялась со скоростью дренирования 1 объем раствора на объем ионита в час. Насыщение ионита по молибдену составило 42 г/дм³, по урану - 39 г/дм³, последовательная десорбция растворами состава, аналогичного приведенному в предыдущем примере, позволило получить
1. Молибденовый десорбат, г/дм³:
NH₄OH - 25
(NH₄)₂SO₄ - 120
Мо - 15
U - 3•10^-3
2. Урановый десорбат, г/дм³:
Н₂SO₄ - 80
НNО₃ - 80
U - 35
Мо - 0,2
Из данных растворов по известным схемам были получены кондиционные товарные продукты урана и молибдена. В сбросных растворах раскисленного кубового остатка (рН 2,5) после сорбции остаточное содержание компонентов составило:
U - 2,9 мг/дм³
Мо - менее 10 мг/дм³
NO

ПРИМЕР обработки сбросных вод.

Сбросная вода рудоперерабатывающего комплекса, направленная на ионообменную обработку, содержала, мг/дм³:
U - 2
Мо - 3
NO

Опробованный образец ионита - аналог используемому в предыдущем примере, был переведен в ОН^- форму. Скорость пропускания через него раствора поддерживали 10 м³/м³ ионита в час.

При выходе ТОО объемов раствора на объем ионообменного материала содержание в нем составило: U, Мо, NО^- ₃ - отс., SО^-- ₄ - 50 мг/дм³.

Элюаты, полученные десорбцией насыщенного ионита растворами состава, аналогичного предыдущим опытам, содержали
1. Молибденовые десорбаты, г/дм³:
(NH₄)₂SO₄ - 115
NH₄OH - 25
Мо - 5
2. Урановые десорбаты, г/дм³:
Н₂SO₄ - 80
НNО₃ - 25
U - 15
Данные элюаты десорбции молибдена и урана направляли на последующую переработку. По известным схемам из них были получены кондиционные продукты: полимолибдат аммония и закись-окись урана. Десорбция сульфат-ионов с насыщенного ионита 4% щелочью позволила получить элюаты содержанием сульфата натрия 90 г/дм³, которые использовались в качестве защитной добавки при проведении операций обескремнивания ионитов.

В целом, представленные материалы показывают, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет сократить расход ионита при переработке урановых руд, снизить содержание примесей в оборотных и сбросных водах технологического процесса, обеспечить дополнительный выпуск кондиционных товарных продуктов.