Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РУД

Изобретение относится к переработке урансодержащего сырья и может быть использовано при извлечении металлов из руд методами кучного и подземного выщелачивания.

Известен способ извлечения урана из руд, включающий перколяционное выщелачивание урана, сорбцию урана из продуктивных растворов, доукрепление маточников сорбции расходуемыми реагентами и подачу их на орошение руды (Громов Б.Н. Введение в химическую технологию урана. - М.: Атомиздат, 1978, с.71-73; 105-112).

В качестве расходуемых реагентов используют минеральные кислоты либо, при высоком содержании в сырье кальцита и доломита, карбонаты щелочных металлов. Процесс перколяции осуществляют посредством просачивания выщелачивающих растворов через рудный материал, уложенный в кучи (штабели), либо подземным выщелачиванием (скважинным или в шахтных системах с магазинированием руды).

Основным недостатком известного способа является значительное падение концентраций урана в продуктивных растворах, направляемых на сорбцию на стадиях доработки сырья. Известен также способ извлечения урана из руд, включающий перколяционное выщелачивание урана с постепенным снижением интенсивности орошения штабелей по мере их отработки (Зайцев В.Ф., Зайцев Р.В. Совершенствование геотехнологических методов извлечения урана // Горный вестник, 1998, №3, с. 21-25).

Указанный способ позволяет стабилизировать концентрацию урана в растворах, подаваемых на сорбцию, но при этом значительно увеличивается время его выщелачивания.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ извлечения урана из руд, включающий перколяционное выщелачивание урана с многократной подачей продуктивных растворов на орошение до накопления определенной его концентрации, после чего растворы выводят на переработку, а затем доукрепляют расходуемым реагентом и подают на орошение руды (Кучное выщелачивание при разработке урановых месторождений / Петров Р.П., Долгих П.Ф., Шумилин И.П. и др. / Под ред. Скороварова Д.И. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 127, 137).

К недостаткам данного известного способа относится нестабильная подача растворов на переработку - сорбцию, экстракцию и т.д. В периоды накопления урана в оборотных растворах последующие переделы технологического процесса не функционируют. Причем по мере отработки сырья длительность периодов циркуляции возрастает.

Таким образом, рассматриваемый технологический цикл не является непрерывным и не обеспечивает стабильную нагрузку по раствору и по урану на сорбционный передел, что делает его практическую реализацию нерациональной.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса перколяционного выщелачивания урана с обеспечением стабильной подачи продуктивных растворов на сорбцию.

Данный технический результат достигается тем, что извлечение урана из руд осуществляют способом, включающим перколяционное выщелачивание урана с получением продуктивных растворов, подачу продуктивных растворов на орошение руды, сорбцию урана из продуктивных растворов, доукрепление маточников сорбции расходуемым реагентом и подачу их на выщелачивание урана, отличающимся тем, что на руду, орошаемую продуктивными растворами, одновременно подают и доукрепленные маточники сорбции, а также тем, что соотношение объемов продуктивных растворов, направляемых на орошение руды и на сорбцию урана, поддерживают 0,1÷0,9-1.

Далее приводятся примеры осуществления процессов извлечения урана из руд по известной и предлагаемой технологиям. Для проведения лабораторных опытов была составлена рудная шихта алюмосиликатного типа, в которой вмещающие уран породы представлены трахидацитами, конгломератами, андезито-базальтами, гранитами, минералы ценного компонента - настураном, коффинитом, ураной чернью, браннеритом, уранофаном и уранотилом.

Пример 1.

Рудный материал крупностью 50 мм был загружен в перколяторы объемом 9,5 дм³ каждый. В растворах, выводимых на сорбцию, концентрацию урана поддерживали в пределах 0,045-0,055 г/дм³. Сорбционное извлечение урана осуществляли ионитом АМП.

Схема, представленная на фиг. 1, иллюстрирует ведение процесса по известному способу. Руду распределили по двум перколяторам, моделируя с их помощью процесс кучного выщелачивания урана. Содержание урана в одном из них (№1) составляло 0,040%, в другом (№2) 0,060%. Орошение руды в каждом перколяторе осуществляли интенсивностью 2 дм³/сутки с возвратом продуктивных растворов на выщелачивание руды до накопления в них вышеуказанной (0,045-0,055 г/дм³) концентрации урана. Затем растворы пропускали через сорбционную колонку. Полученные маточники сорбции, содержанием урана <0,010 г/дм³, после доукрепления их серной кислотой до рН 1,4-1,7 подавали на орошение, получаемые продуктивные растворы вновь многократно пропускали через руду до накопления в них урана и т.д., чередуя цикл циркуляции продуктивных растворов и вывод их на сорбцию. Первоначально заданное содержание урана достигалось на более богатом сырье четырехкратным оборотом продуктивных растворов, на бедном требовалось 7-8 оборотов. В дальнейшем, по мере извлечения урана, количество последних увеличивалось (длительность цикла циркуляции возрастала). За время работы 120 дней извлечение урана из общей массы обрабатываемой руды составило 55%.

Пример 2.

Предлагаемую технологию осуществляли в соответствии со схемой, изображенной на фиг. 2. Для исследований использовали руду аналогичную по крупности и составу предыдущим опытам. В перколятор №1 была загружена руда содержанием урана 0,040%, в перколятор №2 - руда содержанием 0,060%. Продуктивные растворы распределяли на потоки и направляли одновременно на сорбцию урана и на орошение руды, поддерживая постоянную, на уровне 2 дм³/сутки (V₁), производительность подачи растворов на сорбцию и концентрацию в них урана 0,045-0,055 г/дм³. Маточники сорбции, содержанием урана <0,010 г/дм³, доукрепляли серной кислотой до рН 1,4-1,7 и направляли на орошение руды, распределяя их по перколяторам. Первоначально на орошение руды направляли 0,2 дм³/сутки продуктивных растворов (V₂), объемная производительность (V₃) при этом также составляла 0,2 дм³/сутки. Затем по мере извлечения урана из руды, производительность подачи продуктивных растворов на орошение (V₂) увеличивали, соответственно, повышая производительность (V₃). В завершении процесса выщелачивания объем V₂=V₃ и составлял 1,8 дм³/сутки.

Таким образом, при непрерывной и постоянной подаче растворов на сорбцию (V₁=2,0 дм³/сутки) и стабильной нагрузке по урану на данную операцию (≈0,1 г/сутки) соотношение объемов продуктивных растворов, направляемых на орошение руды (V₂) и на сорбцию урана (V₁), поддерживали в пределах 0,1÷0,9:1. За 120 дней работы извлечение урана из общей массы руда составило 59%. Более высокие показатели предлагаемого способа по сравнению с известным были обеспечены следующими отличиями: одновременной подачей на орошение руды продуктивных растворов и доукрепленных маточников сорбции, мобильным изменением соотношения объемов продуктивных растворов, подаваемых на орошение и на сорбцию урана, что обеспечило интенсификацию процесса выщелачивания и стабильную подачу растворов с заданной производительностью и концентрацией урана на сорбционную переработку. Аналогично схемам (фиг. 1 и 2) были проведены опыты по извлечению урана из алюмосиликатных руд с высоким содержанием кальцита (16-18%). Рудный материал, загруженный в перколяторы, содержал 0,06 и 0,13% урана. В качестве расходуемых реагентов использовали карбонат и бикарбонат натрия, поддерживая их суммарную концентрацию в растворах орошения 15-20 г/дм³. За время работы 140 суток извлечение урана по известному и предлагаемому способам составило соответственно 41% и 44%. Далее опробование разработанной технологии осуществлялось в промышленно-экспериментальных условиях (фиг. 3 - штабели №1 и №2). Отрабатываемая технология включала перколяционное выщелачивание руды (содержанием урана в штабеле №1 0,05% и штабеле №2 0,10%), сбор и распределение получаемых продуктивных растворов на потоки, подачу их на сорбцию урана и на орошение руды одновременно с доукрепленными по серной кислоте маточниками сорбции. Общая площадь орошения обрабатываемой рудной массы составляла 30 тыс. м². Сорбцию урана осуществляли в напорных аппаратах колонного типа. Доукрепление (подкисление) маточников сорбции проводили до рН 1,4-1,8, обеспечивая в продуктивных растворах рН на уровне 1,8-2,2.

Объем продуктивных растворов, подаваемых на сорбцию, поддерживали на уровне 400 м³/ч, производительность подачи продуктивных растворов на орошение изменяли на различных этапах испытаний от 40 до 360 м³/ч.

В целом, за 11 месяцев опытно-промышленных работ извлечение урана по предлагаемому способу превысило показатели известной технологии за аналогичный период времени на 9,5%.

Таким образом, проведенными исследованиями и испытаниями доказана высокая эффективность разработанной технологии извлечения урана из руд.