способ переработки концентратов природного урана

Формула изобретения

1. Способ переработки концентратов природного урана, включающий выщелачивание концентрата урана раствором азотной кислоты, экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана, отличающийся тем, что экстракцию урана ведут до 85-92%-ного насыщения экстрагента ураном, а промывку экстракта осуществляют частью реэкстракта урана, упаренного до содержания 450-500 г/л урана, в режиме предельного насыщения экстрагента ураном до содержания урана в экстракте 119-120 г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывной раствор, полученный после промывки экстракта урана, объединяют с раствором урана от выщелачивания концентратов и после корректировки по содержанию азотной кислоты и урана объединенный раствор направляют на экстракцию.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что промывку экстракта осуществляют при соотношении потоков О:В=(15-20):1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание азотной кислоты в растворах урана, направляемых на экстракцию, составляет 0,5-0,8 моль/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки концентратов природного урана и может быть использовано в технологии их переработки до оксидов урана или гексафторида урана энергетического назначения.

Известен способ переработки концентратов природного урана, который заключается в следующем. Соединения урана выщелачивают раствором азотной кислоты с избыточной кислотностью 20-30 г/л, после чего осуществляют экстракцию урана раствором 30-40% ТБФ в углеводородном разбавителе при отношении потока органического раствора к потоку водного О:В=2,5:1. Экстракт, содержащий 100-140 г/л урана (83-87% от предельного насыщения экстрагента ураном), отмывают от примесей 60-240 г/л раствором азотной кислоты при отношении потока органического раствора к потоку промывного О:В=10:1. Промывной раствор, выходящий из промывного блока, подсоединяют к исходному раствору в экстракционном блоке. Реэкстракцию урана осуществляют при 60°С подкисленной водой при отношении потоков О:В=1:(1-2). Водный раствор урана, содержащий 50-115 г/л урана (реэкстракт), направляют на операции денитрации раствора уранилнитрата или осаждение полиураната аммония либо пероксида урана с дальнейшим прокаливанием их до оксида урана. Органический раствор, выходящий из реэкстракционного блока, после карбонатной промывки возвращают в экстракционный блок. (Н.С.Тураев, И.И. Жерин. Химия и технология урана. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2006, - 315-316 с.).

Недостатками способа являются:

- относительно низкое содержание урана в исходном растворе 250-350 г/л, что снижает удельную производительность экстракционной установки, увеличивает объем водно-хвостовых растворов и затраты на подготовку их к захоронению;

- низкое насыщение экстрагента ураном в промывном блоке экстракционной установки при переработке концентратов природного урана с большим содержанием примесей не обеспечивает достаточную очистку урана от примесей; вследствие этого содержание примесей в гексафториде урана (ГФУ) для обогащения превышает допустимые ASTM С 787-03 значения;

- применение на операции промывки экстракта урана растворов, содержащих 60-240 г/л азотной кислоты, дает незначительный эффект по очистке урана от примесей, кроме того, приводит к увеличению содержания азотной кислоты в водно-хвостовых растворах, что требует дополнительных затрат на подготовку их к захоронению.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки концентратов природного урана, который включает следующие операции (прототип).

Концентрат выщелачивают 40%-ным раствором азотной кислоты. В готовой пульпе обычно содержится урана 350-450 г/л, концентрация свободной азотной кислоты 0,8-1,8 моль/л. Экстракцию урана ведут (30±2) об.% раствором трибутил-фосфата в углеводородном разбавителе. Экстракт содержит урана около 95 г/л, рафинат - меньше 0,1 г/л. Экстракт урана промывают для удаления примесей при соотношении потоков О:В, равном 10:1, причем в качестве промывного раствора используют «готовый раствор» со стадии реэкстракции - реэкстракт, содержание в нем урана около 115 г/л. Органический раствор, выходящий из промывной колонны, содержит урана около 90 г/л, а водный раствор после промывки им экстракта содержит урана около 165 г/л - этот раствор добавляется к пульпе, полученной после растворения концентратов урана, перед подачей ее в экстракторы. Из промытого экстракта реэкстрагируют уран при соотношении 0:В=0,8:1, в качестве реэкстрагирующего раствора используют слабокислый конденсат от упаривания реэкстракта на стадии производства оксидов урана (Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. - М.: Госатомиздат, 1961, сс.178-186).

Невысокое насыщение ураном экстрагента на стадии экстракции (95 г/л, 79,1% насыщение экстрагента ураном) и на стадии промывки экстракта (90 г/л, 75% насыщение экстрагента ураном) не обеспечивает очистку от ряда примесей, содержание которых в гексафториде урана (ГФУ) для обогащения регламентируется нормами ASTM С 787-03.

Задачей изобретения является повышение степени очистки урана от молибдена и вольфрама при экстракционной переработке азотнокислых растворов природного урана с тем, чтобы содержание этих примесей в реэкстрактах урана не превышало значений, допустимых ASTM С 787-03 для примесей в ГФУ для обогащения.

Решение этой задачи достигается тем, что в способе переработки концентратов природного урана, включающем выщелачивание концентрата урана раствором азотной кислоты, экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана, экстракцию урана ведут до 85-92%-ного насыщения экстрагента ураном, а промывку экстракта осуществляют частью реэкстракта урана, упаренного до содержания 450-500 г/л урана, в режиме предельного насыщения экстрагента ураном до содержания урана в экстракте 119-120 г/л.

Промывной раствор, полученный после промывки экстракта урана, объединяют с раствором урана от выщелачивания концентратов, и после корректировки по содержанию азотной кислоты и урана объединенный раствор направляют на экстракцию.

Промывку экстракта осуществляют при соотношении потоков О:В=(15-20):1.

Содержание азотной кислоты в растворах урана, направляемых на экстракцию, составляет 0,5-0,8 моль/л.

Способ осуществляют следующим образом.

Выщелачивают концентрат природного урана раствором азотной кислоты с получением пульпы, из которой после отделения нерастворимого остатка получают раствор урана. Раствор урана, содержащий 400-450 г/л урана и 0,5-0,8 г/л азотной кислоты, направляют на экстракцию 30%-ным трибутилфосфатом (ТБФ) в углеводородном разбавителе. Экстракцию проводят до 85-92%-ного насыщения экстрагента ураном. Экстракт промывают концентрированным раствором урана в режиме предельного насыщения экстрагента ураном до содержания урана в экстракте 119-120 г/л, при этом для промывки используют часть реэкстракта, предварительно упаренного до 450-500 г/л урана, при отношении потока органического раствора к потоку водного О:В=(15-20):1. Из промытого экстракта осуществляют реэкстракцию урана раствором слабой азотной кислоты (можно использовать конденсат от операции упаривания реэкстракта) при отношении потоков органического раствора к водному О:В=1:(1-1,2) при температуре 40-70°С. Реэкстракт направляют на упаривание и далее на переработку до оксидов урана или ГФУ.

Водный раствор, полученный из промывного раствора на операции промывки, объединяют с раствором урана от выщелачивания концентратов урана, объединенный раствор после корректировки по содержанию урана и азотной кислоты направляют на стадию экстракции.

Предлагаемый способ опробован на лабораторной установке по переработке концентратов природного урана. В качестве исходного материала применяли концентрат урана, соответствующий по составу «Техническим требованиям для концентрата урана ASTM C967-87».

Пример.

Растворы урана получали путем выщелачивания концентратов природного урана растворами азотной кислоты и отделения их от нерастворимых остатков. В первом растворе содержание урана и азотной кислоты составляло 400 г/л и 1 моль/л соответственно (способ-прототип, опыт 1), во втором растворе содержание урана - 400 г/л, азотной кислоты - 0,5 моль/л (заявляемый способ, опыт 2).

Экстракционная переработка растворов урана осуществлялась на лабораторной экстракционной установке, состоящей из центробежных экстракторов, в следующих режимах проведения основных операций:

экстракция - 7 центробежных экстракторов, отношение потока исходного раствора к потоку органического выбиралось из насыщения экстрагента ураном 95 г/л по способу-прототипу и 110 г/л по предлагаемому способу;

промывка экстракта - 4 центробежных экстрактора, отношение потока органического раствора к потоку промывного при переработке растворов урана по способу-прототипу О:В=10:1, при переработке растворов урана по предлагаемому способу О:В=20:1;

реэкстракция урана - 13 центробежных экстракторов, температура - 70°С.

Экстрагент - 30% ТБФ в углеводородном разбавителе.

Состав исходных, промывных и реэкстрагирующих растворов приведен в таблице 1.

Содержание в исходных растворах примесей, от которых требуется очистить уран, приведено в таблице 2. Там же приведено допустимое требованиями ASTM С 787-03 содержание примесей в ГФУ для обогащения.

Таблица 1- Состав исходных, промывных и реэкстрагирующих растворов
Раствор	Переработка по способу-прототипу	Переработка по предлагаемому способу
U, г/л	HNO3 , моль/л	U, г/л	HNO3, моль/л
Исходный раствор	400	1,0	400	0,5
Промывной раствор	115	0,10	450	0,18
Реэкстрагирующий раствор		0,05		0,05

Таблица 2 - Содержание в исходных растворах примесей, от которых требуется очистка урана
Элемент	Содержание в исходном растворе, % к урану	Требуемое ASTM С 787-03 содержание примесей в ГФУ для обогащения, %к урану	Требуемый коэффициент очистки урана от примесей
Mo	0,06	0,00014	428,6
Ti	0,005	0,00010	50
V	0,004	0,00014	28,5
W	0,002	0,00014	14,3
Al	0,030	Содержание элементов, образующих нелетучие фториды, - не более 300 мкг/г U
Ca	0,033
Fe	0,030
Mn	0,01
Th	0,003
Zr	0,001

Содержание урана и азотной кислоты в технологических продуктах по способу-прототипу и предлагаемому способу приведено в таблице 3, содержание примесей в экстрактах и реэкстрактах урана по способу-прототипу и предлагаемому способу, а также коэффициенты очистки от примесей приведены в таблице 4.

Таблица 3 - Содержание урана и азотной кислоты в технологических продуктах
Продукт	Содержание	Опыт 1	Опыт 2
Экстракт U	U, г/л	94,9	109,8
Водно-хвостовой раствор	U, г/л	0,01	0,01
HNO3, моль/л	0,8	0,4
Экстракт U после промывки	U, г/л	90,2	119,2
Реэкстракт U	U, г/л	115	120
HNO 3, моль/л	0,05	0,05
Органический раствор из блока реэкстракции	U, г/л	0,7	0,9

Из данных, приведенных в таблицах 2 и 4, следует, что при насыщении экстрагента ураном 94,9 г/л, соответствующем насыщению экстрагента ураном в способе-прототипе (79,1) %, коэффициенты очистки урана от молибдена и вольфрама составили 30 и 6,6. Увеличение насыщения экстрагента ураном на операции экстракции до 109,8 г/л по предлагаемому способу увеличило коэффициент очистки урана от молибдена до 60, от вольфрама до 10.

В результате промывки экстракта в режиме предельного насыщения экстрагента ураном (119-120 г/л), концентрированным (450-500 г/л) раствором урана (упаренный реэкстракт), получена большая по сравнению со способом-прототипом очистка урана от молибдена и вольфрама (таблица 4). Так, в способе-прототипе содержание молибдена и вольфрама в реэкстракте уменьшилось по сравнению с содержанием в экстракте соответственно в 3,3 раза и в 1,5 раза, а в заявляемом способе - более чем в 10 раз и более чем в 2 раза соответственно.

Суммарный коэффициент очистки урана (экстракция+промывка) составил от молибдена 100 по способу-прототипу и >600 по предлагаемому способу, от вольфрама - 10 по способу-прототипу и >20 по предлагаемому способу.

Таким образом, содержание примесей в реэкстрактах урана в заявляемом способе соответствовало требованиям ASTM С 787-03 по содержанию примесей в ГФУ для обогащения.