способ селективного извлечения урана из руд

Формула изобретения

1. Способ селективного извлечения урана из руд, включающий дробление и мокрое измельчение с получением пульпы, кислотное выщелачивание с введением окислителя, противоточную сорбцию урана из пульпы при совмещении с выщелачиванием с вводом ионита, вывод насыщенного ионита, десорбцию урана с насыщенного ионита и ввод отрегенерированного ионита на сорбцию урана, отличающийся тем, что кислотное выщелачивание ведут при pH 4,2 2,2.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выводе насыщенного ионита поддерживают pH 4,6 2,6, предпочтительно 4,0 3,5, и при вводе отрегенерированного ионита 3,4 2,0, предпочтительно 3,2 2,4.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру кислотного выщелачивания и сорбции из пульпы поддерживают 30 70^oС, предпочтительно 40 60^oС.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что десорбцию урана с насыщенного ионита осуществляют серно-азотнокислыми растворами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке ураносодержащего сырья и может быть использовано при кислотном агитационном вскрытии руд с извлечением урана ионообменниками.

Известен способ переработки ураномолибденовых руд, включающий их дробление, мокрое измельчение, кислотное выщелачивание в присутствии двуокиси марганца, нейтрализацию пульпой известняка с последующей раздельной сорбцией и десорбцией урана и молибдена (Технический прогресс в атомной промышленности. сер. Новые промышленные технологии, вып. 5, с. 25, 1994).

К недостаткам способа относится значительный расход серной кислоты 120-140 кг/т.

Высок также и расход нейтрализующего агента (20-25 кг/т CaO), расходуемого на корректировку (повышение) pH перед сорбцией урана.

Известен также способ извлечения урана из руд, включающий дробление и мокрое измельчение сырья, кислотное выщелачивание в присутствии MnO₂ или NaClO₃, нейтрализацию пульпы NH₄OH до pH 1,8, сорбцию и десорбцию урана (Скороваров Д.И. и др. Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья. М. Атомиздат, 1979, с. 111-112).

К недостаткам данного способа относится, прежде всего, низкая селективность процесса сорбции значительные содержания на ионите примесей при невысоком насыщении смолы полезным компонентом и, как следствие, повышенное содержание урана в сбросной пульпе.

В настоящее время в переработку кислотными методами вовлекаются силикатные руды с более высокими по сравнению с ранее отрабатываемым сырьем концентрациями во вмещающих породах карбонатной и железосодержащей составляющих. Увеличение содержания карбонатов в рудах неизбежно приводит к росту расхода серной кислоты при их выщелачивании. Значительная часть H₂SO₄ расходуется также и на вскрытие железосодержащих минералов, интенсивность и полнота протекания данного процесса зависит от многих факторов, основным из которых является pH обработки пульпы. В определенных условиях можно обеспечить минимальную степень перевода в раствор железа и, соответственно, снизить расход серной кислоты.

При прочих равных условиях на насыщение ионита ураном оказывает влияние pH ведения процесса ионного обмена и концентрация примесей в жидкой фазе пульпы (Fe³⁺, SO²₄^- и др.).

В известном способе выщелачивание урана ведут при низких pH (0,8-1,5), при этом неизбежно в раствор переводится большое количество железа, наблюдается повышенный расход кислоты, высокая концентрация сульфат-ионов. Последующая нейтрализации выщелоченной суспензии щелочным агентом - корректировка pH перед сорбцией существенно не снижает содержание в растворе сульфат-ионов. Повышение pH до 2,0-2,5 и выше приводит к осаждению железа из жидкой фазы в твердое и соосаждению с ним урана, причем с повышением pH интенсивность данных процессов значительно возрастает.

Таким образом, в рассматриваемой технологии в зависимости от pH нейтрализации наблюдается либо низкое насыщение ионитов ураном (при низких pH), либо (при повышенных pH) увеличение его потерь. В первом случае, отмечается также высокая концентрация на сорбенте железа, последующая очистка от которого требует дополнительных материальных затрат.

Техническим результатом изобретения является повышение селективности процесса кислотно-ионитного извлечения урана, т.е. обеспечение полноты насыщения сорбента ураном и одновременно минимального концентрирования на нем примесей, сокращение расхода серной кислоты и в целом снижение удельных затрат на извлечение урана из рудного сырья.

Данный технический результат достигается тем, что вскрытие полезного компонента и его извлечение на ионит, перемещаемый противотоком пульпе, ведут в условиях, при которых железо вмещающих пород переводится в раствор в незначительной степени, а уран с достаточной полнотой переходит в жидкую фазу и концентрируется на сорбенте. В предлагаемом способе кислотное выщелачивание рудной пульпы ведут в присутствии окислителя при pH 4,2-2,2, а противоточную сорбцию урана при pH 4,6-2,0, вывод насыщенной смолы из пульпы осуществляют при pH 4,6-2,6, предпочтительно 4,0-3,6, десорбцию урана с насыщенного ионита (регенерацию сорбента) ведут серноазотнокислыми растворами, ввод (подачу) отрегенерированного ионита на сорбцию осуществляют при pH 3,4-2,0, предпочтительно 3,2-2,4.

Совмещение процессов выщелачивания и сорбции осуществляется в аппаратах ионитной обработки. Ионообменное извлечение урана на смолу снижает концентрацию полезного компонента в жидкой фазе и приводит к дополнительному переводу полезного компонента из руды в раствор. Операцию выщелачивания сырья целесообразно проводить в двух-трех аппаратах с введением кислоты и пара, что позволяет исключить либо существенно снизить их контакт с сорбентом.

Кислотную обработку ведут при pH 2,2-4,2 с тем, чтобы в первом по ходу пульпы аппарате ионитной обработки поддерживать оптимальные заданные параметры (pH 2,6-4,6). Наиболее предпочтительным вариантом предлагаемой технологии является проведение сорбции при высоких pH в головных, по ходу пульпы, аппаратах с достижением максимального насыщения сорбента ураном и последующим снижением pH к хвостовому аппарату, что позволяет добиться достаточной полноты вскрытия полезного компонента и исключает возможность осаждения выщелачиваемых элементов и соосаждения с ними урана.

Регулирование значений pH сорбции в заданных оптимальных пределах может обеспечиваться как подачей реагентов, так и вводом в пульпу кислого отрегенерированного ионита, что определяется интенсивностью обращения смолы в системе сорбция-десорбция.

Таким образом, в предлагаемой технологии наиболее важными и контролируемыми параметрами являются pH пульпы выщелачивания, а также pH в головном и хвостовом по ходу пульпы аппаратах ионитной обработки, первый из них в основном определяет насыщение смолы, а второй полноту вскрытия урана и суммарный расход растворителя.

Далее приводятся примеры ведения процессов извлечения урана из руд по предлагаемой технологии в сравнении с известным способом.

Для проведения лабораторных опытов была составлена рудная шихта, в которой силикатные, вмещающие уран породы были представлены трахидацитами, фельзитами, конгломератами, андезито-базальтами и гранитами; минералы урана -настураном, коффинитом, браннеритом, урановой чернью, уранофаном, уранотилом и отенитом, минералы железа магнетитом, гематитом, гетитом и, в незначительной степени, ярозитом и пиритом; карбонаты включали в основном кальцит, а также магнезит, доломит, сидерит и анкерит. Содержание в шихте составило, урана 0,220; SiO₂ 66,7; Al₂O₃ 14,1; Fe_общ. 4,0; CO²₃^- 2,1; P₂O₅ 0,3; S_общ. 0,2 и др.

В опытах использовали измельченную руду, крупностью твердого 0,1 мм. Окислитель дозировали в исходную рудную пульпу, плотность которой составляла 1,3 кг/м³. Процесс извлечения урана вели при 60^oC, нагрев суспензии осуществляли с использованием водяной бани. Ионитную обработку проводили высокоосновным анионитом марки AM-n по противоточной восьмиступенчатой схеме, время нахождения пульпы и смолы на каждой стадии составляло один час, содержание сорбента поддерживали 15% от объема суспензии. Десорбцию урана с насыщенного ионита (регенерацию смолы) осуществляли раствором H₂SO₄ 150-200 г/л и NO₃ 10-15 г/л, выход элюатов составлял 2,0-2,5 объема на объем смолы.

В табл. 1 приведены показатели гидрометаллургической переработки сырья по известной технологии. Рудную суспензию, содержащую окислитель выщелачивали в течение трех часов при pH 1,2, затем нейтрализовали аммиачной водой и по вышеуказанной схеме моделировали процесс противоточной сорбции урана.

Из представленных в табл. 1 данных видно, что с повышением pH нейтрализации от 1,8 до 4,6 извлечение урана падает с 94,1 до 76,8% что связано с осаждением выщелоченного урана в твердую фазу пульпы. При наиболее высоком извлечении полезного компонента 94,1% (опыт 1) наблюдается наименьшее насыщение ионита ураном 8,6% и значительное концентрирование на нем примесей (Fe 1,1%).

Аналогичные результаты были получены при использовании в качестве нейтрализующего агента CaO.

Показатели процесса, который вели по предлагаемой технологии приведены в табл. 2.

Выщелачивание рудной пульпы проводили в присутствии окислителя при pH 2,2-4,2, противоточную восьмиступенчатую сорбцию урана с вводом кислого отрегенерированного ионита, выводом насыщенной смолы осуществляли при pH 4,6-2,0; десорбцию урана с насыщенного ионита (регенерацию сорбента) проводили серно-азотнокислыми растворами с последующей подачей отрегенерированной смолы на сорбцию урана. Время нахождения пульпы и смолы на стадиях, параметры десорбции поддерживали аналогично моделированию обработки рудной суспензии по известному способу.

Полученные данные (табл. 2) показывают, что во всех случаях при равном по сравнению с известным способом извлечении урана 94,1% по предлагаемой технологии достигнута более высокая степень концентрирования полезного компонента на сорбенте 11,2-12,6% против 8,6-11,2% в известном способе (табл. 1), содержание железа не превысило соответственно 0,2% против 1,1% Одновременно предлагаемая технология позволила сократить расход серной кислоты со 110 кг/т до 74 кг/т.

Обоснование граничных значений параметров предлагаемого способа селективного извлечения урана представлено на чертеже и табл. 3, 4 и 5. На графике показана зависимость содержания железа в твердой фазе от pH обработки пульпы. Полученная кривая показывает, что в области pH 4,6-2,6 степень перевода железа в раствор минимальная, при снижении pH кислотной обработки до 2,0 подавляющая часть Fe остается в твердом; дальнейшее уменьшение pH приводит к резкому и значительному переводу его в жидкую фазу пульпы, что, в свою очередь, обуславливает существенное увеличение расхода растворителя серной кислоты, повышение концентрации в растворе сульфат-ионов и железа и, соответственно, уменьшение полноты насыщения сорбента ураном.

Таким образом, представленная графическая зависимость показывает, что минимальным граничным значением pH обработки сырья является 2,0, что подтверждается также и показателями табл. 3, полученными при моделировании схемы противоточной восьмиступенчатой кислотно-ионитной обработки пульпы.

Представленные данные (табл. 3) показывают, что при снижении pH от 2,0 до 1,6 и далее до 1,0 расход кислоты увеличивается соответственно с 74 кг/т до 98 кг/т и 125 кг/т, затраты возрастают от 7,2 дол/т до соответственно 8,2 дол/т и 8,8 дол/т.

Областью pH ввода отрегенерированного сорбента (заключительной стадии ионитной обработки сырья) является 2,0-3,4, с затратами, не превышающими 7,3 дол/т, предпочтительной областью граничных значений pH с минимальными затратами 7,0-7,1 дол/т определена 3,2-2,4.

Из данных табл. 4 область граничных значений pH вывода насыщенной смолы определена в пределах pH 4,6-2,6 содержание железа на сорбенте не превышает 0,2% а насыщение его ураном составляет соответственно 11,2-11,3% Повышение pH до 4,8, равно как и снижение его на данной стадии до 2,2, приводит к уменьшению концентрации урана на сорбенте до 10,5-9,9% и в последнем случае к повышению содержания железа на ионите. Максимальное насыщение сорбента наблюдается при значениях pH 3,6-4,0.

Аналогичные закономерности были получены и при использовании для кислотно-ионитной обработки сырья смол ВП-1Ап и АМП.

Таким образом, показано, что область проведения процесса сорбции урана, совмещенного с доизвлечением его из твердой фазы рудной пульпы, находится в пределах значений pH 4,6-2,0; нижняя ее граница определяется минимальным значением pH (2,0), при понижении которого начинается интенсивный переход железа в раствор, соответственно, повышение расхода растворителя и увеличение концентрации сульфат-ионов в растворе; верхняя граница определяется оптимальным насыщением сорбента с наименьшим содержанием на нем железа, выше pH 4,6 концентрация урана на смоле существенно снижается.

Для процесса выщелачивания урана без присутствии ионита область pH обработки пульпы определена в пределах 4,2-2,2; верхнее граничное значение обеспечивает предельно высокий pH сорбционного процесса 4,6, минимальное значение pH выщелачивания входит в вышеуказанную оптимальную область вскрытия железосодержащих минералов (pH 2,0).

Пределы значений pH пульпы при выводе насыщенного сорбента и вводе отрегенерированного ионита входят в область pH совмещенного процесса 4,6-2,0, их значения соответственно составляют 4,6-2,6 и 3,4-2,0 и предпочтительные величины соответственно 4,0-3,6 и 3,2-2,4.

В табл. 5 представлены показатели ведения процесса по предлагаемой технологии в области оптимальных значений pH (выщелачивание 3,6; вывод насыщенного сорбента 4,0; ввод отрегенерированного ионита 2,8) при различных температурах обработки пульпы.

Удельные затраты на селективное извлечение урана из рудной суспензии, с учетом его технологических потерь, составили 7,1 дол/т при температуре 40-60^oC и 7,2 дол/т при температуре 30-70^oC. Повышение температуры до 80^oC, равно как и ее снижение до 20^oC, приводит к увеличению затрат до 7,4 дол/т. При идентичных температурах обработки удельные затраты по известному способу составили 9,6-9,9 дол/т.

В целом, представленные материалы показывают, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет сократить затраты на гидрометаллургическую переработку ураносодержащего сырья и повысить селективность процесса извлечения урана.