способ переработки урановых руд

Формула изобретения

Способ переработки урановых руд, включающий дробление и измельчение руды, серно-кислотное выщелачивание, экстракционное извлечение с очисткой урана от примесей с использованием смеси экстрагентов, реэкстракцию урана раствором углеаммонийных солей с получением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната, фильтрование и прокаливание полученных кристаллов до получения закись-окиси урана, отличающийся тем, что выщелачиванию подвергают силикатные урановые руды с добавлением азотной кислоты в качестве окислителя, а в качестве смеси экстрагентов используют синергетную смесь, содержащую ди(2-этилгексил)фосфорную кислоту 0,05÷0,075 моль/л, триалкиламин 0,05÷0,075 моль/л и трибутилфосфат 0,05÷0,075 моль/л в углеводородном разбавителе при отношении объемов органической и водной фаз, равном V_о÷V_в=1-3÷6, после экстракционного извлечения насыщенную ураном органическую фазу промывают раствором серной кислоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки урансодержащего сырья и может быть использовано при гидрометаллургической переработке урановых руд, в частности комплексной переработки руд месторождения Эльконское плато Эльконского урановорудного района.

Известен способ переработки урановых руд, включающий дробление, измельчение руды, выщелачивание серной кислотой с добавлением хлората натрия в качестве окислителя. Пульпа после выщелачивания проходит классификацию, противоточную декантацию с добавкой флокулянта и урановый раствор, после осветления на фильтрах направляется на экстракцию. Экстракция проводится 2,5%-ным раствором «Аламина 336» в керосине с добавкой 2,5% изодецилового спирта. Реэкстракцию урана ведут раствором NaCl. Далее следуют аммиачное осаждение, сгущение, фильтрация и специальная промывка от иона хлора. Высушенный и упакованный продукт содержит более 80% U₃O₈ [Громов Б.В. Введение в технологию урана. М.: МХТИ им. Менделеева, 1972, с.123-125].

К недостаткам данного способа извлечения урана на стадии экстракции третичным амином следует отнести необходимость введения эквимолярной добавки высокомолекулярных спиртов для предотвращения образования третьей фазы, возможность применения только в области концентрации серной кислоты 10-30 г/л, отрицательное влияние нитрат-ионов на извлечение урана.

Также известен способ извлечения урана из растворов после выщелачивания экстракцией раствором Д2ЭГФК в керосине (Dapex-процесс). В качестве синергетной добавки и модификатора в раствор добавляют ТБФ. Перед экстракцией железо в растворе восстанавливают до двухвалентного, чтобы предотвратить его экстракцию вместе с ураном. Уран извлекают из органической фазы реэкстракцией 10%-ным раствором соды. Затем реэкстракт подкисляют серной кислотой и осаждают уран аммиаком [Ритчи Г.М., Эшбрук А.В. Экстракция. Принципы и применение в металлургии. Под редакцией Ласкорина Б.Н., М.: «Металлургия», 1983, с.256-257].

Недостатками известного способа являются низкая селективность извлечения урана и необходимость операции восстановления железа до Fe²⁺.

Наиболее близким аналогом по назначению и совокупности существенных признаков является патент RU 2239668 С2 (МПК С22В 60/02, 20.04.2004), в котором раскрыт способ переработки урановых руд, включающий дробление и измельчение руды, сернокислотное выщелачивание, сорбционное извлечение урана ионообменными смолами, экстракционное извлечение урана из десорбата с очисткой урана от примесей, с использованием в качестве экстрагента смеси экстрагентов, реэкстракцию урана раствором углеаммонийных солей с получением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК), фильтрование и прокаливание полученных кристаллов АУТК до получения закись-окиси урана.

К недостаткам этого способа извлечения урана следует отнести:

наличие дополнительной операции - обработки насыщенной смеси экстрагентов концентрированными урановыми растворами для донасыщения, периодичность операции получения концентрированных урановых растворов, наличие в технологической схеме дополнительной операции концентрирования урана - сорбционного извлечения ионообменными смолами.

Техническим результатом предлагаемого способа является:

- получение готовой продукции в виде закись-окиси урана высокого качества, отвечающей отечественным требованиям по ТУ 95.1981-2009 на закись-окись (U₃O₈);

- применение предлагаемой смеси экстрагентов повышает эффективность технологии извлечения урана в целом;

- снижение расхода реагентов;

- снижение себестоимости производства за счет исключения операции сорбции.

Технический результат достигается способом переработки урановых руд, включающий дробление и измельчение руды, сернокислотное выщелачивание, экстракционное извлечение с очисткой урана от примесей с использованием в качестве экстрагента смеси экстрагентов, реэкстракцию урана раствором углеаммонийных солей с получением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК), фильтрование и прокаливание полученных кристаллов до получения закись-окиси урана. Выщелачиванию подвергают силикатные урановые руды с добавлением азотной кислоты в качестве окислителя, а в качестве экстрагента используют синергетную смесь, содержащую ди-(2-этилгексил) фосфорную кислоту 0,05÷0,075 моль/л, триалкиламин 0,05÷0,075 моль/л и трибутилфосфат 0,05÷0,075 моль/л в углеводородном разбавителе при отношении объемов фаз V_o÷V_в=1-3÷6, после экстракции насыщенную ураном органическую фазу промывают раствором серной кислоты.

Пример 1.

Экстракционное извлечение урана проводили из раствора следующего состава, г/л: U 1,56; Fe³⁺ 6,0; H₂SO₄ 20,0; NO^- ₃ 5,0. Методом последовательного контактирования органической фазы с водным раствором в делительных воронках определяли насыщение экстрагента ураном после 3-8 контактов при соотношении фаз O:В=1:1. В качестве экстрагентов испытывали следующие смеси экстрагентов в керосине: 0,05 моль/л ТАА+0,05 моль/л Д2ЭГФК+0,05 моль/л ТБФ; 0,075 моль/л ТАА+0,075 моль/л Д2ЭГФК+0,075 моль/л ТБФ. Экспериментальные данные приведены в табл.1.

Из приведенных данных видно, что насыщение эквимолярных смесей состава 0,05 моль/л ТАА+0,05 моль/л Д2ЭГФК+0,05 моль/л ТБФ и 0,075 моль/л ТАА+0,075 моль/л Д2ЭГФК+0,075 моль/л ТБФ в аналогичных условиях составило 5,2 г/л и 7,95 г/л соответственно. При первых контактах тройные синергетные смеси также экстрагируют немного железа. Но при последующих контактах, ближе к насыщению, происходит вытеснение железа ураном.

Пример 2.

В следующей серии опытов показано влияние нитрат-ионов на экстракцию для смесей экстрагентов следующего состава: 0,075 моль/л ТАА+0,075 моль/л Д2ЭГФК+0,075 моль/л ТБФ. Исследования проводили на растворах следующего состава, г/л: U 1,56; Fe³⁺ 6,0; H ₂SO₄ 20,0; NO^- ₃ - 0; 3,33; 5; 7. Результаты эксперимента представлены на фиг.1,2.

Изменения величины насыщения ураном при увеличении концентрации нитратов с 3,3 г/л до 7 г/л практически не происходит. Более того, мы наблюдаем некоторое увеличение крутизны кривой на начальном участке изотермы при повышении концентрации нитрат-иона. Этот факт очень важен для практического применения предлагаемой смеси экстрагентов в технологии, поскольку, как отмечалось выше, в отечественной практике на стадии выщелачивании применяют азотную кислоту в качестве окислителя.

Пример 3.

Исследования проводили на осветленных растворах, полученных после автоклавного выщелачивания руды.

Сернокислый фильтрат выщелачивания, полученный после дробления и измельчения руды, сернокислотного автоклавного выщелачивания, с добавлением в качестве окислителя азотной кислоты, фильтрации и осветления имел следующий состав, г/л: U 1,5; V 0,33; Fe 5,1; Si 0,056; Al 1,31; Mg 4,19; Ca 1,47; H₂SO ₄ 30,6. Экстракционное извлечение урана вели синергетной смесью состава 0,075 моль/л Д2ЭГФК+0,075 моль/л ТАА+0,075 моль/л ТБФ в углеводородном разбавителе при отношении объемов фаз V _o:V_в=1-5,5 противотоком за 4 ступени экстракции. Время контактирования составляло 3 мин. Ванадий в данных условиях не экстрагируется, а концентрация железа в насыщенном экстрагенте составляет менее 30 мг/л.

После экстракционного извлечения урана насыщенную ураном органическую фазу промывали раствором серной кислоты (15 г/л) при отношении объемов фаз V _o:V_в=5:1, для удаления соэкстрагированных примесей. При этом содержание железа в экстракте снизилось до 5-8 мг/л. После промывки органической фазы проводили твердофазную реэкстракцию урана раствором углеаммонийных солей концентрации 150 г/л.

Кристаллы АУТК промыли раствором углеаммонийных солей (150 г/л), отфильтровали и прокаливали до закись-окиси урана. Содержание примесей по отношению к урану показаны в табл.2.

Из приведенных в табл.2 данных видно, что полученная данным способом закись-окись урана соответствует по содержанию примесей закись-окиси урана по ТУ 95. 1981-89.

Таблица 1
Изотермы экстракции урана и железа экстрагентами различного состава.
№ п/п	Экстракционная смесь	Концентрация U в рафинате, г/л	Концентрация U в органической фазе, г/л	Концентрация Fe в органической фазе, мг/л
1	0,05 М Д2ЭГФК+0,05М ТАА+0,05М ТБФ	0,046	1,524	42,94
2	0,11	2,984	33,84
3	0,306	4,248	5,53
4	0,89	4,928	1,46
5	1,36	5,138	1,31
6	1,47	5,218	-
1	0,075 М Д2ЭГФК+0,75М ТАА+0,075М ТБФ	0,0199	1,55	60,0
2	0,0442	3,076	79,47
3	0,103	4,543	72,36
4	0,199	5,914	36,1
5	0,472	7,012	6,7
6	0,98	7,602	1,89
7	1,33	7,84	-
8	1,46	7,95	0,73
1	0,2М ТАА+0,2М ДС	0,0228	1,537	5,01
2	0,236	2,861	2,0
3	1,7	2,721	1,5

Таблица 2
Массовая доля примесей к содержанию урана, %.
	U	K+Na	P	V	Fe	Мо	Si	B	Cu	Ni	Al	Mn	Th	Eu	Sm	Cd
Закись-окись урана ТУ 95.1981-89	84,0	0,02	0,03	0,01	0,03	0,009	0,008	2,5*10 -5	0,0006	0,00004	0,010	0,006	0,005	0,0002	0,00005	0,00005
Образец	84,4	0,002	0,01	0,007	0,003	0,0005	0,0003	<1·10-5	0,00005	0,00004	<0,001	0,00007	0,0005	0,00002	0,00004	<1·10 -5