способ подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке

Формула изобретения

1. Способ подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке, включающий выщелачивание урана концентрированной азотной кислотой и отделение водной фазы от нерастворенного остатка, отличающийся тем, что нерастворенный остаток смешивают с фторсодержащим реагентом, растворяют полученную шихту и/или шихту в виде суспензии в растворе азотной кислоты и полученный раствор направляют в производственный процесс на экстракцию урана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворение осуществляют при концентрации фтор-иона не менее 15 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация азотной кислоты в растворе составляет не менее 2 моль/л.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс растворения ведут при температуре 60-100°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки урансодержащего сырья, а именно к способам подготовки этого сырья к экстракционной переработке.

Выщелачивание урансодержащего сырья приводит к образованию пульп, состоящих из водных растворов урана и примесей и нерастворенных частиц. В известных способах для подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке после выщелачивания проводят отделение продуктивного раствора от твердой фазы.

Например, в способе переработки химического концентрата природного урана [Патент РФ № 2398036, МПК С22 В 60/02, опубл. 27.08.2010] раствор нитрата уранила получают растворением ХКПУ в растворе азотной кислоты и отделением образовавшегося нерастворенного остатка декантацией.

Способ переработки концентратов оксидов природного урана [Патент РФ № 2323883, МПК C01G 43/01, опубл. 10.05.2008] включает выщелачивание урана концентрированной азотной кислотой при повышенной температуре и отделение осадка от водной фазы фильтрацией через полиэфирную ткань ПЭ-100 после отстоя в течение нескольких часов или центрифугированием.

В зависимости от способа разделения отделенный нерастворенный остаток удерживает определенное количество урансодержащего раствора.

В способе переработки урановых руд (прототип) [Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2006, с.40] стадия разделения твердой и жидкой фаз после выщелачивания металлов из руд включает операции сгущения, фильтрации, отмывки твердой фазы от полученного при выщелачивании продукционного раствора. В целях сокращения потерь урана для отмывки твердой фазы применяется неоднократное разбавление в фильтрационно-репульпационном цикле или противоточная декантация [Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана. - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2006, с.180-182].

Недостатками данного способа являются сложное аппаратурное оформление и многостадийность процесса переработки нерастворенного остатка; образование значительного объема промывных растворов, приводящее к снижению производительности схемы в целом. Применение вышеупомянутого способа не позволяет обеспечить полного извлечения урана из нерастворенного остатка (остаточное содержание урана доходит до 2% мас.), что приводит к потере урана и увеличению затрат на утилизацию данных отходов. Также высокое содержание общей влаги в нерастворенном остатке (20-30%.) приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат для приведения его в соответствие с нормой НП-020-2000 по содержанию жидкости в отходах, направляемых на хранение и захоронение (не более 3% мас.). Все это, в конечном счете, приводит к увеличению себестоимости переработки в целом.

Задачей изобретения является разработка способа подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке, обеспечивающего снижение потерь урана, минимизацию объемов образующихся отходов, упрощение технологической схемы и как следствие увеличение ее производительности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке, включающем выщелачивание урана азотной кислотой и отделение водной фазы от нерастворенного остатка, нерастворенный остаток смешивают с фторсодержащим реагентом, растворяют полученную шихту и/или суспензию в растворе азотной кислоты и полученный раствор возвращают в производственный процесс. Концентрация азотной кислоты в растворе составляет не менее 2 моль/л. Растворение осуществляют при концентрации фтор-иона не менее 15 г/л. Процесс ведут при температуре 60-100°С.

На фиг.1 представлена зависимость количества нерастворенного остатка от концентраций фтора и азотной кислоты в системе.

В качестве исходного материала для апробации предложенного способа использовали ХКПУ в виде пероксида урана UО₄ ·Н₂О (пероксиурановая кислота H₂UC ₅·H₂O). Химический состав данного сырья характеризуется значительным содержанием (до 30% мас., от массы навески) таких «проблемных» примесей, как железо, алюминий, кальций, сера, молибден.

Твердые отходы, образующиеся в процессе растворения любого урансодержащего сырья, состоят из двух основных компонентов:

- нерастворенного остатка (его количество определяется примесным составом исходного сырья и никак не зависит от концентрации азотной кислоты);

- остатки, вызванные гидролизом балластных примесей (эти остатки подвержены растворению в растворе азотной кислоты).

Следовательно, максимальное количество нерастворенного остатка образовывается при минимальном количестве свободной кислоты и максимальном количестве урана в растворе. Поэтому эксперименты проводили с отходами, выделенными из суспензии, полученной с учетом концентрации нитрата уранила в пересчете на уран 450-470 г/л и азотной кислоты 0,1-0,5 моль/л.

Полученную в результате выщелачивания ХКПУ суспензию подвергали фильтрации. Отделенный остаток сушили до постоянной массы (с целью исключения влияния остаточной влаги на изменение массы навески), затем смешивали его с фторсодержащим реагентом. Фтор-ион можно вводить в систему в виде любого водорастворимого реагента. В описываемом опыте в качестве фторсодержащего реагента использовали фторид натрия.

При смешивании нерастворенного остатка с фторсодержащим реагентом были получены образцы суспензии с конечной концентрацией фтор-иона 15, 30, 60, 80, 120 г/л.

Полученные образцы растворяли в азотной кислоте из расчета ее концентрации 0,5-8 моль/л.

На фиг.1 представлены результаты эксперимента, которые позволяют сделать вывод о том, что значительная часть нерастворенного, образующегося после выщелачивания остатка (в виде шихтованной массы (суспензии)) растворяется в растворе 2-х молярной азотной кислоты при концентрации фтор-иона 15 г/л и выше.

Для определения зависимости массы нерастворенного остатка от температуры раствора и концентрации фтора были проведены эксперименты, результаты которых представлены в таблице 1.

Таблица 1
Зависимость массы нерастворенного остатка от концентрации фтора и температуры раствора
Температура раствора, °С	Масса остатка, г
	Концентрация фтора в растворе, г/л
	0	60	80	120
25	0,92	0,59	0,43	0,38
50	0,90	0,37	0,31	0,26
60	0,86	0,13	0,10	0,10
80	0,84	0,11	0,09	0,10
100	0,82	0,09	0,08	0,09

При определении оптимального температурного режима было установлено, что при минимальных концентрации фтор-иона (на уровне 15 г/л) и азотной кислоты (2 моль/л) наилучшие показатели достигаются при температуре 60-100°С.

Результатом растворения остатка, отделенного от продуктивного раствора, является получение раствора, пригодного для последующей экстракции, обеспечивающей получение продукта, удовлетворяющего требованиям ASTM С 788-03.

Таким образом, предложенный способ подготовки урансодержащего сырья к экстракционной переработке обеспечивает снижение потерь урана, минимизацию объемов образующихся отходов.

Отсутствие отделений фильтрации, занимающих до одной трети производственных площадей, или системы 3-7 последовательно соединенных сгустителей для противоточной декантации (по схеме прототипа) обеспечивает упрощение технологической схемы и, как следствие, увеличение ее производительности.