Способ переработки химического концентрата природного урана
Владельцы патента RU 2398036:
Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)
Изобретение относится к способам переработки химического концентрата природного урана. Способ включает его растворение в растворе азотной кислоты, направление раствора на экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана. Растворению подвергают химический концентрат природного урана с повышенным содержанием фосфора и серы. Экстракцию урана ведут из растворов с повышенным содержанием фосфора и серы и с концентрацией азотной кислоты 30÷80 г/л до насыщения экстрагента ураном 60÷75%. При этом величину насыщения экстрагента ураном в указанном интервале, в %, поддерживают не выше величины, равной (0,3×[НNО3]+51), где [HNO3] - концентрация азотной кислоты в растворе, направляемом на экстракцию, в г/л. Техническим результатом является очистка урана от примесей при минимальных потерях урана с рафинатом. 2 табл.
Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и фосфора, с использованием экстракционного аффинажа.
Известно (В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. М., Госатомиздат, 1961, с.227), что экстракция уранилнитрата трибутилфосфатом резко ухудшается при наличии в растворе, направляемом на экстракцию, ряда примесей - анионов, образующих с ураном комплексные соединения. Наиболее нежелательными из них являются фосфат- и сульфат-ионы. Отрицательное влияние упомянутых анионов на эффективность экстракции связано с уменьшением коэффициента распределения уранилнитрата между органической и водной фазами и заметно проявляется при сравнительно высоких концентрациях анионов, порядка 0,1÷0,2 N и выше (5÷10 г РО4 -3/л или больше).
Известен способ (Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. М., Госатомиздат. 1961, сс. 178÷181) экстракционной переработки концентратов природного урана, включающий экстракцию урана 30±2%-ным ТБФ в углеводородном разбавителе из пульпы с содержанием урана 350÷450 г/л и свободной азотной кислоты 0,8÷1,8 моль/л. Экстракцию проводят до насыщения экстрагента ураном 95 г/л (79%-ное насыщение экстрагента ураном). В упомянутом источнике указано, что концентрация азотной кислоты в применяемом интервале зависит от содержания в пульпе сульфатов, для высаливания урана в органическую фазу необходимо большее количество азотной кислоты, чтобы компенсировать вредное влияние сульфат-иона на коэффициенты распределения. Рафинат содержит урана менее 0,1 г/л. Дополнительно уран из рафината не извлекают, и эти количества урана направляют в отходы.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению для заявленного способа является способ переработки химического концентрата природного урана, включающий его растворение в растворе азотной кислоты, направление раствора на экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана (Заявка RU 2007130841 А, МПК С22В 60/00, опубл. 20.02.2009 - прототип).
Горнорудные предприятия в настоящее время производят ХКПУ по стандартным техническим требованиям ASTM С 967-02а. В соответствии с этими требованиями концентраты могут содержать: фосфора до 0,70 и серы до 4,0 мас.% к урану [U]. При растворении концентратов в растворе азотной кислоты образуются фосфат- и сульфат-ионы - комплексообразователи уранил-иона. В растворе с концентрацией урана 300÷500 г/л, полученном от растворения в растворе азотной кислоты ХКПУ с максимально допустимым содержанием фосфора и серы и направляемом на экстракцию, содержание фосфат-иона может достичь величины 0,07÷0,11 моль/л (6,4÷10,7 г/л) и сульфат-иона 0,38÷0,63 моль/л (36÷60 г/л).
Задачей изобретения является разработка способа переработки химического концентрата природного урана с повышенным содержанием фосфора и серы, обеспечивающего очистку урана от примесей при минимальных потерях урана с рафинатом.
Поставленную задачу решают тем, что в способе переработки химического концентрата природного урана, включающем его растворение в растворе азотной кислоты, направление раствора на экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана, растворению подвергают химический концентрат природного урана с повышенным содержанием фосфора и серы, экстракцию урана ведут из растворов с повышенным содержанием фосфора и серы и с концентрацией азотной кислоты 30÷80 г/л до насыщения экстрагента ураном 60÷75%, при этом величину насыщения экстрагента ураном в указанном интервале поддерживают не выше величины, равной (0,3×[НNО3]+51), где [HNO3] - концентрация азотной кислоты в растворе, направляемом на экстракцию, в г/л.
Способ осуществляют следующим образом.
Перерабатывали ХКПУ с повышенным содержанием фосфора и серы, близким к предельным значениям, приведенным в ASTM С 967- 02 на концентрат урановой руды.
Для экстракционной переработки использовали лабораторный каскад смесительно-отстойных экстракторов в составе четырех блоков: экстракционного (5 ступеней), промывного (2 ступени), реэкстракционного (10 ступеней), регенерации (2 ступени). Отработанный промывной раствор из промывного блока поступал в экстракционный блок.
Исходный раствор уранилнитрата был приготовлен растворением ХКПУ в растворе азотной кислоты и отделен от образовавшегося нерастворимого остатка декантацией. Концентрация уранилнитрата в растворе в пересчете на уран составляла 460÷465 г/л, концентрация свободной азотной кислоты 30÷80 г/л, фосфат-иона 9,9÷10,0 г/л, сульфат-иона 55,2÷55,8 г/л.
В опытах 1÷6 экстракцию осуществляли 30%-ным ТБФ в углеводородном разбавителе до 60÷85%-ного насыщения экстрагента ураном (до содержания урана в экстрактах 72÷102 г/л). В опытах 1, 2, 3 экстракцию осуществляли до содержания урана в экстрактах 72÷90 г/л (60÷75%-ное насыщение экстрагента ураном), при этом величину насыщения в % в указанном интервале поддерживали не выше величины (0,3×[НNO3]+51), где [НNО3] - концентрация в исходном растворе азотной кислоты в г/л. Упомянутое соотношение получено экспериментальным путем. В опытах 4, 5, 6 насыщение экстрагента ураном и концентрация азотной кислоты в исходном растворе не соответствуют заявляемым условиям.
Степень насыщения экстрагента ураном обеспечивали соотношением фаз O:В.
Экстракт промывали реэкстрактом при соотношении фаз O:В, равном 10:1, и промытый экстракт направляли на реэкстракцию.
Результаты опытов приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||
| №опыта | Исходный раствор [НNO3], г/л | Экстракт | Рафинат [U], г/л | |
| [U], г/л | Степень насыщения, % | |||
| 1 | 30 | 72 | 60 | <0,01 |
| 2 | 80 | 90 | 75 | <0,01 |
| 3 | 80 | 72 | 60 | <0,01 |
| 4 | 80 | 95 | 79 | 0,09 |
| 5 | 55 | 85 | 71 | 0,10 |
| 6 | 80 | 102 | 85 | 1,40 |
Как видно из таблицы 1, заявляемый способ обеспечивает минимальное содержание урана в рафинатах.
Реэкстракты анализировали на содержание примесей. Результаты экстракционного аффинажа природного урана в опытах 1, 2, 3 (по заявляемому способу) приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| Элементы | Содержание элементов, мас.% к U | |||||
| По ASTM С 967-02а | Исходный раствор | Реэкстракт | по ASTM С 787-03 | |||
| опыт 1 | опыт 2 | опыт 3 | ||||
| As | 0,10 | 0,09 | <3×10-4 | <3×10-4 | <3×10-4 | <3×10-4 |
| F | 0,10 | 0,10 | отсутствует | отсутствует | отсутствует | отсутствует |
| P | 0,70 | 0,80 | <5×10-3 | <5×10-3 | <5×10-3 | <5×10-3 |
| S | 4,00 | 4,10 | отсутствует | отсутствует | отсутствует | отсутствует |
| В | 0,005 | 0,003 | 1×l0-4 | 1×10-4 | 1×10-4 | 1×10-4 |
| Cr | - | 0,20 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | 1×10-3 |
| Nb | - | 0,10 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | 1×10-4 |
| Si | 0,5 (SiO2) | 0,64 (SiO2) | 3×10-3 | 5×10-3 | 2×10-3 | 1×10-2 |
| Mo | 0,1 | 0,01 | 1×l0-4 | 1×10-4 | 1×10-4 | 1,4×10-4 |
| Та | - | 0,10 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | 1×10-4 |
| Ti | 0,01 | 0,03 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | 1×10-4 |
| W | - | 0,01 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | 1,4×10-4 |
| V | 0,06 | 0,05 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | 1,4×10-4 |
| Al* | - | 0,05 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | * |
| Ba* | - | 0,30 | <1×10-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| Be* | - | 0,003 | <1×10-5 | <1×10-5 | <1×10-5 | * |
| Ca* | 0,05 | 0,075 | <1×10-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| Cu* | - | 0,03 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | * |
| Fe* | 0,15 | 0,23 | <1×10-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| Pb* | - | 0,30 | <1×10-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| Li* | - | 0,03 | <1×10-4 | <1×10-4 | <1×10-4 | * |
| Элементы | Содержание элементов, мас.% к U | |||||
| По ASTM С 967-02а | Исходный раствор | Реэкстракт | по ASTM С 787-03 | |||
| опыт 1 | опыт 2 | опыт 3 | ||||
| Mg* | 0,02 | 0,24 | <1×l0-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| Mn* | - | 1,2 | <1×10-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| Ni* | - | 0,10 | <1×10-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| К* | 0,2 | 2,0 | 1×10-4 | 1×10-4 | 1×10-4 | * |
| Na* | 0,5 | >10 | 5×10-3 | 3×10-3 | 3×10-3 | * |
| Th* | 1,0 | 1,17*10-5 | 1×10-4 | 1×10-4 | 1×10-4 | * |
| Zr* | 0,01 | <0,10 | <1×l0-3 | <1×10-3 | <1×10-3 | * |
| *- общее содержание примесей, образующих нелетучие фториды, не должно превышать 300 мкг на г U или 3×10-2% |
Как видно из таблицы 2, заявляемый способ обеспечивает необходимую очистку урана от примесей (в соответствии с требованиями ASTM С 787- 03 на гексафторид урана для обогащения).
Таким образом, заявленный способ обеспечивает очистку урана от примесей при переработке ХКПУ с повышенным содержанием фосфора и серы, а также уменьшает потери урана с рафинатом (<0,01 г/л).
Способ переработки химического концентрата природного урана, включающий его растворение в растворе азотной кислоты, направление раствора на экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана, отличающийся тем, что растворению подвергают химический концентрат природного урана с повышенным содержанием фосфора и серы, экстракцию урана ведут из растворов с повышенным содержанием фосфора и серы и с концентрацией азотной кислоты 30÷80 г/л до насыщения экстрагента ураном 60÷75%, при этом величину насыщения экстрагента ураном в указанном интервале, %, поддерживают не выше величины, равной (0,3·[НNO3]+51), где [НNО3] - концентрация азотной кислоты в растворе, направляемом на экстракцию, г/л.
