Способ извлечения урана из руд

 

Изобретение относится к гидрометаллургическим способам переработки руд и может быть использовано для извлечения урана из рудных материалов методами кучного (КВ) и подземного (ПВ) выщелачивания. Технический результат - снижение затрат и интенсификация процесса выщелачивания. Способ извлечения урана из руд методом кучного или подземного выщелачивания включает приготовление выщелачивающих растворов, содержащих серную кислоту, фильтрацию их через руду с переводом урана, железа и других металлов в фильтраты и извлечение из них урана с получением маточных растворов. Выщелачивающие растворы приготавливают путем обработки водной фазы диоксидом серы и кислородсодержащим газом с образованием серной и сернистой кислот, при этом в выщелачивающих растворах поддерживают суммарную концентрацию серной и сернистой кислот в пределах 3-30 г/л, преимущественно 5-20 г/л, а соотношение концентраций ионов трех- и двухвалентного железа поддерживают равным или более 0,5. 7 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к гидрометаллургическим способам переработки руд и может быть использовано для извлечения урана из рудных материалов методами кучного (KB) и подземного (ПВ) выщелачивания.

Известен способ выщелачивания урана из руд методами ПВ и KB с применением серной кислоты, сущность которого сводится к просачиванию разбавленных ею растворов через слой рудной массы, уложенной в кучи, либо непосредственно через рудоносный пласт (Лунев Л.Н. Шахтные системы разработки месторождений урана подземным выщелачиванием. - М.: Энергоиздат, 1982 г., стр.8, 13) [l].

Недостатком такого метода выщелачивания является малая интенсивность процесса и, как следствие, большая продолжительность его, повышенный расход кислоты, большой объем продукционных растворов, подлежащих последующей переработке. Кроме того, используемая в качестве выщелачивающего агента серная кислота является относительно дорогостоящим реагентом.

Известно, что соли трехвалентного железа способствуют интенсификации процесса выщелачивания вследствие окисления U(IV) в более растворимый уран U(VI) [1]. Роль такого ускорителя процесса могут выполнять ионы железа (II), содержащиеся в циркулирующих выщелачивающих растворах (ЦВР) при условии их окисления до трехвалентного состояния каким-либо окислителем. Однако на практике такого процесса не существует ввиду отсутствия эффективного окислителя.

Известен также способ извлечения урана из руд методами ПВ и KB, в котором для окисления железа (II) в циркулирующих растворах используют азотную кислоту, обычно вводимую в эти растворы в качестве пассиватора технологического оборудования (Пат. РФ №2172792) [2]. Этот способ является ближайшим аналогом патентуемого изобретения.

Недостатком способа [2] является необходимость применения относительно дорогостоящих реагентов - азотной и серной кислот и оборудования.

Задачей патентуемого изобретения является усовершенствование способа выщелачивания урана из руд путем исключения азотной кислоты и замены серной кислоты более доступным реагентом.

Технический результат - снижение затрат и интенсификация процесса выщелачивания посредством использования сернистого газа в сочетании с кислородом воздуха - обеспечивается тем, что способ извлечения урана из руд методом кучного или подземного выщелачивания включает приготовление выщелачивающих растворов, содержащих серную кислоту, фильтрацию их через руду с переводом урана, железа и других металлов в фильтраты и извлечение из них урана с получением маточных растворов, согласно изобретению выщелачивающие растворы приготавливают путем обработки водной фазы диоксидом серы и кислородсодержащим газом с образованием серной и сернистой кислот, при этом в выщелачивающих растворах поддерживают суммарную концентрацию серной и сернистой кислот в пределах 3-30 г/л, преимущественно 5-20 г/л, а соотношение концентраций ионов трех- и двухвалентного железа поддерживают равным или более 0,5.

Способ может характеризоваться тем, что в качестве водной фазы используют природные пластовые воды, фильтраты, маточные растворы или их смеси.

Способ может характеризоваться также тем, что диоксид серы используют в газообразном и/или сжиженном виде.

Способ может, кроме того, характеризоваться тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют воздух и/или воздух, обогащенный кислородом, и/или технический кислород.

Способ может характеризоваться также тем, что концентрацию диоксида серы в кислородсодержащем газе поддерживают в пределах 2-10 об.%.

Способ может характеризоваться тем, что водную фазу обрабатывают в абсорбционном аппарате.

Способ может характеризоваться тем, что водную фазу обрабатывают газом путем его эжекции в скважину.

Способ может характеризоваться тем, что диоксид серы получают путем сжигания элементной серы и/или сульфидов металлов.

В основе способа лежит совокупная химическая реакция

2Fe²⁺+SO₂+О₂=2Fe³⁺+SО^2-₄.

Технологическая сущность способа состоит в том, что выщелачивающие растворы приготавливают путем обработки водной фазы, в качестве которой могут быть природные пластовые воды, фильтраты, маточные растворы и их смеси, диоксидом серы и кислородсодержащим газом. При этом диоксид серы получают путем сжигания элементной серы либо колчеданов (сульфидов металлов) непосредственно на полигоне ПВ или КВ. Образующийся диоксид серы смешивают с кислородсодержащим газом (воздух, технический кислород), поддерживая в смеси концентрацию SO₂ в пределах 2-10 об.%. Затем этой газовой смесью при обычной температуре обрабатывают водную фазу в абсорбционном аппарате либо непосредственно в скважине с использованием эжекции этого газа.

В результате взаимодействия сернистого газа с кислородом в водной фазе образуются сернистая и серная кислоты в концентрации от 5 до 20 г/л и одновременно происходит окисление содержащихся в ЦБР ионов железа (II) кислородом. При этом соотношение концентраций ионов Fe (III)/Fе(II) достигает 0,5 и более, что обеспечивает окисление U(IV) в руде до U(VI) и тем самым интенсифицирует процесс выщелачивания урана в целом.

Это позволяет избежать завоза серной и азотной кислот, приготовленных в заводских условиях, снизить затраты на реагенты и их транспортировку, обеспечить интенсификацию и упрощение технологического процесса в целом.

Пример 1. В химический стакан емкостью 1 л заливается 500 мл водного раствора с рН, равным 2,0, содержащего Fе(II) 1,0 г/л. При включенной турбинной мешалке под слой раствора подается газовоздушная смесь, содержащая 2 об.% SO₂, температура - комнатная. Через определенные промежутки времени отбираются пробы обработанного таким путем раствора, в которых определяются содержание кислоты и окислительно-восстановительный потенциал (Е, мВ). Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

Приведенным в табл.1 значениям Е, равным 436 и 485 мв, отвечает соотношение Fе(III)/Fе(II), равное 0,46 и 0,65 соответственно.

Из приведенных в табл.1 данных видно, что в результате взаимодействия сернистого газа и кислорода с ионами железа (II), находящимися в растворе, повышаются его окислительно-восстановительный потенциал и кислотность раствора.

Пример 2. В колонку диаметром 35 мм загружают 350 г песчанистой руды естественной крупности с содержанием урана 0,209%. Руду замачивают водой, “закисляют” слабокислым раствором серной кислоты. Затем в колонку подают со скоростью 80-100 мл в сутки раствор, содержащий 2-3 г/л серной кислоты и ионы железа, полученные по примеру 1. На выходе из колонки ежесуточно отбирают пробы продукционного раствора, в которых определяют содержание урана.

По аналогичной методике проводят опыт с раствором серной кислоты без добавки железа (III). Результаты экспериментов приведены в табл.2.

Как следует из данных табл.2, присутствие в выщелачивающих растворах ионов Fе(III) (Е=485 мВ) обеспечивает более высокую степень извлечения урана из руды методом ПВ при всех значениях отношений ЖЛ в сравнении с результатами, полученными при выщелачивании раствором одной серной кислоты.

Таким образом, опираясь на химические особенности используемых реагентов и разработанный технологический режим, достигается интенсификация процесса выщелачивания урана методами ПВ и КВ.

Формула изобретения

1. Способ извлечения урана из руд методом кучного или подземного выщелачивания, включающий приготовление выщелачивающих растворов, содержащих серную кислоту, фильтрацию их через руду с переводом урана, железа и других металлов в фильтраты, и извлечение из них урана с получением маточных растворов, отличающийся тем, что выщелачивающие растворы приготавливают путем обработки водной фазы диоксидом серы и кислородсодержащим газом с образованием серной и сернистой кислот, при этом поддерживают в выщелачивающих растворах суммарную концентрацию серной и сернистой кислот в пределах 3-30 г/л, преимущественно 5-20 г/л, а соотношение концентраций ионов трех- и двухвалентного железа поддерживают равным или более 0,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве водной фазы используют природные пластовые воды, фильтраты, маточные растворы или их смеси.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что диоксид серы используют в газообразном и/или сжиженном виде.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют воздух и/или воздух, обогащенный кислородом, и/или технический кислород.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что концентрацию диоксида серы в кислородсодержащем газе поддерживают в пределах 2-10 об.%.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что водную фазу обрабатывают в абсорбционном аппарате.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что водную фазу обрабатывают газом путем его эжекции в скважину.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что диоксид серы получают путем сжигания элементной серы и/или сульфидов металлов.