Способ переработки химического концентрата природного урана


 


Владельцы патента RU 2496898:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и железа, а также, возможно, фосфора. Способ включает растворение ХКПУ в растворе азотной кислоты, экстракцию и реэкстракцию урана. Растворению подвергают концентрат с содержанием железа 1,2÷3,7 мас.% к урану, серы 1,4÷4,0 мас.% к урану и фосфора 0÷0,7 мас.% к урану в растворе азотной кислоты. Азотную кислоту и воду берут в количестве, обеспечивающем в растворе, направляемом на экстракцию, концентрации: урана 450÷480 г/л, ионов трехвалентного железа 0,1÷0,3 моль/л, сульфат-ионов 0,2÷0,6 моль/л, фосфат-ионов 0÷0,10 моль/л, и свободной азотной кислоты 0,8÷2,4 моль/л, и насыщение экстрагента ураном в процессе экстракции поддерживают в соответствии с соотношением: У≤90,691-34,316·[SO4]+7,611·([Fe]-[PO4])+5,887·[HNO3]-9,921·[SO4]·[HNO3]+19,841·[SO4]2+7,481·([Fe]-[PO4])·[HNO3]-64,728·([Fe]-[PO4])·[SO4]+92,701·[SO4]·[HNO3]·([Fe]-[PO4)-185,402·[SO4]2·([Fe]-[PO4]), где У - насыщение экстрагента ураном, %, и концентрации в растворе, направляемом на экстракцию, моль/л: [SO4] - сульфат-ионов, [PO4] - фосфат-ионов, [HNO3] - азотной кислоты, [Fe] - ионов трехвалентного железа. Технический результат - получение сбросных по урану рафинатов с содержанием урана менее 0,07 г/л. 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и железа, а возможно, и фосфора, с использованием трибутилфосфата (ТБФ) в углеводородном разбавителе.

Известно (В.Б. Шевченко, Б.Н. Судариков. Технология урана. М.: Госатомиздат, 1961, с.227), что экстракция уранилнитрата трибутилфосфатом резко ухудшается при наличии в растворе ряда анионов, образующих с ураном комплексные соединения, например, фосфат- и сульфат-ионов, в концентрации порядка 0,1÷0,2 N и более. Их отрицательное влияние на эффективность экстракции связано с уменьшением коэффициента распределения уранилнитрата между органической и водной фазами, что приводит к увеличению содержания урана в рафинате.

Известен способ (Ч. Харрингтон, А. Рюэле. Технология производства урана. М.: Госатомиздат. 1961, с.178÷181) переработки ХКПУ, включающий экстракцию урана из пульпы. Экстракцию проводят до насыщения экстрагента ураном 95 г/л (79%-ное насыщение экстрагента ураном). Концентрация азотной кислоты, в зависимости от содержания сульфатов, поддерживается в пределах 0,8÷1,8 моль/л. Рафинат содержит урана менее 0,1 г/л.

Известен способ переработки ХКПУ с повышенным содержанием фосфора и серы (патент №2398036, МПК С22В 60/02, С22В 3/06, С22В 3/38 (2006.01), опубл. 27.08.2010), включающий экстракцию урана из раствора. Экстракцию урана ведут из растворов 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 (0,3×[HNO3]+51), где [HNO3] - концентрация свободной азотной кислоты в исходном водном растворе, направляемом на экстракцию, в г/л. Способ выбран за прототип.

Известные способы учитывают влияние тех или иных примесей на экстракцию. Однако совместного влияния нескольких примесей (ионов трехвалентного железа, сульфат-ионов, фосфат-ионов), их повышенного содержания, на извлечение урана в экстракт и тем самым на остаток урана в рафинате в известных способах не учитывают.

На рынке урана качество ХКПУ регламентируется международным стандартом для концентратов урановой руды ASTM С 967-08. В соответствии с этим стандартом содержание железа, как правило, составляет не более 0,15 мас. % к урану, серы - не более 1,0 мас.% к урану, фосфора - не более 0,1 мас.% к урану (так называемые пределы «без взыскания»). Этим же стандартом допускается повышенное содержание железа, серы и фосфора в концентрате урана, а именно: до 1,0 мас.% к урану для железа, до 4,0 мас.% к урану для серы и до 0,7 мас.% к урану для фосфора (так называемые пределы «без браковки», которые предусматривают дополнительную плату за переработку концентрата).

На практике в ряде случаев производители ХКПУ реализуют концентрат с еще большим содержанием примесей, например, железа, до 3,7 мас.% к урану.

Задачей изобретения является получение сбросных по урану рафинатов с содержанием урана в рафинате менее 0,07 г/л при переработке концентратов урана с повышенным содержанием примесей железа, серы и, возможно, фосфора. При этом должна быть обеспечена необходимая очистка урана от примесей, то есть уран должен быть очищен до требований международного стандарта ASTM C787-03 на гексафторид урана для обогащения.

Поставленную задачу решают тем, что в способе переработки химического концентрата природного урана, включающем его растворение в растворе азотной кислоты, экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе и реэкстракцию урана, растворению подвергают концентрат урана с повышенным содержанием железа, серы и, возможно, фосфора, а именно: железа 1,2÷3,7 мас.% к урану, серы 1,4÷4,0 мас.% к урану и фосфора 0÷0,7 мас.% к урану, при этом воду и азотную кислоту берут в количестве, обеспечивающем концентрации в растворе, направляемом на экстракцию,: урана 450÷480 г/л, ионов трехвалентного железа 0,1÷0,3 моль/л, сульфат-ионов 0,2÷0,6 моль/л, фосфат-ионов 0÷0,10 моль/л, свободной азотной кислоты 0,8÷2,4 моль/л, и насыщение экстрагента ураном в процессе экстракции поддерживают в соответствии с соотношением:

У≤90,691-34,316·[SO4]+7,611·([Fe]-[PO4])+5,887·[HNO3]-9,921·[SO4]·[HNO3]+19,841·[SO4]2+7,481·([Fe]-[РО4])·[HNO3]-64,728·([Fe]-[PO4])·[SO4]+92,701·[SO4]·[HNO3]·([Fe]-[PO4])-185,402·[SO4]2·([Fe]-[PO4]),

где У - насыщение экстрагента ураном, %, и концентрации в растворе, направляемом на экстракцию, моль/л: [SO4] - сульфат-ионов, [PO4] - фосфат-ионов, [HNO3] - азотной кислоты, [Fe] - ионов трехвалентного железа.

Были проведены эксперименты, в которых определяли влияние примесей и их количеств на извлечение урана в экстракт и тем самым на содержание урана в рафинатах. Эксперименты показали, что в случае растворов, направляемых на экстракцию, с концентрациями в интервалах: уранилнитрата в пересчете на уран 450÷480 г/л, ионов трехвалентного железа 0,1÷0,3 моль/л, сульфат-ионов 0,2÷0,6 моль/л, фосфат-ионов 0÷0,10 моль/л, и свободной азотной кислоты 0,8÷2,4 моль/л, следует, для достижения содержания урана в рафинате менее 0,07 г/л, поддерживать в процессе экстракции указанную ниже степень насыщения «У» экстрагента ураном:

Для других концентраций, не входящих в указанные выше интервалы, степень насыщения «У», соответствующая приведенному соотношению (I), не обеспечивает заданного сбросного содержания урана в рафинатах.

Указанные концентрации примесей и кислоты в растворе обеспечивают при растворении концентратов с содержанием железа 1,2÷3,7 мас.% к урану, серы 1,4÷4,0 мас.% к урану и фосфора до 0,7 мас.% к урану в азотнокислых растворах заданной концентрации.

Способ осуществляют следующим образом.

Перерабатывали ХКПУ с повышенным содержанием железа, серы и, возможно, фосфора, а именно: с содержанием железа 1,2÷3,7 мас.% к урану, серы 1,4÷4,0 мас.% к урану и фосфора до 0,7 мас.% к урану.

Раствор уранилнитрата был приготовлен растворением ХКПУ с указанным содержанием примесей в растворе азотной кислоты заданной концентрации и отделен от нерастворимого остатка декантацией; для приготовления раствора кислоту и воду берут в количестве, обеспечивающем концентрации в растворе, направляемом на экстракцию,: уранилнитрата в пересчете на уран 450÷480 г/л, ионов трехвалентного железа 0,1÷0,3 моль/л, сульфат-ионов 0,2÷0,6 моль/л, фосфат-ионов 0÷0,10 моль/л, свободной азотной кислоты 0,8÷2,4 моль/л.

Экстракцию осуществляли при заданной температуре 30%-ным ТБФ в углеводородном разбавителе из раствора с повышенным содержанием ионов трехвалентного железа и сульфат-ионов, и в некоторых случаях фосфат-ионов. Степень насыщения экстрагента ураном «У» обеспечивали заданным соотношением фаз O:В.

Экстракт промывали и промытый экстракт направляли на реэкстракцию.

Результаты опытов приведены в таблице.

В опытах 1-13, при содержании в растворе уранилнитрата примесей и азотной кислоты в заявляемых пределах и степени насыщения экстрагента ураном, соответствующей соотношению (I), обеспечено получение рафинатов с содержанием урана ниже 0,07 г/л. При степени насыщения, не соответствующей соотношению (I), сбросы урана с рафинатом превышают 0,07 г/л.

В опытах 14-15, при содержании азотной кислоты в исходном растворе уранилнитрата, выходящем за интервал 0,8-2,4 моль/л, значения степени насыщения, хотя и соответствуют соотношению (I), но не обеспечивают получение сбросных по урану (ниже 0,07 г/л) рафинатов.

Таблица
№ опыта Исходный раствор, моль/л Экстракт Рафинат [U], г/л
[SO4] [HNO3] [Fe] [PO4] насыщение, % [U], г/л
1 0,20 0,80 0,30 0 94,9 121,6 11,2
85,4 109,4 0,07
1 расч. У≤90,2 У≤115,5 -
2 0,20 0,80 0,10 0 95,4 122,2 16,4
88,6 113,4 0,07
82,6 105,8 0,07
2 расч. У≤88,6 У≤113,4 -
3 0,20 1,00 0,30 0 96,1 123,1 8,2
92,5 118,5 0,07
89,2 114,3 0,07
3 расч. У≤92,5 У≤118,5 -
4 0,20 1,00 0,10 0 94,2 120,7 5,3
78,1 100,1 0,07
4 расч. У≤89,9 У≤115,1 -
5 0,60 1,80 0,10 0 84,8 108,6 4,7
78,7 100,8 0,07
71,0 91,0 0,07
5 расч. У≤78,7 У≤100,8 -
6 0,60 1,80 0,30 0 87,8 112,5 16,3
71,0 91,0 0,07
6 расч. У≤81,8 У≤104,8 -
7 0,20 1,60 0,30 0 99,5 127,5 0,07
91,0 116,6 0,07
7 расч. У≤99,5 У≤127,5 -
8 0,20 1,60 0,10 0 99,7 127,7 19,2
88,3 113,1 <0,07
8 расч. У≤93,8 У≤320,1 -
9 0,60 2,40 0,10 0 92,5 118,5 3,6
82,4 105,6 0,07
78,9 101,1 <0,07
9 расч. У≤82,4 У≤305,6 -
10 0,60 2,40 0,30 0 95,9 122,9 5,2
86,4 110,7 0,07
10 расч. У≤93,1 У≤19,3 -
11 0,40 1,70 0,20 0 93,0 119,1 3,2
89,0 114,0 0,07
82,4 105,6 0,07
11 расч. У≤89,0 У≤114,0 -
12 0,40 1,70 0,20 0,027 91,9 117,7 2,7
88,2 113,0 0,07
79,2 101,5 0,07
12 расч. У≤88,2 У≤13,0 -
13 0,40 1,70 0,20 0,100 92,1 118,0 4,1
86,2 110,4 0,07
78,0 99,9 0,07
13 расч. У≤86,2 У≤310,4 -
14 0,60 0,60 0,10 0 81,9 104,9 31,4
71,2 91,2 3,2
68,0 87,1 0,41
14 расч. У≤71,2 У≤91,2 -
15 0,60 2,60 0,30 0 97,6 125,0 12,8
96,9 124,1 1,7
93,8 120,2 0,14
15 расч. У≤96,9 У≤124,1 -

В реэкстрактах урана опытов 1÷13 содержание всех балластных примесей было меньше значений, приведенных в ASTM C787-03 на гексафторид урана для обогащения, т.е. обеспечена необходимая очистка урана.

Способ переработки химического концентрата природного урана, включающий его растворение в водном растворе азотной кислоты, экстракцию урана из раствора трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе и реэкстракцию урана, отличающийся тем, что растворению подвергают концентрат урана с содержанием железа 1,2÷3,7 мас.% к урану, серы 1,4÷4,0 мас.% к урану и фосфора 0÷0,7 мас.% к урану, при этом при растворении воду и азотную кислоту берут в количестве, обеспечивающем в направляемом на экстракцию азотнокислом растворе уранилнитрата концентрации: урана 450÷480 г/л, ионов трехвалентного железа 0,1÷0,3 моль/л, сульфат-ионов 0,2÷0,6 моль/л, фосфат-ионов 0÷0,10 моль/л и свободной азотной кислоты 0,8÷2,4 моль/л, и насыщение экстрагента ураном в процессе экстракции поддерживают в соответствии с соотношением:
У≤90,691-34,316·[SO4]+7,611·([Fe]-[PO4])+5,887·[HNO3]-9,921·[SO4]·[HNO3]+19,841·[SO4]2+7,481·([Fe]-[PO4])·[HNO3]-64,728·([Fe]-[PO4])·[SO4]+92,701·[SO4]·[HNO3]·([Fe]-[PO4])-185,402·[SO4]2·([Fe]-[PO4]), где У - насыщение экстрагента ураном, %, и концентрации в растворе, направляемом на экстракцию, моль/л: [SO4] - сульфат-ионов, [PO4] - фосфат-ионов, [HNO3] - азотной кислоты, [Fe] - ионов трехвалентного железа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидрометаллургии, а именно к способу извлечения ценных компонентов из продуктивных растворов переработки черносланцевых руд. Способ включает сорбцию ценных компонентов из продуктивных растворов противотоком ионитами при регулируемом pH среды и окислительно-восстановительного потенциала Eh.

Изобретение относится к области извлечения ценных веществ - алюминия, ванадия, урана, молибдена и редкоземельных металлов из черносланцевых руд. Способ переработки черносланцевых руд включает измельчение, противоточное двухстадиальное выщелачивание раствором серной кислоты при нагревании, разделение образующихся после выщелачивания пульп на обеих стадиях фильтрованием.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения редких металлов из бедных, упорных, ультрадисперсных руд. Способ переработки черносланцевых руд с извлечением редких металлов включает выщелачивание руды раствором серной кислоты с растворением редких металлов.
Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), включающей выщелачивание (растворение) концентрата и экстракцию урана с использованием трибутилфосфата (ТБФ) в углеводородном разбавителе.

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана из продуктивных растворов и пульп, в частности, для получения концентратов природного урана при сернокислотном подземном выщелачивании с использованием нитратно-сернокислотной десорбции сорбента.

Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для извлечения урана из руд. .

Изобретение относится к области переработки урансодержащего сырья и может быть использовано при гидрометаллургической переработке урановых руд. .
Изобретение относится к способам извлечения америция в виде диоксида америция из растворов. .

Изобретение относится к способу комплексной переработки углерод-кремнеземистых черносланцевых руд, содержащих ванадий, уран, молибден, редкоземельные элементы (РЗЭ).

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к способу извлечения урана из сернокислотных растворов и пульп. .
Изобретение относится к технологии редких металлов, в частности к гидрометаллургии циркония и гафния. Способ разделения циркония и гафния включает получение гидроксидов циркония и гафния при температуре, не превышающей 30-35°С, обезвоживание полученных гидроксидов циркония и гафния, растворение их в азотной кислоте и последующее извлечение циркония экстракцией трибутилфосфатом из полученного раствора в противотоке, причем из ячейки в середине каскада выводят водную фазу, добавляют в нее азотную кислоту и полученный раствор вводят в следующую ступень по движению водной фазы.
Изобретение относится к технологии переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), включающей выщелачивание (растворение) концентрата и экстракцию урана с использованием трибутилфосфата (ТБФ) в углеводородном разбавителе.
Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ) и может быть использовано в технологии переработки ХКПУ с повышенным содержанием кремния.

Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ) и может быть использовано в технологии экстракционной переработки ХКПУ с повышенным содержанием кремния с целью получения ядерно-чистых материалов, пригодных для производства гексафторида урана для обогащения.

Изобретение относится к способам экстракционной переработки регенерированного урана, его очистке от бета-активного технеция-99 и может быть использовано в атомной промышленности при проведении аффинажа урана.

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов и может быть использовано для получения солей металлов из хлоридных, сульфатных и нитратных растворов, образующихся при переработке полиметаллического сырья.
Изобретение относится к способам переработки химического концентрата природного урана. .

Изобретение относится к способу переработки концентратов природного урана и может быть использовано в технологии их переработки до оксидов урана или гексафторида урана энергетического назначения.

Изобретение относится к экстракционным методам извлечения и концентрирования ионов металлов из водных растворов и может быть использовано для выделения циркония из растворов сложного ионного состава в присутствии хлороводородной кислоты.
Изобретение относится к технологии радиохимической переработки конструкционных материалов термоядерного реактора на основе ванадий-хром-титанового сплава и направлено на извлечение ванадия из органических растворов, содержащих его соли с ди-2-этилгексилфосфорной кислотой.

Изобретение относится к переработке урансодержащего сырья, а именно к способу подготовки сырья к экстракционной переработке. Способ включает выщелачивание урана азотной кислотой и отделение водной фазы от нерастворенного остатка. Затем ведут смешивание нерастворенного остатка с фторсодержащим реагентом, растворение полученной шихты и/или шихты в виде суспензии в растворе азотной кислоты. Полученный раствор возвращают в производственный процесс на экстракцию урана. Концентрация азотной кислоты в растворе составляет не менее 2 моль/л. Растворение осуществляют при концентрации фтор-иона не менее 15 г/л. Растворение ведут при температуре 60-100°С. Техническим результатом является снижение потерь урана, минимизация объемов образующихся отходов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Наверх