Способ переработки кремнийсодержащего химического концентрата природного урана


 


Владельцы патента RU 2517633:

Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к способу переработки кремнийсодержащего химического концентрата природного урана с повышенным содержанием кремния. Способ включает выщелачивание концентрата водным раствором азотной кислоты при повышенной температуре с получением пульпы, состоящей из твердой и водной фаз, отделение фильтрацией водной фазы в виде азотнокислого раствора нитрата уранила от твердой фазы, экстракционный аффинаж урана с применением трибутилфосфата в углеводородном разбавителе. Отфильтрованный азотнокислый раствор нитрата уранила, содержащий уран в концентрации 200-400 г/л, растворенный кремний в концентрации 1,0-3,2 г/л и азотную кислоту в концентрации 1-2 моль/л, перед подачей на экстракцию выдерживают до стабилизации вязкости раствора. Техническим результатом является прекращение уноса водной фазы с экстрактом урана, что позволяет увеличить производительность экстракционного каскада, снизить содержание примесей в реэкстракте урана и получить продукт, удовлетворяющий требованиям ASTM С 788-03. 1 ил., 1 табл.

 

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.

Известно, что пороговая концентрация кремния в кислых растворах, при которой не образуются его полимерные соединения, составляет 0,1 г/л. С увеличением содержания кремния в кислом растворе кремниевая кислота превращается в гель, стабилизирующий экстракционные эмульсии и снижающий очистку урана от балластных примесей (Дуйсебаев Б.О., Малимбаев М.С., Сайкиева С.Х. и др. Исследование поведения кремния в процессах подготовки урансодержащего сырья. Очистка урансодержащих растворов от кремния. Доклад на 3-й Международной конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности». - Алмата, Республика Казахстан, 2004).

Известно несколько способов, предупреждающих негативное влияние геля кремниевой кислоты на экстракционный аффинаж урана.

Известен способ, предупреждающий образование геля кремниевой кислоты путем введения коагулянтов - полимеров в катионной форме (Айлер Р. Химия кремнезема. - М: Мир, 1982, ч.1, С.315).

Однако это приводит к образованию осадков, которые замедляют расслаивание экстракционных эмульсий в процессе аффинажа урана.

Негативное влияние геля кремниевой кислоты можно избежать, если на экстракцию подавать раствор нитрата уранила, в котором гелирование кремниевой кислоты только началось. Например, известен способ переработки ХКПУ (Патент РФ №2444576, МПК С22В 60/02, опубл. 10.03.2012). Указанный способ переработки ХКПУ с повышенным содержанием кремния включает растворение концентрата в растворе азотной кислоты и экстракцию нитрата уранила из свежеприготовленной пульпы, которую получают прямоточным взаимодействием при температуре 20-65°С предварительно подготовленного потока суспензии концентрата в воде и потока раствора азотной кислоты при соотношении расходов потоков, обеспечивающих концентрацию азотной кислоты в пульпе 25-120 г/л, при этом время от начала выщелачивания до начала экстракции не превышает 10 минут.

Недостаток способа состоит в том, что для его осуществления необходим специальный реактор, обеспечивающий непрерывное растворение концентрата и равномерное распределение нерастворившихся остатков в пульпе, подаваемой на экстракцию.

В случае если ХКПУ неоднороден или загрязнен механическими включениями, для предупреждения забивки коммуникаций и запорной арматуры емкостного оборудования аффинажного завода пульпу от растворения ХКПУ перед экстракцией необходимо разделять фильтрацией. Известен способ переработки химического концентрата природного урана (Патент РФ №2447168, МПК С22В 60/02, опубл. 10.04.2012). Способ принят за прототип. Данным способом перерабатывают концентрат с повышенным содержанием кремния. Способ включает следующие операции: выщелачивание концентрата водным раствором азотной кислоты; отделение фильтрацией водной фазы в виде азотнокислого раствора урана от твердой фазы (нерастворимых остатков); экстракцию урана из азотнокислого раствора трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию урана. При этом выщелачивание ведут путем добавления азотной кислоты и воды в количестве, обеспечивающем получение в водной фазе пульпы азотнокислого раствора, содержащего растворенный кремний в концентрации 2,5-3,7 г/л. Твердую фазу, состоящую из нерастворимых остатков концентрата, отделяют фильтрацией от раствора, содержащего растворенный кремний, уран в концентрации 170-250 г/л и азотную кислоту в концентрации 80-120 г/л. Фильтрацию осуществляют не позднее 24 часов от окончания выщелачивания, преимущественно не позднее 5 часов после окончания выщелачивания.

Данный способ позволяет вместе с нерастворимыми остатками удалить из раствора часть геля кремниевой кислоты. Однако этот способ не защищает экстракционный аффинаж урана от негативного влияния геля кремниевой кислоты в том случае, если технические возможности не позволяют незамедлительно проводить экстракцию отфильтрованного раствора нитрата уранила.

Если отфильтрованный исходный раствор нитрата уранила подавать на экстракцию не сразу, а после выдержки (например, после накопления исходного раствора в сборнике в течение нескольких суток), то условия экстракционного аффинажа нитрата уранила ухудшаются: на экстракции нитрата уранила снижается скорость расслаивания эмульсий (в этом случае для увеличения продолжительности процесса расслаивания эмульсии снижают производительность экстракционного передела) или происходит накопление на границе раздела фаз межфазных образований (медуз), перенос которых с экстрактом снижает очистку урана от балластных примесей. Причина этого заключается в гелировании кремниевой кислоты, которая на момент фильтрации еще не загелировалась и перешла в отфильтрованный раствор нитрата уранила.

Задачей изобретения является предотвращение снижения производительности экстракционного передела и снижения очистки урана от балластных примесей в результате негативного влияния гелей кремниевой кислоты на экстракционный аффинаж нитрата уранила при переработке выдержанных растворов, полученных от растворения ХКПУ с повышенным содержанием кремния.

Поставленную задачу решают тем, что в способе переработки кремнийсодержащего химического концентрата природного урана с повышенным содержанием кремния, включающем выщелачивание концентрата водным раствором азотной кислоты при повышенной температуре с получением пульпы, состоящей из твердой и водной фаз, отделение фильтрацией водной фазы в виде азотнокислого раствора нитрата уранила от твердой фазы, экстракционный аффинаж урана с применением трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, отфильтрованный азотнокислый раствор нитрата уранила, содержащий уран в концентрации 200-400 г/л, растворенный кремний в концентрации 1,0-3,2 г/л и азотную кислоту в концентрации 1-2 моль/л, перед подачей на экстракцию выдерживают до стабилизации вязкости раствора. Способ осуществляют следующим образом.

Растворили несколько партий ХКПУ, отличающихся содержанием кремния, в растворе азотной кислоты при температуре 80-90°С. Полученные пульпы охладили до комнатной температуры и не позднее одних суток после окончания растворения разделили фильтрацией. Отфильтрованные растворы выдерживали в течение нескольких суток, периодически замеряя вязкость растворов и скорость расслаивания экстракционной эмульсии и объем медузы в тесте, имитирующем экстракционный процесс.

На рис.1 приведены результаты измерения вязкости и тестирования отфильтрованного раствора состава [U]=216,2 г/л, [HNO3]=2,2 моль/л, [Si]=1,8 г/л.

Из рисунка видно, что в процессе выдержки отфильтрованного раствора нитрата уранила его вязкость растет в первые восемь суток сравнительно медленно с 1,307 до 1,693 мм2/с, а затем в течение суток происходит резкое увеличение до 2,684 мм2/с. И далее с десятых суток вязкость остается постоянной, равной 2,952 мм2/с.

Также из рисунка видно, что рост вязкости отфильтрованного раствора сопровождается изменением скорости расслаивания экстракционной эмульсии с отфильтрованным водным раствором и изменением размера медузы. При этом в первые несколько суток скорость расслаивания эмульсии снижается, а высота медузы увеличивается, а после восьми суток выдержки направленность процессов сменяется: скорость расслаивания эмульсии стала расти, а высота медузы уменьшаться, вплоть до ее полного исчезновения.

Следовательно, гелирование кремниевой кислоты в отфильтрованном растворе, сопровождающееся увеличением вязкости отфильтрованного раствора, приводит к ускорению расслаивания эмульсии и уменьшению размера медузы во время экстракции.

Также было проведено измерение вязкости и тесты отфильтрованных растворов, полученных в результате растворения ХКПУ с иным содержанием кремния. Результаты определения продолжительности роста вязкости растворов с различным содержанием кремния приведены в таблице 1.

Таблица 1
Продолжительность роста вязкости растворов с различным содержанием кремния в зависимости от концентрации азотной кислоты и урана
№ опыта Состав исходного раствора Продолжительность роста вязкости раствора, сутки
[Si], г/л [HNO3], моль/л [U], г/л
1 0,9 1,0 203 28
3 0,9 2,0 207 17
2 0,9 1,0 398 11
4 0,9 2,0 403 9
5 1,8 1,0 199 20
6 1,8 2,0 216 10
7 1,8 1,0 406 7
8 1,8 2,0 409 5
9 3,2 1,0 205 7
10 3,2 2,0 209 5
11 3,2 1,0 401 2
12 3,2 2,0 403 1

Из таблицы следует, что прекращение роста вязкости отфильтрованных растворов нитрата уранила зависит от содержания в них урана, концентраций кремния и азотной кислоты: с ростом концентрации урана (при прочих равных условиях), с ростом концентрации растворенного кремния и увеличением концентрации азотной кислоты отмечено уменьшение продолжительности роста вязкости растворов. При этом, как и в предыдущем опыте, прекращение роста вязкости растворов также сопровождалось ускорением расслаивания эмульсии и уменьшением размера медузы во время экстракции.

Переработка растворов кремнийсодержащих ХКПУ, очищенных от взвесей фильтрацией, в производственных условиях на экстракционном каскаде противоточных экстракционных колоннах с применением в качестве экстрагента 30%-го ТБФ в углеводородном разбавителе показала, что выдержка перед экстракцией растворов нитрата уранила (с составом, аналогичным составу вышеописанных растворов) до стабилизации вязкости растворов обеспечивала уменьшение объема межфазных образований на границе раздела фаз экстракционной колонны, снижение задержки водной фазы в сплошной органической фазе и прекращение уноса водной фазы с экстрактом урана. Это позволило увеличить производительность экстракционного каскада, снизить содержание примесей в реэкстракте урана и получить продукт, удовлетворяющий требованиям ASTM С 788-03.

Таким образом, выдержка отфильтрованного раствора до стабилизации его вязкости позволяет защитить экстракционный аффинаж нитрата уранила от негативного влияния гелей кремниевой кислоты.

Способ переработки кремнийсодержащего химического концентрата природного урана, включающий выщелачивание концентрата водным раствором азотной кислоты при повышенной температуре с получением пульпы, состоящей из твердой и водной фаз, отделение фильтрацией водной фазы в виде азотнокислого раствора нитрата уранила от твердой фазы, подачу раствора на экстракционный аффинаж урана с применением трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, отличающийся тем, что отфильтрованный азотнокислый раствор нитрата уранила, содержащий уран в концентрации 200-400 г/л, растворенный кремний в концентрации 1,0-3,2 г/л и азотную кислоту в концентрации 1-2 моль/л, перед подачей на экстракционный аффинаж выдерживают до стабилизации вязкости раствора.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу извлечения урана из маточных растворов. Способ включает получение смолы, модифицированной аминофосфоновыми группами, и получение маточного раствора, содержащего от 25 до 278 г/л сульфата и уран.

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.
Изобретение относится к способам извлечения америция в виде диоксида америция из радиоактивных отходов химико-металлургического производства. Способ включает растворение отходов в концентрированной азотной кислоте, оксалатное осаждение из раствора, сушку и прокаливание оксалата америция до диоксида америция.
Изобретение относится к получению топлива для энергетических реакторов. Способ получения металлического урана включает электролиз диоксида урана в расплаве хлоридов лития и калия в электролизере с графитовым анодом и металлическим катодом и выделение металлического урана на катоде и диоксида углерода на аноде.

Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и железа, а также, возможно, фосфора.

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 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.

Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и железа, а также, возможно, фосфора.
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 технологии получения наночастиц золота. Способ получения наночастиц золота из сырья, содержащего железо и цветные металлы, включает получение царсководочного раствора золота с использованием царской водки.
Наверх