Способ экстракционного аффинажа урана


 


Владельцы патента RU 2554830:

Акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (RU)

Изобретение относится к способу экстракционного аффинажа урана и может быть использовано в технологии переработки регенерированного из облученного ядерного топлива урана (регенерированного урана) и химических концентратов природного урана (ХКПУ). Способ экстракционного аффинажа урана включает растворение концентратов урана в азотной кислоте, экстракцию нитрата уранила ТБФ в углеводородном разбавителе, промывку экстракта реэкстрактом урана и реэкстракцию. При этом растворение концентратов урана совмещают с экстракцией нитрата уранила, подавая противотоком экстрагенту одновременно концентрат урана и водный раствор азотной кислоты. Техническим результатом является упрощение технологической схемы за счет обеспечения получения реэкстракта урана, удовлетворяющего требованиям ASTM, и сбросных по урану рафинатов. 2 пр.

 

Изобретение относится к способам экстракционного аффинажа урана и может быть использовано в технологии переработки регенерированного из облученного ядерного топлива урана (регенерированного урана) и химических концентратов природного урана (ХКПУ).

Известен способ переработки концентратов урана (Ч. Харрингтон, А. Рюэле. Технология производства урана, М.: Госатомиздат, 1961, с.178-185) (прототип). Выщелачивание концентрата урана азотной кислотой проводят в реакторах, оборудованных мешалками и рубашками для обогрева и охлаждения, а также сдувками. Полученную пульпу нерастворимого остатка в растворе нитрата уранила накапливают в сборниках, затем передают в баки и оттуда она дозировано подается на экстракцию в смесители-декандеры, в которых экстрагент и пульпа контактируют противотоком. Полученный экстракт промывают реэкстрактом. Затем проводят реэкстракцию нитрата уранила.

Недостатками данного способа являются многостадийность и необходимость применения большого числа дополнительного технологического оборудования: реакторов для растворения ХКПУ, сборников полученных растворов и баков для их выдачи на экстракцию.

Известен способ растворения оксидов урана азотной кислотой, растворенной в трибутилфосфате [Филиппов А.П., Стрелков Л.А. Исследование процессов окисления и растворения соединений урана в неводных средах // Радиохимия, т.13, №1, 1971. - С.52-57]. Растворение проводили в одну стадию с образованием сольвата нитрата уранила, нитрозных газов (если растворяли соединения четырехвалентного урана) и воды. Этот способ не нашел применения из-за усложнения технологической схемы аффинажа урана (требуется проведение многоступенчатой экстракции азотной кислоты для насыщения ею экстрагента) и периодичности процесса растворения оксидов урана.

Известен способ очистки от примесей оксидов природного, регенерированного или оружейного урана [патент РФ 2384902, опубликован 20.03.2010], включающий растворение оксидов, экстракцию урана 30%-ным ТБФ в углеводородном разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию урана слабокислым водным раствором, в котором совмещают операции растворения, экстракции и промывки путем одновременного взаимодействия оксидов урана со смесью ТБФ в углеводородном разбавителе, насыщенном азотной кислотой, и водного азотнокислого раствора.

Недостаток данного способа заключается в том, что при однократном экстрагировании концентрация урана в рафинате никогда не достигает соответствующих требованиям ASTM сбросных значений <100 мг/л. Например, при насыщении экстрагента ураном ~90 г/л и концентрации HNO3 в рафинате (2-4) моль/л равновесная концентрация урана находится в интервале (40-20) г/л [Николотова З.И. Экстракция нейтральными органическими соединениями. Актиноиды. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.93]. В промышленных способах экстракционного аффинажа урана глубокое извлечение урана из водных азотнокислых растворов обеспечивается проведением многоступенчатой противоточной экстракции. Однако осуществить данный способ, используя многоступенчатую противоточную экстракцию, невозможно из-за одновременной реэкстракции азотной кислоты и ее потерь с рафинатом.

Проведение процесса в периодическом варианте увеличивает расход экстрагента в сравнении с непрерывным процессом растворения и экстракции. Это связано с тем, что для организации непрерывной выдачи экстракта на реэкстракцию урана потребуется либо создание запаса экстракта, либо дублирование процесса растворения в двух реакторах-растворителях с непрерывной попеременной выдачей из них экстракта на реэкстракцию урана.

Совмещение растворения оксидов урана, экстракции нитрата уранила и промывки экстракта, по сути, не что иное, как процесс экстракции нитрата уранила, совмещенный с растворением оксидов урана в водном растворе уменьшенного объема. Уменьшение объема водного раствора приводит к увеличению концентрации балластных примесей в растворе и, как следствие, к увеличению их соэкстракции с ураном.

Известен способ [патент РФ 2444576, опубликован 10.03.2012] переработки химического концентрата природного урана с повышенным содержанием кремния, включающий взаимодействие концентрата с раствором азотной кислоты, экстракцию урана из пульпы трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта и реэкстракцию урана. Экстракцию в данном способе осуществляют из свежеприготовленной пульпы с остаточной концентрацией азотной кислоты 25-120 г/л, полученной взаимодействием суспензии концентрата в воде и раствора азотной кислоты.

Недостатками данного способа являются многостадийность и необходимость применения специального прямоточного реактора для непрерывного растворения концентрата урана.

Задачей изобретения является сокращение числа операций технологии переработки концентратов урана при сохранении требуемой степени очистки, упрощение технологической схемы и, как следствие, снижение себестоимости аффинажа природного урана.

Поставленную задачу решают тем, что в способе экстракционного аффинажа урана, включающем растворение концентратов урана в азотной кислоте, противоточную экстракцию нитрата уранила ТБФ в углеводородном разбавителе, промывку экстракта реэкстрактом урана и реэкстракцию растворение концентратов урана совмещают с экстракцией нитрата уранила, подавая противотоком экстрагенту одновременно концентрат урана и водный раствор азотной кислоты.

Пример 1.

В примере продемонстрирована возможность совместного проведения операций растворения регенерированного урана в виде концентрата UO3 в смеси экстрагента и водного раствора 6М HNO3 и экстракции растворенного урана. При этом для обеспечения очистки урана от тория-228 и продуктов его радиоактивного распада в раствор 6М HNO3 вводили фтор-ион до концентрации 0,5 г/л.

Применение 6М HNO3 продиктовано тем, что в отечественной радиохимической промышленности запрещено подавать на экстракцию водные азотнокислые растворы с [HNO3]>6,0 моль/л из-за взрывного характера реакции нитрования углеводородных разбавителей трибутилфосфата в указанных условиях.

Использовали концентрат триоксида урана с содержанием урана-232, равным 2,1·10-7 % к общему урану, мощностью экспозиционной дозы (МЭД) от тория-228 и продуктов его распада, равной 0,00385 нА/кг·кг U.

Процесс проводили на каскаде смесителей отстойников, состоящем из трех блоков: экстракции, промывки и реэкстракции.

Способ осуществляли следующим образом.

Концентрат UO3 и водный раствор 6М HNO3, содержащий фтор-ион в концентрации 0,5 г/л, одновременно подавали в экстракционный блок на ступень выдачи экстракта. Противотоком водному раствору в экстракционный блок подавали экстрагент (30%-ному ТБФ в углеводородном разбавителе). Продолжительность перемешивания органической и водной фаз на ступенях экстракционного блока составляла 3 мин. Продолжительность расслаивания фаз и их разделение - 10 минут. Температура растворов в экстракционном каскаде поддерживалась в интервале 55-62°C.

Насыщение экстрагента поддерживали в интервале 105-112 г/л.

В процессе переработки концентрата UO3 было отмечено, что уже на второй ступени весь UO3 полностью растворялся. Результаты переработки концентрата UO3 показали, что предлагаемый способ обеспечивает заданное извлечение урана с получением соответствующих требованиям ASTM сбросных по урану рафинатов ([U]<0,1 г/л). Полученный экстракт был промыт промывным раствором (частью реэкстракта урана при О:В=10:1) и далее проведена реэкстракция урана. МЭД реэкстракта урана не превышал фонового значения, равного 0,00002 нА/кг·кг U, что свидетельствовало об удовлетворительной очистке урана от тория-228 и продуктов его распада.

Пример 2.

В примере продемонстрирована возможность совместного проведения операций растворения природного урана в виде концентрата U3O8 в смеси экстрагента и водного раствора 5,7М HNO3.

Использовали концентрат U3O8 с содержанием балластных примесей близким к верхнему пределу по ASTM C967-08.

Процесс проводили на каскаде пульсационных колонн, состоящем из трех блоков: экстракции, промывки и реэкстракции.

Способ осуществляли следующим образом.

Концентрат U3O8 и водный раствор 5,7М HNO3 одновременно подавали в верхнюю часть экстракционной колонны. Противотоком водному раствору в нижнюю часть экстракционной колонны подавали экстрагент (30%-ному ТБФ в углеводородном разбавителе). Температура растворов в экстракционном каскаде поддерживалась в интервале 52-60°C.

Насыщение экстрагента поддерживали в интервале 101-114 г/л.

В процессе переработки концентрата U3O8 было отмечено, что на участке насадочной части колонны длиной 0,55 м весь U3O8 полностью растворялся. Результаты переработки концентрата U3O8 показали, что предлагаемый способ обеспечивает заданное извлечение урана с получением сбросных по урану рафинатов ([U]<0,1 г/л). Полученный экстракт был промыт промывным раствором (частью реэкстракта урана при О:В=10:1) и далее проведена реэкстракция урана. Реэкстракт урана по содержанию балластных примесей удовлетворял требованиям ASTM C787-03.

Аналогичные результаты (по степени извлечения урана и качеству полученных реэкстрактов урана) были получены при переработке других химических концентратов урана по режиму, приведенному в опыте 2: пероксида урана (UO4·H2O) и двух проб желтого кека - смеси натриевых солей: Na2U2O7, Na2U4O13, Na2U7O22 (производства СП РК «Заречное», Казахстан-Россия) и смеси аммонийно-карбонатных солей: (NH4)2U2O7, (NH4)2U4O13, (NH4)2U7O22, (NH4)2[UO2(СО3)2], (NH4)4[UO2(CO3)3] (производства ОАО «Хиагда и ОАО «Далур»).

Таким образом, предложенный способ обеспечивает возможность совместного проведения операций растворения концентратов урана и экстракции урана с получением сбросных по урану рафинатов и реэкстракта урана, удовлетворяющего требованиям ASTM. При этом достигается упрощение технологической схемы - не нужен реактор для растворения концентратов урана.

Способ экстракционного аффинажа урана, включающий растворение концентратов урана в водном растворе азотной кислоты, противоточную экстракцию нитрата уранила экстрагентом - трибутилфосфатом (ТБФ) в углеводородном разбавителе, промывку экстракта реэкстрактом урана и реэкстракцию, отличающийся тем, что растворение концентратов урана совмещают с экстракцией нитрата уранила путем подачи противотоком экстрагенту одновременно концентрата урана и водного раствора азотной кислоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при переработке и утилизации облученного ядерного топлива. Способ включает экстрагирование америция из азотнокислой водной фазы посредством циркуляции ее в первом экстракторе, промывание полученной органической фазы во втором экстракторе и селективную реэкстракцию америция в третьем экстракторе.

Изобретение относится к способу переработки труднообогатимых упорных урановых руд, содержащих браннерит. Способ заключается в том, что измельченную до крупности минус 0,3 мм руду обрабатывают 1-40% раствором бифторида аммония при соотношении Т:Ж=1:(1-5) и температуре 50-80°C в течение 1-4 часов.

Изобретение относится к способу, с помощью которого можно очищать уран из природного уранового концентрата. Этот способ включает экстракцию урана, присутствующего в виде нитрата уранила в водной фазе А1, полученной в результате растворения природного уранового концентрата в азотной кислоте, с помощью органической фазы, которая содержит экстрагирующее средство в органическом растворителе.

Изобретение относится к способам переработки уран-фторсодержащих растворов, полученных от растворения огарков фторирования в производстве гексафторида урана. Способ включает растворение огарков в растворе азотной кислоты, извлечение урана из фторсодержащего азотнокислого раствора путем восстановления его гидразином на платиновом катализаторе, при постоянной очистке поверхности катализатора от осадка тетрафторида урана, отделение катализатора от азотнокислого раствора и осадка тетрафторида урана, обеспечение эквимолярного отношения фторид-ионов к урану (IV) в полученном растворе и разделение осадка тетрафторида урана и азотнокислотного раствора, при этом азотнокислотный раствор повторно используют для растворения огарков фторирования, предварительно доукрепив по азотной кислоте.
Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способу извлечения урана из отработанных фосфорнокислых растворов. Способ заключается в том, что в исходный раствор предварительно вводят окислитель, который выбирают из ряда: KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, H2O2, KClO3.

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.
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 извлечению молибдена из растворов. Раствор, содержащий молибден, подкисляют до кислого pH путем добавления неорганической кислоты, затем добавляют по меньшей мере один органический растворитель и непрерывно перемешивают для образования водно-органической эмульсии.

Изобретение относится к способу извлечения самария (III) из бедного или техногенного сырья, в частности флотоэкстракцией из водных фаз. В процессе флотоэкстракции самария (III) в качестве органической фазы используют изооктиловый спирт, а в качестве собирателя - ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции: Sm+3+3NaDS=Sm(DS)3+3Na+,где Sm+3 - катион самария (III), DS- - додецилсульфат-ион.

Изобретение относится к способу извлечения катионов европия (III) из бедного или техногенного сырья с помощью жидкостной экстракции. Способ извлечения катионов европия (III) включает жидкостную экстракцию из водно-солевых растворов с использованием в качестве экстрагента изооктилового спирта.

Изобретение относится к способу, с помощью которого можно очищать уран из природного уранового концентрата. Этот способ включает экстракцию урана, присутствующего в виде нитрата уранила в водной фазе А1, полученной в результате растворения природного уранового концентрата в азотной кислоте, с помощью органической фазы, которая содержит экстрагирующее средство в органическом растворителе.
Изобретение относится к гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для экстракционного извлечения золота(III) из солянокислых растворов от выщелачивания золотосодержащих промпродуктов и концентратов.
Изобретение относится к химико-металлургическому производству металлов платиновой группы, а именно к экстракционному извлечению рутения. Способ извлечения рутения из нитритных водных растворов включает экстракцию рутения раствором три-н-бутилфосфата, промывку экстракта водой, присоединение промывного раствора к раствору, поступающему на экстракцию, и реэкстракцию рутения раствором карбоната натрия.

Изобретение относится к технологиям жидкостной экстракции, в частности получению концентрата редкоземельных металлов, в цветной и черной металлургии, при переработке отходов химических и металлургических производств, а также для очистки шахтных и рудничных и промышленных сточных вод.

Изобретение относится к переработке фосфатного редкоземельного концентрата (ФРЗК), полученного при азотно-кислотной переработке апатита. Способ переработки ФРЗК, выделенного при нейтрализации азотно-фосфорнокислого раствора, полученного после вскрытия апатита азотной кислотой, включает обработку ФРЗК азотной кислотой и отделение нерастворимого остатка из полученного нитратно-фосфатного раствора редкоземельных элементов (РЗЭ).

Изобретение относится к способам извлечения церия(IV) из сульфатных растворов методом экстракции и может быть использовано для концентрирования церия(IV) из руд, производственных растворов сложного солевого состава и в аналитических целях.
Изобретение относится к способу извлечения редкоземельных (РЗЭ) из азотно-фосфорнокислых растворов переработки апатита. Способ включает растворение апатита в азотной кислоте, вымораживание нитрата кальция(стронция), осаждение гидрато-фосфатов РЗЭ и кальция(стронция), растворение осадка в азотной кислоте, введение в раствор нагретого до 40-50°С полученного на стадии вымораживания нитрата кальция(стронция) с концентрацией 800-1000 г/л, при этом содержание РЗЭ (в расчете на оксиды) поддерживают равной 40-60 г/л, а избыточной азотной кислоты 1-2 моль/л, последующую экстракцию РЗЭ трибутилфосфатом в присутствии нитрата кальция, промывку и реэкстракцию, причем промывку экстракта осуществляют упаренным реэкстрактом до концентрации по РЗЭ 250-300 г/л.

Изобретение относится к применению дигликольамида в кислой водной фазе, содержащей америций, кюрий и/или лантаниды, в качестве повышающего коэффициент их разделения комплексообразователя при экстракции. Экстракция включает приведение в соприкосновение упомянутой кислой водной фазы с не смешивающейся с водой органической фазой, содержащей по меньшей мере одно экстрагирующее вещество, отличное от дигликоламида, в органическом растворителе. Обеспечивается повышение коэффициента разделения америция, кюрия и/или лантанидов. 10 з.п. ф-лы, 5 табл., 3 пр.
Наверх