СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНОВЫХ РУД Российский патент 1996 года по МПК G21F9/30 

Изобретение относится к области утилизации твердых отходов от сернокислотной переработки урановых руд и может быть использовано в процессе рекультивации земель, занятых хвостохранилищами гидрометаллургических заводов и обогатительных фабрик.

Известен способ утилизации радиоактивных твердых отходов по переработке урановых руд, по которому отходы классифицируют на песковую часть и шламы. Пески обезвоживают и используют при приготовлении закладочных материалов, а шламовую часть спекают и складируют [1]
Известны различные способы очистки каждой фазы сбросных пульп от переработки урановых руд с применением хлорида бария. Раствор нейтрализуют известью до pH 7-7,5, отделяют твердое от жидкого, добавляют в раствор хлористый барий и доводят pH известью до 9-11, радий соосаждается в виде (Ra, Ba)SO₄. Выпавший осадок отделяют от жидкого. Доводят pH раствора до 7, снова отделяют твердое от жидкого. Твердое, содеpжащее радий, сбрасывают. Раствор после очистки от радия имеет активность 1-3 пКи/дм³. Для сорбционного извлечения радия предлагаются ионообменные смолы, в том числе Chelex-100 Ba; AGSOW-x8-Ba и др. [2]
Известен способ брикетирования различных отходов металлургического производства [3] На основе этого процесса происходит подготовка сырья к некоторым металлургическим процессам со связующими (известь и др.).

Наиболее близким к настоящему является способ утилизации твердых отходов сернокислотной переработки урановых руд на производстве в Бессине (Франция) [4]
Твердыми отходами на производстве в Бессине являются кеки от фильтрации сернокислых пульп на полосовых фильтрах и осадки гидратов железа и алюминия, сульфата кальция от нейтрализации отвальных растворов известью.

Часть кеков, примерно 1/3, распульповывается и классифицируется на гидроциклонах и реечном классификаторе на зернистую и шламистую фракции.

Зернистую фракцию (пески) используют для строительства дамбы бассейна декантации и для засыпки подземных рудников фирмы COGEMA.

Шламистую фракцию кеков и гидратно-гипсовые осадки декантируют и обезвоживают на дисковых вакуум-фильтрах, смешивают с кеками полосовых фильтров и транспортируют в открытый карьер. Дно последнего выложено бетонными плитами и снабжено дpенирующим устройством.

Вода из дренирующего устройства, как и вода из бассейна декантации обрабатывается хлоридом бария для очистки от радия и сбрасывается в окружающую среду.

Связующих добавок в отходы, транспортируемые в карьер, не применяют. Вместо этого отходы обезвоживают до 20% влажности методом ленточного прессования.

Общим недостатком перечисленных способов утилизации твердых отходов является отсутствие их дезактивации, позволяющей снизить радиоактивность отходов, улучшить экологическую обстановку и найти практическое применение этим отходам.

Настоящий способ утилизации твердых отходов от сернокислотной переработки урановых руд включает репульпацию отходов, классификацию пульпы.

Верхний продукт классификации (пульпу шламистых и глинистых фракций) обезвоживают до 20% влажности, окомковывают с добавлением связующего, получая при этом брикеты, которые затем направляют на закладку выработанных пространств. В качестве связующего используют кальцийсодержащее вещество при расходе его 10-25 мас. На стадии окомкования дополнительно можно ввести наполнитель, например фосфогипс, или нижний продукт классификации. В качестве связующего может быть использован полимерный материал. Нижний продукт классификации отходов выщелачивают раствором азотной кислоты с масс-концентрацией 180-200 г/дм³ при температуре 50-65^oС. По окончании выщелачивания пульпу декантируют. Нижний продукт (пульпу песчаных фракций) промывают в колонном аппарате в восходящем потоке жидкости, после чего пески направляют на использование в строительстве или складируют без особых мер безопасности. Слив декантации очищают от взвесей путем отстаивания и последующей фильтрации на фильтр-прессе, доводят до первоначального объема, доукрепляют азотной кислотой и направляют на выщелачивание следующих порций песков.

Оборот азотнокислых растворов возможен благодаря выводу части раствора со сгущенной пульпой нижнего продукта декантации, что предотвращает насыщение выщелачивающего раствора радионуклидами.

Радиоактивные кеки фильтр-прессов, промытые от нитрат-ионов, присоединяют к верхнему сливу классификации отходов, который перерабатывается с получением брикетов, направляемых на закладку.

Промывные воды очищают от радия-226 и тонких взвесей. Очистка от радия осуществляется осаждением хлоридом бария, а очистка от взвесей фильтрацией на фильтр-прессе. Осветленные и очищенные от радия азотнокислые растворы очищают от урана сорбцией на амфолите, после чего растворы направляют на получение жидких азотсодержащих удобрений.

На чертеже представлена схема способа утилизации твердых отходов.

Классификация пульпы отходов по зерну 0,040-0,074 мм позволяет перевести в верхний слив обогащенные радием тонкие классы отходов вместе с реакционноспособными гидроокисями железа и алюминия, образующиеся при нейтрализации известью сернокислых отвальных пульп перед откачкой их на хвостохранилище. Верхний слив классификации пульпы отходов смешивают со связующим: смесью вяжущего и наполнителя или без последнего.

В качестве первого применяют кальцийсодержащие вещества: известь, гипс, шлак, β-гипс или полимерное связующее. Наполнителем служит отход химического производства сухой фосфогипс. Его основное назначение - структурирование осадков и уменьшение их влажности. Этой же цели служит введение вместо фосфогипса твердой фазы от нижнего продукта классификации пульпы песчаных фракций.

При расходе связующего меньше 10% отмечают выход брикетов с суточной прочностью на сжатие меньше нормируемой (т.е. < 2 МПа).

Расход связующего больше 25% связан с превышением потребления вяжущего при достижении брикетами нормируемых значений прочности.

После получения шихты из вышеназванных компонентов она прессуется при давлении 15-100 МПа.

Применение минерального связующего и наполнителя при окомковании тонких фракций верхнего слива позволяет получить брикеты, обладающие высокой прочностью и пониженной радиоактивностью, которые могут быть использованы для закладки горных выработок в качестве крупнозернистого компонента твердеющей смеси.

Нижний продукт классификации состоит в основном из породообразующих минералов, содержит радий-226 и нерастворившийся при сернокислотном выщелачивании руд уран.

При обработке нижнего продукта азотной кислотой в раствор переходит радий-226 и доизвлекается уран. Обработку ведут при температуре 50-65^oС. При температуре более 65^oC существует опасность разложения кислоты. При температуре менее 50^oC эффективность выщелачивания низка.

Пример. После извлечения урана из пульпы сорбционным методом хвостовую пульпу классифицировали на пески и шламы по зерну 0,07 мм.

Пески, содержащие 0,0055% урана и 2,77•10^-7 Ки/кг радия-226, выщелачивали раствором азотной кислоты с концентрацией 200 г/дм³ при Ж:T 1:1, температуре 50^oC в течение 2-3 часов. По окончании выщелачивания пульпу отстаивали и декантировали, а сгущенную часть промывали слабокислыми растворами азотной кислоты при Ж:T 1:1 в 3 стадии. Промытые пески содержали урана 0,005% радия-226 0,72-0,78 •10^-7 Ки/кг, что соответствует 4 классу радиационной токсичности. Жидкую фазу очищали от тонких радиоактивных взвешенных веществ пропусканием через песчаный фильтр, доводили до первоначального объема, доукрепляли азотной кислотой и направляли вновь на выщелачивание.

Промывные азотнокислые промводы, содержащие 71,5 г/дм³ азотной кислоты, 0,1 г/дм³ железа, 0,012 г/дм³ урана, 0,1 г/дм³ кремния, 2•10^-8 Ки/дм³ радия-226, направляли на очистку.

Осаждение радия проводили раствором хлорида бария с расходом 200 мг/дм³ при добавке сульфат-иона в виде серной кислоты 2-1 г/дм³. После сгущения осадка и последующего его выделения фильтрацией активность промвод составила 3,2• 10^-10 Ки/дм³, что соответствует извлечению радия в осадок в количестве 98,4% После очистки от радия-226 и проведения сорбции урана на амфолите промводы нейтрализовали гидроксидом аммония до pH 7-8, отфильтровывали от выпавших осадков железа, алюминия, геля кремниевой кислоты.

Промводы, очищенные по радию до 3-5•10^-11 Ки/дм³, что соответствует ПДК, и по урана до 0,4-0,5 мг/дм³, могут служить в дальнейшем в качестве жидких азотных удобрений.

Верхний слив классификации пульпы исходных хвостов сгущали, фильтровали до влажности 28-30% К осадку прибавляли смесь: тонкодисперсный доменный шлак и наполнитель сухой фосфогипс в соотношении 1:1 (расход шлака 10-15 мас.). Шихту перемешивали в течение 5 мин, после чего загружали в пресс-форму и проводили фильтрационное прессование на гидравлическом прессе П-10 при давлении 15-100 МПа.

Для исключения фосфогипса с целью снижения избыточной влаги и структурирования осадка возможно внесение в него одного шлака в количестве до 20-25 мас. Эта же цель достигается при включении в шихту до 15-22 мас. твердого от нижнего продукта классификации.

В случае использования одного из наполнителей возможно применение полимерного связующего, например поливинилового спирта.

В результате экспериментов были получены брикеты строгой геометрической формы (подушечек) размером 30 х 40 мм. Прочность на сжатие (суточн.) их составляла 1,9-3,5 МПа (в зависимости от расхода связующего и приложенного давления). Если брикеты подвергнуты сушке при t 150-170^oC, то время высушивания снижалось до 1-2 ч. Указанная прочность является нормативной для окомкованных материалов, получаемых в металлургии. Через 10 суток прочность на сжатие возрастает на 10-25% Низкотемпературная сушка особенно необходима при использовании полимерных термоактивных связующих.

Одновременно происходит снижение удельной активности брикетов до 40% (исходная активность 5,3 Бк/г).

С увеличением давления прессования и расхода связующего наблюдалось уменьшение скорости растворения брикетов, равняющейся 0,02-0,08 г/см²•сут.

По полученным физико-химическим и механическим параметрам брикеты могут быть рекомендованы для использования в виде крупнозернистого наполнителя шихты для приготовления закладочной смеси, идущей на заполнение горных выработок.

При использовании данного способа достигаются следующие результаты:
технологическая переработка урановых хвостов;
дезактивация хвостов с получением песков для строительства;
получение из азотнокислых растворов жидких удобрений;
утилизация активных тонкодисперсных хвостов в брикетный материал, служащий компонентом твердеющей смеси для закладки горных выработок;
полное удаление с поверхности земли урановых хвостохранилищ, что дает возможность возврата земель народному хозяйству;
улучшение состояния экологической обстановки в районе переработки уранового сырья;
осуществление на практике полного замкнутого цикла производства с оборотом и потреблением жидкой и твердой частей рудной массы.

Использование: утилизация твердых отходов сернокислотной переработки урановых руд. Сущность: отходы распульповывают, классифицируют пульпу по зерну 0,04-0,74 мм. Пульпу шламистых и глинистых фракций обезвоживают, окомковывают и отверждают путем добавления вяжушего. Из отвержденного продукта формируют брикеты, которые закладывают на хранение. Пульпу песчаных фракций выщелачивают раствором азотной кислоты при нагревании, декантируют, раствор очищают от взвешенных частиц и направляют в рецикл для выщелачивания песчаных фракций отходов. Твердую фазу промывают водой, отделяют пески, которые используют в строительстве. Промывные воды после выделения из них радия методом осаждения и урана методом сорбции на амфолите используют для получения азотных удобрений. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ утилизации твердых отходов сернокислотной переработки урановых руд, заключающийся в том, что отходы распульповывают, классифицируют пульпу, пульпу шламистых и глинистых фракций обезвоживают и отверждают путем добавления вяжущего, отвержденный продукт закладывают на хранение, отличающийся тем, что классификацию проводят по зерну 0,040 0,074 мм, шламистые и глинистые фракций после обезвоживания дополнительно окомковывают, формируют из них брикеты, которые закладывают на хранение, пульпу песчаных фракций выщелачивают раствором азотной кислоты при нагревании, декантируют, раствор очищают от взвешенных веществ и направляют в рецикл для выщелачивания песчаных фракций отходов, твердую фазу промывают водой, отделяют пески, которые используют в строительстве, а промывные воды после выделения из них радия методом осаждения и урана методом сорбции на амфолите используют для получения жидких азотных удобрений. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют смесь кальцийсодержащего вещества при расходе 10 25 мас. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на стадии окомковывания дополнительно вводят наполнитель, например фосфогипс. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют твердую фазу песчаных фракций. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве связующего используют полимерный материал. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при 50-65°С. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что очистку промводы от урана проводят сорбцией на амфолите. 8. Способ по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что очистку азотнокислых растворов от взвешенных веществ проводят фильтрацией на фильтре из хвостового крупнозернистого песка.