СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕКСАФТОРИДА УРАНА Российский патент 2004 года по МПК C01G43/06 C22B60/02 

Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для получения гексафторида урана из растворов различного состава с использованием процессов экстракции, реэкстрации и термообработки.

Известны способы (аналоги) [Н.П.Галкин и др. “Химия и технология фтористых соединений урана”, Б.В.Громов “ Введение в технологию урана”], с помощью которых можно получать гексафторид урана. Указанные способы включают в себя экстракцию урана различными экстрагентами, ре-экстракцию урана растворами карбоната или гидроксида аммония, прокалку образующихся осадков до окиси-закиси урана, восстановление окиси-закиси до двуокиси, синтез тетрафторида урана, получение гексафторида урана.

Основным недостатком указанных способов является многоступенчатость и связанная с этим высокая энергоемкость процесса. Недостатком этих методов также является большая потеря урана на стадиях процесса получения гексафторида.

В то же время имеется способ получения гексафторида урана, включающий в себя экстракцию урана органическими соединениями или их смесями, твердофазную реэстракцию урана водными растворами карбоната аммония, термическую обработку полученных кристаллов с последующим фторированием образующегося продукта (окиси-закиси урана). [Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья. Под редакцией Скороварова Д.И., М.: Атомиздат, 1979, с.144]. Указанный способ взят в качестве прототипа, как наиболее близкий к заявляемому способу и отличающийся высокой эффективностью. В отличие от аналогов способ-прототип имеет меньшее количество операций: операции восстановления окиси-закиси урана и получения тетрафторида отсутствуют. Это значительно сокращает энергозатраты и снижает расход материалов и реагентов на получение гексафторида урана.

Существенным недостатком способа-прототипа, как и способов-аналогов, является высокая энергоемкость процесса, связанная с температурой прокалки и фторирования. Кроме этого, при фторировании окиси-закиси урана высока доля непрореагированного урана из-за непостоянного ее состава. Высоки оборотные потоки урана на стадиях экстракция, промывка, реэкстракция (около 15-20% от экстрагируемого урана переходит в промывные растворы). Отмеченное связано с необходимостью промывки экстрагента водой после экстракции урана из кислых растворов перед щелочной реэкстракцией карбонатом аммония.

Техническим результатом изобретения является разработка нового способа получения гексафторида урана, позволяющего достичь уменьшения энергоемкости процесса за счет снижения температуры прокалки и фторирования, уменьшения числа операций, снижения реагентоемкости процесса, увеличения степени фторирования прокаленного продукта.

Технический результат достигается способом получения гексафторида урана, включающим экстракцию урана из растворов органическими соединениями или их смесями, твердофазную реэкстракцию, прокалку полученного твердого продукта и фторирование его газообразным фтором, согласно изобретению реэкстракцию ведут раствором фторида аммония с концентрацией 2,0-2,5 моль/дм³. При этом реэкстракцию ведут без предварительной промывки экстрагента. Прокалку ведут при 400-450°С, а фторирование при 250-270°С.

Уменьшение и увеличение концентрации фторида аммония сверх указанных нецелесообразно. В первом случае снижается эффективность процесса реэкстракции (уменьшается степень экстракции, увеличивается остаточное содержание урана в маточном растворе процесса кристаллизации). Увеличение концентрации фторида аммония сверх указанных концентраций нецелесообразно, так как не дает дальнейшего увеличения положительного эффекта.

Увеличение температуры прокалки свыше 450°С приводит к образованию окиси-закиси и соответственно снижению степени фторирования урана. При температуре менее 400°С не достигается полноты разложения уранилпентафторида аммония, что является причиной загрязнения гексафторида урана азотом. Увеличение температуры фторирования сверх 270°С не целесообразно, так как в этом случае нет увеличения положительного эффекта (фторирование уранилфторида происходит практически нацело уже при температуре 270°С, а энергопотребление растет). При температуре менее 250°С увеличивается время фторирования и соотвественно растет энергопотребление.

Пример 1. В табл. 1 приведены результаты опытов по реэкстракции урана из смеси органических экстрагентов. Реэкстракцию урана из смеси органических экстрагентов (ТБФ и Ди2 ЭГФК) проводили в твердофазном варианте фторидом аммония при следующих режимах:

- отношение органическая фаза:водная фаза (О:В)-1:2;

- время контакта фаз 7-10 мин;

- расслаивание фаз и отстой твердой фазы в течение 10-13 мин.

Исходное содержание урана в экстрагенте было равным 19,25 г/дм³.

После контактирования водной и органической фаз проводили отделение водного раствора и пульпы от органической фазы с последующей фильтрацией.

В процессе проведения эксперимента проводили отбор проб органической и водной фаз для анализа на определение остаточного содержания урана.

Сушку мокрого осадка проводили при температуре 102-105°С.

Общее время реэкстракции (смешение фаз + расслаивание + осаждение твердой фазы) составляло 20 мин.

Пример 2. В табл.2 приведены результаты исследований прокалки просушенного уранилпентафторида аммония, полученного в результате твердофазной реэкстракции урана раствором фторида аммония. При этом навеску уранилпентафторида аммония в количестве 100 г помещали в электропечь ПМ-1.0-2.0 и выдерживали при фиксированной температуре в течение 3 ч. После этого полученную твердую фазу подвергали фторированию. При этом определяли степень фторирования и содержание азота в гексафториде урана.

Пример 3. В табл.3 приведены результаты исследований процесса фторирования уранилфторида, полученного в результате прокалки кристаллов уранилпентафторида аммония. При этом навеску уранилфторида в количестве 1 кг помещали в реактор фторирования мощностью 12 кВт и при фиксированной температуре проводили процесс до полного фторирования. При этом устанавливали время проведения процесса, на основании которого рассчитывали энергопотребление процесса.

Использование предлагаемого способа получения гексафторида урана по сравнению с прототипом ( базовый объект) обеспечивает следующие преимущества.

1. Упрощение процесса получения гексафторида урана за счет снижения числа операций, связанных с уменьшением количества промывок реэкстрагента ввиду того, что фторид аммония по сравнению с карбонатом аммония имеет меньшую величину рН раствора.

2. Уменьшение затрат на реализацию процесса за счет снижения энергоемкости процесса (уменьшение температуры прокалки и фторирования) и за счет снижения расхода материалов.

3. Снижение количества урана, находящегося в обороте за счет увеличения степени фторирования урана. Данные по сравнению заявляемого способа и способа-прототипа приведены в табл.4.

Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для получения гексафторида урана из растворов различного состава с использованием процессов экстракции, реэкстракции и термообработки. Способ включает экстракцию урана органическими соединениями или их смесями с последующей твердофазной реэкстракцией раствором фторида аммония с концентрацией 2,0-2,5 моль/дм³. Реэкстракцию ведут без предварительной промывки экстрагента. Прокалку уранилпентафторида аммония, являющегося твердым продуктом операции реэкстракции, осуществляют при температуре 400-450°С, а фторирование уранилфторида, являющегося твердым продуктом операции прокалки, ведут газообразным фтором при температуре 250-270°С. Техническим результатом является упрощение процесса, уменьшение затрат. 3 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ получения гексафторида урана, включающий в себя экстракцию урана органическими соединениями или их смесями, твердофазную реэкстракцию, прокалку полученного твердого продукта и фторирование его газообразным фтором, отличающийся тем, что реэкстракцию ведут раствором фторида аммония с концентрацией 2,0-2,5 моль/дм³.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реэкстракцию ведут без предварительной промывки экстрагента.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокалку ведут при температуре 400-450°С.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что фторирование ведут при температуре 250-270°С.