СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УРАНА ИЗ РАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2010 года по МПК C01G43/00 

Заявляемый способ относится к гидрометаллургии урана и может быть использован при извлечении урана из бедных по урану растворов, содержащих в качестве примесей: железо, алюминий, кальций, магний, кремний и др.

Известен способ извлечения урана из растворов подземного (ПВ) или кучного (KB) выщелачивания, включающий сорбцию урана из исходного раствора, донасыщение анионита ураном из части товарного десорбата с последующей десорбцией урана и осаждением из товарных десорбатов полиураната аммония, так называемого «желтого кека» /«Справочник по геотехнологии урана». Под ред. Д.И.Скороварова, М.: Энергоатомиздат, 1997 г., с.398÷400/. Недостатками данного способа является невысокая степень донасыщения анионита ураном, недостаточно высокая селективность сорбции урана, а также низкое качество уранового концентрата, что влечет за собой необходимость проведения экстракционной очистки такого концентрата после его транспортировки на соответствующие предприятия и кислотного растворения. Организация экстракционного передела непосредственно на участках ПВ или KB крайне затруднительна из-за высоких требований техники безопасности. Все это приводит к большим капитальным и эксплуатационным затратам.

Кардинально снизить эти затраты возможно путем организации пероксидного осаждения урана из товарного десорбата. Однако данный способ применим лишь для переработки достаточно чистых товарных десорбатов, так как отрицательное влияние на полноту осаждения пероксидов урана оказывает присутствие щелочных, щелочно-земельных металлов. Особенно сильное негативное влияние на полноту осаждения пероксида урана оказывают трехвалентное железо и ванадий, каталитически разлагающие перекись водорода.

Существует способ повышения селективности сорбции урана из растворов и пульп, содержащих также макро- и микропримеси, анионитами гелевой или пористой структуры, включающий насыщение анионита ураном, обработку насыщенного сорбента щелочным или щелочно-солевым раствором и донасыщение анионита ураном при контактировании его с частью товарного десорбата /Патент РФ №2226177/.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ сорбционного извлечения урана из растворов ПВ, содержащих помимо урана примеси железа, кальция, магния, кремния, натрия, калия и фтора, включающий сорбцию урана анионитами; донасыщение анионита ураном из части товарного десорбата с последующей промывкой анионита с целью селективной десорбции ионов железа, растворами серной кислоты разной процентной концентрации (1.5%, 2.7%, 3.0%,, 4.7%); десорбцию урана нитратно-сульфатным десорбирующим раствором и осаждение урана из десорбатов перекисью водорода. Осаждение из товарного десорбата пероксида урана перекисью водорода ведут с предварительной нейтрализацией кислоты аммиачным или щелочным раствором до установления значения рН раствора 4.0-4.2. /Актуальные проблемы урановой промышленности: III Международная научно-практическая конференция, Сб. докладов Алматы, 2004 г. Дуйсебаев Б.О., Малимбаев М.С., Сайкиева С.Х. и др. "Исследования по получению химического концентрата природного урана сорбционно-осадительной технологией "/.

Недостатками данного способа являются: снижение степени извлечения урана из растворов ПВ или KB вследствие частичной десорбции урана сернокислыми растворами на операции промывки этими растворами донасыщенного анионита, дисбаланс растворов и постепенное накопление железа в продуктивных растворах ПВ (или KB), вызванное оборотом маточных промывных растворов на операцию выщелачивания.

Техническим результатом предлагаемого способа является устранение этих недостатков.

Он достигается за счет того, что в способе концентрирования урана из разбавленных растворов, содержащих также макро- и микропримеси, включающий сорбцию урана анионитами отмывку анионита от примесей, донасыщение анионита ураном путем контакта его с частью уранового десорбата, десорбцию урана кислотно-солевыми растворами и осаждение из товарного десорбата пероксида урана перекисью водорода с предварительной нейтрализацией кислоты аммиачным или щелочным раствором до установления значения рН раствора 4.0-4.2, перед операцией донасыщения анионита его обрабатывают щелочным или щелочно-солевым раствором с последующим принудительным разделением фаз, а осаждение пероксида урана ведут в режиме парциальной подачи перекиси водорода при непрерывном перемешивании в течение 2 ч и повторной корректировкой значения рН до величины рН 4.0-4.2 теми же реагентами с последующим перемешиванием еще в течение 2.5-3 ч.

Операцию донасыщения ведут в две стадии, причем время проведения первой стадии составляет 3 ч, а второй - 5 ч.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Уран из растворов ПВ (или KB), содержащих незначительное количество урана на фоне высоких концентраций примесей, извлекают анионитом гелевой или пористой структуры. Насыщенный анионит обрабатывают щелочным или щелочно-солевым раствором по способу, запатентованному нами ранее /Патент РФ №2226177/, с тем отличием, что после такой обработки разделение фаз ведут в принудительном режиме, т.е под вакуумом на фильтре Шотта и донасыщают ураном путем контактирования с частью товарного десорбата. Цикл операций, включающий обработку насыщенного анионита щелочным или щелочно-солевым раствором с последующим донасыщением ураном, может быть повторен несколько раз, причем продолжительность контактирования фаз на данной операции в первом цикле поддерживают равной 3 ч, во втором 5 ч.

В результате проведения подобного цикла операций в фазе сорбента создаются благоприятные условия для полимеризации гидроксокомплексов уранила при одновременном вытеснении из анионита железа, кремния и других металлов-примесей. Повышение селективности сорбции урана при повторном контакте анионита с частью товарного десорбата происходит за счет преимущественной сорбции полиядерных гидроксокомплексов урана освобожденными ионообменными группами.

Оценить эффективность проведения вышеуказанных операций щелочной либо сернокислотной (прототип) обработки сорбента для последующего передела - пероксидного осаждения урана из товарных десорбатов - можно путем сравнения соотношения содержания ионов UO в исходном насыщенном сорбенте до и после проведения данных операций (K_U/Fe и соответственно).

Пример 1. Анионит АМП (4% ДВБ), насыщенный из реальных продуктивных растворов ПВ до емкости, мг/г: U-26.9; Fe-0.63; AI-0.25, обрабатывали в статических условиях при соотношении объемов фаз, равном 1:1, и продолжительности контакта 2 ч 1%-ным раствором NaOH, и параллельно - в тех же условиях - 1%-ным раствором NaOH на фоне 1%-ного раствора Na₂SO₄. После операции обработки сорбент отделяли от раствора на фильтре Шотта под вакуумом и направляли на операцию донасыщения анионита ураном, которую вели, контактируя сорбент с частью товарного десорбата, содержащего, г/л: H₂SO₄-12; NO₃-60; U-16; Fe-0.004; Al-0.005, при соотношении объемов фаз, равном 1:1. Продолжительность контакта фаз на операции донасыщения составляла 6 ч. После чего анионит отмывали водой при соотношении фаз, равном 1:3, десорбировали уран раствором, содержащим 80 г/л NH₄NO₃ и 10 г/л Н₂SO₄. Из товарного десорбата получали урановый концентрат путем пероксидного осаждения урана, предварительно нейтрализуя серную и азотную кислоты аммиачной водой до значений рН 4.0-4.2, в режиме парциальной подачи перекиси водорода при непрерывном перемешивании в течение 2 ч и повторной корректировкой значения рН, необходимость проведения которой возникает вследствие выделения азотной кислоты по мере осаждения пероксида урана, причем время проведения данной операции составляло 2.5-3 ч.

Полученные результаты, а также данные по осуществлению процесса по способу-прототипу (с использованием для обработки сорбента, насыщенного до емкости 80 мг/г по урану и 0.8 мг/г по железу, 1.5 - 3.0%-ных растворов Н₂SO₄, времени проведения операции пероксидного осаждения 6 ч, избытке осадителя 25% при неизменных остальных технологических показателях) приведены в табл.1.

В сравнении с прототипом, который приводит к снижению емкости по урану на 1.2-2.1%, по железу - на 96%, емкость по урану на операции донасыщения, проводимой по заявляемому способу, возрастает на 101 -105%, при этом емкость по железу снижается на 96%. Сравнение соотношений содержания ионов UO₂ ⁺² / Fe⁺³ в исходном насыщенном сорбенте и после проведения данных операций свидетельствует о повышении селективности сорбции урана, осуществляемой по заявляемому способу, по сравнению со способом-прототипом в 1.85 и 2.22 раза, что позволяет улучшить качество осадка и сократить расход перекиси водорода на осаждении на 4- 5%, а степень извлечения урана в осадок повысить не менее чем на 1.2 - 2.0%.

Пример 2. Процесс ведут в условиях примера 1 за исключением того, что в качестве исходного сорбента при проведении эксперимента как по заявляемому способу, так и по способу-прототипу использовали анионит АМП, насыщенный из реальных продуктивных растворов ПВ до емкостей, мг/г: U - 47.2; Fe - 0.49; Al - 0.65; Mg - 0.15. Кроме того, после проведения операции щелочной или щелочно-солевой обработки сорбент отделяли от раствора либо самотеком на сите, либо под вакуумом на фильтре Шотта.

Полученные результаты приведены в табл.2 и свидетельствуют о том, что принудительное разделение фаз (под вакуумом на фильтре Шотта) после проведения операции щелочной или щелочно-солевой обработки насыщенного сорбента позволяет повысить степень изменения соотношения К_U/Fe на 10 ÷ 23%.

По сравнению с прототипом проведение процесса в таком режиме позволяет повысить данное соотношение на 40-89% и соответственно сократить расход перекиси водорода на операции пероксидного осаждения урана, а также существенно повысить чистоту конечного продукта.

Пример 3. Анионит АМП, насыщенный из реальных продуктивных растворов ПВ до емкостей, мг/г: U - 47.2; Fe - 0.49; Al - 0.65; Mg - 0.15 обрабатывали в условиях примера 1 раствором 9 г/дм³ NH₄OH и параллельно в тех же условиях раствором 9 г/дм3 NH₄OH+10 г/дм³ Na₂SO₄. После операции обработки сорбент отделяли от раствора на фильтре Шотта и направляли на операцию донасыщения ураном из части товарного десорбата того же состава, что использовали в опыте 1. Процесс осуществляли в статических условиях в две стадии, причем для щелочной обработки сорбента на второй стадии использовали раствор, полученный после обработки на первой стадии. Соотношение объемов фаз на обеих стадиях составляло 1:1. Время контакта фаз на операции обработки составляло 2 ч, а на операциях донасыщения - 3 и 5 ч.

Полученные результаты приведены в табл.3 и свидетельствуют о том, что максимальное повышение соотношения K"_U/Fe / K_U/Fe (где K_U/Fe представляет собой отношение содержания U и Fe в исходном насыщенном анионите, a K"_U/Fe - после проведения второй стадии донасыщения) достигается в том случае, когда время проведения первой стадии донасыщения составляло 3 ч, второй -5 ч. При этом степень повышения данного соотношения составляет 585÷590%.

По сравнению с прототипом проведение процесса в таком режиме позволяет повысить данное соотношение на 202-204% и соответственно сократить расход перекиси водорода на операции пероксидного осаждения урана, а также существенно повысить чистоту конечного продукта.

Преимущества способа: интенсификация процесса сорбционного извлечения целевого компонента, сокращение расхода реагентов на десорбцию и переработку товарного десорбата, повышение качества готового продукта.

Таблица 1. Пероксидное осаждение урана из товарного десорбата в условиях предварительной щелочной или щелочно-солевой обработки насыщенного сорбента

Способ Исходный сорбент Состав
раствора
обработки Сорбент,
поступающий на десорбцию Степень изменения,
K_U/Fe, % Повышение
степени
изменения
K_U/Fe по
сравнению с
прототипом
% Содержание в сухом пероксиде уранила, % Емкость, мг/г K_U/Fe Емкость, мг/г К^| _U/Fe U Fe Са Mg SiO₂ U Fe U Fe Заявляемый 26.9 0.63 42.7 10 г/л NaOH 54.2 0.026 2085 4883 185 67.9 0.015 0.01 0.01 <0.05 -"- -"- -"- -"- 10 г/л NaOH+10 г/л Na₂SO₄ 55.3 0.022 2493 5837 222 68.5 0.008 0.01 <0.0 1
1 <0.05 Прототип 80.0 0.8 100 30 г/л H₂SO₄ 79.1 0.030 2637 2637 - 68.3 0.083 <0.0 1
1 <0.0 1
1 <0.05

Примечание: Расход перекиси водорода по заявляемому способу составил 120%, а по способу-прототипу 125% от стехиометрии.

Таблица 2. Пероксидное осаждение урана из товарного десорбата в условиях предварительной щелочной или щелочно-солевой обработки насыщенного сорбента в зависимости от способа разделения фаз

Способ Исходный сорбент Условия подготовки сорбента к операции донасыщения Сорбент, поступающий на десорбцию Степень изменения,
K_U/Fe, % Повышение
степени
изменения
K_U/Fe, по
сравнению с прототипом,
% Емкость, мг/г K_U/Fe Состав
раствора
обработки Способ разделения фаз Емкость, мг/г К^| _U/Fe U Fe U Fe Заявляемый 47.2 0.49 96.3 10 г/л NaOH на сите 72.2 0.26 227.7 288 22 под вакуумом 74.7 0.25 298.8 318 35 -"- -"- -"- -"- 10 г/л NaOH+10 г/л Na₂S04 на сите 72.7 0.22 330.4 343 45 под вакуумом 77.3 0.19 406.8 422 79 Прототип -"- -"- -"- 30 г/л H₂SO₄ на сите 61.3 0.27 227 236 -

Примечание: Расход перекиси водорода по заявляемому способу составил 120%, а по способу-прототипу 125% от стехиометрии.

Таблица 3. Пероксидное осаждение урана в условиях двустадийного донасыщения

  Исходный сорбент   1 стадия донасыщения 2 стадия донасыщения Способ Емкость, мг/г   Состав раствора обработки Время τ,ч Емкость, мг/г   Время Емкость, мг/г   К"_U/Fe/K_U/Fe, % Изменение соотношения
К"_U/Fe/K_U/Feк прототипу, %   U Fe K_U/Fe U Fe   τ, ч U Fe К"
_U/Fe   47.2 0.49 96.3   3 70.4 0.23 306 3 72.7 0.15 484 503 122         9 г/дм³         5 79.2 0.12 660 685 202 - -"- -"- -"- NH₄OH 5 71.3 0.16 445 3 71.9 0.14 513 533 135 Заявляемый                 5 76.8 0.12 640 664 192         9 г/дм³ 3 70.0 0.22 318 3 75.3 0.16 605 628 177         NH₄OH+         5 79.8 0.12 665 690 204         10 г/дм³ 5 62.8 0.14 448 3 73.8 0.23 330 343 151         Na₂SO₄         5 72.5 0.16 453 470 107 Прототип -"- -"- -"- 30 г/л H₂SO₄ 5 61.3 0.27 227            

Примечание: Расход перекиси водорода по заявляемому способу составил 120%, а по способу-прототипу 25% от стехиометрии.

Изобретение может быть использовано при извлечении урана из бедных по урану растворов, содержащих также макро- и микропримеси. Осуществляют сорбцию урана анионитами, отмывку анионита от примесей, донасыщение анионита ураном путем контакта его с частью уранового десорбата, десорбцию урана кислотно-солевыми растворами и осаждение из товарного десорбата пероксида урана пероксидом водорода. Кислоту предварительно нейтрализуют аммиачным или щелочным раствором до рН 4,0-4,2. Перед операцией донасыщения анионита его обрабатывают щелочным или щелочно-солевым раствором с последующим принудительным разделением фаз. Осаждение пероксида урана ведут в режиме парциальной подачи пероксида водорода при непрерывном перемешивании в течение 2 ч. Значение рН повторно корректируют до величины рН 4,0-4,2 теми же реагентами с последующим перемешиванием в течение 2,5-3 ч. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс сорбционного извлечения целевого компонента, сократить расход реагентов на десорбцию и переработку товарного десорбата, повысить качество готового продукта. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ концентрирования урана из разбавленных растворов, содержащих также макро- и микропримеси, включающий сорбцию урана анионитами, отмывку анионита от примесей, донасыщение анионита ураном путем контакта его с частью уранового десорбата, десорбцию урана кислотно-солевыми растворами и осаждение из товарного десорбата пероксида урана перекисью водорода с предварительной нейтрализацией кислоты аммиачным или щелочным раствором до установления значения рН раствора 4,0-4,2, отличающийся тем, что перед операцией донасыщения анионита его обрабатывают щелочным или щелочно-солевым раствором с последующим принудительным разделением фаз, а осаждение пероксида урана ведут в режиме парциальной подачи перекиси водорода при непрерывном перемешивании в течение 2 ч и повторной корректировкой значения рН до величины рН 4,0-4,2 теми же реагентами с последующим перемешиванием еще в течение 2,5-3 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что операцию донасыщения ведут в две стадии, причем время проведения первой стадии составляет 3 ч, а второй - 5 ч.