ИЗВЛЕЧЕНИЕ УРАНА Российский патент 2022 года по МПК C22B60/02 C22B3/24 C01G43/00 

Способ очищения урана из руды зачастую включает выщелачивание руды с помощью серной кислоты с получением раствора продукта кислотного выщелачивания. Часто раствор продукта кислотного выщелачивания затем пропускают через ионообменную смолу (например, сильноосновную анионообменную смолу). Считается, что уран загружается на смолу в форме комплексного аниона [UO₂(SO₄)₃]^4-. Часто уран удаляют из смолы путем элюирования серной кислотой. Элюат серной кислоты, полученный при данном элюировании, представляет собой кислый водный раствор, который содержит серную кислоту, уран и примеси. Типичной примесью является железо. Считается, что уран в данном элюате, по меньшей мере частично, находится в форме UO₂²⁺.

После получения данного элюата серной кислоты остается проблема того, каким образом извлекать уран из элюата серной кислоты и преобразовывать уран в пригодную форму, такую как, например, диуранат натрия (SDU) или диуранат аммония (ADU). Один полезный способ извлечения урана включает приведение элюата серной кислоты в контакт с катионообменной смолой для адсорбции урана на смоле с последующим удалением урана из смолы путем приведения смолы, нагруженной ураном, в контакт с подходящей жидкостью для элюирования, такой как, например, водный раствор HCl или водный раствор сульфата натрия. Предполагается, что уран адсорбируется на смоле в виде части катионных частиц, таких как, например, UO₂²⁺. Одна из сложностей, связанных с такими способами, заключается в том, что железо, типичное загрязняющее вещество в уране, адсорбируется на смоле, а затем элюируется вместе с ураном. Желательно обеспечить способ извлечения урана, который также отделяет железо от урана.

В патенте США № 4434138 описан способ извлечения плутония, который включает загрузку плутония на сильнокислотную катионообменную смолу, а затем удаление плутония из смолы путем элюирования водным раствором HI. Желательно обеспечить способ, который обеспечивает эффективное извлечение урана и при этом обеспечивает отделение железа от урана.

Ниже приведено изложение сущности настоящего изобретения.

Первым аспектом настоящего изобретения является способ извлечения урана, который предусматривает:

(А) приведение раствора (А) в контакт со смолой (А) с получением смеси раствора (В) и смолы (В), где раствор (А) представляет собой водный раствор, содержащий растворенный карбонат натрия, бикарбонат натрия или их смесь, и где смола (A) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу, которая содержит один или несколько катионных фрагментов, которые содержат уран, и один или несколько катионных фрагментов, которые содержат железо, и

(B) отделение раствора (B) от смолы (B).

Ниже приведено краткое описание графических материалов. На фиг. 1 показана блок-схема варианта осуществления стадии (A) и стадии (B), на которых раствор (A) Na₂CO₃ пропускают через неподвижный слой частиц смолы (B). На фиг. 2 показана блок-схема варианта осуществления стадии (W) и стадии (X) (определенных ниже), на которых раствор (W) с pH 8 или выше пропускают через неподвижный слой частиц смолы (W). На фиг. 3 показана блок-схема варианта осуществления стадии (R) и стадии (S) (определенных ниже), на которых раствор (R), содержащий растворенный UO₂⁺, пропускают через неподвижный слой частиц смолы (R), после чего следуют стадии, изображенные на фиг. 2. На фиг. 4 показана блок-схема варианта осуществления стадии (R) и стадии (S) (определенных ниже), на которых раствор (R), содержащий растворенный UO₂⁺, пропускают через неподвижный слой частиц смолы (R). На фиг. 5 показана блок-схема варианта осуществления стадии (C) и стадии (D) (определенных ниже), на которых раствор (C), содержащий растворенные H₂SO₄ и Na₂SO₄, пропускают через неподвижный слой частиц смолы (B). На фиг. 6 показана блок-схема варианта осуществления стадии (E) и стадии (F) (определенных ниже), на которых раствор (E), содержащий растворенный гидроксид, смешивают с раствором (B) с получением осадка (F), содержащего уран.

Ниже приведено подробное описание настоящего изобретения.

Используемые в данном документе следующие термины имеют обозначенные определения, если в контексте явно не указано иное.

Используемый в данном документе водный раствор представляет собой раствор одного или нескольких соединений, растворенных в растворителе, где растворитель содержит воду, и при этом раствор содержит 50% или больше воды по весу.

Используемая в данном документе "смола" является синонимом "полимера". Используемый в данном документе "полимер" представляет собой относительно большую молекулу, состоящую из продуктов реакции меньших, химических повторяющихся звеньев. Полимеры могут характеризоваться структурами, которые являются линейными, разветвленными, звездообразными, петлеобразными, гиперразветвленными, сшитыми или представляют собой их комбинации; полимеры могут иметь один тип повторяющегося звена ("гомополимеры"), или они могут иметь более одного типа повторяющегося звена ("сополимеры"). Сополимеры могут иметь различные типы повторяющихся звеньев, расположенных произвольным образом, в последовательности, в блоках, в других расположениях или в их любой смеси или комбинации. Полимеры характеризуются средневесовой молекулярной массой, составляющей 2000 или больше.

Молекулы, которые могут взаимодействовать друг с другом с образованием повторяющихся звеньев полимера, известны в данном документе как "мономеры". Образованные таким образом повторяющиеся звенья известны в данном документе как "полимеризованные звенья" мономера.

Виниловые мономеры содержат неароматическую углерод-углеродную двойную связь, которая способна участвовать в процессе свободнорадикальной полимеризации. Виниловые мономеры характеризуются молекулярной массой, составляющей менее 2000. Виниловые мономеры включают, например, стирол, замещенные стиролы, диены, этилен, производные этилена и их смеси. Производные этилена включают, например, незамещенные и замещенные версии следующих соединений: винилацетата и акриловых мономеров. Акриловые мономеры представляют собой мономеры, выбранные из замещенного и незамещенного (мет)акрилонитрила, (мет)акриловой кислоты, алкиловых сложных эфиров (мет)акриловой кислоты, амидов (мет)акриловой кислоты, винилхлорида, галогенированных алкенов и их смесей. Используемая в данном документе приставка "(мет)акрил-" означает либо акрил-, либо метакрил-. "Замещенный" означает содержащий по меньшей мере одну присоединенную химическую группу, такую как, например, алкильная группа, алкенильная группа, винильная группа, гидроксильная группа, алкоксигруппа, группа, представляющая собой остаток карбоновой кислоты, другие функциональные группы и их комбинации.

Используемые в данном документе виниловые ароматические мономеры представляют собой виниловые мономеры, которые содержат одно или несколько ароматических колец.

Моновиниловый мономер представляет собой виниловый мономер, который содержит ровно одну неароматическую углерод-углеродную двойную связь на молекулу. Мультивиниловый мономер представляет собой виниловый мономер, который содержит две или более неароматических углерод-углеродных двойных связей на молекулу.

Считается, что виниловые мономеры образуют полимеры в процессе полимеризации винила, в котором углерод-углеродные двойные связи взаимодействуют друг с другом с образованием полимерной цепи.

Полимер, в котором 90% или больше полимеризованных звеньев по весу в пересчете на вес полимера представляют собой полимеризованные звенья одного или нескольких виниловых мономеров, представляет собой виниловый полимер. Виниловый ароматический полимер представляет собой полимер, в котором 50% или больше полимеризованных звеньев по весу в пересчете на вес полимера представляют собой полимеризованные звенья одного или нескольких виниловых ароматических мономеров.

Смола в данном документе считается сшитой, если полимерная цепь содержит достаточное количество точек разветвления, чтобы сделать полимер нерастворимым в любом растворителе. Если в данном документе указано, что полимер не растворим в растворителе, это означает, что менее 0,1 грамма смолы растворится в 100 граммах растворителя при 25°C.

В данном документе смолу считают сильнокислотной катионообменной смолой (смолой SAC), если 50 мол.% или больше полимеризованных звеньев содержат одну или несколько сульфонатных групп, ковалентно связанных с данным полимеризованным звеном. Сульфонатную группу можно присоединять к мономеру до полимеризации или можно добавлять к полимеризованному звену после полимеризации. Сульфонатная группа может находиться в протонированной форме, в нейтрализованной форме, включающей один или несколько катионов, отличных от Н⁺, в ионной форме или в их смеси. Утверждается, что смола SAC находится в "протонированной форме", если 90 мол.% или более сульфонатных групп, прикрепленных к смоле, находятся в протонированной форме.

Сульфонатные группы смолы SAC считаются связанными с катионными фрагментами. Катионный фрагмент имеет положительный заряд +n, где n равняется 1 или выше. Катионный фрагмент может представлять собой один атом в ионной форме, такой как, например, H⁺, Na⁺ или Ca²⁺, или катионный фрагмент может представлять собой более сложную структуру, такую как, например, оксид, такой как, например, UO₂²⁺, или координационный комплекс катионного металла. В данном документе предусматривается, что смола SAC включает катионные фрагменты, связанные с сульфонатными группами смолы. Катионная группа, имеющая заряд +n, будет связана с n сульфонатными группами.

В данном документе смолу считают сильноосновной анионообменной смолой (смолой SBA), если 50 мол.% или больше полимеризованных звеньев содержат одну или несколько групп четвертичного аммония, ковалентно связанных с данным полимеризованным звеном. Группу четвертичного аммония можно присоединять к мономеру до полимеризации или можно добавлять к полимеризованному звену после полимеризации. Группа четвертичного аммония может находиться в гидроксидной форме, в нейтрализованной форме, включающей один или несколько анионов, отличных от OH⁻, в ионной форме или в их смеси.

Совокупность частиц характеризуется диаметрами частиц. Если частица не является сферической, диаметром данной частицы считается диаметр частицы, имеющей такой же объем, что и данная частица. Совокупность частиц в данном документе характеризуется средним объемным диаметром совокупности.

Смолы можно охарактеризовать с помощью среднего диаметра пор, который измеряется с помощью способа BET. Используемая в данном документе "гелеобразная" смола характеризуется средним диаметром пор, составляющим 10 нм или меньше. Используемая в данном документе "макропористая" смола характеризуется средним диаметром пор, составляющим более 10 нм.

Используемая в данном документе "серная кислота" означает H₂SO₄.

Если в данном документе указано, что раствор содержит конкретные растворенные ионные частицы, следует понимать, что раствор может содержать одну или несколько ионных частиц с таким же зарядом, что и конкретные ионные частицы, или может не содержать их, и следует понимать, что раствор будет содержать достаточное количество ионных частиц с зарядом, противоположным заряду конкретных ионных частиц, для достижения равновесия электрических зарядов.

Следует понимать, что утверждение в данном документе о том, что раствор содержит конкретное растворенное соединение, означает, что данное конкретное соединение растворяется в растворе обычным образом, независимо от того, данное конкретное соединение растворяется в форме полной нейтральной молекулы, или данное конкретное соединение растворяется с образованием одного или нескольких катионов и одного или нескольких анионов, каждый из которых растворяется отдельно.

Используемый в данном документе органический растворитель представляет собой соединение, которое содержит атомы углерода и является жидким в температурном диапазоне, который включает от 15°С до 25°С.

Если в данном документе указано, что соотношение составляет X:1 или больше, это означает, что соотношение составляет Y:1, где Y больше или равно X. Например, если указано, что отношение составляет 3:1 или больше, данное соотношение может составлять 3:1, или 5:1, или 100:1, но не может представлять собой 2:1. Подобным образом, если в данном документе указано, что соотношение составляет W:1 или меньше, это означает, что соотношение составляет Z:1, где Z больше или равно W. Например, если указано, что отношение составляет 15:1 или меньше, данное соотношение может составлять 15:1, или 10:1, или 0,1:1, но не может представлять собой 20:1.

Далее описаны различные смолы. Каждая смола обычно содержит некоторое количество воды. Каждая смола независимо предпочтительно содержит воду в количестве по весу от 1% до 60% в пересчете на общий вес смолы.

Способ по настоящему изобретению включает стадию (А), на которой раствор (А) приводят в контакт со смолой (А).

Раствор (А) представляет собой водный раствор, который содержит растворенный карбонат натрия (Na₂CO₃), или растворенный бикарбонат натрия (NaHCO₃), или их смесь. Предпочтительным является карбонат натрия. Предпочтительно, если применяется карбонат натрия, количество карбоната натрия в растворе (А) составляет 1% или больше по весу в пересчете на вес раствора (А); более предпочтительно 2% или больше; более предпочтительно 4% или больше. Предпочтительно, если применяется карбонат натрия, количество карбоната натрия в растворе (А) составляет 25% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (А); более предпочтительно 20% или меньше; более предпочтительно 15% или меньше, более предпочтительно 10% или меньше. Предпочтительно, если применяется бикарбонат натрия, количество бикарбоната натрия в растворе (А) составляет 0,1% или больше по весу в пересчете на вес раствора (А); более предпочтительно 0,3% или больше; более предпочтительно 1% или больше, более предпочтительно 3% или больше. Предпочтительно, если применяется бикарбонат натрия, количество бикарбоната натрия в растворе (А) составляет 10% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (А); более предпочтительно 8% или меньше. Предпочтительно рН раствора (А) составляет 8 или выше; более предпочтительно 10 или выше.

Предпочтительно, количество воды плюс количество растворенного карбоната натрия в растворе (А), плюс количество бикарбоната натрия, растворенного в растворе (А), составляет 90% или больше по весу в пересчете на вес раствора (А); более предпочтительно 95% или больше; более предпочтительно 99% или больше. Смола (А) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу. Мольный процент полимеризованных звеньев смолы (А), которые содержат одну или несколько сульфонатных групп, составляет 50% или больше; предпочтительно 60% или больше; более предпочтительно 70% или больше; более предпочтительно 80% или больше; более предпочтительно 90% или больше. Предпочтительно мольный процент полимеризованных звеньев смолы (А), которые содержат одну или несколько азотсодержащих групп, составляет 5% или меньше; более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше; более предпочтительно ноль. Предпочтительно мольный процент полимеризованных звеньев смолы (А), которые содержат одну или несколько фосфорсодержащих групп, составляет 5% или меньше; более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше; более предпочтительно ноль. Предпочтительно мольный процент полимеризованных звеньев смолы (А), которые содержат одну или несколько карбоксильных групп, составляет 5% или меньше; более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше; более предпочтительно ноль.

Предпочтительно смола (А) представляет собой винилароматический полимер. Предпочтительными винилароматическими мономерами являются стирол и дивинилбензол. Предпочтительно количество полимеризованных звеньев одного или нескольких винилароматических мономеров составляет 75% или больше по весу в пересчете на вес полимера; более предпочтительно 90% или больше; более предпочтительно 95% или больше. Предпочтительно смола (А) содержит полимеризованные звенья одного или нескольких мультивиниловых мономеров. Предпочтительно количество полимеризованных звеньев мультивинилового мономера составляет 2% или больше по весу в пересчете на вес смолы (А); более предпочтительно 4% или больше; более предпочтительно 8% или больше; более предпочтительно 10% или больше; более предпочтительно 12% или больше; более предпочтительно 14% или больше. Предпочтительно количество полимеризованных звеньев мультивинилового мономера составляет 30% или меньше по весу в пересчете на вес смолы (А); более предпочтительно 25% или меньше. Предпочтительно смолу (А) получают способом, который включает полимеризацию мономера или смеси мономеров, содержащей один или несколько мономеров, которые являются винилароматическими мономерами, содержащими только атомы углерода и водорода, и затем, после завершения полимеризации, выполнение одной или нескольких химических реакций для присоединения одной или нескольких сульфонатных групп к ароматическим кольцам в полимере.

Предпочтительно смола (А) представлена в виде совокупности частиц. Предпочтительно частицы содержат сшитый полимер. Предпочтительно средний объемный диаметр совокупности частиц составляет 50 мкм или больше; более предпочтительно 100 мкм или больше. Предпочтительно средний объемный диаметр совокупности частиц составляет 1000 мкм или меньше.

Предпочтительно, до того, как смолу (А) приводят в контакт с раствором (А), количество урана в любой форме, характеризуемое как грамм элементарного урана на литр смолы, в смоле (А) составляет 6 г/л или больше; более предпочтительно 10 г/л или больше; более предпочтительно 15 г/л или больше; более предпочтительно 20 г/л или больше. Предпочтительно, до того, как смолу (А) приводят в контакт с раствором (А), количество урана в любой форме, характеризуемое как грамм элементарного урана на литр смолы, в смоле (А) составляет 100 г/л или меньше; более предпочтительно 80 г/л или меньше; более предпочтительно 60 г/л или меньше. Уран в смоле (А) является частью катионного фрагмента, который связан с одной или несколькими сульфонатными группами. Предполагается, что 50 мол.% или больше атомов урана представлены в виде UO₂²⁺.

Предпочтительно, до того, как смолу (А) приводят в контакт с раствором (А), количество железа в любой форме, характеризуемое как грамм элементарного железа на литр смолы, в смоле (А) составляет 1 г/л или больше; более предпочтительно 3 г/л или больше; более предпочтительно 5 г/л или больше; более предпочтительно 7 г/л или больше. Предпочтительно, до того, как смолу (А) приводят в контакт с раствором (А), количество железа в любой форме, характеризуемое как грамм элементарного железа на литр смолы, в смоле (А) составляет 50 г/л или меньше; более предпочтительно 40 г/л или меньше; более предпочтительно 30 г/л или меньше; более предпочтительно 20 г/л или меньше. Железо в смоле (А) является частью катионного фрагмента, который связан с одной или несколькими сульфонатными группами.

Стадии приведения раствора (А) в контакт со смолой (А) и последующего отделения раствора (В) от смолы (В) могут выполняться с помощью любого способа. Предпочтительный способ состоит в обеспечении неподвижного слоя частиц смолы (А) с последующим пропусканием раствора (А) через неподвижный слой частиц смолы (А).

Раствор, который выходит из неподвижного слоя (или иным образом отделяется от смолы (B)), представляет собой раствор (B). Предполагается, что раствор (B) содержит одно или несколько растворенных веществ, которые содержат уран. Для определения количества урана в растворе (B) уместно собрать совокупность всего раствора (B), выходящего из неподвижного слоя или отделенного от смолы (B) иным образом, и рассмотреть "коэффициент очищения U", который представляет собой мольное соотношение общего количества всех атомов урана в любой форме в совокупности раствора (В) и общего количества всех атомов урана в любой форме, которые присутствовали на смоле (А) до контакта с раствором (А). Предпочтительно степень очищения U составляет 0,5:1 или больше; более предпочтительно 0,6:1 или больше; более предпочтительно 0,7:1 или больше; более предпочтительно 0,8:1 или больше; более предпочтительно 0,9:1 или больше.

Предпочтительно процесс прохождения раствора (А) через неподвижный слой смолы (А) продолжают до тех пор, пока концентрация урана в растворе (В) не начнет падать. Например, текущую концентрацию урана можно измерять в зависимости от времени по мере того, как раствор (B) выходит из неподвижного слоя, и можно отмечать максимальную концентрацию. Время можно отмечать, если соотношение текущей концентрации урана в растворе (B) на выходе из неподвижного слоя и максимальной концентрации составляет 0,1:1 или ниже. В этот момент поток раствора (А) предпочтительно останавливается. В этот момент смола (A) считается обедненной по урану, и обедненная смола (A) известна в данном документе как смола (B). Предпочтительно количество урана в виде элементарного урана в смоле (В) составляет 5 грамм на литр смолы (г/л) или меньше; более предпочтительно 1 г/л или меньше; более предпочтительно 0,2 г/л или меньше.

Предпочтительно, количество железа в любой форме, определяемое как грамм элементарного железа на литр смолы, в смоле (В) составляет 1 г/л или больше; более предпочтительно 3 г/л или больше; более предпочтительно 5 г/л или больше; более предпочтительно 7 г/л или больше. Предпочтительно, количество железа в любой форме, определяемое как грамм элементарного железа на литр смолы, в смоле (В) составляет 50 г/л или меньше; более предпочтительно 40 г/л или меньше; более предпочтительно 30 г/л или меньше; более предпочтительно 20 г/л или меньше. Ожидается, что железо в смоле (В) является частью катионного фрагмента, который связан с одной или несколькими сульфонатными группами.

Один вариант осуществления стадии (A) и стадии (B) показан на фиг. 1.

Уместно рассматривать стадии, которые необязательно могут быть выполнены перед стадией (А). В некоторых вариантах осуществления смола (А) содержит некоторые сульфонатные группы, которые связаны с катионами Н⁺. В некоторых из таких вариантов осуществления смолу (A) можно применять непосредственно на стадии (A), описанной выше. Если такую смолу (А) применяют непосредственно на стадии (А), ожидается, что некоторые из карбонат-ионов могут реагировать с водой и с катионами Н⁺ с образованием, помимо других продуктов, газообразного диоксида углерода, и может быть необходимо обеспечивать оборудование, позволяющее выводить газообразный диоксид углерода без чрезмерного повышения давления. В качестве альтернативы и предпочтительно, перед стадией (A) смолу можно подвергать процессу, называемому в данном документе стадиями (W) и (X), который, как ожидается, будет заменять некоторые или все катионы H⁺ на смоле другими катионами. Затем, когда смолу позднее применяют на стадии (А), производство диоксида углерода уменьшается или устраняется.

На стадии (W) смолу (W) приводят в контакт с раствором (W). Подходящие и предпочтительные полимерная композиция и диаметр частиц для смолы (W) являются такими же, что и описанные выше для смолы (A).

Раствор (W) характеризуется рН 8 или выше. Раствор (W) предпочтительно представляет собой водный раствор, который содержит растворенный NH₄OH или MOH, где M представляет собой щелочной металл, или их смесь. Предпочтительно М представляет собой натрий или калий, более предпочтительно натрий. Если применяют MOH, предпочтительно концентрация MOH в воде составляет 0,2% или больше по весу в пересчете на вес раствора (W); более предпочтительно 0,5% или больше. Если применяют MOH, предпочтительно концентрация MOH в воде составляет 5% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (W); более предпочтительно 3% или меньше. Если применяют NH₄OH, предпочтительно концентрация NH₄OH составляет 0,5% или больше по весу в пересчете на вес раствора (W); более предпочтительно 1% или больше. Если применяют NH₄OH, предпочтительно концентрация NH₄OH составляет 8% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (W); более предпочтительно 5% или меньше.

Общее количество раствора (W) можно определить как соотношение общего объема раствора (W) и объема смолы (W) до контакта с раствором (W). Предпочтительно данное соотношение составляет 1:1 или больше; более предпочтительно 2:1 или больше; более предпочтительно 3:1 или больше. Предпочтительно данное соотношение составляет 20:1 или меньше; более предпочтительно 10:1 или меньше.

После стадии (W) осуществляют стадию (X), на которой смолу и раствор отделяют друг от друга. После разделения смолу обозначают как смолу (X). Смола (X) предпочтительно подходит для применения в качестве смолы (A). Необязательно в отношении смолы (X) перед ее применением в качестве смолы (A) можно выполнять дополнительные операции, такие как, например, промывание смолы (X) водой.

Стадии приведения раствора (W) в контакт со смолой (W) и последующего отделения раствора (X) от смолы (X) можно выполнять с помощью любого способа. Предпочтительный способ состоит в обеспечении неподвижного слоя частиц смолы (W) с последующим пропусканием раствора (W) через неподвижный слой частиц смолы (II). Раствор, который выходит из неподвижного слоя, будет представлять собой раствор (X). Предпочтительно процесс прохождения раствора (W) через неподвижный слой смолы (W) продолжают до тех пор, пока концентрация NH₄⁺ или M⁺ в растворе (X) (в зависимости от того, какой катион присутствовал в растворе (W)) не начнет расти. Ожидается, что по мере возрастания текущей концентрации NH₄⁺ или M⁺ в растворе (X) мгновенное значение рН раствора (X) также будет расти. Например, текущее значение pH можно измерять в зависимости от времени по мере того, как раствор (X) выходит из неподвижного слоя. Время можно отмечать, когда текущее значение pH больше 8, или, предпочтительно, больше 9, или, предпочтительно, больше 10. В этот момент поток раствора (W) предпочтительно останавливают.

Предпочтительно после стадии (X) смола (X), которую отделяют от смеси, является подходящей в качестве смолы (A), описанной выше. Предпочтительно после стадии (X) смола (X) характеризуется количеством катионов H⁺, которые связаны с сульфонатными группами, в виде мольного соотношения катионов H⁺ и сульфонатных групп, составляющим 0,1:1 или меньше; более предпочтительно 0,05:1 или меньше; более предпочтительно 0,01:1 или меньше.

Один вариант осуществления стадии (W) и стадии (X) показан на фиг. 2.

Также уместно рассматривать получение смолы (A) или смолы (W). Предпочтительно смолу (A) или смолу (W) получают посредством стадий (R) и (S) следующим образом. Стадия (R) включает приведение в контакт смолы (R) и раствора (R) для образования смеси. Стадия (S) включает разделение смеси на смолу (S) и раствор (S). Смола (S) является подходящей, необязательно после дополнительных стадий, таких как, например, промывание водой, для применения в качестве либо смолы (W), либо смолы (A).

Раствор (R) представляет собой водный раствор, который содержит уран и растворенную серную кислоту. Предпочтительно концентрация урана в растворе (R) в виде элементарного урана составляет предпочтительно 1 г/л или больше; более предпочтительно 2 г/л или больше. Предпочтительно концентрация урана в растворе (R) в виде элементарного урана составляет 50 г/л или меньше; более предпочтительно 20 г/л или меньше; более предпочтительно 10 г/л или меньше. Предпочтительно раствор (R) содержит растворенную серную кислоту в количестве 30 г/л или больше; более предпочтительно 40 г/л или больше. Предпочтительно раствор (R) содержит растворенную серную кислоту в количестве 200 г/л или меньше; более предпочтительно 100 г/л или меньше. Предпочтительно pH раствора (R) составляет 2 или меньше.

В способе по настоящему изобретению раствор (R) приводят в контакт со смолой (R). Смола (R) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу. Мольный процент полимеризованных звеньев смолы (R), которые содержат одну или несколько сульфонатных групп, составляет 50% или больше; предпочтительно 60% или больше; более предпочтительно 70% или больше; более предпочтительно 80% или больше; более предпочтительно 90% или больше. Предпочтительно мольный процент полимеризованных звеньев смолы (R), которые содержат одну или несколько азотсодержащих групп, составляет 5% или меньше; более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше; более предпочтительно ноль. Предпочтительно мольный процент полимеризованных звеньев смолы (R), которые содержат одну или несколько фосфорсодержащих групп, составляет 5% или меньше; более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше; более предпочтительно ноль. Предпочтительно мольный процент полимеризованных звеньев смолы (R), которые содержат одну или несколько карбоксильных групп, составляет 5% или меньше; более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше; более предпочтительно ноль.

Некоторыми примерами коммерческих смол, которые являются подходящими в качестве смолы (R), являются AMBERJET™ 1600H, AMBERLITE™ 200, AMBERSEP™ 200, AMBERLYST™ 35Wet и AMBERLYST™ 40Wet; среди данных трех смол, AMBERLYST™ 35Wet является предпочтительной.

Предпочтительно смола (R) представляет собой винилароматический полимер. Предпочтительными винилароматическими мономерами являются стирол и дивинилбензол. Предпочтительно количество полимеризованных звеньев одного или нескольких винилароматических мономеров составляет 75% или больше по весу в пересчете на вес полимера; более предпочтительно 90% или больше; более предпочтительно 95% или больше. Предпочтительно смола (R) содержит полимеризованные звенья одного или нескольких мультивиниловых мономеров. Предпочтительно количество полимеризованных звеньев мультивинилового мономера составляет 2% или больше по весу в пересчете на вес смолы (R); более предпочтительно 4% или больше; более предпочтительно 8% или больше; более предпочтительно 10% или больше; более предпочтительно 12% или больше; более предпочтительно 14% или больше. Предпочтительно количество полимеризованных звеньев мультивинилового мономера составляет 30% или меньше по весу в пересчете на вес смолы (R); более предпочтительно 25% или меньше. Предпочтительно смолу (R) получают способом, который включает полимеризацию мономера или смеси мономеров, содержащей один или несколько мономеров, которые являются винилароматическими мономерами, содержащими только атомы углерода и водорода, и затем, после завершения полимеризации, выполнение одной или нескольких химических реакций для присоединения одной или нескольких сульфонатных групп к ароматическим кольцам в полимере.

Предпочтительно смола (R) представлена в виде совокупности частиц. Предпочтительно частицы содержат сшитый полимер. Предпочтительно средний объемный диаметр совокупности частиц составляет 50 мкм или больше; более предпочтительно 100 мкм или больше. Предпочтительно средний объемный диаметр совокупности частиц составляет 1000 мкм или меньше.

Предпочтительно, до того, как смолу (R) приводят в контакт с раствором (R), количество урана в любой форме, характеризуемое как грамм элементарного урана на литр смолы, в смоле (R) составляет 5 г/л или меньше; более предпочтительно 1 г/л или меньше; более предпочтительно 0,2 г/л или меньше.

Предпочтительно, до того, как смолу (R) приводят в контакт с раствором (R), смола (R) находится в протонированной форме.

Несмотря на то, что настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной теорией, предполагается, что если раствор (R) приводят в контакт со смолой (R), некоторые или все катионы UO₂²⁺ в растворе (R) будут становиться постоянными для смолы (R), связанными с сульфонат-анионами, присоединенными к смоле (R). Считается, что реакция ионного обмена при загрузке урана на смолу SAC является следующей:

2R-SO₃^-H⁺ + UO₂²⁺ (R-SO₃^-)₂UO₂²⁺ + 2H⁺,

где R представляет собой матрицу смолы.

Раствор (R) и смолу (R) приводят в контакт друг с другом с получением смеси. Предполагается, что будут иметь место некоторые изменения в составах раствора (R) и смолы (R), например, вследствие переноса катионов UO₂²⁺ из раствора (R) в смолу (R). Если смесь разделяют на жидкую часть и твердую часть, жидкая часть будет представлять собой измененный раствор (R), теперь обозначенный как раствор (S); и твердая часть будет представлять собой измененную смолу (R), теперь обозначенную как смола (S). Считается, что смола (S) будет подходящей в качестве либо смолы (W), либо смолы (A), в зависимости от того, будут ли выполняться необязательные стадии (W) и (X). Необязательно смолу (S) будут подвергать необязательным дополнительным стадиям, таким как, например, промывание водой, перед применением в качестве смолы (W) или смолы (A).

Следует отметить, что смол (R) и смол (S) обычно содержат некоторое количество воды. Каждая из смолы (R) и смолы (S) независимо предпочтительно содержит воду в количестве от 1% до 60% по весу в пересчете на общий вес смолы.

Стадии приведения раствора (R) в контакт со смолой (R) и последующего отделения раствора (S) от смолы (S) можно выполнять с помощью любого способа. Предпочтительный способ состоит в обеспечении неподвижного слоя частиц смолы (R) с последующим пропусканием раствора (R) через неподвижный слой частиц смолы (R). Раствор, который выходит из неподвижного слоя, будет представлять собой раствор (S). Предпочтительно соотношение концентрации урана в растворе (R) и концентрации урана в растворе (S) составляет 10:1 или больше; более предпочтительно 50:1 или больше. Предпочтительно процесс прохождения раствора (R) через неподвижный слой смолы (R) продолжают до тех пор, пока концентрация урана в растворе (S) не начнет расти, например, до тех пор, пока соотношение концентрации урана в растворе (R) и концентрации урана в растворе (S) не упадет ниже 10:1. В этот момент поток раствора (R) предпочтительно останавливают. В этот момент смола (S) считается "нагруженной" UO₂²⁺.

Предпочтительно, количество растворенных соединений в растворе (S), отличных от H₂SO₄, составляет 5% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (S); более предпочтительно 2% или меньше; более предпочтительно 1% или меньше.

Вариант осуществления, в котором после стадии (R) и стадии (S) следуют стадия (W) и стадия (X) перед стадией (A), показан на фиг. 3. Вариант осуществления, в котором после стадии (R) и стадии (S) следует стадия (A) без осуществления стадии (W) и стадии (X), показан на фиг. 4. Необязательная стадия промывания смолы (S) после стадии (S) не показана на фиг. 3 и 4.

Также уместно рассматривать получение раствора (R). Раствор (R) можно образовывать с помощью любого способа. Предпочтительно раствор (R) образован следующим образом: выщелачивание урановой руды серной кислотой с получением раствора продукта кислотного выщелачивания; затем пропускание раствора продукта кислотного выщелачивания через сильноосновную анионообменную смолу для захвата анионов [UO₂(SO₄)₃]^4- в смолу; затем удаление урана из смолы путем элюирования серной кислотой с получением элюата, который содержит растворенную серную кислоту (H₂SO₄) и растворенные катионы UO₂²⁺. Элюат можно необязательно разбавлять водой перед дальнейшим применением. Элюат или разбавленный элюат представляет собой раствор (R). Предпочтительно элюат разбавляют перед применением в качестве раствора (R). Предпочтительно соотношение воды для разбавления и элюата составляет 0,4:1 или больше по весу; более предпочтительно 0,6:1 или больше; более предпочтительно 0,8:1 или больше. Предпочтительно соотношение воды для разбавления и элюата составляет 8:1 или меньше по весу; более предпочтительно 6:1 или меньше; более предпочтительно 4:1 или меньше.

Помимо стадий, которые можно проводить перед стадией (A), также уместно рассматривать стадии, которые можно проводить после стадий (A) и (B). На стадиях (A) и (B) получают смолу (B), которая остается загруженной железом, и раствор (B), который содержит растворенный уран. Для извлечения железа или урана, или и того, и другого, можно проводить дополнительные стадии.

Необязательно после стадии (B), перед стадией (C) (определенной ниже) можно проводить одну или несколько дополнительных стадий в отношении смолы (B), в том числе, например, промывание смолы (B) водой.

Предпочтительно после стадии (B) осуществляют стадии (C) и (D) для удаления растворенного железа из смолы (B). На стадии (C) раствор (C) приводят в контакт со смолой (B) с получением смеси раствора (D) и смолы (C), где раствор (C) представляет собой водный раствор, который содержит растворенную H₂SO₄ и необязательно растворенный Na₂SO₄. На стадии (D) раствор (D) отделяют от смолы (С).

Количество H₂SO₄ в растворе (С) составляет 2% или больше по весу в пересчете на вес раствора (С); более предпочтительно 4% или больше; более предпочтительно 6% или больше, более предпочтительно 8% или больше. Количество H₂SO₄ в растворе (С) составляет 20% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (С); более предпочтительно 18% или меньше; более предпочтительно 16% или меньше, более предпочтительно 14% или меньше.

Если применяют Na₂SO₄, количество Na₂SO₄ в растворе (С) предпочтительно составляет 0,1% или больше по весу в пересчете на вес раствора (С); более предпочтительно 0,5% или больше. Если применяют Na₂SO₄, количество Na₂SO₄ в растворе (С) предпочтительно составляет 20% или меньше по весу в пересчете на вес раствора (С); более предпочтительно 15% или меньше, более предпочтительно 10% или меньше.

Если смола (B) содержит железо в количестве 10 грамм на литр смолы, предпочтительно, если раствор (C) содержит Na₂SO₄.

Стадии приведения раствора (C) в контакт со смолой (B) и последующего отделения раствора (D) от смолы (C) можно выполнять с помощью любого способа. Предпочтительный способ состоит в обеспечении неподвижного слоя частиц смолы (B) с последующим пропусканием раствора (C) через неподвижный слой частиц смолы (B). Неподвижный слой смолы (B) может представлять собой тот же неподвижный слой, в котором смолу (A) превращали в смолу (B) на стадиях (A) и (B). Раствор, который выходит из неподвижного слоя смолы (B), будет представлять собой раствор (D). Ожидается, что первая порция раствора (D), выходящая из неподвижного слоя, будет иметь относительно высокое содержание железа. Предпочтительно процесс прохождения раствора (C) через неподвижный слой смолы (B) продолжают до тех пор, пока концентрация железа в растворе (D) не начнет падать. Например, текущую концентрацию железа можно измерять в зависимости от времени по мере того, как раствор (D) выходит из неподвижного слоя, и можно отмечать максимальную концентрацию. Время можно отмечать, если соотношение текущей концентрации железа в растворе (D) на выходе из неподвижного слоя и максимальной концентрации составляет 0,1:1 или ниже. В этот момент поток раствора (C) предпочтительно останавливают. В этот момент смола (B) считается обедненной по железу, и обедненная смола (B) известна в данном документе как смола (C).

Один вариант осуществления стадии (С) и стадии (D) показан на фиг. 5.

Предпочтительно после стадии (B) для удаления урана из раствора (B) осуществляют стадии (E) и (F). На стадии (Е) раствор (В) приводят в контакт с раствором (Е) с образованием смеси, где раствор (Е) представляет собой водный раствор, который содержит растворенный гидроксид металла или гидроксид аммония. Предпочтительно, когда образуется смесь раствора (В) и раствора (Е), соответствующая диуранатная соль выпадает в осадок. Диуранатная соль считается удобной формой урана, которая подходит для различных вариантов применения. Предпочтительными гидроксидом металла или гидроксидом аммония являются гидроксид натрия и гидроксид аммония, которые образуют осадки диураната натрия (SDU) и диураната аммония (ADU) соответственно.

При осуществлении стадии (Е) и осаждении диуранатной соли образуется смесь осажденной диуранатной соли, обозначенной в данном документе как осадок (F), и оставшегося водного раствора, обозначенного в данном документе как раствор (F). На стадии (F) осадок (F) отделяют от раствора (F). Разделение можно осуществлять любым способом, в том числе, например, с помощью фильтрации, центрифугирования и их комбинаций. Раствор (F), который представляет собой по сути водный раствор Na₂CO₃, можно необязательно рециркулировать в качестве раствора (A). Один вариант осуществления стадии (Е) и стадии (F) показан на фиг. 6.

Некоторые конкретные варианты осуществления определенных стадий настоящего изобретения показаны на фигурах. На фиг. 1 показан вариант осуществления стадии (A) и стадии (B). На фиг. 1 из источника 101 подают раствор (A). Источником может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (А) проходит через трубу 102 в контейнер 103, который удерживает смолу (А), но обеспечивает прохождение жидкого раствора после установления тесного контакта со смолой (А). Раствор (А) содержит Na₂CO₃, а смола (А) содержит как уран, так и железо. Раствор (В) выходит из контейнера 103 по трубе 104 и собирается в контейнере 105. Когда раствор (А) проходит через слой частиц смолы (А), уран переходит из смолы (А) в раствор (А), вследствие чего смола (А) (нагруженная ураном) превращается в смолу (В) (с удаленным ураном), и раствор (A) (без урана) превращается в раствор (B) (содержащий уран). Большая часть или все железо, которое было загружено на смолу (A) до стадии (A), остается в смоле (A) на протяжении стадии (A) и стадии (B).

На фиг. 2 показан вариант осуществления стадии (W) и стадии (X). Данные стадии предпочтительно выполняют непосредственно перед стадией (A) и стадией (B). На фиг. 2 из источника 106 подают раствор (W), который характеризуется высоким рН и предпочтительно представляет собой водный раствор NaOH или NH₄OH. Источником может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (W) проходит через трубу 107 в контейнер 108, который удерживает смолу (W), но обеспечивает прохождение жидкого раствора после установления тесного контакта со смолой (W). В этом процессе катионы Н⁺, которые были связаны с сульфонатными группами на смоле, обмениваются на катионы щелочного металла из раствора (W). Раствор (X) выходит из контейнера 108 по трубе 109 и собирается в контейнере 110. После стадии (W) и стадии (X) смола теперь пригодна для применения в качестве смолы (A) на стадии (A), необязательно после одной или нескольких дополнительных операций, таких как, например, промывание водой.

На фиг. 3 показан вариант осуществления стадии (R) и стадии (S), за которым следует вариант осуществления стадии (W) и стадии (X). На стадии (R) и стадии (S) уран загружают на смолу. На фиг. 3 из источника 111 подают раствор (R), который содержит растворенный UO₂⁺. Перед стадией (R) смола (R) содержит малое количество урана или не содержит его. Источником 111 может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (R) проходит через трубу 112 в контейнер 113, который удерживает смолу (R), но обеспечивает прохождение жидкого раствора после установления тесного контакта со смолой (R). Раствор (S) выходит из контейнера 113 по трубе 114 и собирается в контейнере 115. Уран переходит из раствора (R) в смолу (R), вследствие чего раствор (R) (обогащенный по урану) превращается в раствор (S) (обедненный по урану), и смола (R) (обедненная по урану) превращается в смолу (S) (загруженную ураном). Затем смолу (S) применяют в качестве смолы (W), необязательно после одной или нескольких дополнительных операций, таких как, например, промывание водой.

На фиг. 3 из источника 116 подают раствор (W). Источником может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (W) проходит через трубу 117 в контейнер 118, который удерживает смолу (W), но обеспечивает прохождение жидкого раствора после установления тесного контакта со смолой (W). Раствор (X) выходит из контейнера 118 по трубе 119 и собирается в контейнере 120. Стадию (W) и стадию (X) осуществляют, как описано выше. После стадий, показанных на фиг. 3, смола теперь пригодна для применения в качестве смолы (A), необязательно после одной или нескольких дополнительных операций, таких как, например, промывание водой.

На фиг. 4 показан вариант осуществления стадии (R) и стадии (S), выполняемых без применения стадии (W) и стадии (X). На фиг. 4 из источника 121 подают раствор (R). Источником может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (R) проходит через трубу 122 в контейнер 123, который удерживает смолу (R), но обеспечивает прохождение жидкого раствора после установления тесного контакта со смолой (R), вследствие чего смола (R) превращается в смолу (S). Раствор (S) выходит из контейнера 123 по трубе 124 и собирается в контейнере 125. Стадию (R) и стадию (S) осуществляют, как описано выше. В данном варианте осуществления после выполнения стадии (S) смола (S) является пригодной для применения в качестве смолы (A) на стадиях (A) и (B).

На фиг. 5 показан вариант осуществления стадии (С) и стадии (D). На фиг. 5 из источника 126 подают раствор (С). Источником может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (C) содержит H₂SO₄ и Na₂SO₄, и смола (B) обеднена по урану, но нагружена железом. Раствор (C) проходит через трубу 127 в контейнер 128, который удерживает смолу (B), но обеспечивает прохождение жидкого раствора после установления тесного контакта со смолой (B). Раствор (D) выходит из контейнера 128 по трубе 129 и собирается в контейнере 130. Железо переходит из смолы (B) в раствор (D), вследствие чего смола (B) (загруженная железом) превращается в смолу (C) (обедненную по железу), и раствор (C) (обедненный по железу) превращается в раствор (D) (обогащенный по растворенному железу).

На фиг. 6 показан вариант осуществления стадии (Е) и стадии (F). На фиг. 6 из источника 131 подают раствор (Е). Источником может быть любой сосуд или контейнер. Раствор (E) содержит NaOH или NH₄OH, и раствор (B) обогащен по растворенному урану. Когда растворы смешивают, диуранатная соль выпадает в осадок в виде осадка (F), который удаляют, после чего остается раствор с низким содержанием урана (F).

Ниже приведены примеры в соответствии с настоящим изобретением.

Пример получения 1. Загрузка смолы (стадии (R) и (S))

Смолу загружали ураном и железом следующим образом. Смолу помещали в хроматографическую колонку. Объем слоя составлял 20 мл. Смола представляла собой AMBERLYST™ 35WET, макропористую сильнокислотную катионообменную смолу от Dow Chemical Company, в форме H⁺. Обеспечивали прохождение раствора, содержавшего 42 г/л H₂SO₄, и 2,6 г/л U, и 0,82 г/л Fe, через смолу при скорости 1 BV/ч. (объем слоя в час) и температуре окружающей среды (приблизительно 23°C). Выходящий поток анализировали в отношении содержания U и Fe посредством способа атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ICP/AES). Через 9 часов (после 9 BV) концентрация в выходящем потоке составляла <5 ppm U (по весу), в то время как кислота характеризовалась концентрацией, соответствующей исходному раствору. Смола становилась насыщенной после 17 BV, где загрузка смолы составляла 36,3 г/л урана (36,3 г урана на литр смолы) и 12,3 г/л железа. Смола считалась насыщенной, если соотношение концентрации урана в выходящем потоке и концентрации урана в растворе (R) составляло 0,95:1 или выше. Такой была емкость головной колонки в трехколоночной карусельной конфигурации (две на загрузке и одна на регенерации).

После загрузки смолы проводили щелочную промывку смолы (стадии (W) и (X)) с применением 2 BV 2% раствора NH₄OH в воде по весу при скорости 1 BV/ч., с последующей промывкой смолы с помощью 2 BV деионизированной (DI) воды при скорости 1 BV/ч.

Пример 2. Удаление урана (стадии (A) и (B))

Элюирование проводили с помощью 6% раствора Na₂CO₃ (по весу в воде) при скорости 1 BV/ч., при температуре окружающей среды (приблизительно 23°C). После 8 BV жидкость для элюирования заменяли с раствора Na₂CO₃ на воду в течение 3 BV при скорости 1 BV/ч. Весь элюат собирали в серию последовательных образцов. Каждый образец элюата анализировали на содержание урана и железа. Величины "U" и "Fe" представляют вес U или Fe в одном образце. Величины "% U" и "% Fe" представляют совокупный общий весовой процент элюированного U или Fe, исходя из общего веса U или Fe, загруженного на смолу на стадиях (R) и (S). Результаты являются следующими.

Элюирование с применением Na₂CO₃ - Состав последовательных образцов

Элюент Всего (BV) U (мг) % U Fe (мг) % Fe 6% Na₂CO₃ 0,5 40 5,5% 0,01 0,00% 6% Na₂CO₃ 1,0 205 33,8% 0,00 0,00% 6% Na₂CO₃ 1,5 215 63,4% 0,09 0,04% 6% Na₂CO₃ 2,0 81 74,6% 0,06 0,06% 6% Na₂CO₃ 2,5 39 79,9% 0,00 0,06% 6% Na₂CO₃ 3,0 31 84,2% 0,09 0,10% 6% Na₂CO₃ 3,5 24 87,4% 0,00 0,10% 6% Na₂CO₃ 4,0 17 89,8% 0,00 0,10% 6% Na₂CO₃ 5,0 16 92,0% 0,00 0,10% 6% Na₂CO₃ 6,0 6 92,9% 0,00 0,10% 6% Na₂CO₃ 7,0 3 93,3% 0,00 0,10% 6% Na₂CO₃ 8,0 1 93,4% 0,00 0,10% вода 11,0 1 93,5% 0,00 0,10%

При данном элюировании с помощью карбоната натрия практически весь уран (93,5%) был удален из смолы, в то время как практически все железо не было удалено (только 0,1%).

Пример 3. Удаление железа (стадии (C) и (D))

После осуществления примера 2 смолу подвергали элюированию с применением 10 вес.% раствора H₂SO₄ в воде при скорости 1 BV/ч., при температуре окружающей среды (приблизительно 23°C). Образцы собирали и анализировали, как и в примере 2. Результаты были следующими.

Элюирование с применением H₂SO₄

Элюент Образец (BV) U (мг) % U Fe (мг) % Fe H₂SO₄ 1,0 0,13 0,02% 31 12,6% H₂SO₄ 2,0 0,00 0,02% 50 32,9% H₂SO₄ 3,0 0,00 0,02% 15 38,9% H₂SO₄ 4,0 0,00 0,02% 8 41,9% H₂SO₄ 5,0 0,12 0,03% 6 44,4% H₂SO₄ 6,0 0,06 0,04% 6 46,8% H₂SO₄ 7,0 0,00 0,04% 6 49,1% H₂SO₄ 8,0 0,10 0,06% 6 51,4% H₂SO₄ 9,0 0,09 0,07% 6 53,7% H₂SO₄ 10,0 0,18 0,09% 6 56,0%

Элюирование с применением H₂SO₄ (продолжение)

Элюент Образец (BV) U (мг) % U Fe (мг) % Fe H₂SO₄ 11,0 0,20 0,12% 6 58,4% H₂SO₄ 12,0 0,10 0,13% 6 60,7% H₂SO₄ 13,0 0,17 0,16% 6 63,1% H₂SO₄ 14,0 0,16 0,18% 6 65,5% H₂SO₄ 15,0 0,15 0,20% 6 67,9% H₂SO₄ 16,0 0,12 0,22% 6 70,2% H₂SO₄ 17,0 0,12 0,23% 5 72,4% H₂SO₄ 18,0 0,12 0,23% 5 74,4% H₂SO₄ 19,0 0,05 0,24% 2 75,4% H₂SO₄ 20,0 0,06 0,24% 4 76,8%

Элюирование с применением H₂SO₄ (продолжение)

Элюент Образец (BV) U (мг) % U Fe (мг) % Fe H₂SO₄ 21,0 0,05 0,25% 4 78,3% H₂SO₄ 22,0 0,04 0,26% 4 79,7% H₂SO₄ 23,0 0,01 0,26% 2 80,4% H₂SO₄ 24,0 0,01 0,26% 2 81,2% H₂SO₄ 25,0 -0,02 0,26% 1 81,6% H₂SO₄ 26,0 0,02 0,26% 2 82,3% H₂SO₄ 27,0 0,00 0,26% 1 82,6% H₂SO₄ 28,0 0,02 0,26% 2 83,3% H₂SO₄ 29,0 0,00 0,26% 1 83,6%

При данном элюировании с помощью серной кислоты из смолы практически весь уран не удалялся (только 0,26%), а почти все железо (83,6%) удалялось.

Сравнительный пример C4. Попытка извлечения урана

Смолу загружали ураном и железом, как в примере получения 1, за исключением того, что для загрузки смолы использовали только 10 BV раствора урана/железа. Затем осуществляли процесс удаления урана, как в примере 2, за исключением того, что раствор для элюирования вместо карбоната натрия представлял собой 8 вес.% раствор NH₄CO₃ в воде. 80% урана было удалено с помощью жидкости для элюирования, но в ходе процесса образовался неприемлемый осадок. Во время осуществления примера 2 такой осадок не наблюдался.

Сравнительный пример C5. Попытка извлечения урана

Сравнительный пример С4 повторяли со следующими отличиями: Уран и железо загружали с применением 15 BV раствора урана/железа, и после загрузки смолу элюировали с помощью 6 вес.% раствора NH₄CO₃ в воде. 71% урана было удалено, но во время процесса образовался осадок.

Изобретение относится к способу извлечения урана из нагруженной ураном смолы. Раствор (А) приводят в контакт со смолой (А) с получением смеси раствора (В) и смолы (В). При этом раствор (А) представляет собой водный раствор, содержащий растворенный карбонат натрия, бикарбонат натрия или их смесь, а смола (А) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу, которая содержит один или несколько катионных фрагментов, которые содержат уран, и один или несколько катионных фрагментов, которые содержат железо. Проводят отделение раствора (В), содержащего уран, от смолы (В). При этом сильнокислотная катионообменная смола представляет собой полимер, в котором 50 мол. % или больше полимеризованных звеньев содержат одну или несколько сульфонатных групп, ковалентно связанных с данным полимеризованным звеном, а сульфонатная группа находится в протонированной форме, в нейтрализованной форме, включающей один или несколько катионов, отличных от Н⁺, в ионной форме или в их смеси. Способ обеспечивает эффективное извлечение урана, и при этом обеспечивает отделение железа от урана. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл., 5 пр.

1. Способ извлечения урана из нагруженной ураном смолы, предусматривающий:

(A) приведение раствора (А) в контакт со смолой (А) с получением смеси раствора (В) и смолы (В), где раствор (А) представляет собой водный раствор, содержащий растворенный карбонат натрия, бикарбонат натрия или их смесь, и где смола (А) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу, которая содержит один или несколько катионных фрагментов, которые содержат уран, и один или несколько катионных фрагментов, которые содержат железо, и

(B) отделение раствора (В), содержащего уран, от смолы (В),

в котором сильнокислотная катионообменная смола представляет собой полимер, в котором 50 мол. % или больше полимеризованных звеньев содержат одну или несколько сульфонатных групп, ковалентно связанных с данным полимеризованным звеном, и в котором сульфонатная группа находится в протонированной форме, в нейтрализованной форме, включающей один или несколько катионов, отличных от Н⁺, в ионной форме или в их смеси.

2. Способ по п. 1, где способ дополнительно предусматривает стадии, предшествующие стадии (А):

(W) приведения раствора (W) в контакт со смолой (W) с получением смеси раствора (X) и смолы (X),

где смола (W) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу, которая содержит один или несколько катионных фрагментов, которые содержат уран, один или несколько катионных фрагментов, которые содержат железо, и один или несколько катионных фрагментов, которые представляют собой атом водорода,

где раствор (W) представляет собой водный раствор, который характеризуется рН 8 или выше и который содержит растворенный NaOH, или растворенный NH₄OH, или их смесь;

(X) отделения раствора (X), имеющего текущее значение рН больше 8, от смолы (Х) и

(Y) после стадии (X) применения смолы (X) в качестве смолы (А) на стадии (А).

3. Способ по п. 2, где способ дополнительно предусматривает стадии, предшествующие стадии (W):

(R) приведения раствора (R) в контакт со смолой (R) с получением смеси раствора (S) и смолы (S), где раствор (R) представляет собой водный раствор, который содержит от 30 до 200 г/л серной кислоты и который содержит от 1 до 50 г/л урана, и при этом смола (R) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу;

(S) отделения раствора (S), измененного относительно раствора (R) вследствие переноса урана в смолу (R), от смолы (S);

(Т) после стадии (S) применения смолы (S) в качестве смолы (W) на стадии (W).

4. Способ по п. 1, где способ дополнительно предусматривает стадии, предшествующие стадии (А):

(R) приведения раствора (R) в контакт со смолой (R) с получением смеси раствора (S) и смолы (S), где раствор (R) представляет собой водный раствор, который содержит от 30 до 200 г/л серной кислоты и который содержит от 1 до 50 г/л урана, и при этом смола (R) представляет собой сильнокислотную катионообменную смолу,

(S) отделения раствора (S), измененного относительно раствора (R) вследствие переноса урана в смолу (R), от смолы (S), и

(Т) после стадии (S) применения смолы (S) в качестве смолы (А) на стадии (А).

5. Способ по п. 1, где способ дополнительно предусматривает стадии, следующие за стадией (А):

(C) приведения раствора (С) в контакт со смолой (В) с получением смеси раствора (D) и смолы (С), где раствор (С) представляет собой водный раствор, который содержит растворенную H₂SO₄ и растворенный Na₂SO₄, и

(D) отделения раствора (D), содержащего железо, от смолы (С), обедненной по железу.

6. Способ по п. 1, где способ дополнительно включает стадии, следующие за стадией (В):

(E) образования смеси раствора (Е) и указанного раствора (В) с образованием смеси раствора (F) и осадка (F), содержащего осажденную диуранатную соль, где раствор (E) представляет собой водный раствор, который содержит растворенный гидроксид натрия, растворенный гидроксид аммония или их смесь; и

(F) отделения раствора (F) от осадка (F).