СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФАТНО-ХЛОРИДНЫХ ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРОВ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА Российский патент 2024 года по МПК C22B60/02 C22B3/24 B01D15/04 

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано в технологии природного урана для концентрирования урана из продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания и его очистки.

Способ переработки сульфатно-хлоридных продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания урана заключается в сорбции урана фосфорсодержащим катионитом, промывке катионита водой, двухстадийной десорбции урана растворами углеаммонийной соли: на первой стадии раствором углеаммонийной соли с концентрацией 80-100 г/дм³, на второй стадии - раствором углеаммонийной соли с концентрацией 140-190 г/дм³ и осаждении концентрата урана в виде аммонийуранилтрикарбоната из десорбатов. Технический результат изобретения – увеличение эффективности извлечения урана из сульфатно-хлоридных продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания и очистка урана от хлорид-ионов.

Известен способ переработки сульфатно-хлоридных растворов подземного выщелачивания урана, содержащих 35 мг/дм³ – U, 15000 мг/дм³ – Cl^- ионов, pH 1,6, включающий предварительное разбавление исходного раствора водой до концентрации урана 7 мг/дм³ и рН 6,3 и сорбцию урана сульфокатионитом или карбоксильным катионитом (Ражаббоев И.М. Исследование влияния хлорид-ионов в процессе сорбции и десорбции урана / И.М. Ражжабоев, У.З. Шарафутдинов, О.И. Остонов, Ш.О. Нурмуротова // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 3(84). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11374 (дата обращения: 17.10.2023).

Недостатками данного способа являются:

- низкие значения сорбционной емкости сульфо- и карбоксильных катионитов по отношению к урану, как следствие, снижение эффективности переработки сульфатно-хлоридных продуктивных растворов;

- усложнение технологического процесса необходимостью введения дополнительной операции - предварительного разбавления продуктивных растворов.

Наиболее близким по технической сущности (способ-прототип) является способ переработки сульфатно-хлоридных растворов подземного выщелачивания урана, включающий сорбцию урана винилпиридиновым анионитом, промывку анионита водой, десорбцию урана смешанным раствором NH₄NO₃ (65 г/дм³ по нитрат-ионам) и H₂SO₄ (25 г/дм³), осаждение концентрата урана аммиаком при рН 6,7-7,0 (Титова С.М. Разработка технологии сорбционного извлечения урана из сульфатно-хлоридных растворов скважинного подземного выщелачивания: дис. … канд. техн. наук : 05.17.02 / С. М. Титова; Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б. Н. Ельцина. – Екатеринбург, 2019. – 177 с.).

Недостатками данного способа являются:

- низкая селективность винилпиридиновых функциональных групп анионита по отношению к урану в присутствии хлорид-ионов, как следствие, снижение сорбционной емкости анионитов по урану за счет конкурентной сорбции хлорид-ионов;

- невозможность сорбции катионных комплексов урана, присутствующих в значительном количестве в сульфатно-хлоридных продуктивных растворах, как следствие, снижение эффективности извлечения урана из растворов;

- высокие значения сорбционной емкости винилпиридинового анионита по хлорид-ионам, что обусловливает существенное загрязнение товарных урановых продуктов хлорид-ионом;

- высокие значения остаточного содержания урана в фазе винилпиридинового анионита после десорбции смешанным сульфатно-нитратным раствором.

Технический результат изобретения заключается в увеличении эффективности извлечения урана из сульфатно-хлоридных продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания и очистке урана от хлорид-ионов. Технический результат достигается тем, что:

- фосфорсодержащая функциональная группа ионита имеет высокое сродство к катионным комплексам урана при сорбции из растворов. Установлено, что в сульфатно-хлоридных продуктивных растворах подземного выщелачивания уран находится, в основном, в виде нейтральных молекул UO₂SO₄ и UO₂Cl₂, а также катионов UO₂²⁺ и UO₂Cl⁺. При этом доля анионных комплексов урана [UO₂(SO₄)₂]^2-, [UO₂(SO₄)₃]^4- и [UO₂Cl₃]^- невелика.

- сорбция хлорид-анионов катионитом полностью исключается;

- при десорбции растворами углеаммонийной соли уран образует более прочные карбонатные комплексы по сравнению с комплексным соединением, образованным ураном с функциональной группой катионита, что способствует увеличению степени вымывания урана из фазы насыщенного катионита, повышению концентрации металла в десорбатах.

Способ переработки сульфатно-хлоридных растворов подземного выщелачивания урана заключается в сорбции урана ионитом, промывке насыщенного ионита водой, десорбции урана и осаждении концентрата урана, отличающийся тем, что сорбцию урана ведут фосфорсодержащим катионитом и десорбцию осуществляют растворами углеаммонийной соли в две стадии: на первой стадии раствором углеаммонийной соли с концентрацией 80-100 г/дм³, на второй стадии - раствором углеаммонийной соли с концентрацией 140-190 г/дм³.

В примерах 1-3 представлены результаты экспериментов, подтверждающие эффективность предлагаемого способа переработки сульфатно-хлоридных продуктивных растворов, в сравнении со способом-прототипом.

Пример 1

Сорбцию урана в динамическом режиме осуществляли из раствора, содержащего U - 27,9 мг/дм³; Cl^- - 8,712 г/дм³; H₂SO₄ - 4,41 г/дм³. В вертикально установленные колонки загружали по 5 см³ ионитов в набухшем состоянии. Эксперимент вели в сравнении со способом-прототипом, то есть с применением винилпиридинового анионита. Фильтрацию растворов осуществляли в направлении сверху вниз при удельной объемной нагрузке на колонку, равной 1,5 объемам раствора через 1 объем ионита за 1 ч. Маточники сорбции отбирали на выходе из колонки фракциями. Растворы анализировали на содержание урана методом ICP-AES, и на содержание хлорид-ионов - методом гравиметрии. Процесс вели до уравнивания концентраций урана на входе и выходе из колонок. По результатам эксперимента рассчитывали значения полной динамической обменной емкости (ПДОЕ) ионитов по урану и хлорид-ионам (таблица 1).

Таблица 1

Ионит Тип Функциональная группа ПДОЕ по U,
кг/м³ ионита ПДОЕ по Cl^-,
кг/м³ ионита АНКБ-35 Амфолит Аминокарбоксильная 8,18 0 Lewatit TP260 Амфолит Аминометилфосфоновая 18,40 0 Purolite D5041 Катионит Фосфорнокислая 26,18 0 Axionit VPA-2 Анионит Винилпиридиновая 16,42 35,37

Из результатов таблицы 1 следует, что наибольшим значением сорбционной емкости по урану при сорбции из сульфатно-хлоридных растворов обладает фосфорнокислый катионит Purolite D5041, при этом, в отличие от винилпиридинового анионита, взятого по способу-прототипу для сравнения, хлорид-ионы данным ионитом не сорбировались.

Пример 2

Десорбцию урана из фазы насыщенных ионитов вели, по способу-прототипу, смешанным раствором NH₄NO₃ (65 г/дм³ по NO₃^- - иону) + H₂SO₄ (25 г/дм³). Фильтрацию модельных растворов осуществляли в направлении сверху вниз при удельной объемной нагрузке на колонку, равной 1,5 объемам раствора через 1 объем ионита за 1 ч. Десорбаты отбирали на выходе из колонок фракциями. Растворы анализировали на содержание урана методом ICP-AES. Время фильтрации десорбирующего раствора составило 24 ч. По результатам эксперимента рассчитывали степень десорбции урана и остаточную емкость ионитов по урану (таблица 2).

Таблица 2

Ионит Содержание урана в ионите до десорбции, кг/м³ Остаточное содержание урана в ионите, кг/м³ Степень десорбции урана, % Максимальное содержание урана в десорбате, мг/дм³ Lewatit TP260 18,40 17,88 2,85 21,70 Purolite D5041 26,18 18,42 29,66 181,21 АНКБ-35 8,18 1,16 85,78 759,17 Axionit VPA-2 16,42 1,08 93,44 2555,35

Из результатов таблицы 2 следует, что смешанный сульфатно-нитратный раствор не обеспечивает высоких значений степени десорбции урана. Максимальное значение степени десорбции получено для винилпиридинового анионита Axionit VPA-2. Для фосфорсодержащего катионита Purolite D5041 степень десорбции равна 29,66%, при этом концентрация урана в товарном десорбате составила всего 181,21 мг/дм³, что указывает о невозможности концентрирования урана при сорбционной переработке сульфатно-хлоридных продуктивных растворов.

Пример 3

Десорбцию урана из фазы насыщенных ионитов вели растворами углеаммонийной соли в две стадии. Концентрация углеаммонийной соли (УАС) на 1 ступени составила 80 г/дм³, а на 2 ступени - 190 г/дм³. Соотношение фаз Т:Ж составило 1:5. Время контакта ионитов с десорбирующим раствором на каждой стадии - 1 ч. По окончании эксперимента фазу смолы отделяли от фазы десорбата, отбирали пробы десорбатов, анализировали на содержание урана методом ICP-AES. По результатам эксперимента рассчитывали степень десорбции урана и концентрацию урана в десорбатах (таблица 3).

Таблица 3

Параметр десорбции Lewatit TP260 Purolite D5041 Axionit VPA-2 1 стадия (80 г/дм³ УАС) Концентрация U в десорбате, мг/дм³ 8119,9 16561,9 230,6 Степень десорбции U, % 50,01 77,00 3,51 2 стадия (190 г/дм³ УАС) Концентрация U в десорбате, мг/дм³ 3071,3 3496,2 162,1 Степень десорбции U, % 29,00 21,99 3,23 Суммарные значения Степень десорбции U, % 79,01 98,99 6,74

Применение в качестве десорбента раствора углеаммонийной соли обеспечивает высокое суммарное значение степени десорбции урана (98,99%) из фазы насыщенного фосфорсодержащего катионита Purolite D5041. Концентрация урана в десорбате уже на первой стадии составила 16561,9 мг/дм³, что указывает на возможность эффективного концентрирования урана при переработке сульфатно-хлоридных продуктивных растворов. Такое значение концентрации урана в десорбате достаточно для получения готового продукта - концентрата урана в виде кристаллов аммонийуранилтрикарбоната.

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для концентрирования урана из продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания и его очистки. Способ включает сорбцию урана фосфорсодержащим катионитом, промывку катионита водой, двухстадийную десорбцию урана растворами углеаммонийной соли и осаждение концентрата урана в виде аммонийуранилтрикарбоната из десорбатов. При этом на первой стадии десорбцию осуществляют раствором углеаммонийной соли с концентрацией 80-100 г/дм³, на второй стадии - раствором углеаммонийной соли с концентрацией 140-190 г/дм³. Обеспечивается увеличение извлечения урана из сульфатно-хлоридных продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания и очистка урана от хлорид-ионов. 3 табл., 3 пр.

Способ переработки сульфатно-хлоридных растворов подземного выщелачивания урана, включающий сорбцию урана ионитом, промывку насыщенного ионита водой, десорбцию урана и осаждение концентрата урана, отличающийся тем, что сорбцию урана ведут фосфорсодержащим катионитом, десорбцию осуществляют растворами углеаммонийной соли в две стадии: на первой стадии раствором углеаммонийной соли с концентрацией 80-100 г/дм³, на второй стадии - раствором углеаммонийной соли с концентрацией 140-190 г/дм³.