Способ извлечения урана из фосфорной кислоты Советский патент 1986 года по МПК C22B60/02 

урана в органической фазе составляет 20-3000 мг/л, предпочтительно 50- 500 мг/л.

8.Способ по пп,1-7, отличающийся тем, что в качестве водного раствора экстракции третьего цикла используют раствор фосфорной или хлористоводородной кислоты.

9.Способ по п.1, отличающийся тем, что использ уют водны раствор второй экстракции, содержащий ионы железа (И) .

10.Способ по п.9, отличающий с я тем, что используют водны раствор второй экстракции с содержанием 0,5-100,-О г/л соединений железа Г О .

1. Способ по пп.1-10, о т л и - чающийся тем, что отношение расхода органической фазы первой экстракции к водному раствору второй экстракции составляет 20-60,

12.Способ по пп.1-11, о т л и - чающийся- тем, что дополни-тельное окисление урана (IV)до урана iVI) действием перекиси водорода, воздуха или кислорода осуществляют при повышенном давлении.

13.Способ по пп.1-12, о т л и - чающийс я тем, что в качестве органической экстракционной фазы вта рого цикла используют состав органической экстракционной фазы первого цикла.

1

Изобретение относится к способам извлечения урана из фосфорной кислоты, полученной после выщелачивания урансодержащих руд.

Способ извлечения урана (yi) , содержащегося в сырой фосфорной кислоте, включает в первом цикле обработку очищенной.фосфорной кислоты посредством органической экстракционной фазы для экстракции урана (Vj) но экстрагирующей мало урана(w) , с последующим разделением фаз; обратную экстракцию полученной органи- ческой фазы, обогащенной ураном (VI)

205778

14.Способ по П.1, отличающийся тем, что отношение расхода водного раствора третьего цикла к расходу органической фазы второго цикла составляет 0,2-3,0.

15.Способ по П.1, отличающий с я тем, что при промьшке органической фазы второго цикла . используют раствор с титром, равным титру водного раствора третьего цикла.

16.Способ по пп.1-15, о т л и - чающийся тем, что количество железа, экстрагируемое в первом цикле водным раствором третьего цикла, равно количеству железа, экстрагируе мому в третьем цикле органической фазой второго цикла.

7. Способ по п., отличающийся тем, что количество, железа, экстрагируемое из органической фазы первого цикла водным раствором третьего цикла, равно количеству железа в растворе,отбираемому из водного раствора после контакта с органической фазой второго цикла.

18. Способ поп.1,отлича- ю щ и и с я тем, что рециклиза- цию раствора на стадию осаждения осуществляют после регулирования титра раствора по ионам карбоната и аммония.

9. Способ по пп.1-18, о т л и - чающийся тем, что процесс осуществляют в анодной и катодной камерах одного электролизера.

посредством водного раствора вторичной экстракции урана (VJ , содержащего окислительно-восстановительньш агент в восстановленном состоянии, являющийся восстановителем урана() в уран (W), с последующим разделением фаз и рециклизацией обедненной ураном органической фазы в стадию экстрагирования фосфорной кислоты; окисление указанного вьпие водного раствора, обогащенного ураном (VJ, за счет чего уран (iy окисляют в уран (V() и окислительно-восстановительный во втором цикле - обработку указанного вьопе водного раст- вора посредством второй органической фазы экстракции урана(Vf) с последующим разделением фаз, промывку органи ческой фазы, обогащенной ураном ((у) посредством воды или кислоты t последующим отделением очищенной ор- ганической фазы; восстановление урана посредством обработки очищенной органической фазы водным раствором, содержащим ионы карбоната и аммония, благодаря чему в водной фазе осаждают аммониево-ураниловый трикарбонат., рециклизацию обедненной ураном органической фазы, истощенной предшествующей экстракцией, при не- :обходимости после восстановления ее экстрактивной формы. В третьем цикле, в котором водный раствор, получаемый при обратной экстракции в первом цикле, обрабатьшают полностью в анодной камере электролизера с сепаратором под напряжением постоянного тока, собирая при этом водную фазу, содержащую уран в виде1 (У1) и окислительно-восста;новительный агент в окисленном состоянии, при необходимости дополняя окисление в и (VI) посредством воздействия небольшого количества окислителя, и, в случае необходимости вновь регулируют его титр по комплексообразующей кислоте; обрабатывают раствор посредством органической экстракционной фазы второго цикла, затем обрабатьшают полученную водную фазу в катодной камере эле ктролизера С сепаратором под напряжением постоянного тока по рециклизации его в стадию обратной экстракции первого цикла, в результате чего водный раствор циркулирует в. замкнутом контуре между первьЕМ и вторым циклами.

Исходной фосфорной кислотой обычно является сырая фосфорная кислота, |получаемая путем обработки фосфатных руд серной кислотой после фильтрования при необходимости после предварительной обработки осветлением и стабилизации относительно органических загрязнений и минеральных загрязнений, и содержащая уран (VI). В первом цикле фосфорную кислоту подвергают экстракции посредством оргйнической фазы, экстрагирующей уран() .

/

Органическая фаза экстракции этого первого содержит экстрагент

25

05778

ионов урана (yt) , который экстрагирует небольшое количество урана .Гу), Экстрагент такого типа содержит ка- тионные экстрагенты, например моно- 5 диалкилфосфорные, алкилфосфоновые, алкилпирофосфорные, алкилфенилфос- фоновые кислоты, используемые по отдельности или в смеси.

Для экстракции урана используют

10 смесь ди-(2-этил-гекси )фосфорной кислоты с окисью триоктилфосфина. Смесь может содержать также анионные экстрагенты, например вторичные или третичные алкиламины, не растворимые

15 в воде, и экстрагенты нейтрального 1характера, например триалкилфосфаты.

Органическая экстракционная фаза содержит при необходимости

2 органический разбавитель, инертньй в отношении экстрагентов, для улучшения гидродинамических свойств органической фазы. В качестве раз- бавителя можно использовать многие органические растворители и их смеси, т.е. такие алифатические углеводороды как керосин, ароматические углеводороды, галогенированные углеводороды и петролейные эфиры и т.п. Концентрация экстрагента в разбавителе изменяется от 0,05 М до 100%. Однако обычно используют растворы экстрагента. В случае использования экстрагента в сочетании с синергическим экстракционным агентом

35 молярное отношение раствора повышают от 0,1 до 2 для экстрагента и от 0,01 до 2 для синергического агента.

Экстракцию исходной фосфорной

кислоты осуществляют обычным способом в устройстве контактирования жидкость - жидкость. Это контактирование можно осуществлять в смесителях-отстойниках, в вакуумных колоннах

45 с насадкой или импульсньгх, причем контакт можно осуществлять прямотоком или противотоком. Температуру можно изменять от 20 до , предпочтительно температура около 50°С.

50 Отношение расходов органической экстракционной фазьг к исходной кислоте составляет 0,2-5.

После разделения фаз Органическая фаза содержит уран в степени 55 окисления (v() (учитьшая условия

получения этого раствора, а также другие химические вещества в зависимости от условий ее получения.

30

В частности, фосфорную кислоту и другие анионы и катионы металлов, например АЕ,Ее, Ti,V и т.д. слабой концентрации. Концентрация урана в органической фазе обычно составляет 20-3000 мг металлического урана на литр фазы, предпочтительно 50-500 мг на литр.

Во второй фазе этого первого цикла органическую фазу, обогащенную ураном (v), приводят в контакт с водным раствором вторичной экстракции, являющимся частью третьего цикла.

Водный раствор содержит обычно сильную комплексообразующую кислоту напршчар фосфорную или хлористоводородную, или другие кислоты, или их смеси с тем ограничением, чтобы присутствие этих кислот не вызвало осаждения урана. Водный раствор содержит также окислительно-восстановительный агент восстановления урана (Vt) в уран (IVJ , причем агент находится в восстановленном состоянии. Электрохимический потенциал указанной окислительно-восстановительной пары в рассматриваемом водном растворе ниже пары уран (V|j - уран(у) в- указанном растворе. Типичной окислительно-восстановительной парой является пара железо (Ш) - железо(П) . Следовательно; в случае использования этой пары водный раствор содержит железо в ста пени окисления (). Для смещения равновесия реакции между ионами урана. СИ) и Fe((i) и урана(у) и Fe (Ш) в направлении, благоприятном для производства ионов U(W) , необхо- димо, чтобы раствор содержал значительный избыток ионов железа (и) в сравнении с ионами урана. Концентрация железа в степени окисления (ц) в -растворе составляет 0,5-100 г на литр. Концентрация сапьной кислот в растворе может меняться в широких пределах. Однако на практике с целью получения максимального обеднения урана в органическом растворе концен трацию следует, подбирать в зависимое ти от специфики используемых фаз и от температуры, В случае, когда сильная и комплексообразующая кислота водного раствора представляет собой фосфорную кислоту, ее концентрация в растворе должна находиться в пределах 18-70%,, предпочтительно

0

5

г

O

ir

5

0

больше 28 вес.% Р, Og. Раствор может также содержать ионы железа в степе ки окисления ()Tj); отношение концент. рации ионов железа (ii) к концентрации ионов железа (JTj) может изменяться в широких пределах. Однако на практике применяется величина больше 0,1, но предпочтительно она. должна быть больше 2.

Органическую фазу, содержащую уран в степени окисления (Vlj , и водный раствор йриводят в контакт друг с другом. Температура контактирования составляет 20-80°С,предпочтительно 5 о С.

Отношение расходов органической фазы к водному экстракционному раствору, входящему в зону контактирования, следует по.цдерживать как можно более высоким с целью извлечения урана в виде концентрированного раствора, предпочтительно 20-60о Этот интервал не учитьшает возможную внутреннкйо рециклизацию в аппаратуре.

В ходе контактированр я равновесие распределеиия урана (V) органической фазой и водньм раствором устанавливается быстро, тогда как восстановление урана(у в водном растворе посредством ь осстановитель- Ного агента происходит медленно. Зна- ние этой кинетики восстановления и изотерм распределения урана (Vf) и урана (W) между обеими фазами позволяет регулировать различные параметры контактирования с целью получения максимального результата экстракции.

После контактирования и разделения фаз обедненную ураном органическую фазу рециклизуют в экстракцию исходной фосфорной кислоты в виде циркуляционного контура, составляющего первый цикл изобретения,

Полученная путем разделения водная фаза 5 содержащая ионы урана (SV), окислительно-восстановительный агент в/частично окисленном состоянии полностью подается в анодную камеру электролизера с сепаратором под напряжением постоянного тока, в результате чего собирают водную фазу, содержащую уран в основном, в виде урана (И) и/окислительно-восстановительный агент в окисленном состоянии,

Электролизеры, используемые для осуществления предлагаемого способа, представляют собой известные электро/

лизеры с сепаратором. В качестве сепаратора можно использовать, пористый материал, например керамику, или же пластический материал, пористость которого обеспечивается путем спекания или введением порооб разова- теля, или же ионообменной мембраны, предпочтительно использовать катио- нообменную мембрану, состоящую из перфорированного полимера с группами сульфокислоты. Аноды вьшолнены из графита или металла с электроактивным покрытием, а катоды - из различных металлов, например платины, свинца или сплавов. Конфигурация этих электролизеров обьгано плоская с большой . электродной поверхностью и с малым промежутком между электродами. Предпочтительно использовать батарею электролизеров, установленных последовательно в многокамерном устройстве фильтр-прессного типа. В этом варианте реализации питануе катодных камер можно осуществлять либо последовательно, либо параллельно с целью регулирования расхода жидкости в каждом элементе. Для способствования электрохимическим реакциям целесообразно увеличить активную поверхность электродов или же вызвать дополнительное перемешивание растворов посредством набора перегородок. Питание анодных камер осуществляют также последовательно или параллельно. Кроме того, для уравновешивания давлений в обеих камерах можно обеспечить рециклизацию выходящего раствора.

Частнь1м случаем предлагаемого спо соба является использование анодных и катодных камер, объединенных с сепаратором под напряжением постоянного тока.

Пример. Неочищенную фосфор-. ную кислоту, получаемую влажным способом, предварительно обработанную путем стабилизации органических и минеральных веществ, содержащую 30 вес.% и 100 мг/л урана (W) при расходе 96 вводят в экстрактор, представляющий собой колонну с механическим перемешиванием, куда вводят раствор 0,5 моль ди-(2-этил- гексил)фосфорной кислоты и.0,125 моль окиси триоктилфосфина в керосине, с расходом А8 , осуществляя весь процесс при 50 с.

057788

Органическая фаза, обогащенная ураном,поступает в аппарат вторичной экстракции,в котором поддерживают температуру 55 С.В аппарате вторичной экс5 тракции она контактирует с водным раствором, содержащим: 30 вес.% PjOs; 23,6 г/л ионов железаСи);. 6,1 г/л ионов железа(|Г|) при расходе

10 1,3 .

В аппарате рециклизуют органический поток. Полученный водный поток питает все семь анодных камер бата) реи электролизеров с мембраной, состоящей из перфтор-сульфополимера. Эти камеры размером содержат плоские электроды из графита и снабжены расположенными в шахматном

2Q порядке перегородками, позволяющими удлинить путь электролита и увеличить его скорость. Промежуток между анодом и мембраной 5 мм. Во всех катодных камерах циркулирует фосфор25 ная кислота с титром 30% при расходе 1,8 M /ч, из которой высво- бождают водород. Плоские электроды, вьтолненные из Инколоя, отстоят от мембраны на 5 мм. К электролизеру прикладьшают постоянный ток 6800 А с устанавливающимся на зажимах напряжением 2,9 В. В выходящий из анодных камер водный поток подают перекись водорода с 70%-ной весовой концентрацией при расходе 0,19 кг/ч, и

получаемый поток, содержащий 7 г/л урана (V() и 30 г/л железа (Ш), поступает в экстракционный аппарат, состоящий из шести смесителей-отстойников, в которых поддерживают

температуру , и выходит для подачи во все пятнадцать катодных камер батареи электролизеров с мемб- раной из перфтор-сульфополимера. камеры размером I MV м содержат

плоские электроды из свинца и снабжены расположенными в шахматном порядке перегородками, позволяющими удлинить путь электролита и увеличить его скорость. Расстояние

50 между катодом и мембраной 5 мм. Во всех пятнадцати катодных камерах циркулирует фосфорная кислота с содержанием 30% PJ 05 при расходе 1,8 , из которой вьщеляется водо5 род. Плоские электроды из платино- рутениевого сплава на титане отстоят от мембраны на 5 мм. К электролизеру прикладьшают постоянный ток

14700 A при устанавливающемся на зажимах напряжении.2,9 В.

В экстракционный аппарат таклсе вводят поток с расходом 2,1 органической экстракционной фазы 0,3 моль НВЕНР и 0,075 моль/ТОРО. в керосине. Выходящая органическая фаз поступает в промывочную батарею, содержащую три смесителя-отстойника, где промьшается потоком с расходом 0,21 воды, выходящей в ви де сильно разбавленного раствора фосфорной кислоты, содержащего 0,75% PfiOs- Промытая органическая фаза поступает в аппарат вторичной экстрак1(ии, состоящий из двух сме- сителей-отстойииков, где приводится в контакт сводным раствором карбоната аммония 0,5 моль при проходе 100 л/ч и с водным раствором карбоната аммония 2 моль при расходе 4,2 . Истощенную ураном органическую фазу подвергают регенерации в аппарате, состоящем из смесителя-отстойника, по- средством водного раствора серной кислоты с концентрацией 25 вес.% при расходе 2,1 м /ч. Собирают проРедактор А.Лежнина

Составитель О.Голыжникова

Техред И.Асталош Корректор И. Эрдейи

8551/62

Тираж 567Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ПИП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

10

15

205778 О

мьшочный раствор при расходе 2,2 м /л, титр 10,7 кгМНз/ч,

Водную суспензию фильтруют, маточные растворы рециклизуют, лепешку 5 обжигают с целью получения Uj Og.

Дневной расход установки мощности 300 тыс.т. в год для обработки фосфорной кислотой, выраженной в , составляет: железа - ничтожное количество; перекиси водорода при концентрации 70%.на основе КПД электролитического окисления урана 90% - 4,5 КГ1 электроэнергии - 1500 кВт.ч.

В качестве варианта указанного примера можно использовать батарею электролизеров с одйим сепаратором. Камеры размерами разделены мембраной из перфтор-сульфополимера при промежутке между электродом и мембраной 5 мм. К электролизеру при- кладьшают постоянный ток А с устанавливающимся на зажимах напряжением 2,9 В.

20

Дневной расход электроэнергии тогда уменьшается до 1020 кВт«.