Способ извлечения урана Советский патент 1981 года по МПК C22B60/02 

(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА

1

Изобретение относится к гидрометаллургическим cnoco6aNi извлечения металлов, а именно к извлечению урана из растворов экстракцией.

Известен способ извлечения урана из фосфорнокислых растворов, включающий экстракцию смесью диалкилфос«форной кислотой и окисью триалкилфосфина, в частности смесью ди-(2этилгексил)-фосфорной кислоты и окиси три-Н-октилфосфина, в инертном разбавителе, реэкстракцию урана из органической фазы аммиаком и карбонатом аммония, отделение уранилтрикарбоната аммония и. рециркуляцию органической фазы. Извлечение урана составляет 88-95% l.

f

Недостатком способа является образование эмульсии за счет неполного разделения фаз и загрязнение ионами аммония фосфорной кислоты после реэкстракции.

Цель изобретения - возможность утилизации ионов аммония в виде фосфатов аммония за счет улучшения раздела фаз и отсутствия образования эмульсии и получения обезуранной фосфорной кислоты не загрязненной ионами аммония.

Эта цель достигается тем, что согласно способу извлечения урана из фосфорнокислых растворов, включающему экстракцию смесью диалкилфосфорной кислоты и окиси триалкилфосфина в инертном разбавителе, реэкстракцию аммиаком и карбонатом аммония, отделение полученного уранилтрикарбоната аммония и рециркуляцию

10 органической фазы, реэкстракцию проводят в две или три ступени с подачей аммиака противотоком в нижнюю часть первой ступени до рН 8,0-8,5 и раствор карбоната аммония в нижнюю

15 часть последней ступени в количестве 50-80% от стехиометрически необходимого для перевода урана в уранилтрикарбонат аммония и нейтрализации дисьлкилфосфорной кислоты.

20

Сущность способа заключается.в том, что для разделительного введения реэкстрагентов необходимо по меньшей мере две ступени. Одновременная добавка двух реактивов не позво-. ляет произвести хорошего отделения железа, которое находится в уране или растворителе.

Преимущественно- используют три

На первой ступени вводят гидроокись аммония или газообразный аммиа до рН 8,0-8,5. При рН ниже 8,0 коэффициент реэкстракции уменьшается и система реэкстракции выводится из рановесия, уран концентрируется в водной фазе второй ступени, что вызывает обеднение водной фазы на выходе первой ступени.

Если, например, вводят гидроокись аммония в таком количестве, чтобы рН было равно 7,5 в аппарат реэкстракци для обработки органического экстракта, содержащего 0,24 г/л урана, то получают концентрацию урана в водной фазе второй ступени приблизительно в 500 раз выше, чем концентрация урана в водной фазе первой ступени, которая достигает только 0,014 г/л вместо приблизительно 3,2 г/л.

Для рН выше 8,5 увеличивают количество гидроокиси аммония, вводимое в реакцию, без- наблюдения увеличения коэффициента реэкстракции урана Также, в этом случае наблюдгиот образование эмульсий, что делает разделение фаз затруднительным, даже невозможным. Используемые растворы гидрсокиси аммония имеют молярную концентрацию от 6,5 М до 7,5 М.

Карбонат аммония в виде водного раствора вводят на третью ступень аппарата реэкстракции. Количество карбоната аммония таково, что общее количество ионов аммония, введенных в виде карбоната, представляет 5080% стехиометрического количества, необходимого для нейтрализации диалкилфосфорной кислоты, содержащейся в растворителе, и для перевода урана в уранил трикарбонат аммония. Применение количества карбоната аммония выше 80% стехиометрическоГО количества приводит к очень повышенной щелочности в аппарате реэкстракции, что вызывает ранее описанные нарушения для рН выше 8,5. Введение карбоната аммония в количествах ниже 50% от стехиометрического количества приводит также к нарушениям в сиетеме, вызывая обеднение ураном жидко фазы первой ступени.

Аммиачный растворитель, выходя из аппарата реэкстракции, восстанавливается подкислением. Используемая кислта может быть фосфорной или соляной, но преимущественно используют фракци обеэураненной фосфорной кислоты, выходящую со стадии экстракции. В этом последнем случае восстановление осущствляется добавкой от 1 до 10% по объему обезураненной фосфорной кислоты в аммиачный растворитель. После этой обработки получают с одной стороны органическую фазу, образованную растворителем, не содержащим болше ионов аммония и которая вновь содержит первоначальное количество воды и,с другой стороны, водную фазу, содержащую соль аммония.

Раствор фосфорной кислоты концентрацией, равной или ниже 35%, содержит в основном от 0,05 до 0,20 г/л урана, от 2,0 до 5,6 г/л железа и максимум 2 г/л кальция.

Раствор окисляют таким образом, чтобы перевести весь уран в шестивалентный (ион-уранила). Одновременifo железо переходит в трехвалентное состояние (трехвалентное железо).Это окисление может быть осуществлено любым известным методом, таким, как барботирование воздухом или добавкой хлорита или воды, насьлденной кислородом. Преимущестбенно используют воду, насыщенную кислородом, так как ее применение позволяет произвести быструю реакцию для минимума реактива. Например, используют приблизительно 1,8-1,9 л воды, насыщенной кислородом на 160 объемов из 1 м фосфорной кислоты.

Окисленную фосфорную кислоту отправляют в экстрактор где она контактирует с противотоке с экстрагентом смесью диалкилфосфорной кислоты, в частности ди-(2-этилгексил)-фосфорной кислоты, с окисью триалкилфосфина, в частности три-И-октилфосфина в растворе в растворителе, несмешивающемся с водой и нереактивноспособным, таким, как бензол, И-гептан и, в частности смесь углеводородов, такой, как керосин. Отношение объема фосфорной кислоты к экстрагенту преимущественно заключено между 1 и 10.

Концентрация ди-(2-этилгексил)-фосфорной кислоты наиболее часто 0,1-1 моль/л растворителя и концентрация окиси три-н-октилфосфина 0,025-0,25 моль/л растворителя.

Экстракцию осуществляют в любом аппарате известного типа, таком, как смеситель-отстойник при 25-б5С, преимущественно близкой к .

Обезураненную фосфорную кислоту выводят из экстрактора через трубопровод.

Наибольшую часть отправляют на оклсщирование, а одну фракгдпю отправляют в бак подкг.слания. Растззоритель обогащенный ураном и загрязненный металлическими ионами, в частности ионами трехвалентного железа, отправляют на установку промывки, где удаляют главным образом ионы фосфорной кислоты, захваченные растворителем.

Растворитель, обогащенный ураном и промь2тый, направляют в установку реэкстракции,

Установка реэкстракции содержит преимущественно три ступени. Растворитель, обогащенный ураном, вводят

на первую ступень установки реэкстракции через трубопровод и он циркулирует тут же под действием силы тяжести. Также на первую ступень вводят раствор гидроокиси а№.5ония или газообразный аммиак. Расход гидроокиси агфюния или аммиака регулируют, например, при помощи клапана, управляемого рН метром таким образом, чтобы поддерживать значение рН мелуду 8,0 и 8,5. На последней ступени аппарата реэкстракции вводят раствор карбоната аммония или смесь газа, содержащего углерод и а1-лмиака, предварительно растворенного в воде в количестве, близком к 50-80% стехиометрического количества такого, какое ранее определено.

Если установка реэкстракции функционирует, то растворитель, обогащер;ный ураном или железом, который сначала контактирует с Г5адроокисью аммония, понемногу превращается в гидртированную соль аммония. Водная фаза которая перемещается противотоком, обогащается ураном и железом, карбонат аммония образует с ураном уранил трикарбоната аммония, который остается в растворе, а железо выпадает Б осадок.в виде гидроокиси. Этот осадо отделяют отстаиванием водной фазы. Его извлекают непрерывно или периодично, фильтруют и возвращают в- цикл раствор, полученный в установке реэкстракции. Водная фаза, содержащая уранил трикарбоната , выходит из установки реэкстракции через трубопровод .

Обезураненный экстрагент, выходящий после реэкстракции в виде соли амглония, отправляют по трубопроводу в бак подкнсления,куда также вводят фракцию фосфорной кислоты, поступающей из экстрактора. Очищенный экстрагент, выходя из бака подкисления по трубопроводу, возвращается в цикл в установку экстракции. Разложение соли аммония в экстрагенте с помощью) фосфорной кислоты приводит к образованию фосфата аммония, поступающех-о в продажу. Последний может быть отделен кристаллизацией, полученные маточные растворы возвращают в цикл преимущественно в бак подкисления.

Водная фаза, которая содержит ураиил трикарбоната аммония в рартворен- ном виде, выходит из реэкстрактора по трубопроводу, Уран извлекают извecтны . слособом либо в виде окисла, либо в виде ураната натрия в соответС1ВИИ с обработкой, которую применяюют краствору уранила трикарбоната аммония. Например, получают трехокиоь урана (VO), подвергая раствор уранила трикарбоната аммония в реактоoре барботированию воздухом при температуре, заключенной между ЭО-ЮО С в течение около 6 ч.После фильтрации, промывки водой, сушки при 120°С и обжиге при 400°С получают трехокись

5 урана.

Уранат натрия получс1ЮТ нейтрализацией гидрата окиси натрия при температуре около 80°С из раствора уранила трикарбоната аммония предварительно дегазированного барСотирова0нием воздуха при для ликвидации газа, содержащего углерод, и аммиака. Уран осаждают добавкой гидроокиси натрия в растворе, действуя при в течение 1 ч. После филь5трации и промывки водой при собирают уранат натрия, который можно в дальнейшем перевести в диуарант аммония или в трахокись урана.

Пример,2,5м раствора фос0форной кислоты при температуре около 60°С имеет концентрацию 345 г/л, содержание в нем урана около 0,06 г/л, содержание в нем железа около 1,91 г/л, заливают в бак,

5 охлаждают до , окисляют при помощи 4,5 л перекиси водорода со 160 объемами таким образом, что весь уран переходит в степень окисления тб, железо окисляется в трехвалентное железо. Заканчивают окисление

0 переглешиванмем раствора в течение .

Полученный раствор переводят при температуре около 40°С в экстрактор по 25,6 л/ч. Экстрагент вводят

5 по 7,05 л/ч. Экстрагент, содержащий 0,5 М ди-(2-этилгексил)-фосфорной кислоты и 0,125 М окиси три-Ь-октилфосфина в керосине вводят по 7,05 л/ч в экстрактор, образованный пяти сту0пенями смесителей-отстойников.

Водный раствор, выходящий из экстрактора по трубопроводу с расходом около 25,6 л/ч и 0,8 л/ч, направляют в бак подкисленич для восстанов5ления органической фазы в конце цикла экстракции. Органическая фаза из экстрактора по трубопроводу проходит в установку промывки с двумя ступенями смесителей-отстойников,где

0 исключают некоторые примеси, в частности ионы фосфорной кислоты. Промывку осув1ествляют противотоком при 40°С, расход промывочных вод составляет 1,3 л/ч. Экстрагент, очищенный

5 и обогащенный ионами уранила и трехвалентного железа, переходит в реэкстрактор. Он содержит 0,27 г/л урана и 0,350 г/л железа,

Реэкстрактор составлен из трех ступеней смесителей-отстойников,фу}зкционирующих противотоком. Реэкстракцию осуществляют при 40с. В. смеситель первой ступени подают обогащенную органическую фазу с расходом около 7,05 л/ч и вводят противотоком раствор гидроокиси аммония до рН равным 8,5 на первой ступени реэкстрактора. С этой целью используют раствор гидроокиси аммония (7 М) с расходом 0,22 л/ч. В смеситель третьей ступени реэкстрактора вводят раствор карбоната аммония, концентрацией 140 г/л с расходом около 0,9 л/ч, что соответствует 74% стехнометрически необходимого количества для перевода урана в уранилтрнкарбонат йммония и нейтрализации аммиака. Обе зу-1эаненный экстрагент выходит из ;реэкстрактора с расходом oKon - и л ч-& :о концентрация по ( г/л. Экстрагент апра |ййК Д 1есЯтель подкисления . р ходом 7,60 л/ч |и oOsrj SffiifcaB aJ&T фракцией кислого рас1 т8о а,, и йЧейд|( экстрактора, с рас. ходом й сдда 0, 80 л/ч. Регенерированную. .органическую фазу возвращают на экстракцию.

На всех ступенях реэкстрактора и, в частности на первой ступени образуются осадок гидроокиси железа (2,9 кг влажного осадка на 2,5 м переработанной кислоты).

Водную фазу, содержащую уранилтрикарбонат ак-адония, приблизительно ПО 3,55 г/л урана и оса} щенное железо извлекают через определенные интервалы или непрерывно, отфильтровывают, затем чистый раствор возвращается в цикл. Через очищенный раствор уранилтрикарбоната аммония при 5 95 с барботируют воздухом в течение 6 ч, фильтруют, промывают водой, сушат при 120 С и обжигают при и получают ураножелезистый концентрат, образованный трехокисью -урана, 0 содержащей 142 г урана. Этот концентрат содержит только 0,25% железа по отношению к урану. Общий выход по урану около 95%.

Формула изобрет т

5 Способ извлечения урана из фосфорнокислых расТворов, включающий экс- тракцию смесью диалкилфосфорной кислоты и окиси трйалкилфосфина в инертном разбавителе, реэкстракцию аммиаком и карбонатом аммония, отделение полученного;уранилтрикарбоната аммония, и рециркуляцию органической фазы, отлйчлющийся тем, ЧТО;с целью возможности утилизации ионов аммония в виде фосфатов аммония, реэкстракцию проводят в две или три ступени с подачей противотоком в нижнюю часть первой ступени до рН 8,0-8,5 и раствор карбоната аммония в нижнюю часть последней ступени в количестве 50-80% от стехиометрически необходимого для перевода урана в уранилтрикарбонат и нейтрализации диалкилфосфорной кислоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Металлургия цветных и редких металлов. М. ВИНИТИ } , т. б, с. 100-104.