ПРОЦЕСС ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА В ЦИКЛАХ "СМОЛА В ПУЛЬПЕ" (RIP) ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ЗНАЧЕНИЯХ pH
PROCESS OF EXTRACTING URANIUM IN "RESIN IN PULP" (RIP) CYCLES AT HIGH PH VALUES

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к извлечению урана из кремнийсодержащей низкосортной урановой пульпы, выщелоченной серной кислотой.
[0002] Типичный процесс извлечения урана из низкосортной руды включает выщелачивание руды серной кислотой при атмосферном давлении до значения рН, равного в общем случае от 1,0 до 2,0. Уран извлекают из получившегося продуктивного раствора выщелачивания (ПРВ), используя анионообменную (IX) смолу или цикл анионного обмена либо цикл экстракции растворителем (SX). Согласно одному из подходов твердые вещества отделяют от неосветленного ПРВ и уран извлекают в псевдоожиженном слое системы IX. В альтернативном варианте ПРВ осветляют, а затем извлекают уран с применением системы IX с неподвижным слоем или системы SX жидкостной экстракции.
[0003] Использование анионообменной технологии IX извлечения урана из ПРВ, получаемого в результате выщелачивания серной кислотой, сопряжено с проблемой загрязнения диоксидом кремния.
[0004] Загрязнение диоксидом кремния вызывает:
(a) уменьшение скорости адсорбции и элюирования - факторы, которые следует учитывать при проектировании установки для извлечения урана;
(b) повышенные потери смолы - вызваны тем, что при увеличении количества диоксида кремния в смоле выше определенного уровня смола становится хрупкой;
(c) необходимость щелочной регенерации, приводящая к разупрочнению смолы, вызванному осмотическим шоком; и
(d) увеличение капитальных и операционных расходов, связанных с пониженной равновесной активностью смолы при ее загрязнении диоксидом кремния выше определенного уровня.
[0005] Задачей настоящего изобретения является преодоление, по меньшей мере до некоторой степени, вышеуказанной проблемы загрязнения диоксидом кремния.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В настоящем изобретении предложен способ извлечения урана из кремнийсодержащей пульпы, включающий следующие стадии:
(a) выщелачивание пульпы серной кислотой до значения рН, равного в общем случае от 1,0 до 2,0, с получением продуктивного раствора выщелачивания (ПРВ) или пульпы;
(b) после завершения стадии (а) увеличение величины рН ПРВ или пульпы до по меньшей мере 2,5-3,5; и
(c) после стадии (b) извлечение урана из неосветленного ПРВ или пульпы путем ионного обмена.
[0007] Предпочтительно на стадии (b) величину рН повышают до примерно 3,5.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Настоящее изобретение дополнительно описано с помощью примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
На Фиг. 1 графически показана зависимость между временем гелеобразования (полимеризации) диоксида кремния (в логарифмической шкале) от значения рН.
На Фиг. 2 приведены равновесные изотермы адсорбции урана при различных значениях рН.
На Фиг. 3 приведена блок-схема способа в соответствии с заявленным изобретением.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Сразу после выщелачивания диоксид кремния находится в виде монокремниевой кислоты в кислом растворе. Когда со временем пересыщенный раствор, содержащий монокремниевую кислоту, теряет активность, диоксид кремния полимеризуется или превращается в гель и осаждается.
[0010] На Фиг. 1 на логарифмической шкале изображен график зависимости времени гелеобразования или полимеризации от величины рН. Диоксид кремния наиболее стабилен в кислом растворе при величине рН примерно от 2,0 до 2,5, т.к. для его полимеризации требуется больше времени. Как было отмечено выше в описании изобретения, обычно уран выщелачивают при величине рН от 1,0 до 2,0. При этих значениях рН диоксид кремния менее стабилен, склонен к полимеризации и быстрее осаждается из кислого раствора.
[0011] Когда ионообменный процесс используют для извлечения урана из ПРВ или пульпы, по-прежнему наблюдается полимеризация диоксида кремния, и диоксид кремния склонен осаждаться на полимере IX. Таким образом, загрязнение диоксидом кремния становится более сильным, когда операцию извлечения урана проводят при величинах рН, выходящих за пределы оптимальной области стабильности диоксида кремния.
[0012] После извлечения урана отработанную жидкость или пульпу обычно нейтрализуют. Поэтому увеличение значения рН перед адсорбцией урана не ведет к дополнительному расходованию реагента. Этот фактор послужил толчком к созданию способа в соответствии с заявленным изобретением, показанного на блок-схеме на Фиг. 3.
[0013] В соответствии с Фиг. 3 кремнийсодержащую низкосортную урановую руду 10 выщелачивают на стадии 12 серной кислотой 14 при конечном значении рН от 1,0 до 2,0 с получением продуктивного раствора выщелачивания (ПРВ) или пульпы 16.
[0014] На следующей стадии 18 путем добавления извести, известняка или любого иного нейтрализующего реагента значение рН ПРВ увеличивают до значения в диапазоне от более 2,5 до 3,5 и предпочтительно находящегося у верхней границы указанного диапазона.
[0015] Полученный раствор затем подвергают извлечению по способу «смола в пульпе» (RIP, resin in pulp) на стадии 20 с получением урана 22 и отходов 24. На стадии 20 можно использовать систему псевдоожиженного слоя IX, либо, как уже отмечалось, раствор ПРВ можно осветлить, после чего уран извлекают с помощью системы IX с неподвижным слоем.
[0016] В предлагаемом изобретении ожидаемым недостатком способа является возможная потеря урана в процессе регулировки значения рН либо когда значение рН превышает целевое значение. Однако было обнаружено, что если соосаждаемый в этом случае уран привести в контакт со смолой в системе псевдоожиженного слоя или в пульпе, то такой «созагружаемый» уран извлекается на смоле. В случае системы с неподвижным слоем указанный соосажденный уран можно отфильтровать, а получившиеся твердые вещества затем направляют обратно в урановый щелок.
[0017] Преимущества изобретения были подтверждены путем проведения сравнительных испытаний на одной и той же урансодержащей пульпе при значениях рН, равных 1,7 и 3,5 соответственно. Преимущества работы при повышенном уровне рН включают в себя следующее.
1. Увеличение адсорбции урана
1.1. Количество стадий адсорбции можно значительно уменьшить, поскольку скорость загрязнения смолы диоксидом кремния становится существенно ниже и, таким образом, адсорбцию можно проводить на смоле, загрязненной диоксидом кремния до относительно низких уровней. В результате получается более благоприятная равновесная изотерма экстракции.
1.2. Поскольку изменяется вид комплекса сульфата урана, то появляется возможность получать более высокие значения емкости смолы. В результате снижается объемный расход смолы, а также снижается необходимый для работы установки запас смолы, и можно работать при меньших циклах нисходящего элюирования, жидкостной экстракции и осаждения.
1.3. Имеется значительное снижение капитальных (САРЕХ) и операционных (ОРЕХ) расходов благодаря улучшенным характеристикам адсорбции и, следовательно, сниженным значениям необходимого запаса и объемного расхода смолы.
2. Снижение скорости накопления диоксида кремния
2.1. Как показано на прилагаемой Фиг. 2, при значении рН, равном 1,7, диоксид кремния накапливался на смоле со скоростью, составлявшей около 0,5 г/л/ч. Однако при рН, равном 3,5, скорость накопления диоксида кремния была значительно ниже и составляла порядка 0,05 г/л/ч для конкретной пульпы и рассматриваемых эксплуатационных условий.
2.2. Снижение скорости накопления диоксида кремния уменьшает или полностью устраняет необходимость в регенерации смолы и, следовательно, минимизирует разрушение смолы, обусловленное осмотическим шоком. Это снижает операционные расходы.
3. Уменьшение осаждения примесей
3.1. Наблюдается снижение совместной загрузки примесей в смолу, таких как железистые и циркониевые примеси, которые сопутствуют осаждению урана на смолу, так как эти примеси обычно эффективно осаждаются при значении рН больше 3,0. Это позволяет получать более чистый элюат для производства урана, что снижает требования к очистке.