СПОСОБ ИОНООБМЕННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ СЕРНО-КИСЛОТНЫХ РАСТВОРОВ И ПУЛЬП
METHOD OF ION-EXCHANGE URANIUM EXTRACTION FROM SULFURIC SOLUTIONS AND PULPS

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к способу извлечения урана из сернокислотных растворов и пульп.
При сорбционной переработке сернокислых продуктивных растворов выщелачивания урана наиболее экономичным способом десорбции урана из насыщенных анионитов является десорбция раствором серной кислоты /1/.
Преимуществом сернокислотной десорбции является также меньшая экологическая нагрузка на окружающую среду по сравнению со способами, использующими нитратсодержащие растворы.
Несмотря на это, применение сернокислотной десорбции сдерживается необходимостью использования растворов серной кислоты высокой концентрации (150-200 г/л), обеспечивающих достаточную степень десорбции урана из анионита (низкую остаточную емкость урана в анионите) при экономически оправданном соотношении потоков десорбирующего раствора и анионита и содержании урана в товарном десорбате. Высокая концентрация серной кислоты в десорбирующем растворе приводит к ее повышенному расходу, повышенному расходу щелочного реагента на нейтрализацию товарного десорбата, а также к необходимости использования в качестве конструкционного материала дефицитной и дорогостоящей коррозионностойкой высоколегированной нержавеющей стали.
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ ионообменного извлечения урана из сернокислотных растворов и пульп, включающий в себя сорбцию урана анионитом, десорбцию урана, получение готовой продукции из десорбата, где в качестве десорбирующего раствора используют раствор серной кислоты концентрацией 15-18%. /Ю.В.Нестеров. «Иониты и ионообмен. Сорбционная технология при добыче урана и других металлов методом подземного выщелачивания». М., 2007, ООО «Юникорниздат». - 480 с, стр.265-281/.
Недостатком способа-прототипа является высокое содержание серной кислоты в десорбирующем растворе (и товарном десорбате), высокое остаточное содержание урана в анионите после десорбции и большое соотношение потоков десорбирующего раствора и анионита.
Техническим результатом изобретения является повышение содержания урана в товарном десорбате, уменьшение соотношения потоков десорбирующего раствора и анионита, снижение остаточного содержания урана в анионите после десорбции при одновременном уменьшении содержания серной кислоты в десорбирующем растворе.
Технический результат достигается тем, что в способе ионообменного извлечения урана из сернокислотных растворов и пульп, включающем в себя сорбцию урана анионитом, десорбцию урана серной кислотой, получение готовой продукции из десорбата, десорбцию урана из насыщенного анионита ведут раствором серной кислоты концентрацией 70-100 г/л в присутствии 1-2 моль/литр сульфата аммония.
При этом сульфат аммония в оборотном десорбирующем растворе образуется при нейтрализации товарного десорбата перед осаждением товарного продукта. Т.е. дополнительного его введения в десорбирующий раствор не требуется.
Снижение кислотности десорбирующего раствора приводит к уменьшению расхода серной кислоты, расхода щелочного реагента на нейтрализацию.
Увеличение содержания урана в товарном десорбате (уменьшение соотношения потоков десорбирующего раствора и анионита) приводит к уменьшению издержек на осаждение товарного продукта (уменьшение объемов оборудования, расхода реагентов и т.д.).
Использование такого сульфатно-сернокислого десорбирующего раствора позволит использовать в качестве конструкционного материала экономно легированные нержавеющие стали.
Пример 1
Десорбцию урана растворами серной кислоты и серной кислоты в присутствии сульфата аммония проводили в динамических условиях в сорбционных колонках высотой 500 мм, объемом анионита 30 мл. Десорбирующий раствор подавали снизу колонки перистальтическим насосом с расходом 1 объем раствора на объем анионита в час в течение 10 часов.
Содержание урана в насыщенном анионите составляло 49 кг/т. По прототипу - 40 кг/т.
На фиг.1 показаны выходные кривые десорбции урана из анионита АМП растворами серной кислоты различной концентрации в присутствии 1,5 моль/литр сульфата аммония.
В таблице 1 показаны технологические показатели десорбции урана из анионита АМП по способу-прототипу и по предлагаемому способу.
Таблица 1
Технологические показатели десорбции урана из анионита растворами серной кислоты и серной кислоты в присутствии сульфата аммония
Содержание в десорбирующем растворе
Остаточное сод. U в анионите, кг/т
Соотношение потоков дес. р-ра и анионита, V/V
Содержание U в десорбате, г/л
H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>, г/л
SO<sub>4</sub> <sup>2-</sup> моль/л
По прототипу
150-180
-
1,5-2,5
3-4
5-7
По заявляемому способу
57
1,5
0,66
5,0
4
71
1,5
0,25
2,8
7
87
1,5
0,03
2,3
9
100
1,5
0,01
2,0
10
100
1,0
0,02
2,8
7
Как видно из фиг.1 и таблицы 1, добавление 1,5 моль/литр сульфата аммония в раствор серной кислоты концентрацией 71 г/л позволяет получить такой же выход товарного десорбата, как в прототипе - 3 V/V анионита, и такое же содержание урана в товарном десорбате. Однако остаточное содержание урана в анионите в нашем случае (0,25 кг/т) на порядок ниже, чем по прототипу. При увеличении концентрации серной кислоты в десорбирующем растворе до 100 г/л приводит к уменьшению потока товарного десорбата до 2 V/V анионита и уменьшению остаточного содержания урана в анионите еще на порядок - до 0,01 кг/т.
Добавление в раствор 1,0 моль/литр сульфата аммония также позволяет получить такой же выход товарного десорбата, как в прототипе, но при концентрации серной кислоты 100 г/л. Остаточное содержание урана в анионите при этом составляет 0,02 кг/т, что на 2 порядка меньше, чем при десорбции по прототипу.
Пример 2
В десорбирующий раствор серной кислоты концентрацией 100 г/л добавили 1,0 и 1,5 моль/л сульфата аммония.
На фиг.2 показаны выходные кривые десорбции урана этими растворами и раствором чистой серной кислоты концентрацией 100 г/л.
В таблице 1 показаны технологические показатели десорбции урана из анионита АМП по способу-прототипу и по предлагаемому способу.
Добавление в раствор 1,0 моль/литр сульфата аммония также позволяет получить такой же выход товарного десорбата, как в прототипе, но при концентрации серной кислоты 100 г/л. Остаточное содержание урана в анионите при этом составляет 0,02 кг/т, что на 2 порядка меньше, чем при десорбции по прототипу.
Ясно, что дальнейшее уменьшение содержания сульфата аммония в десорбирующем растворе приведет к необходимости одновременного увеличения концентрации серной кислоты до значений, близких к значениям по прототипу.
Увеличение содержания соли сульфата аммония в десорбирующем растворе более 2,0 моль/литр не оправдано технологически (экономически), поскольку приведет к ненужному дополнительному расходу сульфата.
Пример 3
В десорбирующий раствор серной кислоты концентрацией 100 г/л добавили 1,0 моль/л сульфата аммония и 1,0 моль/л сульфата натрия.
На фиг.2 показаны выходные кривые десорбции урана этими растворами и раствором чистой серной кислоты концентрацией 100 г/л.
Добавление в раствор 1,0 моль/литр сульфата натрия практически не приводит к улучшению десорбции урана из анионита по сравнению с десорбцией чистой серной кислотой.
Таким образом, для интенсификации процесса десорбции урана необходим не просто сульфат-ион, но сульфат аммония. Вероятно ион аммония сдвигает равновесие между сульфат- и бисульфат-ионом в десорбирующем растворе в сторону бисульфата, а бисульфат-ион является более сильным десорбентом урана, чем сульфат.
Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет:
- Уменьшить содержание серной кислоты в десорбирующем растворе и товарном десорбате и сократить расход серной кислоты.
- Уменьшить соотношение потоков десорбирующего раствора и анионита на десорбции.
- Увеличить содержание урана в товарном десорбате при уменьшении объема товарного десорбата.
- Уменьшить на 1-2 порядка остаточное содержание урана в анионите после десорбции.