СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ХИМИЧЕСКОГО КОНЦЕНТРАТА ПРИРОДНОГО УРАНА
PROCEDURE FOR PROCESSING CHEMICAL CONCENTRATE OF NATURAL URANIUM

Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и фосфора, с использованием экстракционного аффинажа.
4
-3
Известно (В.Б.Шевченко, Б.Н.Судариков. Технология урана. М., Госатомиздат, 1961, с.227), что экстракция уранилнитрата трибутилфосфатом резко ухудшается при наличии в растворе, направляемом на экстракцию, ряда примесей - анионов, образующих с ураном комплексные соединения. Наиболее нежелательными из них являются фосфат- и сульфат-ионы. Отрицательное влияние упомянутых анионов на эффективность экстракции связано с уменьшением коэффициента распределения уранилнитрата между органической и водной фазами и заметно проявляется при сравнительно высоких концентрациях анионов, порядка 0,1÷0,2 N и выше (5÷10 г РО /л или больше).
Известен способ (Ч.Харрингтон, А.Рюэле. Технология производства урана. М., Госатомиздат. 1961, сс. 178÷181) экстракционной переработки концентратов природного урана, включающий экстракцию урана 30±2%-ным ТБФ в углеводородном разбавителе из пульпы с содержанием урана 350÷450 г/л и свободной азотной кислоты 0,8÷1,8 моль/л. Экстракцию проводят до насыщения экстрагента ураном 95 г/л (79%-ное насыщение экстрагента ураном). В упомянутом источнике указано, что концентрация азотной кислоты в применяемом интервале зависит от содержания в пульпе сульфатов, для высаливания урана в органическую фазу необходимо большее количество азотной кислоты, чтобы компенсировать вредное влияние сульфат-иона на коэффициенты распределения. Рафинат содержит урана менее 0,1 г/л. Дополнительно уран из рафината не извлекают, и эти количества урана направляют в отходы.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению для заявленного способа является способ переработки химического концентрата природного урана, включающий его растворение в растворе азотной кислоты, направление раствора на экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана (Заявка RU 2007130841 А, МПК С22В 60/00, опубл. 20.02.2009 - прототип).
Горнорудные предприятия в настоящее время производят ХКПУ по стандартным техническим требованиям ASTM С 967-02а. В соответствии с этими требованиями концентраты могут содержать: фосфора до 0,70 и серы до 4,0 мас.% к урану [U]. При растворении концентратов в растворе азотной кислоты образуются фосфат- и сульфат-ионы - комплексообразователи уранил-иона. В растворе с концентрацией урана 300÷500 г/л, полученном от растворения в растворе азотной кислоты ХКПУ с максимально допустимым содержанием фосфора и серы и направляемом на экстракцию, содержание фосфат-иона может достичь величины 0,07÷0,11 моль/л (6,4÷10,7 г/л) и сульфат-иона 0,38÷0,63 моль/л (36÷60 г/л).
Задачей изобретения является разработка способа переработки химического концентрата природного урана с повышенным содержанием фосфора и серы, обеспечивающего очистку урана от примесей при минимальных потерях урана с рафинатом.
3
3
Поставленную задачу решают тем, что в способе переработки химического концентрата природного урана, включающем его растворение в растворе азотной кислоты, направление раствора на экстракцию урана трибутилфосфатом в углеводородном разбавителе, промывку экстракта с использованием реэкстракта и реэкстракцию урана, растворению подвергают химический концентрат природного урана с повышенным содержанием фосфора и серы, экстракцию урана ведут из растворов с повышенным содержанием фосфора и серы и с концентрацией азотной кислоты 30÷80 г/л до насыщения экстрагента ураном 60÷75%, при этом величину насыщения экстрагента ураном в указанном интервале поддерживают не выше величины, равной (0,3×[НNО]+51), где [HNO] - концентрация азотной кислоты в растворе, направляемом на экстракцию, в г/л.
Способ осуществляют следующим образом.
Перерабатывали ХКПУ с повышенным содержанием фосфора и серы, близким к предельным значениям, приведенным в ASTM С 967- 02 на концентрат урановой руды.
Для экстракционной переработки использовали лабораторный каскад смесительно-отстойных экстракторов в составе четырех блоков: экстракционного (5 ступеней), промывного (2 ступени), реэкстракционного (10 ступеней), регенерации (2 ступени). Отработанный промывной раствор из промывного блока поступал в экстракционный блок.
Исходный раствор уранилнитрата был приготовлен растворением ХКПУ в растворе азотной кислоты и отделен от образовавшегося нерастворимого остатка декантацией. Концентрация уранилнитрата в растворе в пересчете на уран составляла 460÷465 г/л, концентрация свободной азотной кислоты 30÷80 г/л, фосфат-иона 9,9÷10,0 г/л, сульфат-иона 55,2÷55,8 г/л.
3
3
В опытах 1÷6 экстракцию осуществляли 30%-ным ТБФ в углеводородном разбавителе до 60÷85%-ного насыщения экстрагента ураном (до содержания урана в экстрактах 72÷102 г/л). В опытах 1, 2, 3 экстракцию осуществляли до содержания урана в экстрактах 72÷90 г/л (60÷75%-ное насыщение экстрагента ураном), при этом величину насыщения в % в указанном интервале поддерживали не выше величины (0,3×[НNO]+51), где [НNО] - концентрация в исходном растворе азотной кислоты в г/л. Упомянутое соотношение получено экспериментальным путем. В опытах 4, 5, 6 насыщение экстрагента ураном и концентрация азотной кислоты в исходном растворе не соответствуют заявляемым условиям.
Степень насыщения экстрагента ураном обеспечивали соотношением фаз O:В.
Экстракт промывали реэкстрактом при соотношении фаз O:В, равном 10:1, и промытый экстракт направляли на реэкстракцию.
Результаты опытов приведены в таблице 1.
Таблица 1
№опыта
Исходный раствор [НNO<sub>3</sub>], г/л
Экстракт
Рафинат [U], г/л
[U], г/л
Степень насыщения, %
1
30
72
60
<0,01
2
80
90
75
<0,01
3
80
72
60
<0,01
4
80
95
79
0,09
5
55
85
71
0,10
6
80
102
85
1,40
Как видно из таблицы 1, заявляемый способ обеспечивает минимальное содержание урана в рафинатах.
Реэкстракты анализировали на содержание примесей. Результаты экстракционного аффинажа природного урана в опытах 1, 2, 3 (по заявляемому способу) приведены в таблице 2.
Таблица 2
Элементы
Содержание элементов, мас.% к U
По ASTM С 967-02а
Исходный раствор
Реэкстракт
по ASTM С 787-03
опыт 1
опыт 2
опыт 3
As
0,10
0,09
<3×10<sup>-4</sup>
<3×10<sup>-4</sup>
<3×10<sup>-4</sup>
<3×10<sup>-4</sup>
F
0,10
0,10
отсутствует
отсутствует
отсутствует
отсутствует
P
0,70
0,80
<5×10<sup>-3</sup>
<5×10<sup>-3</sup>
<5×10<sup>-3</sup>
<5×10<sup>-3</sup>
S
4,00
4,10
отсутствует
отсутствует
отсутствует
отсутствует
В
0,005
0,003
1×l0<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
Cr
-
0,20
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-3</sup>
Nb
-
0,10
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
Si
0,5 (SiO<sub>2</sub>)
0,64 (SiO<sub>2</sub>)
3×10<sup>-3</sup>
5×10<sup>-3</sup>
2×10<sup>-3</sup>
1×10<sup>-2</sup>
Mo
0,1
0,01
1×l0<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1,4×10<sup>-4</sup>
Та
-
0,10
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
Ti
0,01
0,03
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
W
-
0,01
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
1,4×10<sup>-4</sup>
V
0,06
0,05
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
1,4×10<sup>-4</sup>
Al*
-
0,05
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
*
Ba*
-
0,30
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
Be*
-
0,003
<1×10<sup>-5</sup>
<1×10<sup>-5</sup>
<1×10<sup>-5</sup>
*
Ca*
0,05
0,075
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
Cu*
-
0,03
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
*
Fe*
0,15
0,23
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
Pb*
-
0,30
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
Li*
-
0,03
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
<1×10<sup>-4</sup>
*
Элементы
Содержание элементов, мас.% к U
По ASTM С 967-02а
Исходный раствор
Реэкстракт
по ASTM С 787-03
опыт 1
опыт 2
опыт 3
Mg*
0,02
0,24
<1×l0<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
Mn*
-
1,2
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
Ni*
-
0,10
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
К*
0,2
2,0
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
*
Na*
0,5
>10
5×10<sup>-3</sup>
3×10<sup>-3</sup>
3×10<sup>-3</sup>
*
Th*
1,0
1,17*10<sup>-5</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-4</sup>
*
Zr*
0,01
<0,10
<1×l0<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
<1×10<sup>-3</sup>
*
*- общее содержание примесей, образующих нелетучие фториды, не должно превышать 300 мкг на г U или 3×10<sup>-2</sup>%
Как видно из таблицы 2, заявляемый способ обеспечивает необходимую очистку урана от примесей (в соответствии с требованиями ASTM С 787- 03 на гексафторид урана для обогащения).
Таким образом, заявленный способ обеспечивает очистку урана от примесей при переработке ХКПУ с повышенным содержанием фосфора и серы, а также уменьшает потери урана с рафинатом (<0,01 г/л).