Перспективы переработки урансодержащих отходов горной промышленности Таджикистана

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2013, том 56, №3_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 546.82

И.У.Мирсаидов, Х.М.Назаров, Н.Хакимов, Б.Б.Баротов, академик АН Республики Таджикистан У.Мирсаидов

ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕРАБОТКИ УРАНСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ТАДЖИКИСТАНА

Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан

Исследована возможность переработки урансодержащих отходов из хвостохранилища Карты 1-9 г. Чкаловска. Установлены оптимальные технологические параметры процесса (температура, рН среды, время), позволяющие получать жёлтый кек (U3O8) из отходов с низким содержанием урана. Предложена принципиальная технологическая схема переработки отходов урановой промышленности.

Ключевые слова: уран - хвостохранилище - отходы - переработка - технологическая схема.

Урановые месторождения Таджикистана сыграли необычайно важную роль в практическом решении возникшей в послевоенные годы в СССР проблемы радиоактивного сырья. Пионером этой отрасли стал Комбинат №6 (в настоящее время ГП «Востокредмет»). Общее количество радиоактивных отходов в хвостохранилищах составляет более 55 млн. т [1].

По причине того, что стоимость урана возрастает, отходы уранового производства в Северном Таджикистане становятся привлекательными для различных инвесторов и коммерческих компаний с точки зрения возможной вторичной переработки горных отвалов и хвостохранилищ.

Сведения о вторичной переработке по добыче урана из отвалов ГП «Востокредмет» имеются в работах [2, 3].

В настоящей работе изучена возможность переработки урансодержащих отходов из хвосто-хранилища Карты 1-9 г. Чкаловска. Пробы для лабораторных исследований были отобраны с разных высот и точек отвального поля с помощью короткометражных скважин и шурфов. По скважине или шурфу отбиралась объединённая проба. По окончании пробоотбора скважины и шурфы засыпались нейтральным грунтом.

Химический состав проб определяли рентгеноспектральным методом с использованием спектрометра «SPECTROSCAN MAKS-GF2E».

Содержание естественных радионуклидов в исследуемых пробах определяли гамма-спектральным методом с использованием анализатора импульсов «Nokia». В пробе определялись активности радия-226, тория-232, свинца-210 и полония-210.

Характеристика исходных проб (содержание урана, гранулометрический состав) приведена в табл. 1 , из которой видно, что среднее арифметическое содержание урана в хвостах составляет 0.018%. На рис. 1 и в табл. 2 приведены результаты рентгенофазового и химического анализов проб.

Адрес для корреспонденции: Мирсаидов Илхом Ульмасович. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17а, Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН РТ. E-mail: agentilhom@mail.ru.

Таблица 1

Гранулометрический состав песков (исходных) хвостохранилища Карты 1-9 г. Чкаловска

Номер проб Содержание урана в песках, % Крупность классов, %

-30+48 -48+80 -80+100 -100+150 -150+200 -200

меш

1 0.016 0.9 3.5 6.8 18.2 25.8 44.8

2 0.018 1.7 6.6 8.5 26.0 21.0 36.2

3 0.031 1.4 6.8 6.8 25.5 23.1 36.4

4 0.027 1.3 2.4 9.6 25.5 19.2 42.0

5 0.027 0.7 5.7 4.3 23.0 26.7 39.6

6 0.011 0.3 3.8 6.6 22.1 32.1 35.1

7 0.013 0.9 5.8 5.6 24.3 28.9 34.5

8 0.016 1.3 5.6 7.2 18.8 26.4 40.7

9 0.012 1.1 3.6 8.1 13.2 38.1 35.9

10 0.008 0.9 3.5 6.8 18.2 32.3 38.3

Рис.1. Штрихдифрактограмма проб, отобранных из хвостохранилища Карты 1-9 г. Чкаловска.

Химический состав отходов хвостохранилища Карты 1-9 г. Чкаловска

Таблица 2

Наименование компонентов хвоста 8Ю2 А12О3 Ре2Оэ СаО МяО К2О и Прочие

Содержание компонентов в хвосте, % 69.4 10.7 4.1 2.5 3.8 0.3 0.02 9.18

Особенностью минералов урана является присутствие в них урана в виде кислородных соединений - оксидов. Так как хвосты из техногенного месторождения Карты 1-9 в основном содержат кварц (69%), их подвергали кислотному выщелачиванию. Результаты лабораторных исследований по степени вскрытия и перехода урана в раствор приведены на рис. 2.

с

10 0

0 100 200 300 400

Расход серной кислоты , кг/т

Рис. 2. Влияние расхода серной кислоты на извлечение урана при выщелачивании (U=0.018%, t=20oC, т=10 ч).

Из рис. 2 видно, что при сернокислотном вскрытии хвостов (с содержанием урана 0.0080.021%) переход урана в раствор составляет 61%. Это объясняется тем, что хвосты хорошо обрабатываются серной кислотой.

Кинетика процесса при оптимальном расходе серной кислоты 180 кг/т в интервале температур 293-353 К исследовалась в изотермических условиях с выдержкой пульпы в течение 10 ч в термостатированном реакторе (рис. 3).

2 4 6 3 10 т, "час

Рис. 3. Кинетические кривые выщелачивания хвостов при соотношении Т:Ж=1:2.

Как видно из рис. 3, с увеличением температуры и времени сернокислотное выщелачивание хвостов из хвостохранилища Карты 1-9 возрастает. В изученном интервале температур степень извлечения урана увеличивается от 60 до 90%. Кинетические кривые выщелачивания хвостов исследовали при температурах 293, 313, 333 и 353 К.

Как видно из графика зависимости константы скорости от температуры, в координатах ^ К -1/Т (рис. 4) почти все экспериментальные точки хорошо укладываются на прямую линию, то есть эта зависимость может быть описана уравнением Аррениуса. Из величины тангенса угла наклона прямой можно определить энергию активации.

На основе обработки кинетических кривых была определена эмпирическая энергия активации, величина которой (Е=6 кДж/моль) свидетельствует о протекании процесса выщелачивания в кинетической области.

Проведённые исследования раскрывают механизм протекания процесса сернокислотного выщелачивания хвостов и дают возможность выбора рационального режима извлечения урана из хвостов.

Далее проведено сравнительное выщелачивание четырёх проб при различных соотношениях Т:Ж; различных расходах Н2804 кг/т с добавкой НК03. Результаты сведены в табл. 3.

Рис. 4. Зависимость ^ К от обратной абсолютной температуры.

На основании проведённых исследований предложена принципиальная технологическая схема переработки урановых отходов (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная технологическая схема переработки урановых отходов из хвостохранилища Карты 1 -9

г. Чкаловска.

Таблица 3

Сернокислотное выщелачивание урансодержащих отходов из хвостохранилища Карты 1-9

ГП «Востокредмет»

№ проб н (ч Фильтрат Отмывка I Отмывка II Тв. Извлечение, %

0х £ 2 ТГ о т сч я О <и « л X V, мл и, г/л Ре+3, г/л Ре+2, г/л V, мл и, г/л V, мл и, г/л после выщ-елач. и,% по жидким по твёрдым

150 24 27.0 0.019 0.06 1.62 27.0 0.013 25.0 0.001 0.016 17.64 21.42

180 10 13.0 0.085 2.5 2.37 20.5 0.030 21.0 0.010 0.004 91.9 80.95

о  <М о 288 50 85.5 0.085 4.8 0.84 50.0 0.020 50.0 0.011 0.004 83.9 80.95

о 315 20 27.0 0.090 5.58 0.98 20.5 0.055 21.0 0.006 0.004 87.61 80.95

450 8 8.0 0.080 5.58 1.4 18.5 0.030 - - 0.005 71.13 76.19

60 30 47.5 0.013 0.03 0.25 30.5 0.003 31.0 0.002 0.007 24.08 31.82

о 90 40 65.0 0.034 2.0 0.28 41.0 0.012 40.0 0.003 0.008 64.13 27.27

<м о о' 100 36 57.5 0.036 2.34 0.22 34.5 0.004 36.0 0.003 0.005 54.54 58.48

180 50 94.0 0.035 2.79 нет 50.0 0.013 50.5 0.004 0.003 93.85 72.72

60 30 48.0 0.012 0.06 0.28 31.0 0.002 34.5 0.001 0.005 28.02 37.5

о 00 о 90 40 64.0 0.023 1.79 0.28 39.0 0.008 40.0 0.002 0.002 58.25 75.0

го о о' 100 36 59.0 0.024 2.04 0.08 37.0 0.007 36.0 0.002 0.003 60.66 62.5

180 50 92.0 0.021 1.95 0.11 49.5 0.009 50.0 0.002 0.002 61.75 72.5

90 40 58.0 0.026 0.06 0.84 40.0 0.003 41.0 0.003 0.008 34.45 34.61

100 36 53.5 0.035 0.06 0.84 37.5 0.016 37.0 0.003 0.007 55.59 46.15

110 36 50.5 0.046 - - 36.0 0.020 33.0 Нет 0.004 65.72 69.23

110 36 54.5 0.047 - - 35.0 0.016 33.5 0.001 0.004 68.01 69.23

о СП 120 30 44.5 0.044 - - 30.0 0.017 30.0 0.001 0.004 64.6 69.23

о о' 120 30 47.5 0.048 - - 32.0 0.021 31.5 Нет 0.003 75.94 72.3

130 36 53.0 0.044 - - 36.0 0.016 36.0 0.003 0.004 65.01 69.23

130 36 54.0 0.046 - - 36.0 0.009 36.0 0.009 0.003 67.88 72.3

180 50 89.0 0.044 3.4 нет 48.0 0.015 50.0 0.003 0.003 73.0 76.92

315 20 32.0 0.055 3.9 0.43 21.0 0.015 20.5 0.008 0.003 86.11 76.92

Отходы помещаются в реактор из нержавеющей стали с механическим перемешиванием, с добавлением Н2804 концентрацией 40-70 мас%. Расход Н2804 - 60-350 кг/т. Выщелачивание проводится при 65...70°С. Продолжительность времени выщелачивания - 6 ч. Соотношение Т:Ж=1:2 (азотная кислота вводится для пассивации оборудования). В растворах уран находится в виде соли сульфата уранила.

Затем производят нейтрализацию растворов аммиачной водой из расчёта 0.03-0.09 кг аммиачной воды на 1 кг урана:

2(И02)804 + бадОН ^ (N^№07 + 2(^)2804 + ЗН2О.

Пульпу фильтруют, осадок диураната аммония сушат при температуре 80-100°С. Полученный диуранат аммония подвергают прокалке при температуре 600... 900°С и получают готовый продукт -закись-окись урана (и308). Выход продукта составляет 90^99%.

Поступило 14.01.2013 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хакимов Н., Назаров Х.М., Мирсаидов И.У. Физико-химические и технологические основы переработки отходов урановой промышленности. - Душанбе: Мавлави, 2012, 120 с.

2. Мирсаидов У.М., Хакимов Н., Назаров Х.М. - ДАН РТ, 2005, т.48, №7, с.103-109.

3. Хакимов Н., Назаров Х.М. - ДАН РТ, 2005, т.48, №7, с.103-109.

И.У.Мирсаидов, Х.М.Назаров, НДакимов, Б.Б.Баротов, У.Мирсаидов

ИМКОНИЯТ^ОИ КОРКАРДИ ПАРТОВХОИ СУНЪИИ УРАНДОРИ САНОАТИ КУ^ИИ ТО^ИКИСТОН

Агентии амнияти ядрои варадиатсионии Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Имконияти коркарди партовхои урандор аз партовгохи «Карта 1-9», ш.Чкаловск омухта шудааст. Параметрхои технологии муносиби раванд (харорат, рН-и мухит, ва;т) муайян карда шудаанд, ки аз партовхои дорои микдори ками уран хосил кардани «кеки зард»-ро имкон медиханд. Схемаи технологии коркарди партовхои саноати уранй пешниход карда шудааст. Калима^ои калиди: уран - партовгоу - партовуо - коркард - схемаи технологи.

I.U.Mirsaidov, Kh.Nazarov, N.Khakimov, B.B.Barotov, U.Mirsaidov PERSPECTIVES FOR URANIUM-BEARING WASTE REPROCESSING FROM FORMER MINING AND MILLING ACTIVITY IN TAJIKISTAN

Nuclear and Radiation Safety Agency, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

The possibility for uranium-bearing waste reprocessing from uranium tailings Map 1 -9, Chkalovsk city is investigated. Optimal process (temperature, pH medium, time) technological parameters are determined, allowing producing yellow cake (U3O8) from waste with low uranium content. Basic process flow diagram for uranium industry waste reprocessing is proposed. Key words: uranium - tailings - waste - reprocessing - process flow diagram.