СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ПРИРОДНОГО УРАНА ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
EXTRACTION METHOD OF NATURAL URANIUM CONCENTRATE FROM SULPHURIC ACID SOLUTIONS OF UNDERGROUND LEACHING, AND PLANT FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана из продуктивных растворов и пульп, в частности, для получения концентратов природного урана при сернокислотном подземном выщелачивании с использованием нитратно-сернокислотной десорбции сорбента.
Известен способ извлечения урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания, включающий их сорбцию на сильноосновной анионит и последующую десорбцию сернокислым раствором аммиачной селитры в каскаде противоточных ионообменных колонн (см. патент RU №2034056, С22В 3/24, С22В 60/02, опубл. 1995.04.30)
Недостатком известного способа является большой расход реагентов, что приводит к увеличению выбросов в окружающую среду.
Известен способ сорбционной переработки продуктивных растворов, включающий подготовку растворов к сорбции, сорбцию урана анионитами, десорбцию урана, выделение урана из товарных десорбатов с дополнительными операциями отмывки, донасыщения и конверсии анионита в соответствующую продуктивному раствору форму (сульфатную) обработкой его крепкими растворами серной кислоты с образованием дебаланса технологических растворов (см. «Гидрометаллургическая переработка уранорудного сырья» под ред. Д.И. Скороварова, М,: Атомиздат, 1979 г. с 394-398).
Однако, образующийся дебалансный раствор удаляют из технологического процесса, сбрасывая его в подземные горизонты вместе с оборотными отработанными продуктивными растворами, загрязняя окружающую среду.
Наиболее близким аналогом для предложенного способа является регенерация насыщенных ураном анионообменных смол с использованием растворов смеси серной кислоты и аммиачной селитры и включает следующие последовательно проводимые технологические операции:
- сорбцию урана для насыщения анионита из сернокислых растворов;
- отмывку анионита от минеральных взвесей;
- доизвлечение насыщенным на стадии сорбции урана из продуктивных растворов подземного выщелачивания (ПР ПВ) анионитом нитрат - ионов и урана из маточных растворов от осаждения концентрата природного урана;
- донасыщение анионита ураном из части товарного регенерата, полученного при десорбции;
- нитратно-сернокислотную десорбцию урана с регенерацией анионита сернокислыми растворами аммиачной селитры с получением товарного регенерата;
- денитрацию анионита с конверсией его в сульфатную форму;
- отмывку регенерированного анионита от кислоты;
- осаждение концентрата природного урана из товарного регенерата с образованием маточного раствора от осаждения и фильтрата с фильтр-пресса.
(см. Ю.В. Нестеров «Иониты и ионообмен. Сорбционная технология при добыче урана и других металлов методом подземного выщелачивания», М., «Юникорниздат», 2007, с.274-276, рис.68, 69) - прототип.
Однако операция доизвлечения снижает эффективность операции донасыщения анионита из товарного регенерата, на стадию денитрации поступает недостаточное количество раствора серной кислоты, в результате чего недостаточно полно проходит отмывка анионита от нитрат-иона. К тому же, вывод из технологической системы образующегося дебалансного раствора (раствор от отмывки регенерированного анионита от кислоты и фильтрат с фильтр-пресса) путем сброса его в подземные горизонты ведет к повышенному расходу реагентов.
В результате происходят необоснованные потери нитрата, повышение стоимости конечной продукции и загрязнение окружающей среды.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение состоит в создании эффективной технологии извлечения концентрата природного урана, в снижении себестоимости конечной продукции, а также сохранении окружающей среды.
Технический результат заключается в повышении эффективности извлечения за счет более полного донасыщения анионита ураном совместно с товарным регенератом, маточным раствором от осаждения концентрата урана и дебалансным раствором.
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания, включающем сорбцию урана для насыщения анионита из сернокислых растворов, отмывку анионита от минеральных взвесей, донасыщение анионита ураном из части товарного реагента, полученного при десорбции, нитратно-сернокислотную десорбцию урана с регенерацией анионита сернокислыми растворами аммиачной селитры с получением товарного регенерата, денитрацию анионита с конверсией его в сульфатную форму, отмывку регенерированного анионита от кислоты и осаждение концентрата природного урана из товарного регенерата с образованием маточного раствора от осаждения и фильтрата с фильтр-пресса, согласно изобретению, осуществляют приготовление дебалансного раствора из раствора, полученного после отмывки анионита от кислоты, и фильтрата с фильтр-пресса, дебалансный раствор объединяют с маточным раствором от осаждения концентрата природного урана и направляют через упомянутую стадию донасыщения анионита совместно с частью товарного регенерата со стадии регенерации анионита на стадию сорбции.
Признаки, отличающие предлагаемый способ от прототипа, характеризуют:
1) приготовление дебалансного раствора из раствора, полученного после отмывки анионита от кислоты, и фильтрата с фильтр-пресса. Таким образом, дебалансный раствор не удаляют из технологического процесса и его не сбрасывают в подземные горизонты, не загрязняют окружающую среду;
2) дебалансный раствор объединяют с маточным раствором от осаждения концентрата природного урана и направляют через операцию донасыщения анионита совместно с частью товарного регенерата со стадии регенерации анионита на стадию сорбции.
Вследствие разбавления товарного регенерата маточным раствором от осаждения концентрата урана и дебалансным раствором при проведении операции донасыщения снижается концентрация урана и серной кислоты в поступающем на операцию растворе, что улучшает сорбцию нитрат-иона на анионит и уменьшает его потери с маточным раствором донасыщения.
Кроме того, увеличение количества раствора серной кислоты на стадию денитрации приводит к более полной отмывке анионита от нитрат-иона.
Таким образом, за счет более полного донасыщения анионита ураном совместно с товарным регенератом, маточным раствором от осаждения концентрата урана и дебалансным раствором повышается эффективность извлечения, снижаются необоснованные потери нитрата и снижается себестоимость конечного продукта.
Из того же прототипа известна установка для извлечения концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания.
В нее входят расположенные в технологической последовательности сорбционная колонна для насыщения анионита ураном, колонна для отмывки анионита от минеральных взвесей, колонна для доулавливания урана и натрий-ионов из оборотных растворов и маточных растворов от осаждения концентрата урана, сорбционная колонна для донасыщения анионита ураном из полученного при десорбции товарного регенерата и десорбционная колонна, связанные линиями коммуникаций с обеспечением противоточного движения анионита и десорбирующего раствора, а также колонна для денитрации и колонна для отмывки анионита от кислоты, аппараты для осаждения концентрата природного урана из товарного регенерата, фильтр-пресс, трубопроводы маточного раствора от осаждения концентрата природного урана и раствора из колонны отмывки анионита от кислоты и фильтрата с фильтр-пресса.
Снижение эффективности процесса в колонне донасыщения и ввода колонны доулавливания урана и нитрат-ионов экономически нецелесообразно.
К тому же, вывод из технологического процесса образующегося дебалансного раствора приводит к необоснованным потерям нитрата, повышению себестоимости конечного продукта и загрязнению окружающей среды.
Для достижения указанного в описании способа технического результата и для устранения недостатков предлагается установка для извлечения концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания с расположенными в технологической последовательности сорбционной колонной для насыщения анионита ураном, колонной для отмывки анионита от минеральных взвесей, сорбционной колонной для донасыщения анионита ураном из полученного при десорбции товарного регенерата и десорбционной колонной, связанными линиями коммуникаций с обеспечением противоточного движения анионита и десорбирующего раствора, а также содержащая колонну для денитрации и колонну отмывки анионита от кислоты, аппараты для осаждения концентрата природного урана из товарного регенерата, фильтр-пресс, трубоотводы маточного раствора от осаждения концентрата природного урана и раствора из колонны отмывки анионита от кислоты и фильтрата с фильтр-пресса, согласно изобретению, установка дополнительно снабжена локальным контуром рециркуляции растворов, выполненным в виде сборника растворов, связанного с упомянутыми трубо-отводами маточного раствора от осаждения концентрата природного урана и упомянутых растворов отмывки анионита от кислоты и фильтрата с фильтр-пресса и снабженного трубопроводами подачи растворов, соединяющими сборник через напорную емкость с упомянутой колонной донасыщения анионита из товарного регенерата, и трубопроводом возврата растворов, связывающим напорную емкость со сборником растворов локального контура рециркуляции растворов.
Признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, характеризуют дополнительное включение в установку для извлечения концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания локального контура рециркуляции растворов, который обеспечивает сбор маточного раствора от осаждения концентрата природного урана и растворов отмывки анионита от кислоты и фильтрата с фильтр-пресса и затем направляет по трубопроводу подачи растворов в колонну донасыщения анионита из товарного регенерата.
Предложенная установка с локальным контуром рециркуляции растворов позволяет более полно использовать колонну донасыщения анионита ураном совместно с товарным регенератом, повысить эффективность извлечения, уменьшить выбросы нитрат-иона, уменьшить себестоимость конечного продукта.
К тому же, изобретение удовлетворяет жестким требованиям охраны окружающей среды.
Анализ научно-технической и патентной литературы свидетельствует о том, что в настоящее время в ней не содержатся вышеприведенные сведения. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию «новизна» и «изобретательский уровень».
Способ извлечения концентрата природного урана и установка для его осуществления объединены общим изобретательским замыслом, что нашло отражение в ниже представленном описании.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых схематично изображены:
- на фиг.1 - технологическая схема извлечения концентрата природного урана;
- на фиг.2 - установка для осуществления способа с локальным контуром рециркуляции растворов.
Для извлечения концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания установлены в технологической последовательности следующие колонны:
- сорбционная колона 1 (фиг.1, 2) для насыщения анионита ураном;
- колона 2 - для отмывки анионита от минеральных взвесей;
- сорбционная колона 3 - для донасыщения анионита ураном;
- десорбционная колона 4;
- колона 5 - для денитрации;
- колонна 6 для отмывки анионита от кислоты.
Колонны 1, 2, 3, 4 связаны линиями коммуникаций с обеспечением противоточного движения анионита и десорбирующего раствора.
Кроме того, установка для осуществления предлагаемого способа включает каскад последовательно соединенных аппаратов 7 (фиг.2) для осаждения концентрата урана с трубоотводом 8 маточного раствора от осаждения, фильтр-пресс 9 для отжима концентрата урана с трубоотводом 10 для фильтрата от фильтр-пресса 9 и трубоотводом 11 для раствора из колонны 6 отмывки анионита от кислоты.
Емкость 12 (фиг.1) предназначена для отстаивания товарного регенерата. Дополнительно заявленная установка снабжена локальным контуром рециркуляции растворов, выполненным в виде сборника 13 (фиг.2) для дебалансного раствора и маточного раствора от осаждения концентрата урана. Сборник 13 снабжен трубопроводами 14 и 15 для подачи растворов в сорбционную колонну 3 для донасыщения ураном из части товарного регенерата через напорную емкость 16, а также рециркуляционным трубопроводом 17 для возврата излишков раствора в сборник 13. Кроме того, к сборнику 13 подключены упомянутые трубоотвод 8 для маточного раствора от осаждения концентрата урана, трубоотвод 10 для фильтрата от фильтр-пресса 9 и прубоотвод 11 для раствора из колонны 6 для отмывки регенерированного анионита от кислоты.
Предлагаемые изобретения осуществляли в действующем производстве урана.
Продуктивный раствор из откачных скважин подают в сорбционную колонну 1 для насыщения анионита ураном из сернокислых растворов. После его отмывки в колонне 2 от минеральных взвесей и фильтрации через слой анионита в процессе сорбции происходит ионный обмен, в результате которого анионит обогащается ураном, а раствор обедняется.
Обедненный ураном раствор доукрепляют серной кислотой и подают в закачные скважины.
По мере насыщения ураном, анионит из колонны 2 откачивают в сорбционную колонну 3. Перемещение анионита производится аэрлифтом порциями заданного объема через определенные промежутки времени автоматически и практически непрерывно.
В сорбционной колонне 3 анионит донасыщается ураном из части полученного при десорбции товарного регенерата, поступающего из десорбционной колонны 4.
Согласно изобретению, в сорбционную колонну 3 дополнительно совместно с частью товарного регенерата вводят дебалансный раствор (с операции отмывки от кислоты в колонне 6 и фильтрат с фильтр-пресса 9), образующийся в технологическом процессе, вместе с маточным раствором от осаждения концентрата природного урана в аппаратах 7.
Возврат дебалансного раствора включен в схему автоматического регулирования заданных растворов.
Донасыщенный ураном анионит откачивают затем в десорбционную колонну 4 для противоточной нитратно-сернокислотной десорбции урана с анионита исходным десорбирующим раствором. Регенерацию насыщенных ураном анионитов осуществляют серно-кислыми растворами аммиачной селитры с получением товарного регенерата.
В колонне 5 для денитрации анионит конверсируют в сульфатную форму путем обработки сернокислыми растворами. Нитросодержащий раствор укрепляют аммиачной селитрой и используют для приготовления десорбирующего раствора. Регенерированный анионит перед возвращение на стадию сорбции урана из продуктивных растворов промывают от кислоты в колонне 6.
Товарный регенерат поступает в емкость 12 для отстаивания, а из емкости 12 его направляют в каскад последовательно соединенных аппаратов 7 для осаждения. Затем осажденный концентрат природного урана подают на пресс-фильтр 9, и после фильтрации полученную готовую продукцию направляют для дальнейшей переработки, а образующийся фильтрат по трубоотводу 10 направляют в локальный контур рециркуляции растворов.
Последний введен в установку для сбора образующихся в технологическом процессе дебалансного раствора и маточного раствора от осаждения концентрата природного урана.
В сборник 13 по трубоотводам 10 и 11 направляются фильтрат и раствор от отмывки анионита от кислоты соответственно, а по трубоотводу 8 - маточный раствор от осаждения концентрата природного урана.
Через напорную емкость 16 и трубопроводы 14 и 15 растворы из сборника 13 подают в сорбционную колонну 3 для донасыщения анионита ураном совместно из части товарного регенерата. При необходимости по трубопроводу 17 осуществляют возврат растворов в сборник 13.
Сведения, подтверждающие осуществление предлагаемых изобретений с получением вышеуказанного технического результата, а также сопоставление эффективности известного по прототипу и предлагаемых технических решений, приведены в примерах их осуществления и таблице.
Пример 1
Насыщенный анионит со стадии отмывки от минеральных взвесей из колонны 2 направляли на операцию донасыщения в сорбционную колонну 3. Одновременно в колонну 3 подавали часть товарного регенерата со стадии десорбции в соотношении 1 объем раствора на 1 объем анионита. Маточный раствор донасыщения смешивали с продуктивным раствором и после операции сорбции подавали в пласт рудного горизонта. Остальная часть товарного регенерата со стадии десорбции в количестве 1,5 объема на 1 объем анионита поступала на осаждение. На стадию денитрации подавали раствор серной кислоты с содержанием 70 г/л серной кислоты в количестве 1 объем на 1 объем анионита. Маточный раствор денитрации 1 объем на 1 объем анионита и маточный раствор от осаждения концентрата 1,5 объема на 1 объем анионита использовали для приготовления десорбирующего раствора.
В результате образовывались растворы следующего состава:
- маточный раствор донасыщения с содержаниями урана до 500 мг/л; нитрат-иона, до 4 г/л,
- товарный регенерат с содержаниями урана до 10 г/л; нитрат-иона, до 45 г/л, серная кислота 15 г/л,
- маточный раствор от осаждения с содержаниями урана до 10 мг/л; нитрат-иона, до 45 г/л,
Вследствие недостаточного количества раствора серной кислоты, подаваемого на стадию денитрации, отмывка анионита от нитрат-иона проходила не достаточно полно. Увеличение количества раствора серной кислоты на стадии денитрации приводило к увеличению подаваемого товарного регенерата на операцию донасыщения для вывода образующихся дебалансовых растворов и приводило к потерям урана и нитрат-иона с маточным раствором донасыщения. Удельный расход нитрат-иона на 1 кг урана достигал значения 3,35 кг.
Пример 2.
Насыщенный анионит со стадии отмывки от минеральных взвесей из колонны 2 направляли на операцию донасыщения в колонну 3. Одновременно в колонну 3 подавали часть товарного регенерата со стадии десорбции в соотношении 1 объем раствора на 1 объем анионита и часть маточного раствора от осаждения концентрата в соотношении 0,8 объема раствора на 1 объем анионита. Маточный раствор донасыщения с дебалансным раствором и маточный раствор от осаждения смешивали с продуктивным раствором и после операции сорбции подавали в пласт рудного горизонта. Остальная часть товарного регенерата со стадии десорбции в количестве 1,5 объема на 1 объем анионита поступала на осаждение. На стадию денитрации подавался раствор серной кислоты с содержанием 70 г/л серной кислоты в количестве 1,8 объема на 1 объем анионита. Маточный раствор денитрации 1,8 объема на 1 объем анионита и маточный раствор от осаждения концентрата 0,7 объема на 1 объем анионита использовали для приготовления десорбирующего раствора.
В результате образовывались растворы следующего состава:
- маточный раствор донасыщения с содержаниями урана до 200 мг/л; нитрат-иона до 40 мг/л,
- товарный регенерат с содержаниями урана до 20 г/л; нитрат-иона до 45 г/л; серной кислоты - 15 г/л,
- маточный раствор от осаждения концентрата с содержаниями урана до 10 мг/л; нитрат-иона - до 45 г/л,
Вследствие разбавления товарного регенерата маточным раствором от осаждения концентрата урана совместно с дебалансным раствором (раствор с операции отмывки от кислоты и фильтрат с фильтр-пресса) при проведении операции донасыщения снизились концентрации урана и серной кислоты в поступающем на операцию растворе, что привело к лучшей сорбции нитрат-иона на анионит и уменьшению его потерь с маточным раствором донасыщения. Увеличение количества раствора серной кислоты на стадию денитрации привело к более полной отмывке анионита от нитрат-иона. В результате удельный расход нитрат - иона на 1 кг урана достиг значения 1,95 кг.
Таблица
Удельный расход нитрат-иона на 1 кг концентрата природного урана
Способы
Значение, кг
Без ввода дебалансного раствора
3,35
По предложениюС вводом дебалансного раствора
1,95
Как видно из приведенной таблицы, удельный расход нитрат-иона по предложенному способу в 1,7 раза меньше удельного расхода нитрат-иона по прототипу.
Таким образом, предложенные решения повышают эффективность промышленной технологии производства по извлечению концентрата природного урана из сернокислых растворов подземного выщелачивания, используя более полно процесс донасыщения анионита ураном совместно с товарным регенератом раствором от осаждения концентрата природного урана и дебалансным раствором, полученным от операции отмывки от кислоты и фильтрат с фильтр-пресса, снижают себестоимость конечного продукта с одновременным уменьшением экологических проблем за счет отсутствия сбросов отходов в окружающую среду.