способ извлечения урана

Формула изобретения

1. Способ извлечения урана из сернокислых железосодержащих растворов сорбцией на ионообменных смолах, с последующим извлечением его из смолы, отличающийся тем, что сорбцию проводят из растворов, содержащих ионы урана в четырехвалентном, а ионы железа - в двухвалентном состояниях.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в раствор перед сорбцией добавляют восстановитель.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используется сульфит натрия в количестве 0,045 - 0,09 г на 1 г железа.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве анионообменной смолы применяется слабоосновный анионит типа АН-31.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что анионит перед сорбцией переводят в SO₄-форму.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение урана производят из растворов, содержащих 1 - 3% серной кислоты.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что извлечение урана из смолы осуществляется раствором азотной кислоты 2 - 2,5 моль/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к атомной технологии и касается способов переработки железо- и урансодержащих растворов, получаемых в результате дезактивации радиоактивного металлического оборудования растворами различных кислот.

В настоящее время в практике дезактивации все более широкое применение находят однорастворные сернокислотные методы отмывки отработанного оборудования и многократные использования полученного моечного раствора после разделения урана и железа и вывода урана из раствора сорбционным методом, что позволяет значительно сократить количество радиоактивных отходов.

Известен ряд способов извлечения урана из сернокислых растворов. Так, в работе [патент США N 4026987, С 01 G 43/00, 1977 г.] улучшен способ извлечения урана из сернокислого выщелачивающего раствора сорбцией урана в виде анионного сульфатного комплекса слабоосновной анионообменной аминосмолой. По данным Плаксина и Тэтару [Плаксин И.Н., Тэтару С.А Гидрометаллургия с применением ионитов. М., Металлургия, 1964, 282 с.] ионы урана (VI) из сульфатных растворов сорбируются анионитами различной основности. Однако во всех случаях наблюдается неселективная сорбция урана, т.к. вместе с ураном сорбируются и ионы железа (III), которые также находятся в анионной форме. Для их разделения и очистки урана от железа требуются дополнительные технологические приемы, например различные вытеснительные промывки, что значительно усложняет технологическую схему извлечения урана и является существенным недостатком этого процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ [патент США N 4427639, С 01 G 43/00, 1984 г. (прототип)] сорбционного извлечения урана из раствора, содержащего небольшое количество ионов урана, а также в качестве нежелательного компонента - ионы железа (III). Этот раствор пропускают через сорбционную колонну, заполненную смолой, имеющей сродство к комплексным сульфатным анионам урана. На смоле сорбируются ионы урана совместно с ионами железа (III) в виде комплексных анионов. Из колонны выводят раствор (сорбат), обедненный ионами урана и содержащий несорбированные ионы железа (III).

Затем смолу, насыщенную ионами урана и частично ионами железа, удаляют из колонны и помещают в камеру концентрирования, где через смолу пропускают с регулируемой скоростью раствор, обогащенный ионами урана и обедненный ионами железа (III) при pH среды, обеспечивающим увеличение отношения ионов урана (VI) к ионам железа (III) в смоле за счет ионообмена между раствором и смолой. В результате происходит насыщение смолы ураном, который вытесняет ионы железа. Таким образом, осуществляется разделение ионов урана (VI) и ионов железа (III).

Из камеры концентрирования выводится отработанный раствор, который рециклируют в исходный раствор, а смолу, насыщенную ураном, направляют в колонну элюирования урана.

Недостатком этого способа является то, что извлечение урана и его отделение от железа достигается в результате использования длительной и трудоемкой схемы, связанной с перегрузками смол, изменениями потоков растворов, что снижает эффективность извлечения урана.

Технической задачей, решаемой изобретением, является устранение указанных недостатков и повышение степени извлечения урана и очистки урана от железа.

Решение поставленной задачи, при одновременном упрощении процесса, обеспечивается тем, что при осуществлении способа сорбционного извлечения урана и его отделении от ионов железа с использованием анионообменных смол с последующим извлечением урана из смолы, сорбцию урана проводят из сернокислого раствора, содержащего уран в четырех-, а железо в двухвалентном состояниях. В случае переработки растворов после длительной выдержки, в них предварительно вводят восстановитель. В качестве восстановителя и для стабилизации пары уран (IV) - железо (II) перед сорбцией добавляют сульфит натрия в количестве 0,045-0,09 г на 1 г железа. Сорбцию урана проводят на низкоосновном анионите типа АН-31 в SO₄ - форме из 1 - 3 мас.% растворов серной кислоты с последующим извлечением урана из смолы раствором азотной кислоты 2-2,5 моль/л.

Благодаря этому достигается достаточно полное извлечение ионов урана (IV) из растворов и его отделение от ионов железа (II), которое не образует комплексных сульфатных анионов, и обеспечивается рециклирование сернокислого раствора на многократное использование.

Отработанный раствор (сорбат), содержащий ионы железа (II) после многократного использования в качестве дезактивирующего раствора при отмывке металла от радионуклидов и очищенный практически полностью от ионов урана направляется на коагуляцию для очистки водно-хвостовых растворов от радионуклидов, где железо (II) используется как коагулянт.

Пример.

Через колонну с анионитом АН-31 (10 мл), предварительно переведенную перед сорбцией в SO₄-форму, в динамических условиях при комнатной температуре пропускают по 200 мл исходного раствора (полученного от мойки металлических образцов загрязненного оборудования), содержащего уран (IV) - 1,57 г/л, железо (II) - 10,9 г/л при концентрации серной кислоты в растворе 1-3 мас.%. При извлечении урана и его очистки от железа по известному способу (опыт I) ионы урана и железа находились в шести- и трехвалентном состоянии соответственно. В опытах II и III ионы урана присутствовали в четырех-, а ионы железа в двухвалентном состояниях, но в опыте III для стабилизации пары уран (IV) - железо (II) перед сорбцией дополнительно вводили в раствор восстановитель - сульфит натрия в количестве 0,045-0,09 г на 1 г железа. Время контакта раствора со смолой составляло 20-30 мин колоночный объем.

Извлечение урана из смолы осуществляли раствором азотной кислоты 2,0-2,5 моль/л.

Результаты представлены в таблице.

Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый способ обеспечивает высокую степень извлечения урана из раствора и, кроме того, позволяет получить глубокую очистку от железа. Так, сорбция урана в присутствии восстановителя сульфита натрия 0,09 г на 1 г железа проходит на 99,97 %. Коэффициент очистки урана от железа при этом составил более 10000. Получаемый побочный продукт - сорбат сернокислого железа (закисного) чистого по урану может быть использован в качестве реактива, например, в процессе коагуляции для очистки водно-хвостовых растворов от радионуклидов в радиохимическом производстве.