способ переработки химического концентрата природного урана

Формула изобретения

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, отличающийся тем, что 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·[НNO₃ ]+51), где [НNО₃] - концентрация азотной кислоты в растворе, направляемом на экстракцию, г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки химических концентратов природного урана (ХКПУ), имеющих повышенное содержание примесей серы и фосфора, с использованием экстракционного аффинажа.

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 РО₄ ^-3/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.

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 ₃]+51), где [HNO₃] - 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.

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×[НNO₃]+51), где [НNО ₃] - 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 [НNO3], 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	<3×10-4	<3×10-4	<3×10-4	<3×10-4
F	0,10	0,10	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
P	0,70	0,80	<5×10-3	<5×10-3	<5×10-3	<5×10-3
S	4,00	4,10	отсутствует	отсутствует	отсутствует	отсутствует
В	0,005	0,003	1×l0-4	1×10-4	1×10-4	1×10-4
Cr	-	0,20	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	1×10 -3
Nb	-	0,10	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	1×10 -4
Si	0,5 (SiO 2)	0,64 (SiO 2)	3×10 -3	5×10 -3	2×10 -3	1×10 -2
Mo	0,1	0,01	1×l0 -4	1×10 -4	1×10 -4	1,4×10 -4
Та	-	0,10	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	1×10 -4
Ti	0,01	0,03	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	1×10 -4
W	-	0,01	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	1,4×10 -4
V	0,06	0,05	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	1,4×10 -4
Al*	-	0,05	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	*
Ba*	-	0,30	<1×10-3	<1×10-3	<1×10-3	*
Be*	-	0,003	<1×10 -5	<1×10 -5	<1×10 -5	*
Ca*	0,05	0,075	<1×10-3	<1×10-3	<1×10-3	*
Cu*	-	0,03	<1×10 -4	<1×10 -4	<1×10 -4	*
Fe*	0,15	0,23	<1×10-3	<1×10-3	<1×10-3	*
Pb*	-	0,30	<1×10 -3	<1×10 -3	<1×10 -3	*
Li*	-	0,03	<1×10-4	<1×10-4	<1×10-4	*

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×l0-3	<1×10-3	<1×10-3	*
Mn*	-	1,2	<1×10 -3	<1×10 -3	<1×10 -3	*
Ni*	-	0,10	<1×10-3	<1×10-3	<1×10-3	*
К*	0,2	2,0	1×10 -4	1×10 -4	1×10 -4	*
Na*	0,5	>10	5×10-3	3×10-3	3×10-3	*
Th*	1,0	1,17*10-5	1×10-4	1×10-4	1×10-4	*
Zr*	0,01	<0,10	<1×l0-3	<1×10 -3	<1×10 -3	*
*- общее содержание примесей, образующих нелетучие фториды, не должно превышать 300 мкг на г U или 3×10-2%

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).