Способ выделения урана

(51) С 22 В 60/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН, 1978,30331514911 , 15.10.200414017 , 16.02.2004 Сорбционное извлечение урана с использованием анионообменных смол 3930 М,4400 ,500 /2788 165/100. Дуйсебаев Б., Сайкиева С., Копбаев М.,Кемельбаева А., НЦ КПМС РК, 2005(57) Настоящее изобретение относится к способу выделения урана в высококремнеземных средах,включающему применение сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы.(73) РОМ ЭНД ХААЗ КОМПАНИ(74) Шабалина Галина Ивановна Шабалин Владимир Иванович Настоящее изобретение относится к применению сильноосновных анионообменных смол с макросетчатой структурой для выделения урана в высококремнеземных средах. Существует потребность в создании способа использования ионообменных смол для выделения урана в высококремнеземных средах без загрязнения ионообменных смол кремнеземом. Загрязнение кремнеземом представляет проблему в способе выделения урана, так как кремнезем влияет на кинетику как адсорбции, так и элюирования с анионообменника. Кинетика адсорбции и кинетика элюирования являются важными характеристиками,поскольку они связаны с экономичностью и производительностью процесса извлечения урана в целом. Одна из попыток устранить проблемы,связанные с выделением урана, раскрыта в работе А(Южноафриканская программа развития непрерывного ионного обмена в псевдоожиженном слое с конкретным примером ее применения на выделении урана). Хотя в этой ссылке раскрывается применение для выделения урана макросетчатых ионообменных смол,раскрытые слабоосновные смолы подвергались загрязнению в результате нароста оксида кремния, который было необходимо удалять,вводя для этого громоздкую дополнительную стадию. В результате этого возникла потребность сделать процесс очистительной обработки анионообменной смолы более экономичным. Проблема,которой занимается настоящее изобретение состоит в предложении способа выделения урана в высококремнеземной среде с помощью сильноосновных макросетчатых анионообменных смол без необходимости частой и продолжительной очистной обработки, как того требует способ . Другой попыткой удовлетворить потребность в способе выделения урана при высоких уровнях кремнезема является применение сильноосновных гелевых смол. Сильноосновные гелевые смолы легко загрязняются и требуют продолжительной очистки смолы на последующих стадиях. Эта проблема решается настоящим изобретением. При высоких содержаниях кремнезема сильноосновные макросетчатые анионообменные смолы, такие как смолы настоящего изобретения,являются предпочтительными, так как они демонстрируют приемлемую кинетику адсорбции и элюирования,приемлемый расход , а также стабильность характеристик смолы во времени, сопоставимую со стабильностью характеристик сильноосновных гелевых анионообменных смол при более низкой адсорбции кремнезема. Настоящее изобретение представляет способ, в котором используются сильноосновные анионообменные смолы макросетчатого типа с целью решения проблемы загрязнения кремнеземом и более эффективного выделения урана, чем в 2 способе, в котором используются ионообменные смолы других типов и с другими ионными силами. В первом аспекте настоящего изобретения предлагается способ, включающий 2 в количестве большем или равном 100 мг/л и) удаление растворенного урана из материала с использованием по меньшей мере одной сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы, в результате чего получают урановый продукт в комбинации с сильноосновной макросетчатой анионообменной смолой и) элюирование и выделение уранового продукта из комбинации стадии ). В рамках представлений настоящей заявки выражение анионообменная смола определяется как поперечно сшитые электролиты, имеющие в своем составе катионные группы. В число подходящих катионообменных групп входят (но не ограничивают изобретения) третичные или четвертичные аммониевые группы, ассоциированные с подвижными анионами. В рамках представлений настоящей заявки макросетчатыми анионообменными смолами являются анионообменные смолы, имеющие жесткие поры, далее называемые макропорами. Распределение макропор по частицам анионообменной смолы постоянно во времени. Диаметры макропор лежат в пределах от нескольких ангстрем до многих сотен ангстрем. Сильноосновные макросетчатые смолы настоящего изобретения характеризуются диаметром макропор от 100 до 400 ангстрем, предпочтительно от 120 до 350 ангстрем и, более предпочтительно, от 150 до 300 ангстрем. Эти макропоры соединены между собой с образованием сетки, проходящей от поверхности до центра слоя смолы. Благодаря такой структуре внешний раствор может свободно протекать через поры сильноосновных макросетчатых смол от поверхности смолы до ее внутренней части, не меняя при этом ионной силы. Пористость сильноосновных анионообменных смол настоящего изобретения составляет от 0,15 до 0,50 мл/мл, предпочтительно от 0,2 до 0,4 мл/мл и,наиболее предпочтительно, от 0,25 до 0,35 мл/мл. В рамках представлений настоящей заявки сильноосновные анионообменные смолы определяются как анионообменные смолы, которые содержат четвертичные аммониевые функциональные группы. К числу подходящих сильноосновных макросетчатых смол настоящего изобретения относятся (но не ограничивают изобретения) Тип 1 или Тип 2 с равномерным гауссовским распределением частиц. Примеры сильноосновных макросетчатых анионообменных смол настоящего изобретения включают (но не ограничивают изобретения) функционализированные стиролдивинилбензольные или поли-акриловые сополимеры, функциональной группой в которых является кватернизованная аммониевая группа. Содержание сильноосновных групп для стиролдивинилбензола, содержащего кватернизо-ванные аммониевые группы, часто превышает 99. Примеры сильноосновных макросетчатых анионообменных смол типа, использованного в настоящем изобретении, могут быть получены у. Примеры этих сильноосновных макросетчатых анионообменных смол включают (но не ограничивают изобретения) смолу 900 , смолу 910 или 920 и 920 и 600 и 500 от. В рамках представлений настоящей заявки уровни с высоким кремнеземом определяются как среда, в которой уровень кремнезема в материале,содержащем уран и кремнезем, выше или равен 100 мг 2/л (100 ч/млн). Уровень кремнезема в материале настоящего изобретения, содержащем уран и кремнезем, составляет преимущественно от 100 до 3000 мг 2/л. Традиционно образцы урана могут извлекаться из шахт в виде руды или же они могут извлекаться в виде жидкого щелока. Однако специалисты в данной области могут предусмотреть и применить в настоящем изобретении и другие традиционные способы извлечения образцов урана. После получения образца с помощью одного или более из этих способов образец должен быть превращен в материал настоящего изобретения, содержащий уран и кремнезем. В этом случае для образования указанного материала образец может быть подвергнут выщелачиванию. Материал настоящего изобретения включает растворенный уран и 2 в количестве большем или равном 100 мг/л, но может включать и другие материалы. Материал, если он получен с помощью выщелачивания образца, может называться продуктом выщелачивания. В рамках представлений настоящей заявки продукт выщелачивания определяется как продукт,полученный после того как материал, содержащий уран и кремнезем, был подвергнут операции выщелачивания. Продукт выщелачивания может находиться в одном или более физических состояний, например в виде твердого, жидкого и коллоидного материалов. В одном из воплощений продукт выщелачивания находится в жидкой форме. Хотя для получения материала из образца здесь описывается операция выщелачивания, могут быть использованы и другие известные специалистам способы, которые бы позволили получить материал,содержащий растворенный уран и 2 в количестве большем или равном 100 мг/л. Операция выщелачивания может быть осуществлена любым из известных способов,включая (но не ограничивая изобретения) выщелачивание, кучное выщелачивание и выщелачивание партиями. После выщелачивания материала, содержащего уран и кремнезем, и получения растворенного урана последний должен быть удален из материала,содержащего уран и кремнезем, с использованием по меньшей мере одной сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы. Урановый продукт получают в виде комбинации с сильноосновной макросетчатой анионообменной смолой. Эта комбинация определяется как урановый продукт, адсорбированный на сильноосновной макросетчатой анионообменной смоле. В этом состоянии уран уже не является растворенным. Оборудование, которое можно использовать для удаления растворенного урана из жидкого продукта выщелачивания, включает (не ограничивает этим изобретения) ионообменные колонки с фиксированным слоем, ионообменные колонки с псевдоожиженным слоем, ионообменные колонки непрерывного действия с движущимся плотным слоем, установки типа смола-в-пульпе и смола-вщелоке. После получения уранового продукта в комбинации с сильноосновной макросетчатой анионообменной смолой последняя должна быть отделена от уранового продукта с получением урана в качестве готового продукта. Могут быть использованы традиционные способы отделения уранового продукта и выделения готового урана. Один из способов отделения уранового продукта от сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы состоит в элюировании сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы. Подходящие реагенты для элюирования уранового продукта из сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы включают (но не ограничивают этим изобретения) нитрат, такой как нитрат аммония, хлорид, такой как хлорид натрия и серную кислоту. Эти соединения могут использовать индивидуально или в смесях. В одном из воплощений используемым для элюирования урана оборудованием является система с фиксированным слоем непрерывного действия с одной или более колонками. Способы, которые могут использоваться для выделения уранового продукта, включают (но не ограничивают этим изобретения) ионный обмен,экстракцию растворителем,осадительное извлечение или их сочетание, например экстракцию растворителем с последующим осадительным извлечением. Полученным урановым продуктом является уран,выделенный с использованием сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы. Приведенный ниже сравнительный пример показывает, что эта сильноосновная макросетчатая анионообменная смола устойчива к загрязнению кремнеземом в среде с высоким содержанием кремнезема. Пример Макросетчатую сильноосновную анионообменную смолу 910 и гелевую сильноосновную анионообменную смолу 4400 помещали в корзины и обеспе 3 чивали протекание через них в течение восьми месяцев отработанного щелока, содержащего 150200 ч/млн урана, 20 г 4/л 500-700 мг/л О 2 при 1,8 в шахте, Намибия. После такого контакта образцы смолы были извлечены, Обозначение образца 910-образец 1 910-образец 2 А 910-образец 3 4400-сравнительный образец 1 4400-сравнительный образец 2 4400-сравнительный образец 3 В таблице 1 910 обозначает смолу 910 ,4400 обозначает смолу 4400 . Образцы А 910-образец 1 и 4400-сравнительный образец 1 означают смолы в свежем состоянии. Все остальные означают смолы,подвергнутые контакту и содержащие указанные количества кремнезема. Образцы оценивали следующим образом 100 мл смолы помещают в колонку и пропускают через слой смолы синтетический раствор, содержащий 75 мг/л урана, 0,24 г/ли 24 г/л 4 при 1,8 со скоростью 5 объемов слоя за 1 час при комнатной температуре. Вначале элюирование из образца проходило полностью на смоле не оставалось или проанализированы и их эффективность в отношении извлечения урана была измерена и сравнена с эффективностью свежих смол. В таблице 1 приводятся характеристики смолы после контакта. Таблица 1 Влажность оставалось очень мало урана. В первом цикле,смолы истощались подаваемым раствором и регенерировались 13-ной 24 в количестве пяти объемов слоя при скорости пропускания 1 объем слоя за 1 час при комнатной температуре с последующем замещением кислоты тремя объемами слоя воды. После этого проводился второй цикл, в котором определялась концентрация урана в вытекающем потоке (проскок) и из нее рассчитывали адсорбционную емкость смолы для конечной точки 90 концентрации вытекающего потока. Полученные во втором цикле результаты собраны в таблице 2 Таблица 2 Как следует из таблицы 2, смола 910 в свежем состоянии дает меньший начальный проскок урана по сравнению со смолой 4400 , но при этом обладает также меньшей емкостью. Образцы 2 и 3 обеих смол, которые загрязнены кремнеземом, дали больший проскок и более низкую рабочую емкость. Уменьшение емкости, выраженное в проценте емкости в расчете на свежую смолу, представлено в таблице 3. Таблица 3 Уменьшение рабочей емкости по сравнению со свежей смолой Как можно заключить,относительное уменьшение емкости смолы тм 910 было значительно меньше, чем у смолы тм 4400 , несмотря на то, что количество кремнезема на смоле тм 4400 было намного меньше. 4 Увеличение проскока наводит на мысль, что некоторое количество поступающего урана не было выделено, а ушло с вытекающим потоком(непродуктивный материал). Это количество урана должно быть подвергнуто вторичной обработке с целью его выделения, так как в противном случае оно будет потеряно. Эта операция снижает продуктивность установки. Как следует из таблицы 2,4400- образцы 2 и 3 дают в 2-3 раза больший проскок урана по сравнению с соответствующими образцами смолы тм 910 . Таким образом,в целом загрязненная кремнеземом макросетчатая смола тм 910 дает относительно более низкое уменьшение емкости и меньший проскок урана по сравнению со смолой гелевого типа 4400, которая в меньшей степени загрязнена кремнеземом, чем смола тм 910 . ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выделения урана, включающий а) получение образца, содержащего уран и кремнезем) 2 в количестве большем или равном 100 мг/л и) удаление растворенного урана из материала с использованием, по меньшей мере, одной сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы, в результате чего получают урановый продукт в комбинации с сильноосновной макросетчатой анионообменной смолой и с) элюирование и выделение уранового продукта из комбинации стадии ). 2. Способ по п.1, в котором растворенный уран получают выщелачиванием образца, содержащего уран и кремнезем, серной кислотой. 3. Способ по п.1 или 2, в котором композиция сильноосновной макросетчатой анионообменной смолы включает стирол-дивинилбензол,содержащий функциональные кватернизованные аммониевые группы. 4. Способ по п.1 или 3, в котором сильноосновная макросетчатая анионообменная смола обладает пористостью от 0,15 до 0,50 мл/мл. 5. Способ по п.1 или 3, в котором сильноосновная макросетчатая анионообменная смола характеризуется средним диаметром пор от 100 до 400 ангстрем. 6. Способ по п. 1, в котором урановый продукт элюируют, по меньшей мере, одним агентом,выбираемым из следующих нитрат аммония,хлорид натрия и серная кислота. 7. Способ по п. 1, в котором урановый продукт выделяют с помощью осадительного извлечения на стадии (с). 8. Способ по п. 1, в котором урановый продукт выделяют с помощью экстракции растворителем с последующим осадительным извлечением. 9. Способ по п.1 или 2, в котором жидкий продукт выщелачивания содержит от 100 до 3000 мг 2/л.