Способ извлечения урана из продуктивных растворов подземного выщелачивания

(51) 22 60/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРОВ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ(57) Изобретение относится к гидрометаллургии цветных, редких и радиоактивных металлов и может найти применение для извлечения металлов анионитами,например,при переработке урансодержащих продуктивных растворов сернокислотного подземного выщелачивания урановых руд. Техническим результатом изобретения является снижение коррозионного воздействия хлорид-ионов на оборудование и практическое исключение потерь нитрат-ионов из оборотных растворов регенерации. Способ включает сорбцию урана из растворов сильноосновным анионитом, десорбцию урана с насыщенного анионита нитратными растворами,подкисленными серной кислотой. Его отличие заключается в том, что маточники осаждения после извлечения урана из товарного десорбата направляют в сорбционную колонну, содержащую сильноосновный анионит в сульфатной форме, при нагрузке 0,1-2,0 об/об/час, с последующей сорбцией нитрат-ионов из маточника осаждения на анионите,и дальнейшим выводом хлорсодержащего раствора в пескоотстойник продуктивных растворов.(72) Кожахметов Серик Касымович Уваров Александр Дмитриевич Алыбаев Жаксылык Алипбаевич Беймбетов Болат Кемалович Черных Александр Михайлович Татаринцев Виктор Юрьевич Михеев Алексей Васильевич Карманов Ербол Мейрамханович Садыков Магзум Жанарстанович Близнюк Владимир Иванович Принзин Николай Алексеевич Копбаева Мария Петровна Панова Елена Николаевна Юсов Владимир Николаевич Сайдуллаева Сабина Абдикаримовна бт Глжанат Ескермесызы(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий Товарищество с ограниченной ответственностью Горнорудная компания 22364 Изобретение относится к гидрометаллургии цветных, редких и радиоактивных металлов и может найти применение для извлечения металлов анионитами,например,при переработке урансодержащих продуктивных растворов сернокислотного подземного выщелачивания урановых руд. Известен способ извлечения урана из продуктивных растворов подземного выщелачивания, включающий сорбцию урана сильноосновными анионитами и десорбцию урана с насыщенного сорбента нитратными растворами (815 по нитрат-ионам), подкисленными серной кислотой до рН 0,5-1,0 Тураев Н.С., Жерин И.И. Химия и технология урана., М., 2004, с. 248-257. При этом расход нитратных десорбирующих растворов достигает 1,5-1,8 об/об сорбента, а выход товарного регенерата составляет 0,5 об/об сорбента. Остальная часть растворов (1,0-1,3 об/об) используются как оборотные растворы, которые проходят последовательно следующие технологические операции донасыщение анионита ураном, доулавливание урана и нитрат-ионов,денитрация анионита и после доукрепления аммиачной селитрой вновь используются на десорбции урана с насыщенного анионита. Эта часть оборотных растворов после колонны доулавливания содержит менее 1 г/л по нитратам и хлорид-ионам. Товарный регенерат далее направляется на карбонатное осаждение. Раствор после осаждения урана из конусов отстойников возвращается на приготовление осаждающего раствора. Товарный десорбат и маточники осаждения урана содержат до 14 г/л по нитратионам и до 10 г/л по хлорид-ионам. Соответственно возврат маточников осаждения на приготовление осаждающего раствора будет приводить к постепенному росту содержания хлорид-ионов на каскаде осаждения урана. Недостатком известного способа является накопление в рабочих растворах нитратной регенерации (каскад осаждения) хлорид-ионов. Концентрация ионов хлора в оборотных нитратных растворах повышается до 15-30 г/л. Хлор-ионы при этих концентрациях особенно сильно влияют на коррозионную стойкость оборудования,что вызывает значительный износ оборудования. Для снижения концентрации хлорид-ионов в оборотных растворах по известному способу предусмотрен вывод растворов в части маточников осаждения урана из товарного регенерата (0,5 об/об), что приводит к потерям нитрат-ионов и соответственно к дополнительному расходу аммиачной селитры, а повышение концентрации нитрат-ионов в продуктивных растворах ухудшает показатели сорбции урана. Известны способы электрохимической защиты металлов от коррозии в кислых средах катодная и анодная защита. Однако, эти способы не могут применяться, если внутри аппаратов имеются застойные зоны (щели, каналы, зазоры и др.), т.к. их применение приводит к интенсивному развитию в них локальной коррозии Улиг Г.Г., Реви Р.У. 2 Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику,. Л., Химия, 1989,с. 215-229 Рачев ., Стефанова С. Справочник по коррозии., М., Металлургия, 1984. Недостатком электрохимических методов защиты от коррозии является также отсутствие должного учета химического взаимодействия металла со средой, не подчиняющегося традиционным закономерностям электрохимической кинетики, и массопереноса вещества из среды к поверхности металла в процессе коррозии, вследствие чего борьба с локальной коррозией при использовании электрохимических методов существенно затруднена. Известны способы защиты от коррозии внутренних металлических поверхностей аппаратов в кислых средах ингибированием Иванов Е.С. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах. Справочник., М., Металлургия, 1986. Различают анодные и катодные ингибиторы. Однако анодные ингибиторы, например нитрит и хромат, опасны. Если локальная коррозия уже началась, они могут ускорить процесс. Примерами катодных ингибиторов для нержавеющих сталей являются соли цинка, полифосфаты и фосфаты Маттссон Э. Электрохимическая коррозия, 1991, с. 71-75. Однако применение ингибиторов коррозии приводит к загрязнению технологических растворов посторонними ионами. Кроме того, применение фосфатных солей неприемлемо, так как с ураном они дают малорастворимые соли. Известны также способы ингибирования коррозии в кислых средах применением поверхностно - активных веществ (ПАВ) в связи с их высокими адсорбционными свойствами Решетников С.М. Ингибиторы кислотной коррозии металлов, Л., Химия, 1986, с. 113-116. Поскольку оборотные растворы постоянно контактируют с сорбентом, применение ПАВ может привести к снижению емкостных характеристик сорбента вследствие создания экранирующего слоя на поверхности сорбента. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ извлечения урана из продуктивных растворов подземного сернокислотного выщелачивания десорбцией (Предпатент РК 14017, МПК С 22 В 49/00, публ. 16.02.2004). Он включает сорбцию урана из растворов сильноосновным анионитом,десорбцию урана с насыщенного анионита нитратными растворами, подкисленными серной кислотой. Для повышения емкости насыщения анионита по урану и снижения расходов химреагентов, в частности аммиачной селитры,осуществляют селективную десорбцию хлоридионов с насыщенного анионита путем предварительной обработки его сульфатносолевыми растворами с концентрацией сульфатионов 2-15. Это позволяет селективно десорбировать большую часть хлорид-ионов с насыщенного анионита перед поступлением его на узел регенерации, и исключить накопление хлоридионов в оборотных рабочих растворах регенерации 22364 до критических концентраций. По данному способу обеспечивается значительное сокращение (в 5-6 раз) объема растворов, выводимых из процесса по содержанию хлорид-ионов. Основными недостатками способа являются необходимость дополнительного расхода сульфатных солей и безвозвратные потери нитратов с выводимыми растворами. Задачей изобретения является создание способа извлечения урана из продуктивных растворов сернокислотного подземного сернокислотного выщелачивания, позволяющего выводить хлоридионы из маточника осаждения (оборотных растворов регенерации) и сократить потери нитратионов. Техническим результатом изобретения является снижение коррозионного воздействия хлорид-ионов на оборудование и практическое исключение потерь нитрат-ионов из оборотных растворов регенерации. Технический результат достигается тем, что в способе извлечения урана из продуктивных растворов подземного сернокислотного выщелачивания, включающем сорбцию урана сильноосновными анионитами, десорбцию урана с насыщенного сорбента нитратными растворами,подкисленными серной кислотой,согласно изобретению,маточники осаждения после извлечения урана из товарного десорбата направляют в сорбционную колонну, содержащую сильноосновный анионит в сульфатной форме, при нагрузке 0,1-2,0 об/об/час с последующей сорбцией нитрат-ионов из маточника осаждения на анионите и дальнейшим выводом хлорсодержащего раствора в пескоотстойник продуктивных растворов. Способ осуществляют следующим образом. Продуктивный раствор поступает на сорбцию, в которой происходит насыщение анионита ураном. Насыщенный ураном сорбент направляется на операцию донасыщения частью товарного десорбата. Уран из донасыщенного сорбента десорбируется нитратными растворами,подкисленными серной кислотой до рН 0,5-1,0 и имеющими следующий состав 80-90 г/л О 3- 30-35 г/л 24. Товарный десорбат, содержащий в среднем 60-80 г/л урана, делится на две части. Одна часть (две трети по объему) направляется на донасыщение анионита. Другая часть (одна треть по объему) поступает на осаждение урана. Урановая пульпа идет на фильтрацию с получением желтого кека и фильтрата - маточника осаждения урана. Маточник осаждения урана пропускают через сильноосновной анионит в сульфатной форме для улавливания нитрат-ионов при нагрузке 0,1-2,0 об/об/час. После сорбции нитрат-ионов хлорсодержащий раствор выводится в пескоотстойник. Предлагаемый способ проверен в лабораторных условиях. Пример 1 Через сорбционную колонну, содержащую сильноосновный анионит в сульфатной форме анионообменную смолу -910 в количестве 70 мл, пропускали маточник осаждения урана, состав которого приведен в таблице 1, при нагрузке 0,1 об/об/час. Показатели процесса сорбции приведены в таблице 2, анализ насыщенного анионита в таблице 7. Таблица 1 Анализируемый компонент уран нитрат-ион хлор-ион Содержание, г/л 0,03 13,2 8,53 Таблица 2 Сорбция раствора при нагрузке 0,1 об/об/час Пример 2 Пример 2 осуществлялся как пример 1, но маточник осаждения урана пропускали через сильноосновной анионит в сульфатной форме для улавливания нитрат-ионов при нагрузке 0,5 об/об/час. Показатели процесса сорбции приведены в таблице 3, анализ насыщенного анионита в таблице 7. Пример 3 Пример 3 осуществлялся как пример 1, но маточник осаждения урана пропускали через сильноосновной анионит в сульфатной форме для улавливания нитрат-ионов при нагрузке 1,0 об/об/час. Показатели процесса сорбции приведены в таблице 4, анализ насыщенного анионита в таблице 7. Таблица 4 Сорбция раствора - 1,0 об/об/час Пример 4 Пример 4 осуществлялся как пример 1, но маточник осаждения урана пропускали через сильноосновной анионит в сульфатной форме для улавливания нитрат-ионов при нагрузке 2,0 об/об/час. Показатели процесса сорбции приведены в таблице 5, анализ насыщенного анионита в таблице 7. Таблица 5 Сорбция раствора - 2,0 об/об/час, г/л 30 75 0,002 60 80 0,0025 90 85 0,0035 120 80 0,0045 Пример 5 Пример 5 осуществлялся как пример 1, но маточник осаждения урана пропускали через сильноосновной анионит в сульфатной форме для улавливания нитрат-ионов при нагрузке 4,0 об/об/час. Показатели процесса сорбции приведены в таблице 4, анализ насыщенного анионита в таблице. Таблица 6 Сорбция раствора 4,0 об/об/час 22364 Таблица 7 Анализ насыщенного анионита Примеры - нагрузка Пример 1 - 0,1 об/об/час Пример 2 - 0,5 об/об/час Пример 3 - 1,0 об/об/час Пример 4 - 2,0 об/об/час Пример 5 - 4 об/об/час Данные экспериментов показывают, что нитраты хорошо сорбируются на смоле при пропускании 4 объемов раствора на 1 объем смолы. Извлечение нитратов на анионит составляет 98,5-99,5. В последующих порциях пропускаемого раствора наблюдается резкое повышение концентрации нитрат-ионов. При этом на первом объеме раствора наблюдается поглощение ионов хлора смолой. Однако в дальнейшем хлорид-ионы вымываются из смолы нитрат-ионами, и содержание хлорид-ионов в смоле стабилизируется на уровне 1,5-1,8. При этом первую половину объема раствора от объема смолы можно возвращать в цикл, а остальные 3,5 объема сбрасывать в пескоотстойник продуктивных растворов. Оптимальная нагрузка анионита составляет 0,1-2,0 об/об/час. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ извлечения урана из продуктивных растворов подземного сернокислотного выщелачивания, включающий сорбцию урана из растворов сильноосновным анионитом, десорбцию урана с насыщенного анионита нитратными растворами, подкисленными серной кислотой,отличающийся тем, что маточники осаждения после извлечения урана из товарного десорбата направляют в сорбционную колонну, содержащую сильноосновный анионит в сульфатной форме, при нагрузке 0,1-2,0 об/об/час, с последующей сорбцией нитрат-ионов из маточника осаждения на анионите,и дальнейшим выводом хлорсодержащего раствора в пескоотстойник продуктивных растворов.