Установка для сорбционного извлечения урана из раствора

(51) 01 47/02 (2009.01) 01 15/04 (2009.01) 01 43/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ напорных колонн 1, 2, 3, которые снабжены штуцерами ввода и вывода раствора 15, 16 и дренажными устройствами 17, 18, соединены между собой с возможностью подключения последовательно по продуктивному раствору и объм каждой из которых полностью заполнен анионитом. Отличие предлагаемой установки заключается в том, что колонны заполнены анионитом мелкого зернения с размером частиц не более 0,4 мм, в частности смолой-4712. Каждая колонна снабжена верхним 17 и нижним 18 дренажными устройствами, установленными в е верхней и нижней частях соответственно, причм дренажные устройства выполнены в виде кассет с корпусом цилиндрической формы 19, в боковых стенках которого выполнены продольные сквозные отверстия 19, а на боковой поверхности проточены поперечные канавки, в которые уложены витки проволоки 20 с зазором между витками. Установка выполнена с возможностью подачи продуктивного раствора в нижнюю часть колонн 1,2, 3.(72) Джакишев Мухтар Еркинович Ниетбаев Марат Абенович Пирматов Эшмурат Азимович Копбаева Мария Петровна Смайлов Ербол Кабылбекович Кантбекулы Максат(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Горнорудная компания Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий(54) УСТАНОВКА ДЛЯ СОРБЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РАСТВОРА(57) Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана из растворов подземного и кучного выщелачивания. Техническим результатом изобретения является снижение объема единовременной загрузки анионита и уменьшение габаритов установки. Установка для сорбционного извлечения урана из растворов содержит несколько сорбционных 22494 Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения урана из растворов подземного и кучного выщелачивания. В настоящее время для извлечения урана из продуктивных растворов повсеместно применяют сорбционные процессы. Низкая концентрация урана в продуктивных растворах (610-5 - 4,510-4 М) обуславливает особенности процесса их сорбционной переработки с использованием анионитов. Известна установка для сорбционного извлечения из растворов (Захаров Е.И., Рябчиков Б.Е., Дьяков Ионообменное оборудование атомной промышленности, М., Энергоатомиздат,1987 г., с. 83). Она содержит напорную колонну,объм которой заполнен анионитом. В верхней части колонны расположены штуцер для подачи раствора, дренажное устройство и бункер для хранения анионита, а в нижней части - штуцер для удаления раствора. Периодически часть анионита откачивается эрлифтом и дополняется из бункера для хранения сорбента. Высота колонны составляет 5 - 10 м, а диаметр колонны до 3 м, что приводит к е значительному гидравлическому сопротивлению. К недостаткам этой установки относится также повышенный расход анионита вследствие его механического измельчения при перегрузке и большие габариты установки при низкой производительности. Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является установка для сорбционного извлечения урана (Б.В. Громов. Введение в химическую технологию урана, М., Атомиздат,1978, с. 136). Она содержит несколько напорных колонн, которые соединены с возможностью подключения последовательно по продуктивному раствору и объем каждой из которых заполнен анионитом крупного зернения с размером частиц 0,63 - 2,0 мм. В верхней части каждой колонны расположен штуцер для ввода продуктивного раствора, а в нижней части дренажное устройство и штуцер для вывода раствора. К недостаткам этого устройства относятся большая единовременная загрузка анионита из-за использования анионитов крупного класса зернения с низкими кинетическими характеристиками и большие габариты установки. В основу изобретения положена задача создания установки сорбционного извлечения урана из растворов,позволяющей снизить объем единовременной загрузки анионита и уменьшить е габариты при сохранении производительности по урану. Техническим результатом изобретения является снижение объема единовременной загрузки анионита и уменьшение габаритов установки. Это достигается тем, что в установке для сорбционного извлечения урана из растворов,содержащей несколько напорных колонн, которые снабжены штуцерами ввода и вывода раствора и дренажными устройствами, соединены между собой с возможностью подключения последовательно по продуктивному раствору и объм каждой из 2 которых полностью заполнен анионитом, в соответствии с изобретением, колонны заполнены анионитом мелкого зернения с размером частиц не более 0,4 мм. Предпочтительно колонны заполнены анионитом-4712. В предпочтительном варианте осуществления установка содержит три напорные колонны, каждая из которых выполнена с возможностью подключения к трубопроводам для подачи растворов, используемых для донасыщения и десорбции, или воды для промывки. Каждая колонна снабжена верхним и нижним дренажными устройствами, установленными в верхней и нижней частях каждой колонны соответственно. Кроме того, дренажные устройства выполнены в виде кассет с корпусом цилиндрической формы, в боковых стенках которого выполнены продольные сквозные отверстия, а на боковой поверхности проточены поперечные канавки, в которые уложены витки проволоки с зазором между витками. Установка выполнена с возможностью подачи продуктивного раствора в нижнюю часть колонн. Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 схематично изображена установка для сорбционного извлечения урана. На фиг. 2 схематично изображена колонна,продольный разрез с частичным разрезом нижнего дренажного устройства. Установка сорбционного извлечения урана из раствора содержит три напорные колонны 1, 2, 3,соединенные последовательно по продуктивному раствору трубопроводами 4, 5, 6, снабженными запорными устройствами 7 и насосом 8. Колонны 1,2, 3 соединены трубопроводом 9, снабженным насосом 10 и запорными устройствами 11, с мкостями,содержащими растворы для донасыщения, десорбции и воду для промывки (не показаны). Каждая колонна состоит из вертикального цилиндрического корпуса 12 с верхней и нижней крышками 13 и 14. Корпус колонны выполнен с диаметром , равным 200 мм,и высотой Н, равной 600 мм. Колонны снабжены штуцерами 15 и 16 для ввода и вывода растворов,расположенными в нижней и верхней частях колонн. В верхней и нижней крышках 13 и 14 каждой колонны выполнены гнезда для установки верхнего и нижнего дренажных устройств 17 и 18 . Верхнее и нижнее дренажные устройства 17 и 18 устройства выполнены в виде кассет с корпусом цилиндрической формы. В боковых стенках корпуса дренажного устройства выполнены продольные сквозные отверстия 19, а на боковой поверхности и проточены поперечные канавки, в которые уложены витки проволоки 20 с зазором между витками 0,1 мм. Высота дренажного устройства 100 мм. Такая конструкция дренажного устройства позволяет эффективно улавливать мелкие частицы анионита. Объм корпуса каждой колонны заполнен анионитом-4712 мелкого зернения с гранулометрическим составом 0,1-0,4 мм. Объем анионита в колонне 0,018 м 3. Колонны заполняют 22494 через верхние крышки 13. С наружной стороны корпуса колонны установлены штуцера для отбора проб анионита 21 и штуцер для измерения внутреннего давления 22. Установка работает следующим образом. Отфильтрованный продуктивный раствор (ПР) по трубопроводу 4 насосом 8 подают на сорбцию урана по трубопроводу 4 в нижнюю часть колонны 1 через штуцер 16 и дренажное устройство 18. Подача ПР в нижнюю часть колонны позволяет избежать образования мертвых зон. На стадии сорбции постоянно работают две из трех колонн установки. Производительность установки по раствору 360 л/ч. Колонны, работающие на сорбции,подключены последовательно. ПР из первой колонны 1 через верхнее дренажное устройство 17 и штуцер 15 подают по трубопроводу 5 во вторую колонну 2 через штуцер 16 и нижнее дренажное устройство 18. Анионит во второй колонне 2 уже полунасыщенный. Свежие ПР будут донасыщать полунасыщенный анионит . Первая колонна 1 в сорбционной цепочке работает до Полной Динамической Обменной мкости (ПДОЕ), а вторая колонна 2 - на улавливание урана после первой ступени сорбции до проскока (содержание урана в растворе 5 мг/л). Это соответствует времени сорбции 20-25 часов и содержанию урана на выходе из первой колонны в сорбционной цепочке 65-70 мг/л. Маточники сорбции (МС) выводятся из верхней части второй колонны 2 через верхнее дренажное устройство 17 и штуцер 15. При достижении в головной колонне насыщения ее выводят из сорбционной цепочки и подключают к операциям десорбции и промывки, а в конец сорбционной цепочки подключают колонну с регенерированным анионитом. Первая колонна с насыщенным анионитом 1 переключается на стадии донасыщения, десорбции и промывки. Для донасыщения используют бедную часть товарного десорбата, разбавленную водой. Производительность по раствору составляет 7 л/час. Донасыщающий раствор по трубопроводу 9 насосом 10 подается через штуцер 15 и дренажное устройство 17 в верхнюю часть первой колонны 1. Раствор подают с удельной нагрузкой 0,5 л/л/ч. Объем раствора, пошедшего на донасыщение,составляет 2-3 объема сорбента. Кислотность донасыщающего раствора после разбавления составляет 15-25 г/л, концентрация урана в растворе- 3-5 г/л. Время донасыщения составляет 3-4 часа. Содержание урана в растворе на выходе из колонны до 1 г/л. Содержание урана в анионите по окончании процесса донасыщения 40-45 г/л. Маточник донасыщения выводится через нижнее дренажное устройство 18 и штуцер 16 колонны 1,объединяется с продуктивным раствором и поступает на сорбцию. По окончании донасыщения первая колонна 1 переключается на операцию десорбции. Десорбирующий раствор по трубопроводу 9 насосом 10 подается на регенерацию донасыщенного сорбента в первую колонну 1. Производительность по раствору составляет 10 л/час. Десорбирующий раствор вводится через нижнее дренажное устройство 18 и штуцер 16 колонны. Десорбат делится на три части. Самая богатая часть десорбата направляется в емкость товарного десорбата (не показана). Средняя по содержанию урана часть десорбата направляется в емкость донасыщающего раствора (не показана). Бедная часть десорбата направляется в емкость десорбирующего раствора (не показана). Время десорбции составляет 8-10 часов. По окончании процесса десорбции колонна 1 переключается на операцию промывки сорбента от десорбирующего раствора. Производительность по раствору составляет 15 л/час Промывка проводится технической водой, подаваемой по трубопроводу 9 насосом 10 в первую колонну через штуцер 15 и верхнее дренажное устройство 17. Маточник промывки выводится через нижнее дренажное устройство 18 и штуцер 16 первой колонны 1 и поступает в емкость (не показана) на приготовление десорбирующего раствора. Время промывки составляет 2-3 часа. Содержание урана в растворе на выходе из колонны составляет до 0,5 г/л. Содержание урана в анионите по окончании промывки -2-3 г/л. Десорбирующий раствор готовится на основе бедной части товарного десорбата путем смешения с водой после промывки от десорбированного сорбента с доукреплением по серной кислоте. Часть товарного десорбата попадает на донасыщение,предварительно разбавляется водой. За время проведения стадий донасыщения, десорбции и промывки первой колонны 1, вторая колонна 2 достигла насыщения. Отфильтрованный ПР по трубопроводу 4 насосом 8 подают на сорбцию урана через штуцер 16 и дренажное устройство 18 в третью колонну 3. Анионит в третьей колонне 3 уже полунасыщенный. Свежий ПР будет донасыщать полунасыщенный анионит. ПР через верхнее дренажное устройство 17 и штуцер 15 из третьей колонны 3 подается через штуцер 16 и нижнее дренажное устройство 18 в первую колонну 1, третья колонна 3 в сорбционной цепочке работает до ПДОЕ, а первая колонна 1 - на улавливание урана после первой ступени сорбции до проскока (содержание урана в растворе 5 мг/л). Маточники сорбции выводятся из верхней части первой колонны через дренажное устройство 17 и штуцер 15. Вторая колонна 2 с насыщенным сорбентом переключается на стадии донасыщения,десорбции и промывки. По мере насыщения анионита ураном колонны переключают на стадию донасыщения, десорбции и промывки. Таким образом, все три ионообменные колонны проходят последовательно все стадии процесса. Предлагаемая установка позволяет ускорить процесс насыщения анионита ураном и сократить общий объем загрузки анионита в 2-3 раза. Заполнение колонн анионитом мелкого зернения позволило при той же производительности по урану использовать меньшее количество колонн, колонны выполнить с меньшей высотой и меньшим 3 22494 диаметром, что уменьшило габариты установки в целом. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для сорбционного извлечения урана из растворов, содержащая несколько напорных колонн, которые снабжены штуцерами ввода и вывода раствора и дренажными устройствами,соединены между собой с возможностью подключения последовательно по продуктивному раствору и объм каждой из которых полностью заполнен анионитом, отличающаяся тем, что колонны заполнены анионитом мелкого зернения с размером частиц не более 0,4 мм. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что колонны заполнены анионитом-4712. 3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем,что содержит три напорные колонны, каждая из которых выполнена с возможностью подключения к трубопроводам для подачи растворов, используемых для донасыщения и десорбции, или воды для промывки. 4. Установка по любому из п. 1-3,отличающаяся тем, что каждая колонна снабжена верхним и нижним дренажными устройствами,установленными в е верхней и нижней частях соответственно. 5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что дренажные устройства выполнены в виде кассет с корпусом цилиндрической формы, в боковых стенках которого выполнены сквозные продольные отверстия, а на боковой поверхности проточены поперечные канавки, в которые уложены витки проволоки с зазором между витками. 6. Установка по п.4 или 5, отличающаяся тем,что выполнена с возможностью подачи продуктивного раствора в нижнюю часть колонн.