Способ получения концентрата природного урана

(51) 22 60/02 (2010.01) 01 43/01 (2010.01) 22 3/20 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ растворов от примесей, в частности фосфора и кремния, и получение КПУ, соответствующего требованиям международных стандартов по чистоте. Способ включает нейтрализацию урансодержащего раствора, селективное осаждение урана из растворов пероксидом водорода при 25 100 избытке пероксида водорода от стехиометрии,отделение осадка пероксида урана от маточного раствора с дальнейшей его промывкой и сушкой. Отличие способа заключается в том, что нейтрализацию урансодержащих кислых растворов осуществляют до 3,5-4,5 с гидролитическим осаждением при этом железа, фосфора и кремния, а перед осаждением урана из растворов пероксидом водорода осуществляют удаление гидролитического осадка, содержащего железо, фосфор и кремний. Кроме того, предварительную нейтрализацию урансодержащих кислых растворов можно осуществлять растворами едкого кали или едкого натра. Предпочтительно удаление гидролитического осадка, содержащего железо, фосфор и кремний,осуществляют отстаиванием с последующей фильтрацией. Отстаивание осуществляют в течение 1,0 - 1,5 час.(72) Умбеткулова Мариям Умаровна Садыков Магзум Жанарстанович Уваров Александр Дмитриевич Бармасов Владимир Альбертович Принзин Николай Алексеевич Копбаева Мария Петровна Кемельбаева Ассем Сабырбековна Карманов Ербол Мейрамханович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий Товарищество с ограниченной ответственностью Горнорудная компания(56) Предварительный патент РК 16639, кл.01 43/01, 15.12.2005(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ПРИРОДНОГО УРАНА(57) Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для получения концентрата природного урана (далее - КПУ) из урансодержащих растворов,полученных по технологии подземного сернокислотного выщелачивания с высоким содержанием примесей,в частности железа, фосфора и кремния. Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки урансодержащих Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для получения концентрата природного урана (далее - КПУ) из урансодержащих растворов, полученных по технологии подземного сернокислотного выщелачивания с высоким содержанием примесей, в частности железа, фосфора и кремния. Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время за рубежом в промышленной практике широко используется пероксидное осаждение урана. Избирательное действие пероксида водорода на уран позволяет использовать его для осаждения урана из элюатов. Промытый и просушенный осадок пероксида урана (далее ПУ) представляет собой концентрат природного урана(далее КПУ) - исходное сырье для получения закисиокиси урана. Однако большое количество примесей в исходном растворе не позволяет получить КПУ кондиционного качества. Известен способ получения концентрата природного урана из разбавленных растворов,содержащих макро- и микропримеси, раскрытый в описании к патенту Российской Федерации 2404126 (МПК 01 43/00, публ. 20.11.2010 г.). Он включает сорбцию урана анионитами,отмывку анионита от примесей, обработку анионита щелочным или щелочно-солевым раствором с последующим принудительным разделением фаз,донасыщение анионита ураном путм контакта его с частью уранового десорбата, десорбцию урана кислотно-солевыми растворами, нейтрализацию урансодержащего раствора (товарного десорбата) аммиачным или щелочным раствором до 4,0-4,2,селективное осаждение урана из растворов пероксидом водорода в режиме парциальной подачи перекиси водорода при непрерывном перемешивании в течение 4 час с повторной корректировкой значениядо величины 4,0-4,2 теми же реагентами с последующим перемешиванием в течение 2,5-3 час пероксида водорода, отделение осадка пероксида урана от маточного раствора с дальнейшей его промывкой и сушкой. В результате проведения цикла операций в фазе сорбента создаются благоприятные условия полимеризации гидросокомплексов уранила при одновременном вытеснении из анионита железа,кремния и других металлов-примесей. Но известный способ не позволяет достаточно очистить урансодержащие растворы от примесей, в частности фосфора и кремния. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ получения природного концентрата урана из урансодержащих растворов, раскрытый в описании к предварительному патенту Республики Казахстан 16639 (МПК 01 43/01, публ. 15.12.2005 г.)(прототип). Он включает нейтрализацию урансодержащего раствора (товарного десорбата) раствором аммиака до 3,8, селективное осаждение урана из растворов пероксидом водорода при 25100 избытке пероксида водорода от стехиометрии,отделение осадка пероксида урана от маточного раствора с дальнейшей его промывкой и сушкой. Для снижения содержания железа в природном концентрате урана смолу перед десорбцией отмывают от железа растворами серной кислоты. Промывка смол растворами серной кислоты позволяет отмыть смолу от большинства примесей (в частности, железо отмывается на 60,0-70,0). Однако КПУ,полученный известным способом,соответствует требованиям стандартаС 967-87 только при применении для продуктивных растворов с невысоким содержанием фосфора и кремния. Недостатком данного способа является его не эффективность при применении для продуктивных растворов, содержащих много примесей, таких как фосфор и кремний. Содержание данных примесей в смоле определяется их содержанием в исходном продуктивном растворе и напрямую зависит от индивидуальных особенностей месторождения(содержания в горнорудной массе фосфатов и легковыщелачиваемых силикатов - слюд, хлоритов и др.). В основу изобретения положена задача создания способа получения концентрата природного урана,который можно использовать на месторождениях с высоким содержанием примесей и позволяющего получить КПУ, соответствующего требованиям международных стандартов по чистоте. Техническим результатом изобретения является повышение степени очистки урансодержащих растворов от примесей, в частности фосфора и кремния, и получение КПУ, соответствующего требованиям международных стандартов по чистоте. Технический результат достигается тем, что в способу получения концентрата природного урана,включающем нейтрализацию урансодержащего раствора, селективное осаждение урана из растворов пероксидом водорода при 25-100 избытке пероксида водорода от стехиометрии, отделение осадка пероксида урана от маточного раствора с дальнейшей его промывкой и сушкой, согласно изобретению,нейтрализацию урансодержащих кислых растворов осуществляют до 3,5-4,5 с гидролитическим осаждением при этом железа,фосфора и кремния, а перед осаждением урана из растворов пероксидом водорода осуществляют удаление гидролитического осадка, содержащего железо, фосфор и кремний. Предварительную нейтрализацию урансодержащих кислых растворов можно осуществлять осуществляют растворами едкого кали или едкого натра. В предпочтительном варианте осуществления способа удаление гидролитического осадка,содержащего железо,фосфор и кремний,осуществляют отстаиванием с последующей фильтрацией. Отстаивание осуществляют в течение 1,-1,5 час. При повышениивозрастает степень диссоциации фосфорной кислоты, что приводит к осаждению фосфора в виде ураниламмонийфосфата 244. Кремнекислота в урансодержащих растворах присутствует в двух формах ортокремниевой и ряда поликремниевых кислот. При повышении ортокремниевая кислота взаимодействует с многовалентными ионами металлов (например,22, 3, 3) с образованием нерастворимых силикатов (соддиита, эпидота и пр.), которые, в свою очередь,активно катализируют процесс гелеобразования и осаждения из раствора поликремниевых кислот. При повышениижелезо(3) гидролитически осаждается в виде гидроксида 3 и основного сульфата 4. Таким образом, осаждение железа, кремния и фосфора из раствора не в процессе пероксидного осаждения, а ранее - в процессе предварительной нейтрализации до 3,5-4,5 и удаление гидролитического осадака, содержащего железо,кремний и фосфор, перед началом пероксидного осаждения снижает их количество в растворах и соответственно в КПУ. При этом предварительная отмывка железа с ионообменной смолы как в прототипе не требуется, поскольку в отсутствие гидролитических осадков железа осаждение фосфора и кремния существенно замедляется из-за их склонности к образованию коллоидов. Способ осуществляют следующим образом. Осветленные продуктивные растворы (ПР) из пескоотстойника ПР подают на сорбцию урана в нижнюю часть напорных сорбционных колонн СНК 3 м. Сорбция урана осуществляется из продуктивных растворов на сильноосновной анионит марки типа 920(4)2-. Маточники сорбции с содержанием урана до 3 мг/дм 3 выводятся из верхней части колонн СНК-3 м через дренажные кассеты и направляются в пескоотстойник выщелачивающих растворов. Далее насыщенная смола поступает в колонну СДК-1500 для донасыщения анионита частью товарного десорбата (ТД). Донасыщение анионита по урану позволяет повысить содержание урана в анионите, уменьшить содержание примесей за счет большего сродства урана к сильноосновному аниониту и тем самым повысить концентрацию урана в товарном десорбате. В процессе дальнейшего продвижения по колонне анионит последовательно проходит зону нитратной десорбции, где соответственно происходит десорбция урана с насыщенного анионита. Состав исходного десорбирующего раствора концентрация нитрат-ионов 85-95 г/дм 3 кислотность 30-40 г/дм 3. Десорбирующий раствор готовится на основе маточника денитрации. Урансодержащий раствор (ТД) выводится из нижних частей колонн СДК-1500 в сборную мкость,откуда насосами направляется в аффинажный цех на каскад пероксидного осаждения Анионит после десорбции поступает в колонну денитрации типа ДНК-2000. Денитрацию проводят раствором с кислотностью порядка 30-40 г/дм 3. Денитрирующий раствор готовят на основе технической воды для избежания попадания железа и других примесей в ТД. ТД с концентрацией 7010 г/дм 3, по основному компоненту, по мере накопления, в количестве 6-8 м 3 подают на осаждение в реактор-осадитель. Нейтрализация ТД производится охлажденным раствором аммиака, едкого натра или едкого кали до 3,5-4,5, после чего производится отстаивание в течение 1,0-1,5 часа и последующее удаление гидролитического осадка, содержащего железо,фосфор и кремний, тем или иным способом(фильтрация, декантация, центрифугование и др.). Для растворения полученного осадка отбирается часть серной кислоты, предназначенной для доукрепления маточника сорбции. Полученный раствор фильтруется, объединяется с продуктивным раствором и направляется в сорбционный передел. В случае наличия в осадке кислотонерастворимой фракции (ОНК) ее растворяют в щелочном растворе,предназначенном для нейтрализации урансодержащих растворов, поступающих на пероксидное осаждение. Осаждение урана производится пероксидом водорода (Н 2 О 2) с концентрацией 38-60 при 25100 избытке пероксида водорода от стехиометрии.в течение 3 часов при том же значении 3,5-4,5,Подача пероксида водорода в реактор-осадитель осуществляется в строго рассчитанном количестве. В процессе пероксидного осаждения уранатоварного десорбата понижается, поэтому заданное значениепостоянно поддерживается путем подачи охлажднного 30-го раствора аммиака,едкого натра или едкого кали. Постоянноераствора контролируется автоматикой. Осаждение пероксида урана проходит при постоянном перемешивании. Для образования центров кристаллизации в реактор-осадитель возможно насосом подавать оборотный сгущенный продукт. Пероксидная пульпа насосом подается на операцию фильтрации. Промывка полученного на фильтре осадка пероксида урана производится деминерализованной водой (ГОСТ 6709-72), при ТЖ - 13. После промывки концентрат природного урана(желтый кек) с влажностью до 30 сгружается в приемный бункер оснащенный шнеком, и далее транспортируется в печи, где осуществляют его сушку. Примеры осуществления способа В экспериментах гидролитическое осаждение примесей из растворов проводилось в двух режимах при 3,5 и 4,5. Эксперименты проводились на материале урансодержащих растворов (конкретно,ТД) рудника Акдала. Поскольку по содержанию фосфора пероксид урана (далее-ПУ), получаемый из руды рудника Акдала, соответствовал требованиям, в состав ТД была искусственно введена фосфорная кислота для повышения концентрации ионов РО 43- с 0,07 до 0,30 г/дм 3 и создания ТД,типичного для ТД рудника Инкай. Объем пробы ТД в обоих вариантах эксперимента составлял 100 см 3. Содержание свободной серной кислоты в ТД составляло 25,5 г/дм 3, поэтому для удобства последующих расчетов нейтрализация ТД 3(240 г/дм 3) с автоматическим контролем , после чего объем пульпы доводился дистиллированной водой до 110 от исходного объема ТД (т.е. 110 см 3). Было установлено,что особенностью гидролитического осаждения железа (3) при комнатной температуре является большой индукционный период, в течение которого происходит образование осадка гидроксида железа. Продолжительность образования осадка составляет 1,01,5 часа. После фильтрации пульпы в обоих опытах получено 100 см 3 фильтрата и 10 см 3 остаточной пульпы, которая распульповывалась на фильтре 5 -кратным объемом дистиллированной воды (т.е. 50 см 3) и вновь фильтровалась до получения 50 см 3 промывных вод. Фильтрат и промывная вода анализировались, состав осадка определялся из разности содержаний компонентов в ТД, фильтрате и промывной воде. Химический состав исходного ТД и продуктов гидролиза приведены в таблице 1. Таблица 1 Содержание компонента в продуктах фильтрат промывная вода г Числитель - гидролиз при 3,5 знаменатель - гидролиз при 4,5. В контрольных опытах после предварительной На следующем этапе работ был исследован нейтрализации отстаивание и фильтрация не процесс осаждения ПУ из полученных фильтратов и проводились, и нейтрализованные до 3,5 и 4,5 контрольных растворов. Осаждение велось при растворы поступали непосредственно на осаждение следующих условиях ПУ.Избыток пероксида водорода - 25 и 100 Как следует из данных таблицы 2, при 3,5 иВремя осаждения - 80 минут 4,5 степень очистки ТД от железа составляет 98,40 иВремя перемешивания пульпы - 30 мин 100,0, от кремния - 84,62 и 92,31, от фосфораТемпература осаждения - 30 86,67 и 86,67 соответственно. Потери урана сВремя фильтрации - 3 мин осадком составили до промывки 0,410 и 0,50 г (9,47 иЖТ при промывке осадка -31 11,55), после промывки - 6,58 и 7,62 Время промывки - 3 мин соответственно, т.е. удалось отмыть лишь 3034 из Дополнительная нейтрализация фильтратов не содержащегося в осадке урана, что указывает на проводилась, т.е.осаждения составлял,сорбционный характер удержания урана осадком. соответственно, 3,5 и 4,5. Для промывки осадка Расчет показывает, что потери урана столь использовалась техническая вода, не содержащая существенны потому, что большая их часть ионов железа. Полученный осадок после промывки(0,370,38 г) связана не с осадком, а с подвергался сушке до постоянной массы при неотфильтрованной жидкой фракцией пульпы. В температуре 150. Результаты исследований промышленных условиях планируется фильтрация представлены в таблице 2. пульпы на фильтр-прессе, что позволит сократить потери урана почти на порядок. Таблица 2 контрольный опыт избыток пероксида водорода - 25 2 34 18 н/о н/о 1 н/о 33 18 н/о н/о 1 Избыток пероксида водорода - 100 2 34 18 н/о н/о 1 н/о 33 18 н/о н/о 1 Как следует из данных таблицы 2, полученный по предлагаемому способу ПУ полностью соответствует требованиямнезависимо от того, проводилось ли гидролитическое осаждение примесей при рН 3,5 или 4,5. Однако потери урана с осадком после осаждения при рН 3,5 всего на 11,6 ниже, чем после осаждения при рН 4,5 - т.е. в этом отношении проведение осаждения при пониженном значениине дает сколько-нибудь существенных преимуществ. При 25-ном избытке пероксида водорода степень осаждения урана примерно на 3 ниже, чем при 100-ном избытке, однако на содержание примесей в пероксиде урана степень избытка пероксида водорода практически не влияет. Осадок, полученный в контрольном опыте, имеет многократное превышение над допускаемымпо железу и остатку, нерастворимого в азотной кислоте (далее - ОНК), а также существенное (на 3538) - по фосфору. Расчет показывает, что если бы была проведена предварительная отмывка железа с ионообменной смолы (способ по прототипу), то при степени очистки 90 и 92,7 ПУ содержал бы 0,187 и 0,136 железа соответственно (т.е. в 1-м случае не соответствовал бы требованиям , а во 2-м - соответствовал). Но на содержание фосфора и ОНК предварительная кислотная отмывка не повлияла бы, т.е. по данным показателям ПУ все равно не удовлетворял бы требованиям . Представленные результаты свидетельствуют о том, что использование предложенного способа позволяет обеспечить соответствие ПУ требованиям международного стандарта 967-87 по содержанию железа, фосфора и ОНК., тогда как контрольный опыт не позволяет достичь соответствия требованиямни по одному из указанных компонентов, а способ по прототипу позволяет достичь соответствия требованиямтолько по железу, но не по фосфору и ОНК. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения концентрата природного урана,включающий нейтрализацию урансодержащего раствора, селективное осаждение урана из растворов пероксидом водорода при 25 100 избытке пероксида водорода от стехиометрии,отделение осадка пероксида урана от маточного раствора с дальнейшей его промывкой и сушкой,отличающийся тем,что нейтрализацию урансодержащих кислых растворов осуществляют до 3,5 - 4,5 с гидролитическим осаждением при этом железа, фосфора и кремния, а перед осаждением урана из растворов пероксидом водорода осуществляют удаление гидролитического осадка, содержащего железо, фосфор и кремний. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную нейтрализацию урансодержащих кислых растворов осуществляют растворами едкого кали или едкого натра. 3.Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что удаление гидролитического осадка, содержащего железо, фосфор и кремний, осуществляют отстаиванием раствора с последующей фильтрацией. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что отстаивание осуществляют в течение 1,0-1,5 час.