Способ извлечения урана из руд

(51) 22 60/02 (2011.01) 22 3/08 (2011.01) 22 3/22 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ урана, а также снижение омического сопротивления растворов. Способ включает приготовление выщелачивающих растворов, содержащих серную кислоту, путм электрохимической активации оборотных растворов в анодной камере электролизра и доукрепления оборотных растворов серной кислотой, обработку руды приготовленными выщелачивающими растворами с переводом урана в продуктивные растворы и последующее извлечение из них урана с получением оборотных растворов. Отличие предлагаемого способа заключается в том,что извлечение урана осуществляют сорбцией с получением маточников сорбции,а для приготовления выщелачивающих растворов путм электрохимической активации в анодной камере диафрагменного или мембранного электролизров используют в качестве оборотных растворов маточники сорбции, которые доукрепляют серной кислотой до подачи в анодную камеру электролизра. Предпочтительно часть маточников сорбции дополнительно обрабатывают в катодной камере электролизра, а затем направляют на доукрепление серной кислотой и электрохимическую активацию вместе с остальными маточниками сорбции.(72) Черных Александр Михайлович Бердалиев Бауржан Алмаханович Задорин Валерий Семенович Кожахметов Серик Касымович Уваров Александр Дмитриевич Михеев Алексей Васильевич Бобровный Евгений Владимирович Нургалиев Нурбек Аукулевич Беймбетов Болат Кемалович Копбаева Мария Петровна Близнюк Владимир Иванович Садыков Магзум Жанарстанович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий Товарищество с ограниченной ответственностью Горнорудная компания(56) Инновационный патент РК 20562, кл. 22 60/02, 2008(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РУД(57) Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для извлечения урана из урановых руд методами кучногои подземного (ПВ) выщелачивания. Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности выщелачивания,снижение расхода серной кислоты на извлечение Изобретение относится к гидрометаллургии урана и может быть использовано для извлечения урана из урановых руд методами кучногои подземного (ПВ) выщелачивания. Основой современной гидрометаллургии урана является сернокислотное выщелачивание урановых руд. После выщелачивания проводятся операции концентрирования урана и очистки его от примесей при помощи ионного обмена и экстракции. Завершающим этапом гидрометаллургического производства являются процессы, связанные с осаждением химических концентратов урана, с их сушкой и прокалкой. Для подземного выщелачивания проблема высокого расхода серной кислоты связана также с низкой интенсивностью самого процесса выщелачивания. Основной причиной высокого расхода серной кислоты является то, что в урановых рудах, наряду с шестивалентным ураном содержится четырехвалентный уран в виде различных соединений, практически нерастворимый в серной кислоте. Поэтому для интенсификации процесса выщелачивания в раствор серной кислоты добавляют различные окислители. Известен способ извлечения урана из руд путм обработки руд сернокислыми растворами с использованием кислорода, заключающийся в том,что кислород из источника, находящегося на поверхности, нагнетается в скважины на глубину забоя и насыщает таким образом раствор под соответствующим гидростатическим давлением,создаваемым напором столба раствора в скважине, с переводом урана в продуктивные растворы и последующим извлечением из них урана (патент ЮАР 737598, МПК 22 3/00, публ. 1974 г.). Недостатком способа является необходимость строительства кислородной станции, а также установок для нагнетания кислорода в скважину,что усложняет конструкцию скважин. Известен способ извлечения урана из руд путм обработки урановых руд сернокислыми растворами в присутствии ионов трехвалентного железа с переводом урана в продуктивные растворы и последующее извлечение из них урана (Добыча урана методом подземного выщелачивания под ред. В.А.Мамилова, М.,Атомиздат, 1980, С.85) При применении способа скорость перевода урана в раствор возрастает в несколько раз, что обусловлено непрерывным контактированием ионов трехвалентного железа с реакционной поверхностью минералов четырехвалентного урана. При этом ионы трехвалентного железа являются непосредственным окислителем . Недостатком способа является необходимость введения дополнительного количества сульфата трехвалентного железа. Известно, что в растворах ПВ природное железо находится преимущественно в закисной форме, а соотношение концентраций трехвалентного железа к двухвалентному железу равно в среднем 0,2, причем общее количество железа не превышает 1,2 г/л. В то же время для получения достаточного для перевода четырехвалентного урана в раствор окислительно-восстановительного потенциала(более 550 мВ) необходимо, чтобы отношение концентраций трехвалентного железа к двухвалентному железу превышало 1,а концентрация трехвалентного железа должна быть на уровне 1 -1,5 г/л. Таким образом, применение железав качестве окислителя связано с большими затратами реагента. Другим недостатком применения трехвалентного железа для интенсификации ПВ урана является необходимость регенерации железав железо. Известны способы извлечения урана из урановых руд путм применения хлорсодержащих окислителей для окисления четырехвалентного урана ( .,. . ., 1964,3,1728,Каневский Е.А.,Федорова Л.А./ Радиохимия, 1960, 2, с. 559). На основании анализа окисления хлорсодержащие окислители расположили в следующем порядке по мере уменьшения скорости их взаимодействия с 2223. Более широкое применение среди хлорсодержащих окислителей нашли хлораты натрия и калия, а также гипохлориты. Однако, введение в выщелачивающие растворы хлорсодержащих окислителей приводит к постоянному их расходу, а также сопровождается образованием хлоридов,которые вызывают коррозию аппаратуры и депрессируют сорбцию урана при его извлечении из растворов. Поэтому при подземном выщелачивании они в настоящее время не применяются. Известен способ извлечения урана из руд(Патент Российской Федерации 2165994, МПК 22 60/02, публ. 27.04.2001 г.). Он включает приготовление сернокислого выщелачивающего раствора путм введения в раствор серной кислоты лигносульфоната аммония,щелочного или щелочноземельного металла, обработка руды приготовленным сернокислотным выщелачивающим раствором с переводом урана в продуктивные растворы и последующее извлечение из них урана. Недостатком известного способа является применение дополнительных реагентов. Известен способ извлечения урана из руд путм приготовления сернокислотного выщелачивающего раствора, выщелачивания урана приготовленным сернокислотным выщелачивающим раствором с переводом урана в продуктивные растворы и последующим извлечением из них урана (Бугенов Е.С., Василевский О.В. Физико-химические основы и технология получения химических концентратов природного урана, Алматы, КазНТУ, 2006 г., С. 9192). Приготовление выщелачивающего раствора заключается в пропускании через анодную камеру электролизра пластовых вод. Пластовые воды 2 2 2 содержат ионы С, 4 ,,,,в суммарном количестве до 3-5 г/л. При 2 электрохимической обработке пластовых водрастворов снижался до 1,8-2,0, а ОВП достигал 1000-1200 мВ. В процессе выщелачивания урановой руды в лабораторных условиях среднее содержание урана в растворе составляло 19 мг/л, достигая в максимуме 114 мг/л. Извлечение урана из руды - 9798. При выщелачивании активированными пластовыми водами ЖТ составило 6,25. Применение пластовых вод позволяет сократить расход серной кислоты на выщелачивание урановых руд, но способ обладает рядом существенных недостатков. Применение пластовых вод после электрохимической активации для выщелачивания урана не позволяет получать в продуктивных растворах приемлемые концентрации урана, что приводит к чрезмерно большому периоду выщелачивания. Низкие концентрации урана в продуктивном растворе приводят к значительному увеличению цикла сорбции и к снижению степени насыщения сорбента. Электрохимическая активация пластовых вод связана со значительным расходом электроэнергии,что обусловлено высоким омическим сопротивлением раствора (1,5 омм). Кроме того, при выщелачивании урана пластовыми водами или маточниками сорбции из процесса исключается действие природного окислителя трехвалентного железа, что в определенной степени снижает эффективность процесса в целом. В качестве наиболее близкого аналога выбран способ извлечения урана из руд (Инновационный патент РК 20562, МПК С 22 В 60/02, публ. 15.12.2008 г.). Он включает приготовление выщелачивающего раствора, содержащего серную кислоту, путм активации оборотных растворов в анодной камере электролизра и доукрепления оборотных растворов серной кислотой, обработку руды приготовленным выщелачивающим раствором с переводом урана в продуктивные растворы и последующее извлечение из них урана с получением оборотных растворов. В качестве оборотных растворов используют маточники осаждения. Маточники осаждения получают осаждением урана из продуктивных растворов при 6,9-8,5. Активированные растворы после доукрепления серной кислотой поступают на выщелачивание. Известный способ обладает рядом недостатков. При осаждении урана придо 8,5 теряется не только трехвалентное железо, но и часть двухвалентного железа, соответственно идут потери природного окислителя. Поскольку маточники осаждения урана имеют ОВП, близкий к нулю, для активации растворов до необходимого ОВП требуется более длительная обработка. Практически это соответствует меньшей пропускной способности раствора через электролизер. Кроме того, маточники осаждения урана имеют достаточно высокое омическое сопротивление, что повышает расход электроэнергии при электрохимической активации. В основу изобретения положена задача создания способа извлечения урана из руд, менее продолжительного по времени, позволяющего сократить расход серной кислоты на извлечение урана, а также уменьшить расход электроэнергии на электрохимическую обработку. Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности выщелачивания,снижение расхода серной кислоты на извлечение урана и снижение омического сопротивления растворов. Для достижения указанного технического результата в способе извлечения урана из руд,включающем приготовление выщелачивающих растворов, содержащих серную кислоту, путм электрохимической активации оборотных растворов в анодной камере электролизра и доукрепления оборотных растворов серной кислотой, обработку руды приготовленными выщелачивающими растворами с переводом урана в продуктивные растворы и последующее извлечение из них урана с получением оборотных растворов,согласно изобретению, извлечение урана осуществляют сорбцией с получением маточников сорбции, а для приготовления выщелачивающих растворов путм электрохимической активации в анодной камере диафрагменного или мембранного электролизеров используют в качестве оборотных растворов маточники сорбции, которые доукрепляют серной кислотой до подачи в анодную камеру электролизра. В предпочтительном варианте осуществления часть маточников сорбции,дополнительно обрабатывают в катодной камере электролизра, а затем направляют на доукрепление серной кислотой и электрохимическую активацию вместе с остальными маточниками сорбции. Выщелачивающие сернокислые растворы после электрохимической активации имеют высокий окислительно-восстановительный потенциал,необходимый для перевода четырехвалентного урана в продуктивный раствор (не ниже 600 мВ) за счет образования активного кислорода и активного хлора. Раствор серной кислоты обеспечивает получение высоких концентраций урана, а также переводит в продуктивные растворы природное железо, которое при электрохимической активации полностью переходит в трехвалентную форму,работая при этом как дополнительный окислитель. В качестве выщелачивающих растворов на рудниках ПВ, использующих сорбционно-десорбционную схему переработки урансодержащих растворов,применяют маточники сорбции. Маточники сорбции получают при извлечении урана сорбцией из продуктивных растворов. При этом основные потенциалообразующие элементы (железо, хлор) полностью переходят из продуктивных растворов в маточники сорбции в отличие от маточников осаждения в прототипе. Благодаря этому, после электрохимической активации маточники сорбции имеют более высокий окислительновосстановительный потенциал, что позволяет снизить продолжительность выщелачивания и количество используемой серной кислоты. Использование при электрохимической активации выщелачивающих растворов, уже доукрепленных серной кислотой, и части маточников сорбции,3 дополнительно обработанных в катодной камере электролизра, значительно снижает омическое сопротивление растворов и соответственно расход электроэнергии на активацию растворов. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Продуктивные урансодержащие растворы после кучного или подземного выщелачивания направляют на сорбцию урана анионообменными смолами с получением насыщенной ураном смолы и маточников сорбции с 2,0-2,4. Основные потенциалообразующие элементы, содержащиеся в продуктивных растворах (железо 1,2-1,5 г/л, хлор 12 г/л), полностью переходят в маточники сорбции. Приготовление сернокислотного выщелачивающего раствора осуществляют путм доукрепления маточников сорбции серной кислотой и электрохимической активации их в анодных камерах диафрагменного или мембранного электролизра. Часть маточников направляют в катодные камеры электролизра, после которых их направляют на доукрепление серной кислотой и электрохимическую активацию в анодных камерах электролизра вместе с основным потоком маточников сорбции. Приготовленные активацией в анодных камерах электролизра доукрепленные серной кислотой маточники сорбции направляют на обработку руды с переводом урана в продуктивные растворы Продуктивные урансодержащие растворы направляют на сорбцию урана. После концентрирования урана сорбцией проводится операция десорбции урана с получением товарного десорбата, из которого уран осаждается в виде желтого кека. Далее желтый кек направляется на очистку и прокалку с получением закиси-окиси урана. Примеры Для выщелачивания была отобрана и усреднена руда с содержанием урана 0,045. Выщелачивание проводили в делительных воронках. Навеска руды 500 г. Скорость подачи выщелачивающего раствора- 50 мл/час. Каждую навеску руды предварительно промывали двумя литрами воды. Выщелачивание проводили 1) раствором серной кислоты 2) активированным в анодной камере диафрагменного электролизра маточником осаждения урана, доукрепленным серной кислотой,по прототипу и 3) активированным в анодной камере диафрагменного электролизра доукрепленным серной кислотой маточником сорбции по предлагаемому способу (таблица 1). Таблица 1 Результаты выщелачивания урана Раствор серной кислоты, Активированный маточник осаждения ОВП 450 мВ урана,доукрепленный серной кислотой, ОВП 540 мВ Активированный доукрепленный серной кислотой маточник сорбции, ОВП 850 мВ Таблица 2 Содержание валентных форм железа в выщелачивающих растворах Вид раствора Маточник сорбции Маточник осаждения урана при 7,5 Маточник осаждения урана при 8,5 Активированный доукрепленный серной кислотой маточник сорбции Данные таблицы 2 показывают,что двухвалентное железо, содержащееся в маточниках сорбции в количестве 1,1 г/л,после электрохимической обработки полностью перешло в трехвалентную форму. После электрохимической обработки в выщелачивающем растворе двухвалентное железо отсутствует. Общее количество трехвалентного железа в выщелачивающем растворе составило 1,35 г/л. Таблица 3 Омическое сопротивление выщелачивающих растворов Вид раствора Маточник осаждения урана при 8,5 Маточник сорбции Активированный маточник сорбции, доукрепленный серной кислотой до 5 г/л Активированный маточник сорбции, доукрепленный серной кислотой до 10 г/л Активированный маточник сорбции, доукрепленный серной кислотой до 12 г/л Активированный маточник сорбции, доукрепленный серной кислотой до 25 г/л Извлечение урана и расход кислоты при выщелачивании урановой руды Выщелачивающий раствор ЖТ Извлечение Расход кислоты,урана,г/г урана Активированный маточник осаждения урана, доукрепленный серной 2,0 кислотой, ОВП 540 мВ (прототип) серной кислотой маточник сорбции, 1,6 Активированный доукрепленный ОВП 850 мВ Представленные результаты свидетельствуют о том, что использование предложенного способа позволяет сократить при одинаковой степени извлечения урана время выщелачивания в 1,25 раза по сравнению с прототипом и в 2,2 раза по сравнению с традиционной схемой выщелачивания Омическое сопротивление выщелачивающих растворов, доукрепленных серной кислотой в 7 раз ниже омического сопротивления маточника осаждения урана. Затраты на кислоту но сравнению прототипом при одинаковой степени извлечения снижаются на 15. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения урана из руд, включающий приготовление выщелачивающих растворов,содержащих серную кислоту,путм электрохимической активации оборотных растворов в анодной камере электролизра и доукрепления оборотных растворов серной кислотой, обработку руды приготовленными выщелачивающими растворами с переводом урана в продуктивные растворы и последующее извлечение из них урана с получением оборотных растворов, отличающийся тем, что извлечение урана осуществляют сорбцией с получением маточников сорбции,а для приготовления выщелачивающих растворов путм электрохимической активации в анодной камере диафрагменного или мембранного электролизров используют в качестве оборотных растворов маточники сорбции, которые доукрепляют серной кислотой до подачи в анодную камеру электролизра. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть маточников сорбции дополнительно обрабатывают в катодной камере электролизра, а затем направляют на доукреплеиие серной кислотой и электрохимическую активацию вместе с остальными маточниками сорбции.