Способ получения закиси-окиси урана

(51) 01 43/00 (2013.01) 01 43/01 (2013.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ результатом изобретения является упрощение способа, исключение из технологического процесса распульповки и сокращение расхода углеаммонийных солей. Способ включает выщелачивание руды, сорбцию урана из пульпы,десорбцию, экстракцию урана из десорбатов с использованием экстракционной смеси, содержащей ди-(два)этилгексилфосфорную кислоту в количестве 0,26 моль/л и триалкиламин в углеводородном разбавителе, реэкстракцию урана раствором,содержащим углеаммонийные соли, прокалку урансодержащего соединения с получением закисиокиси урана. Согласно изобретению, содержание триалкиламина составляет 0,21 моль/л, в качестве углеводородного топлива используют дизельное топливо, а реэкстракцию урана проводят в жидкофазном режиме раствором карбонатабикарбоната аммония и пероксида водорода, затем к реэкстракту добавляют серную кислоту до значения 30,1 и осаждают урансодержащее соединение 25 водным раствором аммиака в две стадии.(72) Аринов Бейбит Жолдыбаевич Кожахметов Серик Касымович Копбаева Мария Петровна Столбова Елена Федоровна Мараховец Наталья Алексеевна(73) Акционерное общество Национальная Атомная Компания Казатомпром Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий Акционерное общество Ульбинский металлургический завод(74) Никитина Ирина Ильинична Имансаева Айжан Мейрхановна(57) Изобретение относится к гидрометаллургии металлов и может быть использовано на предприятиях по переработке урансодержащих руд для получения закиси-окиси урана. Техническим Изобретение относится к гидрометаллургии металлов и может быть использовано на предприятиях по переработке урансодержащих руд для получения закиси-окиси урана с использованием экстракционного аффинажа урана из десорбатов. Описан способ извлечения урана из руд (Патент Российской Федерации 2205885, МПК С 22 В 60/02, публ. 10.08.2002 г.). Он включает дробление,измельчение руды, выщелачивание, сорбцию урана из пульпы, десорбцию, экстракцию урана из десорбатов с применением экстракционной смеси,содержащей ди-(два)-этилгексилфосфорную кислоту (Ди 2 ЭГФК) в концентрации 0,15 моль/л,триалкиламин (ТАА) в концентрации 0,05 моль/л и трибутилфосфат (ТБФ) в концентрации 0,06 моль/л,реэкстракцию с выделением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната (АУТК), обработку кристаллов АУТК карбонатно-аммиачными или карбонатно-бикарбонатными растворами,фильтрование, растворение в воде при температуре 70-90 С, фильтрование и осаждение из полученных растворов углеаммонийными солями при температуре 20-40 С вторичных кристаллов АУТК,их фильтрование и прокаливание с получением закиси-окиси урана. Недостатком известного способа является его сложность, т.к. для снижения в закиси - окиси урана примесей применяется операция вторичного осаждения кристаллов АУТК,требующая дополнительного расхода углеаммонийной соли. Известен способ подземного скважинного выщелачивания и получения закиси-окиси урана,который включает в себя сорбцию урана из продуктивных растворов, десорбцию урана со смолы,переработку нитратносульфатных десорбатов экстракцией смесью (Ди 2 ЭГФКТААУВС), твердофазную реэкстракцию раствором(4)3, (4)23,3 с получением кристаллов АУТК их последующей промывкой и прокалкой до закиси-окиси урана (Бугенов Е. С.,Василевский О. В. Физико-химические основы и технология получения концентратов природного урана. Алматы, КазНТУ, 2006, с.391). Способ получения закиси-окиси урана имеет недостатки трудоемкость,длительность и многостадийность процесса твердофазной реэкстракции,обусловленная необходимостью многократного разделения фаз и их промывки с целью получения кристаллов АУТК и подготовки экстрагента к следующему циклу экстракции. Известен способ получения закиси-окиси природного урана (Инновационный патент РК 22658, МПК 01 43/00, публ. 15.07.2010 г.),включающий дробление и измельчение руды,выщелачивание, сорбцию урана из пульпы,десорбцию, экстракцию урана из десорбатов с использованием экстракционной смеси, содержащей ди-(два)-этилгексилфосфорную кислоту в концентрации 0,200,27 моль/л и триалкиламин в концентрации 0,120,19 моль/л в углеводородном растворителе,твердофазную реэкстракцию карбонатно бикарбонатными растворами 2 с выделением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната,отделение кристаллов, промывку, фильтрацию и прокаливание с получением закиси-окиси урана, причем экстракционная смесь дополнительно содержит трибутилфосфат в концентрации 0,06-0,27 моль/л, а в качестве углеводородного растворителя используют дизельное топливо или керосин. В указанном способе твердофазная реэкстракция осуществляется раствором карбоната аммония. Реэкстракция урана проводится оборотным раствором углеаммонийных солей при соотношении фаз г.вод.1,01,5. Для доукрепления оборотного раствора используется высаливающий раствор. Высаливающий раствор готовится в реакторе путем дозировки сухого бикарбоната аммония в предварительно нагретый до 40-45 С оборотный раствор, который поступает из емкости. Суммарная концентрация карбоната и бикарбоната аммония в готовом растворе должна быть 200 г/л. Полученная после твердофазной реэкстракции смесь органической, водной и кристаллической фаз направляется в трехфазный отстойник, где в результате отстаивания смесь разделяется на три фазы. Органическую фазу декантируют и возвращают в процесс экстракции. Сгущенные кристаллы АУТК репульпируют в керосиновокарбонатном растворе с целью отмывки от экстрагента. Керосин с низким содержанием экстрагента периодически выводят на приготовление свежей порции экстрагента. Карбонатный раствор частично выводят из процесса на ректификацию, основную массу его доукрепляют по карбонату аммония и аммиаку и совместно с раствором после выделения кристаллов АУТК направляют в процесс реэкстракции урана. Отмытые кристаллы АУТК после фильтрации прокаливают до закиси- окиси урана при температуре 800 С. Недостатками вышеописанного способа являются, многостадийность и длительность процесса распульповки и отстаивания кристаллов АУТК, получаемых в результате твердофазной реэкстракции, значительный расход керосина,карбонатного раствора и воды для отмывки кристаллов АУТК. Наиболее близким аналогом является способ получения закиси-окиси урана (Предварительный патент Республики Казахстан 19166, МПК 01 43/00, публ. 14.03.2008). Способ включает дробление и измельчение руды, выщелачивание,сорбцию урана из пульпы, десорбцию, экстракцию урана из десорбатов с применением в качестве экстрагента смеси,содержащей ди-(два)этилгексилфосфорную кислоту (Ди 2 ЭГФК) в концентрации 0,2-0,27 моль/л и триалкиламин(ТАА) в концентрации 0,12-0,19 моль/л в углеводородном растворителе керосине,твердофазную реэкстракцию карбонатнобикарбонатными растворами с выделением кристаллов аммонийуранилтрикарбоната, отделение кристаллов, промывку, фильтрацию и прокаливание с получением закиси-окиси урана. Способ позволяет повысить чистоту получаемой закиси-окиси урана и повысить содержание урана в готовом продукте. Недостатками способа являются увеличение потерь экстрагента ди-(два)этилгексилфосфорной кислоты с ростом числа циклов экстракции - реэкстракции урана и склонность к образованию большого объема третьей фазы. Все приведенные способы получения закисиокиси урана предусматривают твердофазную реэкстракцию карбонатно-бикарбонатными растворами с выделением кристаллов аммоний уранилтрикарбоната. Твердофазная реэкстракция определяет необходимость многократной распульповки пульпы кристаллов аммоний уранилтрикарбоната урана, что усложняет процесс и приводит к значительным потерям реагентов. Задачей изобретения является разработка способа получения закиси-окиси урана, лишенного вышеуказанных недостатков, исключение из технологического процесса трудоемких операций распульповки. Техническим результатом является упрощение способа и сокращение расхода углеаммонийных солей. Технический результат достигается способом,включающим выщелачивание руды, сорбцию урана из пульпы, десорбцию, экстракцию урана из десорбатов с использованием экстракционной смеси, содержащей ди-(два)этилгексилфосфорную кислоту в количестве 0,26 моль/л и триалкиламин в углеводородном разбавителе, реэкстракцию урана раствором углеаммонийных солей, прокалку урансодержащего соединения с получением закисиокиси урана, причем содержание триалкиламина в экстракционной смеси равно 0,21 моль/л, в качестве растворителя используют дизельное топливо, а реэкстракцию осуществляют раствором карбонатабикарбоната аммония и пероксида водорода. После добавления серной кислоты до значения 30,1 осаждают урансодержащее соединение 25 водным раствором аммиака в две стадии. Отличительными признаками способа является содержание триалкиламина в экстракционной смеси равное 0,21 моль/л, использование в качестве углеводородного растворителя дизельного топлива. Реэкстракцию урана проводят в жидкофазном режиме раствором карбоната-бикарбоната аммония и пероксида водорода, затем к реэкстракту добавляют серную кислоту до значения 30,1 и осаждают урансодержащее соединение 25 водным раствором аммиака в две стадии. Предлагаемый способ отличается также тем, что раствор жидкофазной реэкстракции урана содержит карбоната-бикарбоната аммония в количестве 6-8 мас. , предпочтительно 7 мас.и пероксид водорода в количестве 5-15 г/л, предпочтительно,10 г/л. Урансодержащее соединение осаждают на первой стадии при 17,00,2, на второй - при рН 28,0. Преимущество способа обусловлено осуществлением реэкстракции в жидкофазном режиме, при котором происходит максимальное насыщение реэкстрагента ураном, обеспечивается устойчивость карбонатного раствора уранила. Осуществление процесса реэкстракции в жидкофазном режиме исключает образование кристаллов АУТК. Осаждение урансодержащего соединения в виде полиураната аммония из жидкофазного реэкстракта осуществляют водным раствором аммиака. Образованный осадок полиураната аммония отделяют фильтрованием. Температуру осаждения поддерживают равную 605 С. Урансодержащий осадок фильтруют. Далее полиуранат прокаливают с получением закиси- окиси урана. Исследования показали, что жидкофазная реэкстракции растворами УАС с концентрацией менее 6 масс, снижает степень регенерации экстрагента. Использование растворов УАС с концентрацией 8 масс, и выше не улучшает показатели процесса реэкстракции, но ведет к перерасходу углеаммонийной соли. Реэкстракция раствором, содержащим УАС в 7 масс, и 10 г/л пероксида водорода приводит к получению реэкстрактов с более высоким содержанием урана и способствует более полной регенерации органической фазы. Сравнительные эксперименты показали, что при твердофазной реэкстракции поступает 6,6 м 3 20 раствора УАС, с реэкстракции выходит 279,12 кг урана, что соответствует удельному расходу УАС 4,7 кг/кг . При жидкофазной режиме, согласно предлагаемому способу удельный расход УАС составил 3,28 кг/кг . Закись-окись урана,полученная по предлагаемому способу,соответствует по всем химическим показателям требованиям ТУ 70 00 -38229886-3-2001. На фиг.1 представлена схема жидкофазной реэкстракции. Фиг.1 - Принципиальная схема переработки урансодержащего десорбата в режиме жидкофазной реэкстракции. Сведения,подтверждающие возможность осуществления способа получения закиси - окиси урана Стадии выщелачивания руды, сорбцию урана из пульпы и десорбцию осуществляли известными способами. Дополнительно определяли оптимальной концентрации углеаммонийной соли в реэкстрагирующем растворе. В качестве экстрагента использовали раствор 0,26 М ди-2 ЭГФК и 0,21 М ТАА в дизельном топливе. Для проведения экспериментов использовали раствор товарного десорбата следующего состава,г/л уран-76,8 железо-0,065 нитрат-ион 16,5 сульфат-ион-87.1 алюминий- 0,033 кремний 0,049 фосфор-0,0061 хлор-0,03. Процесс насыщения экстрагента проводили в 3 прямоточных контакта. Концентрация урана в экстракте составила 42,56 г/л. Для проведения реэкстракции в реактор заливали подогретый до температуры 35-40 С реэкстрагирующий раствор в количествеот требуемого и экстракт урана, интенсивно перемешивали в течение 30 минут. Затем вводили ещечасть реэкстрагирующего раствора и вновь 3 перемешивали фазы в течение 30 минут. Далее смесь водной и органической фаз отстаивали и разделяли в делительной воронке. Водный реэкстракт и обедненный экстрагент анализировали на содержание урана. В предварительных экспериментах определяли оптимальную концентрацию углеаммонийной соли(УАС) в составе реэкстрагирующего раствора в диапазоне концентраций от 5 до 10 масс УАС. Соотношение ОВ составляло 12. Результаты приведены в таблице 1. Таблица 1 Влияние концентрации УАС на содержание урана в реэкстракте и обедненном экстрагенте. Оптимальным составом принят реэктрагирующий раствор, содержащий 7 УАС. Пример. Реэкстракцию осуществляют согласно вышеописанному способу. Реэкстрагирующие растворы содержали пероксид водорода от 5 г/л до 15 г/л и УАС, в ранее установленным оптимальный концентрации 7 масс. В реэкстракт, полученный с использованием реэкстрагирующего раствора,содержащий 7 масс. УАС 10 г/л пероксида водорода, добавляли серную кислоту до значения рН 3,00,1 для удаления карбонат-иона. Затем из реэкстракта осаждали уран в виде полиураната аммония добавлением водного раствора аммиака при значении рН 7-8. Осаждение проводят 25 раствором 4 в 2 стадии при 17,00,2 и далее при рН 28,0. Температуру осаждения поддерживают равную 605 С. Урансодержащий осадок фильтровали и прокаливали в муфельной печи при температуре 700 С в течение 2-х часов. В таблице 2 приведены результаты реэкстракции с различным содержанием в растворе пероксида водорода от 5 до 15 г/л. Анализировали реэкстракты после двух контактов реагентов. Составы водной (В) и органической (О) фаз приведены в таблице 2. Соотношение на каждом контакте ОВ 11. Таблица 2 Результаты жидкофазной реэкстракции урана Состав реэкстрагирующего раствора Содержание урана, г/л. Реэкстракт 1 Реэкстракт 2 Органическая фаза 2 контакта контакта контакта 7 УАС 5 г/л 22 24,9 16,0 0,28 7 УАС 7 г/л 22 27,8 13,1 0,06 7 УАС 10 г/л 22 33,4 7,6 0,02 7 УАС 15 г/л 22 38,9 2,4 0,02- при температуре 16-18 С в течение суток из раствора реэкстракта выпал осадок Таким образом, предлагаемый способ получения закиси-окиси природного урана позволяет исключить из технологии получения трудоемкие и многократные операции распульповки и отмывки кристаллов АУТК, требующие повышенных расходов углеаммонийной соли, углеводородного разбавителя и воды. Закись-окись урана,полученная по предлагаемому способу, соответствует по всем химическим показателям требованиям ТУ 70 00 38229886-3- 2001. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения закиси-окиси урана,включающий выщелачивание руды, сорбцию урана из пульпы, десорбцию, экстракцию урана из 4 десорбатов с использованием экстракционной смеси, содержащей ди-(два)этилгексилфосфорную кислоту в количестве 0,26 моль/л и триалкиламин в углеводородном разбавителе, реэкстракцию урана раствором, содержащим углеаммонийные соли,прокалку урансодержащего соединения с получением закиси-окиси урана, отличающийся тем, что содержание триалкиламина составляет 0,21 моль/л,в качестве углеводородного разбавителя используют дизельное топливо, а реэкстракцию урана проводят в жидкофазном режиме раствором карбоната-бикарбоната аммония и пероксида водорода, затем к реэкстракту добавляют серную кислоту до значения рН 30,1 и осаждают урансодержащее соединение 25 водным раствором аммиака в две стадии. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, раствор жидкофазной реэкстракции урана содержит карбонат-бикарбонат аммония в количестве 6-8 мас. , предпочтительно 7 мас. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, раствор жидкофазной реэкстракции урана содержит пероксид водорода в количестве 5-15 г/л,предпочтительно, 10 г/л. 4. Способ по п.1, отличающийся тем,урансодержащее соединение осаждают на первой стадии при 1 7,00,2, на второй при рН 28,0.