Технология производства неорганических веществ. Раздел "Технология урана"

Характеристика экстрагентов, сорбентов, требования к ним

Экстракционный метод переработки рудных растворов основан на свойстве некоторых органических растворителей (экстрагентов), не смешивающихся с водой (простые и сложные эфиры, керосиновые растворы аминов и алкилортофосфатов), образовывать с солями урана и уранила комплексы, которые затем можно реэкстрагировать, т. е. растворять в избытке растворителя и получать концентрированный раствор урана.

При контакте хорошо отфильтрованного и осветленного после выщелачивания урановой руды раствора уран распределяется между водной и органической фазами, и процесс можно провести в несколько стадий (несколько ступеней экстракции), так что практически весь уран будет выведен в органическую фазу, а примеси останутся в водной.

Экстракция всегда сопровождается реэкстракцией, т. е. извлечением урана из органического раствора и следующим за этим возвращением экстрагента в цикл.

В качестве реэкстрагентов применяются чистая вода или слабые растворы азотной кислоты.

Экстракционный метод привлекателен высокой емкостью экстрагента по урану, большей селективностью и глубиной извлечения урана
(в пределе до 99,7 %), высокой скоростью рециркуляции экстрагента и его дешевизной по сравнению с сорбентами. Экстракция всегда осуществляется с помощью жидкостей, что позволяет легче автоматизировать процессы.

Экстракционный метод - конкурент сорбционно-осадительной технологии, и в ряде случаев его предпочитают сорбционному методу.

Экстракция успешно применяется также для производства достаточно чистых концентратов урана (до 95–96 % U₃О₈) из элюатов, полученных в сорбционном процессе. Широкое применение экстракционный метод получил в технологии производства реактивно-чистых соединений урана (аффинаж).

Сорбционный метод основан на ионообменных процессах и селективности определенного сорта ионообменных смол по отношению к урановым соединениям, находящимся в растворе или пульпе.

В качестве сорбентов используются смолы в двух формах: анионитной и катионитной.

Для сорбционных процессов в урановой промышленности и цветной металлургии были созданы высококачественные анионообменные смолы разных марок, обладающие полной нерастворимостью в воде, химической устойчивостью, прочностью и высокой ионообменной.

По истечении некоторого срока смола «отравляется» - насыщается некоторыми несмываемыми химическими соединениями, теряет свою сорбционную емкость и требует замены.

При десорбции урана стремятся иметь минимальный объем промывочного раствора, чтобы получить наиболее концентрированный по содержанию урана раствор - элюат. Из элюата уран выделяется в виде концентрата аммиаком, щелочью или окисью магния. Если в элюате много железа, его сначала обрабатывают известью. Однако в результате всех этих и предшествующих операций урановый регенерат загрязняется различными примесями. На ряде заводов элюат подвергается экстракционной перечистке, что обеспечивает получение концентрата высокой чистоты (95–96% U₃O₈) и снижает в последующем расход химических реагентов. Цикл десорбции смолы обычно короче по времени, чем цикл сорбции.

Из элюата уран осаждается в две стадии с использованием извести и окиси магния.

Примерный состав конечного продукта, следующий: 87 % U₃О₈;
2–2,5 % Na; 5,6 % Н₂О; 0,2 % V₂О₅.

Обычно основная масса урана сорбируется за 5–10 минут, а равновесие устанавливается через 40–60 минут. Число ступеней сорбции, требующееся для получения сбросного (по содержанию урана) раствора, определяется различными параметрами.

1