Технология производства неорганических веществ. Раздел "Технология урана"

Гидрометаллургическая переработка урановых руд. Оборудование, используемое для гидрометаллургической переработки урана

Промышленное производство природного урана состоит из следующих основных процессов:

• добыча руды и ее транспортирование на место переработки;

• дробление, измельчение, механическое обогащение добытой руды, позволяющее выявить и удалить пустую породу;

• выщелачивание из рудной массы урана с помощью кислот или щелочей и удаление обедненной рудной массы («хвостов») в хвостохранилища;

• селективное выделение урана из растворов или пульп методами сорбции, экстракции или химического осаждения;

• получение сухого уранового химического концентрата из различных урановых соединений с содержанием (в перерасчете на закись-окись урана) 75 % и более;

• выделение попутных полезных химических соединений;

• получение чистых соединений природного урана (аффинаж).

Руда добывается и транспортируется высокомеханизированным способом с применением современной техники, с учетом специфических требований к технике безопасности и охране труда, установленных для работ с радиоактивными материалами и продуктами радиоактивного распада (радон и другими радионуклидами естественного происхождения).

Из-за неравномерности концентрации и распределения урановых минералов в рудной массе требуется применять сортировку руды на различные по содержанию ценных минералов сорта и обнаруживать, и отбрасывать пустую породу, т. е. применять обогащение руды урановыми минералами.

Существует несколько методов механического обогащения руд:

- радиометрический,

- гравитационный и

- флотационный.

Радиометрическое обогащение основано на использовании специфического свойства урановых руд - радиоактивности. Метод основан на измерении различной интенсивности гамма-излучения от отдельных кусков (при максимальном размере 200–300 мм) или от порции дробленной и измельченной массы.

С помощью автоматического сепарирующего устройства удается отсортировать руду на богатые и бедные по урану сорта и отделить с небольшими затратами пустую породу (от 10 до 50 % общей массы обогащаемой руды), направив ее в отвалы.

Радиометрическое обогащение применяется в несколько стадий. Начинается оно непосредственно в забоях рудников, где проверке подвергаются вагонетки с рудой, и продолжается на гидрометаллургическом заводе, где процесс ведется на потоке руды, перемещаемой ленточными транспортерами.

Если же урановые минералы рассеяны по всей рудной массе и ассоциированы с минералами пустой породы, а, кроме того, загрязнены илом или глиной, то в этом случае применяются гравитационное и флотационное обогащение.

Гравитационное обогащение основано на разнице плотности ряда урановых материалов (6,5–10,5 г/см³) и минералов пустой породы (обычно 2,5–2,7 г/см³).

В гравитационном методе используется закон падения твердых тел в жидкой (обычно водной) среде или водных суспензиях, что требует значительного дробления и измельчения руды.

Гравитационное обогащение успешно комбинируют с другими процессами, например с флотацией.

Флотационное обогащение основано на различии смачиваемости минеральных частиц измельченной (

Добавление различных флотационных реагентов (коллекторы, вспениватели, активаторы, депрессоры и пр.) увеличивает или уменьшает природную смачиваемость минералов и позволяет лучше их разделять.

Каждый способ обогащения предъявляет свои требования к степени предварительного дробления или измельчения руд: для радиометрического обогащения - 25–300 мм, гравитационного - 0,07–0,1 мм, флотационного - 0,07–0,15 мм.

При процессах обогащения руд теряется (направляется в отвалы) от 5 до 15 % урана.

Урановые руды, в зависимости от условий их залегания, добывают открытым способом (в карьерах или шахтах). На дальнейшую переработку поступают куски руды различного размера. В большинстве случаев руды имеют неравномерно рассеянное по объему тонкое вкрапление урановых минералов (размером ~ 10–100 мкм), которые закрыты или экранированы пустой породой.

Первой технологической операцией является вскрытие (обнажение) урановых минералов, освобождение их от обволакивающей породы. Такое вскрытие осуществляется дроблением и измельчением.

Тонкое измельчение перед гидрометаллургической обработкой позволяет обнажить урановые минералы хотя бы в одной плоскости, что обеспечивает их прямое химическое взаимодействие с растворителем.

Затраты на дробление и измельчение довольно велики и достигают 10–15 % всех расходов на получение уранового концентрата.

Для дробления крупных кусков используются огромные щековые (раздавливающие) и конусные (истирающие) дробилки. Более тонкий размол выполняется с помощью, шаровых и стержневых мельниц. Весь процесс проходит обычно в несколько стадий. Недостаточно измельченная руда, пройдя гидравлические классификаторы (гидроциклоны), снова возвращается в мельницу.

Рисунок 1 Цех измельчения руды

2