Технология производства неорганических веществ. Раздел "Технология урана"

Сорбционная очистка урансодержащих растворов

Для производства химических концентратов урана из руды и растворов, получаемых в результате кислотного или карбонатного выщелачивания урановых руд, наибольшее распространение в урановой промышленности получили два метода: сорбция и экстракция.

Метод химического осаждения находит эффективное применение главным образом на последней стадии гидрометаллургического процесса, когда из больших объемов десорбционных и реэкстракционных растворов надо перевести уран в твердый осадок - концентрат.

Сорбция урана может осуществляться как из осветленных растворов, так и из пульп; экстракционные же и осадительные процессы могут, как правило, идти только на хорошо осветленных растворах.

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

Ионообменная смола применяется здесь в виде мелких сферических бело-желтых гранул и вводится в процесс различным образом: в виде слоя неподвижного, периодически перемещаемого или непрерывно циркулирующего вместе с раствором вещества. Десятки и сотни тысяч гранул смолы, омываемых раствором, избирательно сорбируют на своей поверхности преимущественно урановые соединения и в очень небольшой мере соединения некоторых других элементов, находящихся в растворе. Больше всего вместе с ураном сорбируется на смоле трехвалентное железо.

Так как плотность гранул смолы меньше плотности воды, то они в водном растворе могут всплывать, что позволяет по достижении насыщения сорбирующей поверхности отделять смолу от раствора и осуществлять процесс ее десорбции, при котором смываются с поверхности гранул все сорбированные вещества и получается, таким образом, концентрированный раствор урана. Сама смола при этом регенерируется, восстанавливает свою сорбционную емкость, после чего ее снова возвращают в технологический процесс. Смола от раствора или рудной пульпы отделяется с помощью различных устройств.

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