Экстракционное извлечение урана из осветленных растворов

16.07.2020

На современном этапе за рубежом наибольшее распространение получил метод извлечения урана жидкостной экстракцией с выделением растворов противоточной декантацией. Такая схема считается одной из наиболее экономичных для переработки руд со средним содержанием урана 0,18—0,2%. Самый крупный завод (мощностью по руде 7000 т/сут), работающий по этой схеме, принадлежит американской фирме «Керр-Мак-Ги». Завод перерабатывает низкокарбонатную руду, представленную песчаником и содержащую до 0,2% U, 0,01—0,03% Mo и 0,05—0,2% U2O5. Содержание глины 2—5%. Попутно извлекается Mo и исследуется возможность извлечения V.

На завод, технологическая схема которого представлена на рис. 3.1, руду доставляют в самосвалах и после взвешивания и определения влажности сгружают в один из 16 бункеров вместимостью 1000 т каждый. Отсюда погрузочные машины подают руду партиями примерно по 2000 т на два колосниковых грохота, установленных над щековой дробилкой первой стадии дробления, которая дробит руду до крупности — 100 мм. Вторая стадия дробления (до — 25 мм) осуществляется в двух молотковых дробилках, работающих в замкнутом цикле с двумя грохотами. Затем на станции опробования из каждой партии руды в 200 т автоматически отбирают пробу массой 90 кг, вручную сокращают ее до 170 г и определяют содержание окиси урана в данной партии. После шихтовки руду из бункеров для мелкодробленой руды направляют на измельчение до крупности 0,59 мм в стержневых мельницах, работающих в открытом цикле. Производительность мельниц 100 т/ч.

Начиная со стадии измельчения все технологические операции производят в двух не зависящих друг от друга идентичных секциях. Перед выщелачиванием пульпу плотностью 65% твердого разбавляют оборотными растворами из отделения осветления и паром для получения пульпы плотностью 50% твердого.

Выщелачивание в каждой секции производится в 14 стальных гуммированных чанах диаметром ~4 м и высотой 4,2 м, оборудованных мешалками турбинного типа и установленных по самотечной схеме. Окислитель — хлорат натрия, продолжительность выщелачивания 4 ч, температура 60°С, pH = 0,8-1, ЭДС=430-510 мВ.

Пески и шламы разделяют в двух гидроциклонах диаметром 508 мм. Пески отмывают в пяти последовательно установленных реечных классификаторах рафинатом и сбрасывают на хвостохранилище. Шламы поступают на отмывку в систему противоточной декантации, состоящую из шести сгустителей диаметром 36 м и высотой 5,2 м, в которые добавляют флокулянт в количестве 0,018 кг/т руды. Хвостовую шламовую пульпу также сбрасывают на хвостохранилище. Выводной раствор из сгустителя № 1 осветляется в специальном аппарате (осветлителе) диаметром 18 м и высотой 6 м, а затем фильтруется на шести автоматических фильтрпрессах (диаметром 1,37 м) с намывным слоем общей площадью 324 м2.

Экстракция (в каждой секции) производится в четыре ступени во встроенных смесителях-отстойниках. Смесители диаметром 2,4 м и высотой 2,8 м изготовлены из нержавеющей стали, оборудованы мешалками и смонтированы в центре круглых деревянных отстойников диаметром 12 м и высотой 2,7 м. Водная фаза самотеком при расходе 3,8—4,5 м3/мин проходит через смесители-отстойники. Расход органической фазы 1,1 м3/мин. Органическая фаза представляет собой 3%-ный раствор третичного амина с добавкой 3%-ного раствора изодецилового спирта в керосине с высокой температурой вспышки (сорта «наполеум-470»). Этот сорт керосина уменьшает опасность возникновения пожара (О:B = 1:3). Смесители работают со сплошной органической фазой вследствие возврата в цикл части органики. Работа экстракционного отделения регулируется по данным колориметрических анализов водной фазы в отстойнике № 2, проводимых каждый час. Расход органической фазы регулируется таким образом, чтобы поддержать концентрацию урана в йодных растворах на уровне 0,04—0,09 г/л. Рафинат с последней ступени возвращают в систему сгустителей или сбрасывают в хвостовой пруд.

Реэкстракция проводится также в четыре ступени в раздельных смесителях и отстойниках. Диаметр смесителей 2,4 м, высота

2,7 м, соответствующие размеры отстойников — 6,7 и 2,4 м. Органическая фаза движется самотеком, а водная фаза прокачивается через каскад со скоростью 75—150 л/мин. Реэкстрагент (1,4 н. NaCl) приготавливают из концентрированного раствора хлористого натрия, воды, оборотного фильтрата из отделения осаждения химического концентрата и фильтрата из секции извлечения молибдена (О:B = 12:1).

Реэкстракты обеих секций объединяют и направляют на осаждение урана в три ступени в чанах (диаметром 2,4 м, высотой 3,6 м), оборудованных мешалками. В первый и второй чаны подают пар для поддержания температуры 60° С. Осаждение .производят аммиаком, который добавляют во все чаны. Расход аммиака 0,225—0,300 кг/т руды.

Пульпу химического концентрата сгущают в сгустителе диаметром 13,5 м и высотой 3,6 м, в который добавляют флокулянт. Нижний слив (плотностью 20-30% твердого) отфильтровывают на трех последовательно установленных барабанных фильтрах (диаметром 1,8 м, длиной 2,4 м), и кек фильтра сушат в полочной сушилке с паровым обогревом. Содержание урана в высушенном концентрате 64—66% (80—83% U3O8). Верхний слив сгустителя фильтруют на фильтрпрессе площадью 18 м2 (диаметром 1,06 м). Большую часть фильтрата возвращают на ступень реэкстракции для использования при приготовлении десорбирующего раствора, часть сливают в отвал. В схему завода входит установка по сорбционному извлечению урана из рудничных вод, содержащих в среднем 0,002% урана (20 мг/л).

Завод фирмы «Экссон» (рис. 3.2), расположенный в бассейне р. Паудер в ~48 км к северо-востоку от Гленрока, был введен в эксплуатацию в сентябре 1972 г. В ближайшие годы намечено повышение его производительности с 2000 т руды в сутки до 3000—3200 т.

Руда (песчаник) с открытого склада доставляется погрузочной машиной на пневматическом ходу в приемный бункер вместимостью 40 т. Пластинчатый питатель подает руду с неподвижного колосникового грохота на виброгрохот, отделяющий куски руды размером —75 мм и +75 мм. Фракция +75 мм поступает в дробилку ударного действия, а фракция —75 мм объединяется с раздробленной рудой и подвергается грохочению на виброгрохоте с размером отверстий 19 мм. Подрешетный продукт направляют в два бункера вместимостью 1500 т каждый, а надрешетный продукт размером >19 мм возвращают на додрабливание. Производительность дробилки, работающей в две смены семь дней в неделю, 200 т/ч.

Измельчение производится в открытом цикле в мельнице размером 2,7х5 м производительностью 92 т/ч. В мельницу подается вода с температурой ~76° С. Расход электроэнергии 3,8 кВт*ч/т руды. Выгружаемая из мельницы пульпа плотностью 70% твердого (85% —0,59 мм) подается на выщелачивание в восьми деревянных последовательно установленных чанах размером 5,5x5,5 м, вместимостью 125 м3 каждый. Чаны оборудованы турбинными шестилопастными гуммированными мешалками с гуммированными валами. Мощность их приводов 40 л. с. (30 кВт).. Продолжительность выщелачивания 8 ч, окислитель — хлорат натрия. Расход реагентов: кислоты — 27 кг/т, хлората натрия — 0,45 кг/т руды. Добавка кислоты и хлората регулируется автоматически по значениям pH и ЭДС.

Условия выщелачивания: t = 35° С; плотность пульпы — 50% твердого; начальное значение рН = 0,9, конечное pH= 1,5; начальное значение ЭДС = 430 мВ, конечное ЭДС = 460 мВ.

Из последних чанов пульпу выгружают в зумпф и центробежным насосом перекачивают в отделение противоточной декантации (путь ступеней деревянных сгустителей с бетонными днищами диаметром 33,5 м). Верхний слив из сгустителя № 1 направляют на осветление, а нижний слив промывают верхним сливом сгустителя № 2. Нижний слив сгустителя № 2 промывают верхним сливом сгустителя № 3 и т. д. В последний сгуститель подается примерно 2,6 т воды или рафината на тонну руды (твердого) для промывки песков перед их сбросом в хвостовые пруды. Для перекачки пульпы служат 200-мм диафрагмовые и 152-мм центробежные насосы, установленные последовательно. Для каждой ступени предусмотрен запасной центробежный насос. Трубопроводы и насосы, обслуживающие сгустители, рассчитаны на работу со шламовой пульпой с содержанием 17,5% твердого, что позволяет возвращать в цикл верхний слив. Предусмотрены автоматические устройства для подъема гребков и дистанционные указатели крутящего момента. Все оборудование, соприкасающееся с растворами, изготовлено из нержавеющей стали марки 316.

На каждом сгустителе установлены гамма-плотномеры, что обеспечивает автоматическую регулировку работы сгустителей.

Выводной раствор из сгустителя № 1, содержащий — 0,6 г U3O8/л и 0,02% взвешенных твердых частиц, осветляют в сгустителе-осветлителе диаметром ~20 м, куда добавляют небольшое количество флокулянта или клея. Нижний слив с содержанием 5% твердого возвращают на стадию выщелачивания (чан № 1) или в сгуститель № 2, а верхний слив осветляют на трех песочных фильтрах диаметром 2,7 м и высотой 1,5 м, управление которыми в процессе фильтрации и обратной промывки осуществляется автоматически. Промывочный раствор направляют в сгуститель № 1.

Экстракция осуществляется в четыре ступени в смесителях и отстойниках размером 2,2x2,2х2,4 и 6x20,5x2,4 м соответственно. Экстрагент — раствор третичного амина в керосине. Реэкстракция происходит также в четыре ступени. Размеры смесителей при реэкстракции: 2,1х2,1x2,4 м, отстойников: 3x20,5x2,4 м. В процессе реэкстракции путем добавки аммиака поддерживается pH=4,2 в смесителях и pH=4,5 в отстойниках. Перемещение органической и водной фаз обеспечивается всасывающим действием смесительного устройства. Реэкстрагент — раствор сульфата аммония.

Осаждение урана из реэкстракта (содержание U 27 г/л) производят в двух последовательно установленных стальных чанах, футерованных стеклопластиком, размером 1,8х2,4 м, в которые добавляют аммиак. Чаны оборудованы мешалками. Во втором чане pH = 7,3.

Осадок химического концентрата поступает в сгуститель размером 9,2х1,5 м. Нижний слив сгустителя (содержание твердого 15—20%) перекачивают в сгуститель меньших размеров (6x1,5 м). Пульпа химического концентрата из этого сгустителя перекачивается в центрифугу (0,2X1,066 м), в которую подают промывочную воду. Фугат возвращают в сгуститель № 2 в качестве промывочного раствора, а обезвоженный химический концентрат из центрифуги с содержанием твердого 50—60% насосом перекачивают на сушку в шестиподовую печь диаметром 2,5 м с газовым обогревом. Сушка производится в течение ~ 1 ч при ~535°С. Сушилка оборудована мокрым пылеуловителем, и пульна пыли возвращается в сгуститель химического концентрата № 1. Высушенный продукт дробят в молотковой мельнице до крупности зерен —6,4 мм и хранят в бункере объемом 9 м3. Для затаривания продукта служат барабаны объемом 208 л.

Нижний слив последнего сгустителя системы противоточной декантации объединяется со всеми сбросными растворами, и при содержании твердого 45% их перекачивают в хвостовой пруд двумя гуммированными насосами.

Особенностью завода является новый подход к расстановке рабочей силы: в течение двух лет рабочих через каждые шесть месяцев направляют на новые участки, и они осваивают четыре различные специальности. Такая система не только повышает интерес к работе, но и ликвидирует трудности с заменой рабочей силы во время отпускного периода или болезней.

На заводе фирмы «Конквиста юрейниум» (рис. 3.3), перерабатывающем руду песчаникового типа с содержанием урана 0,09—0,13%, руду текущей добычи хранят на открытом складе партиями массой по 1500 т. Поскольку руда влажная (до 20% влаги) и вязкая (содержит глину и бентониты), дробильное отделение работает непрерывно. Опробуют руду автоматическим опробователем «Денвер».

Руду обжигают при 425° С во вращающейся печи типа «Вулкан» диаметром 2,1 м и длиной 27 м, работающей на природном газе, и затем выгружают в спиральный классификатор типа «Денвер», оборудованный высокотемпературными подшипниками, который одновременно охлаждает руду подачей ее на измельчение в стержневую мельницу типа «Хардинг» размером 3,6x1,8 м с приводом мощностью 200 л. с. (147,2 кВт). Цикл измельчения — открытый. Рудная пульпа из мельницы с крупностью частиц 0,59 мм при плотности 50% твердого перекачивается насосами «Галифе Вэксил» на выщелачивание в цепочке из пяти деревянных чанов, из которых четыре размером 5,4х5,4 имеют мешалки с мощностью привода 29,4 кВт каждая и один чан диаметром 6,7 м высотой 5,4 м имеет мешалку мощностью 50 л. с. (36,8 кВт).

Выщелоченная рудная пульпа по гуммированному трубопроводу насосами перекачивается в отделение противоточной декантации, где производится разделение жидкого и твердого в пяти деревянных сгустителях «Эймко» диаметром 27 м и высотой 3,6 м. Нижний продукт сгустителей через центральный гуммированный конус поступает к гуммированным шламовым насосам. Верхний слив перетекает в стальные гуммированные зумпфы, питающие насосы типа «Галифе Вэксил» для верхнего слива, которые перекачивают его в напорный бак (распределитель ящичного типа) наверху насосной, расположенной в центре кольца сгустителей.

Насосы откачивают нижний продукт в чан с мешалкой, установленный сверху мостовой опоры, а оттуда — в следующий сгуститель. Верхний слив течет из напорного бака в ближайший чан с мешалкой. Через желоб на каждом таком чане пульпа поступает к центральному загрузочному стакану последующих сгустителей.

Шламовая пульпа движется по нижнему ярусу желоба, в то время как в верхний ярус добавляют воду, рафинат из хвостового пруда и раствор флокулянта. Нижний продукт из сгустителя № 5 собирают в деревянном зумпфе и затем перекачивают в хвостовой пруд.

Верхний слив сгустителя № 1, являющийся выводным раствором, течет в деревянный сборник вместимостью 220 м3 и затем насосом перекачивается на два высокопроизводительных песочных фильтра для осветления. Осветленный раствор перед подачей на экстракцию хранится в деревянном сборнике вместимостью 190 м3. Песочные фильтры подвергают обратной промывке насосом производительностью 2 м3/мин, промывочную воду скапливают в сборнике вместимостью 40,6 м3 и возвращают в сгуститель № 2.

Перед откачкой хвостов на хвостохранилище из них берут пробу сдвоенным пробоотборником типа «Денвер». Воду из хвостохранилища возвращают в цикл.

Экстракцию и реэкстракцию осуществляют в четыре ступени в смесителях-отстойниках. Смесители-отстойники изготовлены из бетона, футерованного стеклопластиком. Площадь поверхности каждого смесителя на стадии экстракции — 7,5 м2, а каждого отстойника — 84,5 м2. Экстрагент — раствор третичного амина (аламина-336) в керосине, сорта «наполеум». Реэкстракция (в четыре ступени) производится во встроенных смесителях-отстойниках, также футерованных стеклопластиком. Реэкстрагент — подкисленный раствор хлорида аммония, приготовляемый на месте из соляной кислоты, безводного аммиака и воды. Для снижения опасности возникновения пожара экстракционное и реэкстракционное отделения находятся за пределами основного здания.

Реэкстракт перекачивают в стальной уравнительный чан, футерованный стеклопластиком и находящийся в здании завода, а оттуда — на осаждение урана в две ступени в чанах с мешалками. Уран осаждают аммиаком при pH = 7,8. Слив из второго чана подают к загрузочному стакану сгустителя диаметром 8,4 м. Нижний слив этого сгустителя перекачивают в сгуститель диаметром 4,8 м для отмывки урана, а затем в центрифугу Лаваля. Промывочную воду из центрифуги возвращают в сгуститель диаметром 4,8 м, а кек центрифуги с содержанием 65% твердого попадает в загрузочную воронку насоса типа «Мойноу 2753», который питает трехподовую сушилку. Пыль в цехе готовой продукции улавливают пылесборником с трубкой Пито «Микропул».

Завод в бассейне реки Ширли (шт. Вайоминг, США) фирмы «Петротомикс» работает на руде типа песчаников, добываемой в карьере. Руду на завод доставляют на 35-т самосвалах (забалансовая руда подвергается кучному выщелачиванию).

В аппаратурное оформление завода были внесены изменения. Была установлена более мощная молотковая дробилка с качающимися молотками для дробления влажной и смерзшейся руды. Дробление ведется в две стадии: на первой — в щековой дробилке размером 762х1015 мм до крупности 100 мм, на второй до крупности 25,4 мм в молотковой дробилке, которая работает в замкнутом цикле с виброгрохотом размером 1,5х3,6 м.

Руду измельчают в двух шаровых мельницах сливного типа размером 1,8х2,4 м. Из дробильного отделения руда поступает в первую мельницу, пульпу из нее перекачивают в первый гидроциклон диаметром 355 мм; нижний слив гидроциклона направляют во вторую мельницу, пульпу из которой качают во второй! гидроциклон. Верхний слив обоих гидроциклонов (при плотности 52% твердого) объединяют и после опробования подают в систему выщелачивания, а нижний слив возвращают во вторую мельницу, так что весь узел работает в замкнутом цикле. Производительность первой мельницы 45 т руды/ч при исходной крупности 25 мм. Расход шаров (изготовленных из прокованного сплава стали с молибденом и медью) составляет 0,34 кг/т руды. Мельницы футерованы марганцовистой сталью. Предполагаемый срок службы мельницы — 225 тыс. т руды.

Выщелачивание производится в 10 деревянных чанах с гуммированными шестилопастными мешалками диаметром 1,35 мм пропеллерного типа. Вал — гуммированный. Мощность привода 20 л. с. (14,7 кВт). Размеры чанов 4,2х4,2 м. Продолжительность выщелачивания пульпы плотностью 52% твердого — 9 ч. Окислитель — хлорат натрия. Из последнего чана пульпа выгружается в зумпф насоса (125х100 мм) типа «Денвер SRL-С» и перекачивается в систему противоточной декантации (рис. 3.4). До переоборудования имелось шесть сгустителей диаметром 16,7 м и высотой 3,6 м, изготовленных из кислотостойкого материала. В настоящее время установлено три новых сгустителя диаметром 24 м и высотой 2,4 м. Узел работает следующим образом: в первый из новых сгустителей поступает пульпа из последнего чана системы выщелачивания в количестве 1000 т/сут (в пересчете на твердое). Сгущенный продукт направляют в сгустители № 2 и 3. Верхний слив из сгустителя № 3 перекачивается в сгуститель № 2, а верхний слив сгустителя № 3 — в № 1. Во всех случаях используются кислотостойкие насосы (125х100 мм) типа «Денвер SRL-С».

В целях сохранения шести ступеней противоточной промывки, как это было до переоборудования, нижний слив сгустителя № 3 диафрагмовым насосом подается в делитель потока, где распределяется на две равные части, одна из которых направляется в первый из шести сгустителей диаметром 16,7 м, а вторая — в сгуститель № 4. Шесть сгустителей установлены в две последовательные нитки. Нижний слив сгустителя № 3 (6 А, см. рис. 3.4) и шестого (6 В) перекачивается в хвостовой пруд.

Три новых сгустителя расположены подобно листкам клевера, в центре размещена насосная, в которой на верхних уровнях установлены все три диафрагмовых насоса, а на нижних уровнях — центробежные насосы. Каждый из диафрагмовых насосов находится на уровне раствора в соответствующем сгустителе, так что потребность в напоре невелика.

Вследствие размещения насосов в небольшом здании снизились потребность в производственной площади и расходы на защиту от воздействия атмосферных осадков. Кроме того, обеспечивается удобство эксплуатации насосов и проведения профилактического ремонта. В насосной установлен щит управления работой сгустителей и обслуживающих их насосов, оснащенный сигнальными лампами.

Сгустители диаметром 24 м приводятся в действие приводом мощностью 3,7 кВт и оборудованы подъемным устройством с ручным управлением для подъема гребков на высоту 457 мм. I Мощность приводов сдвоенных диафрагмовых насосов также 3,7 кВт.

Промывочным раствором в сгустителях и системе противоточной декантации служит рафинат.

Выводной раствор с концентрацией урана 0,75—1,1 г/л самотеком поступает в сгуститель-осветлитель размером 6,7x3,6 м, нижний слив которого перекачивают в сгуститель № 2, а верхний слив — на жидкостную экстракцию. Выводной раствор отделения противоточной декантации перед экстракционной переработкой осветляется на двух фильтрах (с намывным слоем порошков), из которых один — запасной площадью 27 м2, а второй — действующий площадью 54 м2.

Экстракция и реэкстракция (в четыре ступени) осуществляются в двух идентичных секциях (рис. 3.5). Экстрагент — раствор тридеканола и амина (адоген-364) в керосине, реэкстрагент — оборотный раствор сульфата аммония после осаждения U3O8 (до реконструкции — хлорид натрия). Аппараты — встроенные смесители-отстойники, изготовленные из бетона, футерованного стеклопластиком.

Извлечение урана из раствора на этой стадии составляет >99% (содержание урана в экстракте — 2,5 г/л); 25% рафината сбрасывают в хвостовой пруд, а 75% направляют в сборник для рафината для последующего использования в системе противоточной декантации (в сгустителях 6 А и 6 В) (см. рис. 3.4). Органическая фаза после реэкстракции возвращается на стадию экстракции.

Осаждение урана (см. рис. 3.5) из реэкстракта производится в две ступени в смесителях (1,8х1,8 м), в которые добавляют безводный аммиак (смесители установлены последовательно). Аммиак добавляют также в три чана с лопастными мешалками (3х3,6 м), работающих параллельно: в каждый из них перекачивается раствор из второго смесителя. Запасная линия позволяет отключать один из двух смесителей и один из трех чанов с мешалками в случае необходимости. Осаждение ведется при строгом регулировании кислотности. В первом смесителе введением аммиака pH доводят до 6,1, во втором — до 6,8—7,0.

Осадок и раствор из чанов с мешалками осветляют на рамных фильтрпрессах «Уитко», а фильтрат перекачивают на фильтрпресс типа «Шрайвер». Фильтрат последнего фильтра возвращают на стадию реэкстракции вместе с необходимым количеством воды, часть его сбрасывается в хвостохранилище.

Кек фильтрпрессов распульповывают водой в чане, оборудованном мешалкой турбинного типа, и в виде пульпы плотностью 65—70% твердого перекачивают на верхний под шестиподовой сушилки диаметром 1,7 м, работающей на пропане. Сушка производится при 400° С.

Газы и пыль улавливают мокрым скруббером типа «Ротоклон», газы после очистки в скруббере выбрасывают в атмосферу, а пульпу пыли насосом подают или в чаны для выщелачивания, или в сгустители противоточной декантации.

Высушенный химический концентрат влажностью <0,5% дробят до крупности — 6,3 мм, шнековым транспортером доставляют в отделение затаривания готового продукта в барабаны, масса каждого заполненного барабана 425,0 кг. Содержание U3O8 в концентрате 92—98%.

Расход реагентов (кг/т руды): серной кислоты 43—48; хлората натрия (в виде 25%-ного водного раствора) 0,675—0,9; флокулян-тов 0,220; клея 0,03; фильтровальных порошков Solcafloc 0,022 и дикалита 0,34; сульфата аммония -—- 0,270; безводного аммиака 0,067.

Единственный завод «Рэббит Лейк» (Канада), введенный в эксплуатацию в 1975 г., работающий по схеме сернокислотного выщелачивания с экстракцией урана из осветленных растворов, имеет ряд особенностей. Так, руда текущей добычи (основной минерал — урановая смолка) крупностью <600 мм подается непосредственно в мельницу рудного самоизмельчения без предварительного дробления и измельчается до крупности ~0,5 мм. Диаметр мельницы 6 м, длина 1,8 м, производительность 60 т/ч. Мощность привода мельницы 736 кВт. С помощью этой мельницы исключается необходимость промежуточного бункерования, а следовательно, нет опасности смерзания кусков руды. Все производственные цеха (за исключением системы противоточной декантации) размещены под одной - крышей, что в условиях холодного климата (температура воздуха достигает —50° С) обеспечивает минимальные потери тепла. Длина здания завода 123 м, ширина 10 м и высота 17 м. Отделение жидкостной экстракции, с целью противопожарной безопасности, размещено в отдельном здании длиной 60 м, которое отделено от главного здания кирпичной стеной.

Выщелачивание производится в семи чанах, оборудованных мешалками, диаметром 5,5 м, высотой 6 м. Система противоточной декантации, расположенная за пределами основного здания завода, состоит из шести бетонных сгустителей диаметром 30 м. Процесс экстракции урана по аппаратному оформлению и параметрам, по-видимому, существенно не отличается от принятого в США. Общий расход воды на заводе 1,25—2,5 м3/мин, потребляемая мощность 4000 кВт. Энергия обеспечивается электростанцией, имеющей три блока мощностью 2565 кВт каждый (один из них запасной). Для аварийных условий предусмотрена запасная электростанция (два блока по 350 кВт).

Руководство фирмы оригинально решило вопрос обеспечения рабочей силой своего предприятия; вместо строительства специального городка для рабочих горно-металлургического комплекса в таком отдаленном месте (на севере провинции Саскачеван в ~700 км от г. Саскатуна) было решено нанять рабочих в населенных пунктах, расположенных в радиусе 720 км от комплекса и самолетом доставлять их к месту работы. Смена рабочих производится каждые 7 дней, причем рабочий день составляет 11 ч. Таким образом в году каждый рабочий имеет 23 рабочие недели (161 смена, или 1771 раб. ч) и 23 недели проводит дома (остальные 6 недель приходятся на отпуск и праздничные дни). Кроме того, рабочие обучаются различным профессиям, что обеспечивает гибкость в расстановке рабочей силы.

Завод в Сен-Приесте (Форез, Франция) (рис. 3.6) существенно отличается от прочих заводов, работающих по рассматриваемой схеме. С 1959 по 1960 г. технологическая схема переработки руды включала радиометрическую сортировку, обогащение в тяжелых суспензиях и флотацию, которые выполнялись на обогатительной фабрике производительностью 1000 т руды/сут. Однако высокие затраты, связанные с этими процессами, заставили отказаться от них, и в 1960 г. была принята следующая технологическая схема: после дробления и измельчения руду подвергают выщелачиванию серной кислотой в присутствии гидроокиси железа Fe(OH)3, которая затем возвращается в цикл. Разделение жидкого и твердого производится фильтрацией в две ступени. Из урансодержащего раствора (фильтрата) уран осаждают известью также в две ступени: на первой ступени осаждение ведется при рН = 2,5-3, что обеспечивает снижение концентрации железа и избыточной кислоты; на второй ступени — при pH = 64-7 с получением бедного концентрата (40—45% урана) — диураната кальция, который после сушки растворяют в азотной кислоте; полученный раствор с концентрацией урана 50 г/л обрабатывают трибутилфосфатом и реэкстракт затем упаривают. Данный процесс позволяет получить конечный продукт высокой чистоты — раствор нитрата уранила с содержанием урана 400 г/л. Концентрация примесей в нем очень низка: Fe<0,002%; Si<0,0015%; Al<0,002%.

Преимуществом этого метода является также и то, что процесс может быть остановлен на промежуточной стадии очистки, например после первой стадии осаждения. Именно такой процесс применяется на заводе Мунана (Габон), расположенном в отдаленной местности.

В единичных случаях разбавителем служит не керосин, а дизельное топливо, как это имеет место на реконструированном заводе «Моаб» фирмы «Атлас» (США). (Завод работает по совмещенной схеме.) Здесь в сернокислотной секции завода уран и ванадий извлекают из раствора экстрагентом, представляющим собой смесь со следующим содержанием: 92,5% дизельного топлива, 5% амина и 2,5% изодеканола. Рафинат из четвертого отстойника течет в сборник, где происходит дополнительное разделение фаз; собранную органическую фазу периодически возвращают в цикл.

Экстракт перекачивают также в сборник из отстойника № 1 для дополнительного разделения фаз: отделившаяся водная фаза небольшими порциями непрерывно возвращается в этот же отстойник. Органический экстракт самотеком поступает на реэкстракцию 15%-ным раствором карбоната натрия. Реэкстракт также подается в сборник для окончательного разделения фаз, а затем в чаны для удаления двуокиси углерода и осаждения урана.

Некоторые зарубежные заводы, ранее не применявшие экстракционную переработку растворов, после реконструкции внедрили этот метод. Так, на португальском заводе в Уржейрике (рис. 3.7) до 1969 г. уран из растворов после выщелачивания осаждали пульпой окиси магния с получением первичного концентрата — ураната магния с содержанием 10% U, не удовлетворяющего техническим требованиям с точки зрения концентрации сульфат-ионов, железа и т. п., предъявляемым к товарному продукту. После строительства экстракционной установки завод работает по следующей схеме: дробление, измельчение, выщелачивание серной кислотой, разделение жидкого и твердого противоточной промывкой в четыре ступени (в сгустителях), осветление раствора на антрацитовом фильтре, экстракция, реэкстракция, осаждение урана аммиаком. Экстракция производится в пять ступеней в смесителях-отстойниках из полихлорвинила. Водная фаза подается самотеком, органическая — насосом. Экстрагент представляет собой раствор амина (адоген-368) (5%), изодецилового спирта (3,5 об. %) в керосине (91,5 об.%). Емкость экстрагента 4,2—7,0 г/л в зависимости от состава водной фазы. 0:В в смесителях — 0,7-2:1. Реэкстракция проводится в четыре ступени в смесителях-отстойниках, также изготовленных из полихлорвинила. Реэкстрагент — 1 M раствор NaCl, подкисленный до 0,1 н. H2SO4.

На этом же заводе жидкостной экстракцией перерабатывают растворы, полученные при подземном выщелачивании.

На заводе в Андухаре (Испания) жидкостную экстракцию внедрили в 1972 г. (до этого завод работал по схеме сорбции из растворов). Предприятие перерабатывает руды с содержанием 0,08—0,15% U2O8 и получает концентраты с содержанием 80—87% U3O8. Удельный вес затрат на переработку руды (по данным 1973 г.), %: рабочая сила (зарплата) 47,8; реагенты и вспомогательные материалы 32; материалы на техобслуживание 8,2; электроэнергия 6,9; амортизация 1,5; прочие затраты 3,6. На рис. 3.8 изображена технологическая схема завода в Андухаре.

На заводе в Арли (Нигер), действующем с 1970 г., внедрена оригинальная схема выщелачивания — так называемый кислотный замес, разработанный Комиссариатом по атомной энергии Франции и предусматривающий выщелачивание концентрированной кислотой. По сравнению с традиционным методом выщелачивания он обладает рядом преимуществ: сокращается продолжительность выщелачивания, нет необходимости в тонком измельчении и во внешних источниках тепла, так как выделяющегося в ходе реакций выщелачивания тепла достаточно для поддержания температуры на оптимальном уровне (60—70° С); не требуется добавка окислителей; уменьшается расход кислоты на 60% и воды более чем на 60%; снижается стоимость переработки руды на 4 долл./т. Недостаток метода — необходимость применения более сложного процесса сухого измельчения.

На заводе в Арли, перерабатывающем руду, представленную песчаником с содержанием урана 0,25—0,3%, руда перед выщелачиванием измельчается в мельнице сухого измельчения, в которой одновременно происходит подсушка руды при 100°C (путем обогрева нефтяной горелкой). Такая мельница обеспечивает измельчение руды с крупности 300 мм до 800 мкм.

Рудная мелочь извлекается системой мешочных фильтров.

При необходимости измельченный продукт сначала нагревается до 100°C во вращающемся барабане паром, а затем направляется во второй вращающийся барабан, футерованный кислотостойким материалом, где он орошается горячей водой и серной кислотой (расход кислоты 65—75 кг/т воды). Хотя образование гранул не обязательно для эффективного процесса выщелачивания При кислотном замесе, оно желательно, поскольку позволяет избежать слишком быстрого высыхания массы. Массу выдерживают в течение 2,5—3 ч во вращающихся цилиндрах длинной 36 м и диаметром 4 м, аналогичных тем, что используются на цементных заводах. После выдержки гранулированная пульпа поступает сначала в аппарат для измельчения, представляющий собой также вращающийся барабан, в который добавляют воду, а затем в чаны с коническим днищем для получения однородной пульпы. На различных этапах этой операции производится корректировка pH во избежание осаждения урана. Гомогенную пульпу направляют в классификатор с перфорированной диафрагмой с размером отверстий 150 мкм. Нижний слив классификатора — пески с размером частиц 150 мкм — промывают в системе из пяти последовательно установленных классификаторов, затем пропускают через обезвоживающий грохот и направляют в хвосты. Верхний продукт классификатора промывают в шести сгустителях диаметром 22 м. Осветление раствора производится на трех фильтрах «Импедиум». Экстракцию урана проводят амином обычным способом в четыре ступени в смесителях-отстойниках, реэкстракцию — в три ступени карбонатом натрия. Расход раствора — 100 м3/ч. Уран осаждают едким натром с получением диураната натрия. На рис. 3.9 показана технологическая схема выделения песков и шламов, а на рис. 3.10 — экстракции и осаждения.

Жидкостная экстракция широко применяется на южноафриканских заводах, извлекающих уран в основном из хвостов цианирования заводов по извлечению золота из золото-урановых конгломератов со средним содержанием урана 0,021—0,026% (используется так называемый пурлекс-процесс, при котором аминной экстракцией уран извлекают из растворов после выщелачивания хвостов цианирования). Технологическая схема пурлекс-процесса во многих отношениях схожа со схемой амекс-процесса, применяемого в США. Существенные отличия имеются только на стадиях промывки экстрагента и получения конечного продукта. На рис. 3.11 показана принципиальная технологическая схема пурлекс-процесса.

Еще в 1963 г. на заводе Буффельсфонтейн был внедрен так называемый баффлекс-процесс, представляющий собой сочетание сорбционной переработки осветленных растворов с последующей экстракционной перечисткой десорбата. Однако уже с 1966 г. стало ясно, что экстракционный процесс применительно к южноафриканским условиям обеспечит большие экономические выгоды, чем баффлекс-процесс, и в 1969—1970 гг. 9 и 11 в то время действовавших заводов перешли на жидкостную экстракцию урана непосредственно из растворов после выщелачивания. На всех заводах, внедривших пурлекс-процесс, имеются четыре ступени экстракции, причем водная фаза движется самотеком, в то время как органическая фаза перекачивается насосами. Смесители экстракторов работают со сплошной органической фазой, что вызывает необходимость возврата в цикл примерно 90% экстрагента. Типичный экстрагент состоит из трех компонентов. В табл. 3:1 показано содержание компонентов в органической фазе. Большинство южноафриканских заводов перерабатывают хвосты цианирования заводов по извлечению золота, но некоторый заводы работают на смешанном сырье или на руде. Так, например, завод «Дрифонтейн» перерабатывает руду текущей добычи, огарок завода по производству серной кислоты и хвосты цианирования. На этом заводе при переработке руд различают богатую и бедную руду. К богатой относится фракция, составляющая ~30% всего объема руды, но содержащая 60% всего урана. Богатую руду, раздробленную до крупности 6 мм, измельчают до крупности <75 мкм в мельнице мокрого помола. Из мельницы выгружается пульпа плотностью 75—80% твердого при содержании урана в твердом ~0,34 кг/т. При выщелачивании добавляют раствор сульфата железа, получаемый на собственном заводе по производству серной кислоты обработкой огарка концентрированной серной кислотой при высокой температуре.

Перед выщелачиванием пульпу сначала собирают в чане, а затем подают на фильтрацию на шести барабанных вакуумных фильтрах диаметром 4,8 м, длиной барабана 5,5 м и площадью поверхности ~83 м2. Фильтрат возвращают в цикл измельчения. Кек фильтров распульповывают в чане (размером 3х3 м) фильтратом второй ступени фильтрации до плотности 1,68 кг/л. В чан также добавляют сульфат железа. Из чана пульпа поступает на выщелачивание в цепочке из четырех последовательно установленных пачуков диаметром 10 м, высотой 14,5 м с вводами подачи сжатого воздуха для перемешивания пульпы и трубопроводами подачи острого пара для подогрева пульпы до 60° С.

В первый пачук добавляют концентрированную кислоту (98,5%), так что концентрация свободной кислоты достигает 8 г/л. Продолжительность выщелачивания 22 ч. На стадии выщелачивания в раствор переходит около 85% U. Выделение раствора осуществляется фильтрацией в две ступени. На первой ступени установлены семь вакуумных барабанных фильтров, размеры которых идентичны описанным выше. В фильтрат первой ступени переходит 90% всего урана. Для повышения извлечения урана кек первой ступени фильтрации распульповывают оборотным рафинатом и подают на вторую ступень фильтрации (количество и размеры фильтров аналогичны таковым для первой ступени). Кек второй ступени промывают рудничной водой. Извлечение урана на второй ступени удается повысить еще на 8%.

Кек второй ступени фильтрации снова распульповывают рудничной водой и насосом перекачивают в чан для нейтрализация пульпы известью, после чего нейтрализированная пульпа перекачивается на завод по извлечению золота.

Выводной фильтрат первой ступени осветляют на фильтрпрессах типа «Фунда» с диатомитом в качестве фильтрующего слоя. Концентрация взвешенных частиц в осветленном растворе снижается с 300 до —10 мг/л. На рис. 3.12 показана технологическая схема узла измельчения, выщелачивания и фильтрации.

Экстракция осуществляется в четыре ступени в смесителях-отстойниках. Размеры смесителей 1,5х1,5х1 м, объем 2,5 м3; длина отстойников 18 м, ширина 4 м и высота 1 м, объем 72 м3. Состав экстрагента: 5%-ный раствор алкиламина и 35%-ный раствор ароматического растворителя в керосине (60%). Плотность экстрагента 0,82 кг/л, плотность водной фазы 1,02 кг/л; О:В на стадии экстракции составляет 1:1. Объем подаваемого из одной ступени на другую экстрагента устанавливается примерно на уровне 6% общего его количества, так что большая часть экстрагента постоянно находится в цикле.

Восьмилопастный импеллер, размещенный у днища смесителя, выгружает смесь фаз в отстойник через боковую жалюзь. Водная фаза подается в смеситель через круглый патрубок.

После экстракции органическая фаза промывается в четыре ступени рудничной водой при тщательном регулировании pH. Размеры отстойников отделения промывки 4,3х1,5 м, объем 6,45 м2.

Водная фаза из последнего отстойника отделения промывки направляется на стадию экстракции. Промытая органическая фаза поступает на стадию реэкстракции урана раствором сульфата аммония, которая по своему аппаратурному оформлению полностью идентична стадии промывки. Значение pH доводят с ~3 на первой стадии реэкстракции до 5 на четвертой. Органическую фазу после реэкстракции урана промывают концентрированным раствором карбоната натрия и возвращают в цикл. Водный реэкстракт направляют на осаждение урана аммиаком. Осаждение производят в смесителе размером 1,5х1,5x1 м при 30° С pH = 7,3. Пульпу после осаждения сгущают в круглом чане диаметром 10 м. Верхний слив — раствор сульфата аммония — направляют на ступень реэкстракции, а пульпу химического концентрата обезвоживают на центрифуге со сплошным барабаном до массового содержания твердого 50%. Фугат вновь направляется в сгуститель, а кек центрифуги представляет собой конечный продукт. На рис. 3.13 показана технологическая схема узла осаждения.

На некоторых заводах, например в Буффелсфонтейне, имеются две параллельные экстракционные ветки производительностью 3 м3/мин каждая. Для проведения экстракционного процесса на заводах ЮАР применено разнообразное аппаратурное оформление, преследующее цель снизить до минимума механические потери экстрагента, определяющие экономику процесса при переработке растворов от выщелачивания бедных руд. На потери экстрагента сильно влияет конструкция смесителей-отстойников.

Наиболее трудной проблемой явилось конструирование смесителей-отстойников для стадии экстракции, так как скорость потока водной фазы на этой стадии намного выше, чем на остальных. На южноафриканских заводах установлены смесители как круглого, так и прямоугольного сечения. На заводе в Буффельсфонтейне выбраны смесители цилиндрической формы с распределительной полкой в верхней части. Отверстие для вывода эмульсии окружено полукруглой (радиусом 2,28 м) перегородкой, не доходящей на 0,305 м до днища смесителя; эмульсия проходит под перегородкой к разгрузочному отверстию.

Что касается отстойников, то их размер рассчитывают на основании расхода растворов. Например, в Буффельсфонтейне площадь круглых отстойников рассчитана из расхода дисперсной водной фазы (42 л/мин) на 1 м2 площади отстойника. Общая глубина растворов в отстойнике 0,71 м и состоит из двух фаз по 0,355 м каждая. Выбор круглых отстойников на этом заводе позволяет использовать в качестве конструкционного материала полиэфирный стеклопластик вместо дорогой нержавеющей стали.

Из смесителя в отстойник эмульсия вводится тангенциально около центра для придания ей небольшого вращательного движения. Из отстойника обе фазы выводятся на периферии через гидрозатворы и желоба. Ввиду большого объема перерабатываемых растворов целесообразнее использовать длинные желоба, так как при этом почти не образуются мертвые зоны в отстойнике, улучшается контроль за разделом фаз и сокращается объем раствора, вытекающего в случае прекращения подачи электроэнергии. Желоб для органической фазы был установлен на всю глубину — 0,71 м, для водной фазы — на глубину 0,635 м, но в случае необходимости его положение может быть изменено.

На заводе «Блейфурейсих» используется прямоугольный отстойник; подача в него эмульсии из смесителя осуществляется с короткой стороны. Перегородка около входа замедляет поток и обеспечивает равномерную подачу эмульсии по всей ширине отстойника в органическую фазу. На противоположном от входа конце обе фазы вытекают из отстойника через пороги, размещенные на такой высоте, чтобы можно было контролировать границу раздела фаз. Никаких других перегородок в отстойнике, кроме входной нет.

На других заводах установлены различные виды оборудования. Перспективной является конструкция насосов-смесителей, которые создают напор, достаточный для транспортировки обеих фаз между ступенями. Уменьшение числа насосов снижает капитальные затраты и упрощает расположение оборудования, так как смесители-отстойники находятся на одном уровне.

Насос-смеситель установлен на заводах фирм «Вестерн дип левелз», «Вестерн рифе» и «Ваал рифе». Однако на двух последних остойники на стадии экстракции значительно меньше обычных благодаря тому, что в них имеется система полок, помогающих разрушать эмульсию. Рафинат проходит через устройство для коалесценции, чтобы уменьшить механические потери экстрагента до допустимого уровня.

Интересные особенности имеет экстракционная установка на заводе «Хармони». Здесь установлены смесители-насосы «Мампс», состоящие из чана-смесителя диаметром 2,4 м и импеллера диаметром 1,8 м с восьмью изогнутыми лопастями высотой 203 мм и четыре прямоугольных отстойника на том же уровне. Органическая и водная фазы смешиваются в цилиндрический смесительной камере размером 0,762X0,762 м и поднимаются через отверстие в турбине, которая вращается со скоростью 34—49 об./мин. Предусмотрена установка трех вертикальных перегородок в смесителе для дополнительного перемешивания. Производительность насоса при 49 об,/мин составляет ~16 м3/мин смешанной фазы (эмульсии), что намного превышает количество (11,3 м3/мин), необходимое для обеспечения О:В = 1:1.

Рафинат и экстракт перекачивают бессальниковыми самовсасывающими насосами «Кестнер». Возврат в цикл и перемещение всех жидкостей в отделение экстракции осуществляется посредством «мампс». Расход органической фазы при ее возврате в цикл регулируется вручную.

Пятый идентичный смеситель-отстойник используется для извлечения амина и изодецилового спирта из рафината. Свежий керосин прокачивается через этот аппарат в виде сплошной органической эмульсии с рафинатом. Назначение аппарата — извлекать захваченную органику и органику, покрывающую взвешенные твердые частицы.

На стадии промывки, проводимой также в четыре ступени (иногда в пять) в смесителях-отстойниках, размеры аппаратов значительно меньше, чем на стадии экстракции. На некоторых заводах экстракт промывают рудничной водой, на других — раствором гидроокиси аммония при рН = 2,8 и 10%-ным раствором серной кислоты.

Отделение реэкстракции по своей конструкции, размерам и способу эксплуатации соответствует отделению промывки. Размеры прямоугольных отстойников 4,3x1,5х1,5 м, диаметр круглых — 4,8 м. Глубина фаз идентична глубине фаз отделения экстракции. Продолжительность пребывания растворов в смеси

Насос-смеситель установлен на заводах фирм «Вестерн дип левелз», «Вестерн рифе» и «Ваал рифе». Однако на двух последних остойники на стадии экстракции значительно меньше обычных благодаря тому, что в них имеется система полок, помогающих разрушать эмульсию. Рафинат проходит через устройство для коалесценции, чтобы уменьшить механические потери экстрагента до допустимого уровня.

Интересные особенности имеет экстракционная установка на заводе «Хармони». Здесь установлены смесители-насосы «Мампс», состоящие из чана-смесителя диаметром 2,4 м и импеллера диаметром 1,8 м с восьмью изогнутыми лопастями высотой 203 мм и четыре прямоугольных отстойника на том же уровне. Органическая и водная фазы смешиваются в цилиндрический смесительной камере размером 0,762X0,762 м и поднимаются через отверстие в турбине, которая вращается со скоростью 34—49 об./мин. Предусмотрена установка трех вертикальных перегородок в смесителе для дополнительного перемешивания. Производительность насоса при 49 об,/мин составляет ~16 м3/мин смешанной фазы (эмульсии), что намного превышает количество (11,3 м3/мин), необходимое для обеспечения О:В = 1:1.

Рафинат и экстракт перекачивают бессальниковыми самовсасывающими насосами «Кестнер». Возврат в цикл и перемещение всех жидкостей в отделение экстракции осуществляется посредством «мампс». Расход органической фазы при ее возврате в цикл регулируется вручную.

Пятый идентичный смеситель-отстойник используется для извлечения амина и изодецилового спирта из рафината. Свежий керосин прокачивается через этот аппарат в виде сплошной органической эмульсии с рафинатом. Назначение аппарата — извлекать захваченную органику и органику, покрывающую взвешенные твердые частицы.

На стадии промывки, проводимой также в четыре ступени (иногда в пять) в смесителях-отстойниках, размеры аппаратов значительно меньше, чем на стадии экстракции. На некоторых заводах экстракт промывают рудничной водой, на других — раствором гидроокиси аммония при рН = 2,8 и 10%-ным раствором серной кислоты.

Отделение реэкстракции по своей конструкции, размерам и способу эксплуатации соответствует отделению промывки. Размеры прямоугольных отстойников 4,3x1,5х1,5 м, диаметр круглых — 4,8 м. Глубина фаз идентична глубине фаз отделения экстракции. Продолжительность пребывания растворов в смесителях отделений промывки, реэкстракции и регенерации 5 мин, расход электроэнергии ~800 Вт/м3 объема смесителя. Постоянное значение pH на каждой ступени реэкстракции поддерживается добавкой раствора гидроокиси аммония. Регулирование pH может осуществляться двумя способами: 1) электроды для определения pH помещаются в смеситель, в котором эмульсия со сплошной водной фазой поддерживается за счет рециркуляции водной фазы из отстойника; 2) электроды для определения pH помещаются в водную фазу в отстойнике.

Экстрагент, содержащийся в водной фазе, вытекающий из первой ступени реэкстракции, может загрязнить осадок диураната аммония. На многих заводах эту проблему решили путем пропускания реэкстракта через второй отстойник, обеспечивающий продолжительное время отстаивания. Для извлечения экстрагента из этого отстойника предусмотрены специальные устройства. Реэкстракт нагревают до 30° С паром, автоматически регулируемым подогревателем, затем осаждают в одну ступень уран в виде диураната аммония в чане размером 1,5х1,5 м при рН = 7,3, после чего пульпу направляют в сгуститель диаметром 9 м и высотой 3,6 м. Верхний слив сгустителя самотеком направляется в емкость для хранения сульфата аммония, а нижний слив (пульпу химического концентрата) фильтруют на двух последовательно установленных вращающихся фильтрах с промывкой кека деионизованной водой.

На ряде южноафриканских заводов серьезные затруднения вызвал рост грибковой культуры в смесителях-отстойниках на стадии экстракции, способствующий увеличению потерь экстрагента. Исследования показали, что изодециловый спирт усиливает рост грибков, а ароматические соединения подавляют их. По этой причине на заводах «Буффельсфонтейн», «Вестерн дипс» и «Вестерн рифе» вместо 2%-ного изодецилового спирта добавляют 35%-ный раствор сольвессо-150 (ароматический растворитель, имеющий высокую температуру кипения), что уменьшает скорость роста грибков до допустимой нормы. На заводах, где рост грибков происходит в значительно меньшей степени, в качестве ингибитора образования третьей фазы можно использовать изодециловый спирт, так как сольвессо-150 имеет ряд отрицательных свойств, в частности замедляет разделение фаз вследствие более высокого, чем изодециловый спирт, поверхностного натяжения, разрушает гуммированное оборудование и т. д. Кроме того, его стоимость значительно выше, чем стоимость изодецилового спирта.

Управление всеми операциями на заводах с жидкостной экстракцией осуществляется с пульта: на сигнальной панели регистрируются расходы растворов, уровни жидкостей в емкостях, электропроводность и т. п.

Для южноафриканских условий был разработан метод измерения концентрации урана в растворах, основанный на поглощении рентгеновских лучей.

На французском заводе «Форез» для оптимального регулирования расхода экстрагентов также принят метод, основанный на радиоактивном излучении.

Проводятся исследования по дальнейшему усовершенствованию методов измерения концентрации урана.

Конструкционными материалами для экстракционных и реэкстракционных аппаратов служит нержавеющая сталь 316; на некоторых американских заводах ранее применялось дерево (сосна). Однако керосин приводит к усадке дерева, поэтому в стенках просверливают вертикальные отверстия, которые заливают водой чтобы предотвратить утечку растворов. Используют также бетон, футерованный стеклопластиком. На южноафриканских заводах чаны, трубопроводы и клапаны изготавливают из нержавеющей стали 316, но, так как она подвергается коррозии разбавленным раствором серной кислоты в местах сварных швов, вместо нее применяют низкоуглеродистую сталь, футерованную стеклопластиком. Отстойники в отделении промывки, реэкстракции и регенерации, чаны для органической фазы изготовлены из стеклопластика. Кроме того, стеклопластик служит конструкционным материалом почти всех эрлифтов для циркуляции водной фазы в реэкстракционном отделении и трубопроводов диаметром от 50 до 300 мм.

В условиях работы с экстрагентом и кислотой успешно применяются узлы насосов из нитрилового каучука, который пригоден также для сальников и диафрагм клапана. Все остальные части, оборудование и бетонные рабочие площадки заводов покрывают краской на основе полиуретана и эпоксидных смол. Рабочие площадки на экстракционных установках изготавливают из стальной решетки для обеспечения естественной вентиляции и во избежание накопления пролитого экстрагента. Насосы, расположенные непосредственно над зумпфом для сбора органических растворов, делают пожаробезопасными.

Одним из возможных источников статического электричества является одежда из синтетических материалов, поэтому ее ношение запрещено. Для обслуживающего персонала создана специальная огнестойкая одежда.

Видоизмененный пурлекс-процесс применяют на австралийском заводе фирмы «Мэри Кетлин», который в период 1958—1963 гг. (до момента закрытия) работал по схеме кислотного выщелачивания с выделением растворов противоточной декантацией в сгустителях с последующей сорбцией урана из осветленных растворов. При его расконсервации технологическая схема была пересмотрена и частично изменена. К уже имеющимся четырем машинам для радиометрической сортировки руды добавлена пятая, и сортировка руды в настоящее время производится по двум классам крупности: —254+105 мм и —105+70 мм. Первые две машины рассчитаны на крупную фракцию, три последние — на более мелкую. Принцип работы пятой машины аналогичен принципу работы четырех первых, но в ней применены механические шиберы, в отличие от первых четырех, в которых использованы воздушные клапаны. Если, как предполагают, машины с механическими шиберами обеспечат более низкие эксплуатационные расходы, то в будущем и в остальных сортировочных машинах будут установлены такие же шиберы.

Изменен также и процесс осветления раствора перед экстракцией. При сорбции из растворов для осветления использовались два барабанных фильтра с диатомитом в качестве фильтрующего слоя. Так как такие фильтры не обеспечивали необходимую для процесса экстракции степень осветления раствора и их эксплуатация была связана с относительно высокими расходами (почти 6,6 цент/кг U3O8), то фильтры были заменены песочными осветлителями, работающими под давлением, под которые были переоборудованы четыре из имевшихся 12 ионообменных колонн.

Основное изменение внесено в процесс извлечения урана ив растворов — сорбция заменена экстракцией. Выбор этого метода обусловлен следующими причинами. Поскольку ранее загруженная смола уже не могла быть использована, были выполнены экономические расчеты, которые показали, что, несмотря на более высокие капитальные затраты на строительство отделения жидкостной экстракции по сравнению с затратами на возобновление работы сорбционного отделения, последующее снижение ежегодных эксплуатационных расходов компенсирует эти затраты. Кроме того, для отделения жидкостной экстракции потребуется меньшая численность обслуживающего персонала. Дополнительным преимуществом применительно к условиям этого завода является: то, что в качестве промывочной воды в системе противоточной декантации используется часть рафината из хвостового пруда. Благодаря этому будет извлечено дополнительное количество урана. К тому же рафинат (рН = 2,0) перед возвратом его в цикл используется для кучного выщелачивания хвостов и бедных руд, что также обеспечивает возможность получения дополнительного количества урана и позволяет использовать кислоту из рафината. Помимо указанных выше новшеств реконструкция была произведена и на стадии разделения жидкого и твердого: к уже имеющимся пяти сгустителям добавлен каскад гидроциклонов, а в отделении получения химического концентрата вместо трех фильтров, установлена центрифуга корзиночного типа. Основные причины выбора центрифуги — возможность переработки слизистого осадка и устранение загрязнения рабочего помещения, поскольку центрифуга— закрытого типа.

После реконструкции завода руда, представленная в основном алланитом и апатитом (урановый минерал — уранинит в виде зерен диаметром 0,1—0,01 мм с отдельными зернами диаметром 2—3 мм), проходит следующие этапы переработки. После первичного дробления в щековой дробилке размером 1,220х1,520 м руду подвергают грохочению на грохотах с отверстиями 75 мм. Верхний продукт поступает в бункер, питающий цех радиометрической сортировки, а нижний продукт — в бункер на последующее дробление второй и третьей стадий.

Фракция +75 мм вибропитателем подается на радиометрическую сортировку, а затем на последующее дробление и измельчение в две стадии в стержневой и шаровой мельницах. Выщелачивание осуществляется в двух цепочках чанов (по четыре чана в каждой цепочке) диаметром 3,6 м и высотой 4,6 м в течение 8 ч. Для разделения жидкого и твердого служит каскад из пяти гидроциклонов и пяти стальных гуммированных сгустителей диаметром 23 м.

Из осветленного раствора уран экстрагируют в четыре ступени. Экстрагент — раствор третичного амина и 3%-ный раствор нонанола (спирт жирного ряда) в керосине. Нонанол добавляют для облегчения разделения фаз. Экстракт промывают в одну ступень и подают на реэкстракцию (в 4 ступени) раствором сульфата аммония при тщательной корректировке pH на ступенях 2 и 3 водным раствором аммиака. Уран из реэкстракта осаждают аммиаком в три ступени при pH = 7,5. Осадок химического концентрата сгущают до 30% и обезвоживают в центрифуге до 60—70% твердого. Кек центрифуги прокаливают при 500° С в многоподовой сушилке. На рис. 3.14 показана технологическая схема завода фирмы «Мэри Катлин юрейниум»].


Метод экстракции из осветленных растворов, с помощью которого возможно получение конечного продукта высокой чистоты и создание непрерывных технологических процессов, легко поддающихся автоматизации, намечено применять и на ряде крупных планируемых заводов в США, Австралии.

На шведском заводе «Ранстад», строительство которого отложено на неопределенное время, при производительности 20 000 т сланца/сут намечено внедрить перколяционное выщелачивание руды (битуминозные сланцы с содержанием урана 0,03%). Преимуществом перколяционного метода, по мнению авторов проекта, являются низкие производственные и капитальные затраты, что позволяет рассчитывать на возможность экономически выгодного извлечения урана из такого бедного вида сырья.

После первичного дробления сланца в конусной дробилке, установленной на руднике, руду ленточным транспортером будут подавать в бункеры, рассчитанные на хранение трехсуточной добычи, откуда ее будут транспортировать на обогащение в тяжелой суспензии для отделения известняка от сланца. Известняк тонет, а сланец с содержанием 1% CaO всплывает. Грубозернистый продукт обогащения будут дробить в молотковых мельницах и объединять с мелким продуктом обогащения перед конечным дроблением в дробилках ударного типа.

При операциях дробления и грохочения выделяется пыль, всасываемая воздухом и осаждаемая электростатическими фильтрами, в количестве, составляющем приблизительно 10% всей руды. Для улавливания пыли ее сначала подадут в скруббер, где отделится 30% материала крупностью 60 мкм, который объединят непосредственно с основным потоком руды до подачи ее в барабаны для кислотного замеса. Оставшуюся пыль с размером частиц <60 мкм смешают с кислотой, действующей как вяжущее вещество, и направят в дисковые грануляторы для получения гранул диаметром 10 мм. Полученные гранулы, обладая достаточной прочностью, не будут разрушаться под действием механического и химического воздействия в процессе дальнейшей обработки.

Подготовленный таким образом к выщелачиванию сланец будут складывать на открытой площадке в штабеля, вмещающие 300 000 т, и выдерживать в течение 18 сут для повышения извлечения урана при последующем выщелачивании вследствие процессов окисления и действия бактерий.

Противоточное перколяционное выщелачивание в течение 6 сут при 60° С обеспечит 79%-ное извлечение урана из сланца (максимально возможное при благоприятных факторах 85%). Расход кислоты при этом составит 6% массы сланца. Выщелачивание будет производиться в семи перколяторах, вмещающих по 15 400 т руды каждый и установленных последовательно. Размер каждого перколятора 60X45 м, эффективная высота 5 м. Длина всего отделения выщелачивания составит ~500 м. Перколяторы будут изготовлены из стали с кислотоупорной хлоропреновой футеровкой. В нижней части перколяторов будет предусмотрен слой гравия в качестве дренажа (гравийный фильтр). Перколяторы будут установлены под открытым небом, причем их верхние части будут на уровне поверхности земли, и оборудованы крышками на рельсовом ходу для снижения тепловых потерь с поверхности перколяторов. Загрузку сланца будут производить перемещающимся вдоль перколяторов ленточным транспортером с разгрузочной тележкой, установленной на передвижном мосту (на рельсовом ходу).

Раствор после выщелачивания (содержащий г/л): U — 0,7, Al — 16, Fe — 10, К<8,5, Na — 5,8, Mo — 0,4, V — 0,3, Ni — 0,2 и SO42- — 133 будут осветлять на фильтрах и перерабатывать жидкостной экстракцией (раствором аламина-336 в керосине). Реэкстрагент — карбонат натрия. Осаждение предполагается осуществлять гидроокисью натрия.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна