Попутное получение урана из медных руд

16.07.2020

В ряде стран (США, ЮАР, Индия) планируется или уже налажено попутное извлечение урана из медных руд. В СШA в растворах после кучного выщелачивания меди из некоторых видов медных руд содержание U3O8 колеблется в пределах 1—12 мг/л, составляя в среднем 4 мг/л. При увеличении объема производства меди способом кучного выщелачивания можно получать до 2,7 т U3O8/сут. Для извлечения урана из растворов исследовался как экстракционный, так и сорбционный способ. Хотя экстракционный способ вполне осуществим с технической точки зрения, расчеты показали, что в связи с довольно высокими потерями экстрагента (2,4-2,8 долл./кг U3O8) сорбционный метод с последующей экстракционной перечисткой урана дешевле.

С 1965 г. исследовались разнообразные сорбционные аппараты, приведшие к разработке секционированной противоточной колонны. В ходе экспериментов использовали колонну диаметром 355 мм и высотой 11 м, изготовленную из нержавеющей стали и состоящую из восьми секций высотой 1,2 м, короткой конусообразной нижней части и верхней части диаметром 610 мм, снабженной полукруглым желобом. Колонна работает в непрерывном режиме, за исключением коротких перерывов через определенные промежутки времени, в течение которых впускной клапан для раствора закрывается на 15—30 с. Одновременно с прекращением подачи раствора из нижней части путем открытия клапана выгружается объем насыщенной ураном смолы, а остальная смола через отверстия в перегородках колонны смещается в секцию, расположенную ниже. Затем клапан для выгрузки смолы закрывается, возобновляется подача раствора и в верхнюю часть подается порция смолы, эквивалентная по объему выгруженной. После десорбции урана со смолы раствором серной кислоты регенерат перечищают экстракционным способом [пять ступеней экстракции (экстрагент — раствор 5%-ного амина й 2%-ного изо-деканола в керосине) и две ступени реэкстракции]. В 1977 г. на медном руднике Бингэм Кэньон (шт. Юта, США) была построена установка для извлечения урана производительностью 25 м3/мин растворов (~65 т U3O8/год). Для извлечения урана из раствора используется противоточная пульсационная колонна (петля Хиггинса). В петле Хиггинса раствор после кучного выщелачивания меди движется сверху вниз, в то время как слой анионита перемещается снизу вверх. Рабочий цикл состоит из собственно цикла сорбции и пульсационного цикла. Цикл сорбции длится 5—10 мин, пульсации — >0,5 мин. Колонна состоит из сорбционной, десорбционной и пульсационной секций. В начале процесса главные вентили системы закрыты и исходный раствор прокачивается через сорбционную секцию, а десорбционный раствор — через десорбционную секцию. В цикле пульсации прекращается подача исходного и десорбционного растворов, в секцию пульсации насосом подается вода и измеренный объем анионита движется по петле. Смола, вытесненная в результате пульсации из сорбционной секции, попадает в секцию обратной промывки, где она приводится в псевдоожиженное состояние и из нее вымываются примеси. Промытая смола возвращается в секцию пульсации. Объем смолы в пульсационной камере и ее количество, перемещаемое при каждом цикле пульсации, регулируются уровнемерами.

Десорбция урана со смолы производится раствором серной кислоты, а полученный десорбат подается на экстракционную переработку в смесителях-отстойниках обычного типа. Экстрагент — смесь Д2ЭГФК и триоктилфосфиноксида (ТОФО) в керосине, реэкстрагент — раствор карбоната натрия. Полученный реэкстрагент поступает в чан, оборудованный мешалкой, обогреваемый паром, в который добавляют H3SO4 для снижения pH. Осаждение диураната аммония производится аммиаком в цепочке чанов и пульпу химического концентрата прокаливают в течение 2 ч при 675° С с получением U3O8 (~98%). Расчетные эксплуатационные расходы составляют, %: зарплата — 35; реагенты — 20; вода, пар, электроэнергия и т. п. — 10; обслуживание — 20; прочее — 15.

В Индии с 1975 г. извлекают уран из хвостов флотации меди с содержанием 150 г U3O8/т хвостов. Установка имеет производительность (по хвостам) 350 т/сут. Хвосты флотации с медного завода поступают по лотковому конвейеру в приемный резервуар. Затем пульпу перекачивают в верхний чан, откуда она через распределительные боксы поступает на 20 концентрационных столов для мокрого обогащения. Получаемые концентраты направляют в желоба, откуда их перекачивают в отстойники. Окончательная переработка концентратов производится на гидрометаллургическом заводе в Джадугуде. Хвосты концентрационных столов вновь возвращают на завод по обогащению медной руды. Если в исходном материале содержится около 0,015% U3O8, то после обработки на установке получают промежуточные концентраты с содержанием 0,12% U3O8. Степень извлечения урана 50%. Для увеличения производительности установки решено установить конусный концентратор Рейхерта (с двумя конусами). Проектная производительность одного такого аппарата 1000 т хвостов флотации/сут. Промежуточный урановый концентрат будет подвергаться дообогащению на концентрационных столах.

С 1971 г. в ЮАР получают уран попутно с медью из полиметаллической руды, в которой содержится медь, уран (0,004%), торий, цирконий (завод в Палаборе). Технологический процесс переработки руды состоит из следующих этапов. Хвосты медной обогатительной фабрики (после извлечения меди) обесшламливают в гидросепараторах, затем удаляют магнетит и направляют на вторую ступень обесшламливания в гидроциклонах, после чего направляют на завод для извлечения урана производительностью 22 000 т хвостов/год (в пересчете на твердое). В год производится до 130 т уранового концентрата, содержащего 98—99% U3O8. Завод состоит из двух отделений — гравитационного обогащения и химического.


Гравитационное обогащение осуществляется в конусных концентраторах Рейхерта, обеспечивающих 40—50-кратное обогащение фракции тяжелых минералов и обладающих хорошими эксплуатационными качествами и компактностью.

Магнетит удаляют магнитными барабанными сепараторами, а продукт конусного концентратора подается на качающиеся концентрационные столы, где его разделяют на три продукта: концентрат ураноторианита, направляемый в химическое отделение, концентрат бадделеита (ZrO2) (который в настоящее время складируется), и хвосты концентрационных столов, которые подвергают измельчению и флотации для извлечения оставшейся в них меди.

Концентрат ураноторианита (~5%; U3O8, 14% ThO2 и 65% ZrO2) растворяют в горячей азотной кислоте. Пульпу после выщелачивания фильтруют на опрокидывающихся фильтрах из нержавеющей стали. Остаток после выщелачивания, содержащий 90—95% ZrO2, объединяют с концентратом бадделеита, получаемого на концентрационных столах. Пары (окислы азота), образующиеся при выщелачивании, поглощаются раствором гидроокиси аммония. Неосветленный урансодержащий раствор отстаивается и затем пропускается через центрифугу перед подачей на переработку экстракционным способом. Он содержит 30—40 г U3O8, 120—140 г ThO2 и 80—100 г свободной азотной кислоты на 1 л раствора. Экстракция урана из раствора производится в шесть ступеней в смесителях-отстойниках 10%-ным раствором ТБФ в керосине с высокой температурой вспышки. Поскольку в органическую фазу переходит небольшое количество тория, экстракт промывают в четыре ступени чистым раствором нитрата уранила. Реэкстракция урана осуществляется в восемь ступеней горячей водой с получением реэкстракта с содержанием 50 г U3O8/л. Уран из реэкстракта осаждают газообразным аммиаком. Часть реэкстрагирующего раствора используют для промывки экстракта. Органическую фазу регенерируют раствором карбоната натрия (в одну ступень) и затем разбавленной азотной кислотой и направляют в емкость для хранения. На рис. 5.5 показана технологическая схема завода в Палаборе. Смесители и отстойники изготовлены из нержавеющей стали и имеют соответственно следующие размеры: 300x300x1000 и 2400x300x1000 мм.

Смесители-отстойники реэкстракции оборудованы устройствами для обогрева каждой ступени. Температура на ступенях реэкстракции поддерживается на уровне 40—50° С. Расход растворов и экстрагента в экстракционном отделении составляет, л/мин: водная фаза 16, органическая фаза 25—30, на ступенях промывки 2—5, на ступенях реэкстракции 20—30.

Устойчивый режим работы завода обеспечивается поддержанием стабильного расхода водной фазы, что возможно благодаря относительно большому объему питающего чана (153 м3). Расход органической фазы корректируется в соответствии с плотностью экстрагента первой ступени экстракции. Содержание урана в рафинате 0,3 г/л, что эквивалентно извлечению урана ~99%. Применяемая система экстракции и промывки урана от следов тория оказалась очень эффективной, поскольку в конечном диуранате аммония содержится <0,6% тория.

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