Выщелачивание урановых руд

16.07.2020

Работы по изысканию способов улучшения процесса выщелачивания ведутся по следующим направлениям.

Хлорирование урановых руд. Процесс хлорирования урановых руд газообразным хлором теоретически обладает следующими преимуществами: уран в виде летучего продукта (UCl4) может быть легко отделен от руды, а затем с помощью несложных операций превращен непосредственно в химический концентрат. Работы в этом направлении проводятся в Центре по разработке ядерного оружия в Олдермастоне (Великобритания).

Согласно данным предварительных исследований, расходы на хлорирование в паровой фазе кварцево-галечных конгломератов типа руд района оз. Эллиот Лейк будут сопоставимы с расходами по стандартной схеме кислотного выщелачивания. В расчетах, исходили из того, что хлорирование будет подвергаться руда крупностью — 1,68 мм при 800—1000° С. Расход хлора — 154 кг/т; 95% хлора будет возвращаться в цикл 67% тепла будет утилизовано.

Прямая реакция CO2 и Cl2 с термодинамической точки зрения затруднена, и поэтому требуется восстановитель.

Метод обработки руд смесью SО2-Cl при 1000—1100°C исследуется также во Франции. В ходе исследований удавалось извлечь в газообразную фазу до 95% урана. Исследования проводились в лабораторном масштабе в Фонтене-о-Роз и на опытной установке на заводе в Бессине.

Выщелачивание под давлением в автоклавах. Применение повышенных температуры и давления вместе с наиболее дешевым из окислителей — кислородом воздуха — позволяет наладить рентабельную переработку сульфидсодержащих урановых руд, а также бедных, упорных и комплексных руд и обеспечить высокое извлечение урана при снижении расхода реагентов (например, серной кислоты) и энергетических затрат (пар).

В России в промышленном масштабе применяется эффективная автоклавная аппаратура, позволяющая проводить процессы окислительного выщелачивания урана в широком диапазоне температур, давлений и концентраций реагентов. Применение окислительного выщелачивания позволило интенсифицировать, этот процесс при обеспечении высокого процента извлечения урана и ряда сопутствующих ценных компонентов и снижении перехода примесей в раствор. На рис. 9.1 и 9.2 показаны автоклавы с механическим и пневматическим перемешиванием пульпы.

За рубежом автоклавное выщелачивание в промышленном масштабе не применяется, однако исследуется вопрос выщелачивания этим способом сульфидсодержащих урановых руд типа канадских и южноафриканских конгломератов. Эксперименты с выщелачиванием под давлением с использованием кислорода воздуха проводились в вертикальных автоклавах с пневматическим перемешиванием.

На основании опытных данных был сделан вывод, что при переработке канадских сульфидных руд этот метод обеспечит снижение стоимости производства урана на 2,2 долл./кг U3O8 за счет снижения капитальных затрат на 25% по сравнению с применяемым в настоящее время в Канаде выщелачиванием в пачуках.

В ЮАР более детально исследуется окислительное автоклавное выщелачивание золото-урановых руд. Проектируется довольно крупный опытный завод, на котором выщелачивание будет производиться под давлением 1,53 ат. В 1976 г. была начата эксплуатация опытной установки с четырехкамерным автоклавом объемом 20 м3 с механическими перемешивающими устройствами. Полагают, что из золото-урановых руд при автоклавном выщелачивании удастся извлечь урана на 10 % больше. Кроме того, в этом случае повышается и извлечение золота, если его извлекать после урана.
Выщелачивание урановых руд

Фирма «Лурги хеми унд хюттентехник» в сотрудничестве с фирмой «Ферейнигте алюминиум верке АГ» (ФАВ) разработала новый процесс выщелачивания под давлением. В отличие от процесса выщелачивания в традиционных автоклавах с многочисленными трубами и механическими мешалками, для выщелачивания по новому методу требуется трубчатый реактор с двойной трубой: пульпа подается в центральную внутреннюю трубу, первая секция которой нагревается горячей пульпой, текущей противотоком во внешней трубе. Хвостовой участок внутренней трубы нагревается теплообменником, использующим пар или расплавленные соли,

По мнению специалистов фирмы ФАВ, новый процесс позволит снизить затраты на выщелачивание, так как в связи с высокой турбулентностью потока пульпы в трубчатом реакторе требуется меньшая площадь стенок для теплообмена. Кроме того, отсутствуют движущиеся части, за исключением поршневого мембранного насоса, установленного у выпускного конца трубы. Благодаря высокой температуре (до 300° С) продолжительность выщелачивания можно сократить до 1—5 мин.; Трубчатый аппарат для выщелачивания позволяет быстрый его пуск и остановку и, так как аппарат имеет небольшой объем, выгрузку пульпы из него можно производить в течение трех часов, что выгодно отличает его от автоклавов.

Фирмы «Лурги» и ФАВ начали строительство совместной опытной установки (при капиталовложениях 609 тыс. долл.) производительностью 3 м3 пульпы/ч (что эквивалентно 0,5—2 т руды/ч).

Кислотный замес. Альтернативой агитационного выщелачивания является процесс выщелачивания концентрированной кислотой, называемый кислотным замесом. По сравнению с обычным выщелачиванием/он обладает рядом преимуществ: сокращается продолжительность выщелачивания, исключается необходимость тонкого измельчения и разделения жидкого и твердого.

Разработаны два метода кислотного замеса: Комиссариатом по атомной энергии Франции и Управлением по атомной энергии Великобритании. Первый метод, пригодный для большинства типов руд, внедрен на заводе в Арли (Нигер). Второй метод представляет интерес для переработки упорных руд и, по-видимому, найдет промышленное применение через несколько лет. Согласно опытным данным, второй метод позволит выщелачивать руду крупностью 1—2 мм вместо 100 мкм или меньше, при использовании разбавленной кислоты. Процесс предусматривает: орошение руды во вращающемся барабане кислотой концентрацией 6 н., так что влажность руды составит 10—12%; последующую выдержку руды в течение 12 ч при 75—95° С; отмывку урана перколяцией или распульповкой.

Данный метод может обеспечить снижение капитальных затрат на завод на 20—30%; 60% этой экономии — за счет устранения узла разделения жидкого и твердого, а 10% — за счет возможности переработки руды большей крупности. Кроме того, эксплуатационные расходы снижаются на 0,66—1,10 долл./кг урана.

Расход кислоты — 27—35 кг/т руды, извлечение урана — 94—96.%

Метод кислотного замеса обладает еще одним преимуществом — образуется меньший объем жидких отходов, что при работе в промышленном масштабе обеспечит дополнительную экономию. Представляет интерес разновидность кучного выщелачивания в сочетании с кислотным замесом — выщелачивание «тонким слоем», разработанная американской фирмой «Холме энд Нарвер» применительно к урановым и медным рудам. Процесс выщелачивания заключается в следующем: руда, раздробленная до крупности — —9,5 мм, смешивается в барабане с концентрированной серной кислотой и выдерживается в течение суток, а затем распределяется на площадках слоем толщиной ~0,9 м. Во время цикла выщелачивания, который может продолжаться несколько суток, слой руды промывается водой или выщелачивающим раствором. Данный метод выгодно отличается от традиционного агитационного метода выщелачивания: а) не требуется громоздкого оборудования, что снижает капитальные затраты на 50—70%; б) образующиеся отходы представляют собой влажные твердые гранулы, которые можно хранить в штабелях высотой 10—12 м, благодаря чему исключается необходимость в большой площади для хвостохранилища.

Выщелачивание в присутствии трехвалентного железа. В ЮАР и Великобритании работают над созданием процесса выщелачивания в присутствии трехвалентного железа. На южноафриканских заводах уже в течение ряда лет применяется выщелачивание, при котором вместо MnO2 в качестве окислителя добавляют значительное количество ионов Fe3+, получаемых растворением спека (огарка) окиси железа, остающегося после обжига пиритных концентратов, в концентрированной серной кислоте. Дополнительное количество ионов получают при обороте сбросных растворов после сорбции урана (ионы образуются в результате самоокисления кислородом воздуха и двуокисью серы).

В 1970—1971 гг. были проведены эксперименты в лабораторном и опытно-промышленном масштабах для оценки расходов нa увеличение температуры и концентрации ионов Fe3+ как средств повышения извлечения урана до 95%. Результаты экспериментов показали, что применение процесса выщелачивания в присутствии Fe3+ в течение 24 ч при 64°С позволяет извлечь 93% урана, в то время как использование MnO2 дает при более низкой температуре извлечение 80—85%. Расход Fe3+ — 14 кг, H2SO4 — 14 кг/т руды.

Однако необходима дальнейшая работа по созданию и испытанию усовершенствованного оборудования для самоокисления ионов Fe2+ до ионов Fe3+ в оборотных заводских растворах, а также по решению проблем, связанных с фильтрацией пульп, полученных при выщелачивании разбавленной кислотой с высокой концентрацией ионов Fe3+. Кроме того, предстоит устранить трудности, вызванные воздействием экстрагента при обороте сбросных растворов с заводов с жидкостной экстракцией на резиновую футеровку кислотостойких трубопроводов и пачуков.

В ЮАР создан новый метод производства сульфата трехвалентного железа, который предусматривает окисление подкисленного раствора сульфата двухвалентного железа бактериями в присутствии растворенного кислорода. При этом не требуется двуокись серы и обеспечиваются низкие расходы. Сейчас разрабатывается оборудование для использования метода в промышленном масштабе.

Аналогичный процесс создан и запатентован Уравлением по атомной энергии Великобритании. Процесс, являющийся результатом нескольких лет лабораторных и опытно-промышленных работ, предусматривает непрерывное выщелачивание урановой руды, не требующее мелкого дробления и тонкого измельчения, в кислом растворе трехвалентного сернокислого железа [Fe2(SO4)3]. Уран из раствора извлекают сорбцией, а в выщелачивающий раствор перед его возвратом в цикл вводят бактерии, которые способствуют превращению сульфата двухвалентного железа FeSO4 в Fe2(SO4)3. В ходе работы опытной установки сделан вывод, что благодаря такому процессу выщелачивания капитальные и эксплуатационные расходы на завод значительно снизятся по сравнению с расходами на завод со стандартной технологией.

Прочие методы выщелачивания. Горнорудное управление США исследует процесс выщелачивания урановых руд, который может обеспечить существенное снижение капитальных затрат. Идея предусматривает использование гидромониторов высокого давления, установленных в днище реакторов специальной конструкции, для перемешивания руды с выщелачивающим раствором. Непрерывный процесс осуществляется по противоточной системе, в которой выщелачивающий раствор движется вверх, в то время как масса руды смещается вниз, чем достигается глубокое проникание раствора в частицы руды.

Еще один метод выщелачивания запатентован в США. Он не требует перемешивания руды и раствора и заключается в следующем: подсушенную руду (для повышения ее проницаемости) загружают в чан сверху, а снизу вверх через слой руды подают водный раствор серной кислоты или иной выщелачивающий раствор под давлением, достаточным для перемещения раствора через весь слой руды. Насыщенный ураном раствор отбирают с поверхности слоя руды и направляют на дальнейшую переработку. Выщелоченную руду выгружают из нижней части чана, промывают водой или водным раствором сульфата калия и удаляют в хвосты.

При таком методе выщелачивания снижаются потребности в реагентах и до минимума уменьшается содержание твердых частиц руды в растворе после выщелачивания.

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