Выщелачивание под давлением в урановой технологии

30.05.2018
В настоящее время на целом ряде урановых заводов, особенно в Канаде, выщелачивание рудного материала проводят при повышенном давлении. Этот способ выщелачивания используют прежде всего для уменьшения расхода реагентов и продолжительности процесса.

Важной особенностью выщелачивания под давлением является возможность проведения процесса растворения при температуре, превышающей температуру кипения водных растворов, что позволяет иногда заметно улучшить показатели растворения. Повышение парциального давления кислорода при выщелачивании под давлением увеличивает его концентрацию в водном растворе; в результате процесс интенсифицируется, особенно в тех случаях, когда кислород или воздух применяются в качестве окислителей, например при карбонатном выщелачивании урановых руд. Поэтому при установлении кинетических закономерностей этого процесса рекомендуется учитывать пропорциональность абсолютной скорости реакции окисления различных составляющих рудного материала кислородом парциальному давлению последнего:
Выщелачивание под давлением в урановой технологии

где w — скорость окисления; F — поверхность твердого материала, участвующая в реакции; P — парциальное давление кислорода; k — коэффициент пропорциональности. Некоторые исследователи отмечают, что цульна после выщелачивания кислотой под давлением лучше фильтруется и становится более удобной для дальнейшей переработки из-за меньшего содержания свободной кислоты.

Сравнение выщелачивания под давлением и выщелачивания при атмосферном давлении в реакторах Пачука показывает, что применение одного автоклава может заменить каскад из четырех пачуков при одновременном резком сокращении продолжительности выщелачивания. Однако расход электроэнергии на получение сжатого воздуха и перемешивание пульпы в автоклаве больше, чем в пачуках.

Установка для выщелачивания под давлением обычно состоит из серии автоклавов, соединенных последовательно. Перетекание пульпы в каскаде определяется перепадом давления на входе в первый автоклав каскада и на выходе из последнего.

В каждом аппарате устанавливается сигнализатор уровня, а на выходе из последнего автоклава каскада — гаситель давления.

Автоклавы должны отвечать требованиям высокой прочности. При работе с щелочными растворами аппараты и внутренние механизмы могут быть изготовлены из углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью. Для проведения выщелачивания под давлением в условиях сильно кислых сред и высоких температур автоклавы должны быть изготовлены из нержавеющей стали, футерованной кислотоупорным кирпичом.

Обогрев автоклавов может производиться с помощью поверхностных теплообменников или острым паром.

Выщелачивание под давлением проводят при механическом или воздушном перемешивании. Автоклав с механическим перемешиванием представляет собой горизонтальный барабан, внутренний объем которого разделен перегородками на несколько секций (рис. 6.8). В зарубежной практике применяются трехсекционные автоклавы, оборудованные импеллерными или турбинными мешалками: крайние секции поддерживают пульну во взвешенном состоянии, а центральная, располагаемая в верхней части аппарата, аэрирует пульпу, так как одновременно является диспергатором воздуха в пульпе. Возможность ремонта привода и затвора мешалок без снятия давления в автоклаве обеспечивается специальным устройством и внутренним гидравлическим уплотнением, которыми снабжен вал каждой мешалки. Иногда воздух подается под каждую мешалку.

Известно использование в урановой технологии горизонтальных автоклавов емкостью до 37 м3, имеющих диаметр 2,5 м и длину 7,6 м.

Очевидно, более удобно для выщелачивания под давлением применять автоклавы с воздушным перемешиванием (рис. 6.9), так как в подобных аппаратах отсутствуют движущиеся части и сальниковые уплотнения. Использование автоклавов с воздушным перемешиванием сокращает эксплуатационные расходы, но связано с большим расходом воздуха.

Автоклавы с воздушным перемешиванием — это вертикальные аппараты со сферическим днищем и аэролифтной трубой (циркулятором). Известны конструкции автоклавов с крестовидной перегородкой, которая делит объем аппарата на четыре равных вертикальных отделения. Пульпа перетекает по отделениям через отверстия в верхней и в нижней частях, поочередно в каждой перегородке. Такое устройство аппарата имитирует проведение процесса в четырех последовательных аппаратах.

При использовании каскада из нескольких последовательных автоклавов с воздушным перемешиванием удобно передавать пульпу из аппарата в аппарат с помощью вторых аэролифтных труб, удаляя избыток воздуха из каждого аппарата по общей трубе, соединяющей верхние части автоклавов.

Установки для выщелачивания под давлением, используемые на зарубежных урановых заводах, состоят обычно из 4—5 автоклавов с воздушным перемешиванием высотой до 3 м каждый, выдерживающих давление до 18 атм.

Некоторые исследователи отмечают перспективу использования для выщелачивания под давлением так называемых шахтных реакторов, предлагая проводить процесс выщелачивания в вертикальных трубах, устанавливаемых внутри шахтных стволов глубиной в несколько сот метров.