Выщелачивание уранового сырья

ГЛАВА 4

 

Выщелачивание уранового сырья

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ КИСЛОТНОГО ЗАМЕСА

 

Разновидностью сернокислотного выщелачивания является кислотный замес, над которым в настоящее время работают в США, Канаде, Великобритании и Японии. Грубо размолотая влажная руда смешивается с концентрированной серной кислотой. Эту смесь выдерживают в течение нескольких часов, после чего уран извлекают методом перколяции воды через слой руды. В результате использования такого метода отпадает необходимость в дорогом тонком измельчении и получаются более богатые по урану растворы.

При кислотном замесе руды месторождения Блайнд-Ривер (Канада) с содержанием урана 0,13% при извлечении 95% урана, и одинаковом расходе кислоты (как для обычного выщелачивания в агитаторах, так и для метода кислотного замеса) экономия прямых производственных затрат составляет 0,26 долл./кг  U₃O₈ (полные затраты при кислотном замесе 2,6 долл./кг U₃O₈, при обычном выщелачивании 2,86 долл./кг U₃O₈). Экономия достигается главным образом за счет сокращения продолжительности выщелачивания. Капитальные затраты на сооружение завода производительностью 3000 т руды/сут, использующего кислотный замес, достигают 8 млн. долл., а в случае обычного выщелачивания — 12 млн. долл. При сроке амортизации завода, равном 7 годам, экономия составит 0,67 долл./кг U₃O₈. Таким образом, можно ожидать общего снижения затрат, равного 1 долл./кг U₃O₈.

Метод замеса испытывали не только на конгломератах Блайнд-Рлвера, но и на конгломератах ЮАР. В результате испытаний считают возможным получить приемлемое извлечение урана перед цианированием золота. В Японии изучают возможность применить кислотный замес с нагревом для переработки глинистых урановых минералов, которые затрудняют разделение твердого и жидкого, а иногда трудно поддаются обычному выщелачиванию. Установлено, что при этом можно увеличить извлечение урана на 4—15% по сравнению с обычным выщелачиванием.

На заводе в Арли (Нигер), пущенном в 1971 г. и работающем на рудах с 0,2—0,3%-ным содержанием урана, применяют кислотный замес. Смесь руды и серной кислоты выдерживают при 100° С в течение 2—3 ч (расход кислоты 65—70 кг/т руды). Продукт получают в сухом гранулированном виде. Затем следует водное выщелачивание, сводящееся к быстрому растворению готового уранил-сульфата.

 

КАРБОНАТНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

 

Масштабы применения карбонатного метода. Вторым по значению и распространению методом является карбонатное или содовое выщелачивание. При переработке руд многих Типов, содержащих уран и карбонаты (например, кальция и магния), когда кислотное выщелачивание оказывается экономически невыгодным, применяют разложение с помощью растворов карбонатов щелочных металлов (главным образом натрия).

       Масштабы использования карбонатного выщелачивания в производстве урана видны из следующих данных, %:

	Весь капиталистический мир	США
Кислотное выщелачивание (КВ)	76,5	61,4
Содовое выщелачивание (СВ)	18,3	38,6
Комбинированные схемы	5,4	-

       Физико-химические основы карбонатного выщелачивания. В основе карбонатного выщелачивания лежит реакция:

UO₃ + 3Na₂CO₃ + H₂O ® Na₄[UO₂(CO₃)₃] + 2NaOH

При этом уран переходит в сравнительно хорошо растворимое в воде комплексное соединение — трикарбонатоуранилат натрия (или натрийуранилтрикарбонат). Эту реакцию открыл еще в середине прошлого века Пелиго. По этой реакции с применением содового раствора довольно легко вскрываются все осадочные урановые породы, трехокись и моноуранаты (после окислительного обжига).

Однако приведенное суммарное уравнение не  отражает сложного характера процесса растворения трехокиси урана в карбонатных растворах. В действительности процесс идет ступенчато, с образованием нескольких промежуточных комплексных соединений. Сущность происходящих изменений заключается в постепенном замещении групп ОН^- и Н₂О в первоначальном моноаквадигидроксиураниле, полученном по реакции

 UO₃ + 4H₂O ® 2[UO₂(ОН)₂Н₂О]

группами СО₃^2-. При этом нейтральный комплекс уранила переходит в анионный комплекс, содержащий во внутренней сфере карбонат-ион.

Геометрическая модель Nа₄[UO₂(CO₃)₃] выглядит следующим образом:

Ион СО₃^2- образуете ионом-комплексообразователем UO₂⁴⁺ четырехчленный цикл:

что способствует значительному упрочению комплекса.

       В ряду вытеснительной способности лигандов: CO₃^2- ³ OO^2- > OH^- > F- > CH₃COO^- ³C₂O₄^2- и т.д. карбонатная группа занимает одно из первых мест, что свидетельствует о высокой прочности карбонатных комплексов уранила. Это подтверждает значение константы нестойкости трикарбонатоуранил-аниона:

К = [UO₂²⁺] [CO₃^2-]³ / [UO₂(CO₃)₃] =(1,7 ± 0,6) ^.10^-23 .

(константа образования равна 5,9^.10²²).

Любое из неорганических соединений уранила при определенных условиях может быть переведено в трикарбонатный комплекс действием карбонатов щелочных металлов. Для комплексных карбонатов уранила впервые в химии актиноидов было установлено существование генетического ряда, в котором они закономерно располагаются по степеням карбонатности, о чем будет сказано подробнее в разделе о комплексных карбонатах аммония и уранила (см. гл. 7).

Комплексные соединения уранила трикарбонатного типа подвержены гидролизу с образованием малорастворимых основных карбонатов и поэтому могут существовать в растворе длительное время без изменений только при наличии некоторого избытка карбонат- или бикарбонат-ионов.

Твердый Nа₄[UO₂(CO₃)₃] — мелкие игольчатые кристаллы светло-желтого цвета с зеленоватым оттенком. Термически устойчивы до 300° С. Значение рН для 0,01 М раствора соли равно 9,2. Растворимость соли в воде при комнатной температуре в пересчете на уран составляет 6,6% и уменьшается в растворах Nа₂СО₃, NаНСО₃ и Nа₂SО₄ с возрастанием температуры и ионной силы.

Рассмотрим некоторые вопросы химии карбонатного выщелачивания. Реакция

UO₃ + 3Na₂CO₃ + H₂O ® Na₄[UO₂(CO₃)₃] + 2NaOH

 сопровождается выделением свободного NаОН и повышением вследствие этого рН среды, что создает условия для осаждения диураната натрия Na₂U₂O₇. Поэтому обычно применяют не карбонат, а бикарбонат натрия в смеси с карбонатом (15—30%, бикарбоната в смеси). Тогда в результате реакции

NaOH + NaHCO₃ ® Na₂CO₃ + H₂O

концентрация ионов ОН^- не увеличивается и условий для выпадения осадка диураната нет.

Из уранинита и настурана в содовый раствор переходит только шестивалентный уран. Для выщелачивания UО₂ требуется предварительное оксиление:

UO₂ + ½ О₂ + 3Na₂CO₃ + H₂O ® Na₄[UO₂(CO₃)₃] + 2NaOH

Следовательно, как и при сернокислотном выщелачивании, необходим подходящий окислитель (носитель и передатчик О₂).

Поэтому одной из основных задач карбонатного выщелачивания является эффективное окисление четырехвалентного урана в карбонатной среде. Использовать двуокись марганца нельзя, так как она в щелочной среде не является окислителем.

Окисление урана в карбонатной среде. Было исследовано большое количество различных окислителей и катализаторов для ускорения растворения двуокиси урана в карбонатных средах. Наиболее эффективными оказались МnO₄, OCl^-, Fe(CN)₆^4-, [Сu(NH₃)₄]²⁺, Hg⁺, Аg⁺. Молекулярный кислород обнаружил наименьшую активность.

Зависимость скорости растворения двуокиси урана при окислении кислородом от концентрации смеси карбоната и бикарбоната натрия показана на рис. 30. Выше некоторой концентрации реагентов скорость растворения определяется подводом кислорода к реакционной поверхности и пропорциональна его давлению (или концентрации). Однако при интенсивном перемешивании возможен переход в кинетическую область, причем скорость растворения пропорциональна концентрации кислорода в степени 1/2. Энергия активации процесса в этом случае равна 12 ккал/моль. Вероятные стадии процесса:

UO₂ + ½ O₂ ® UO₃     (медленно);

UO₃  + 3CO₃^2- + H₂O + ® [UO₂(CO₃)₃]^4- + 2OH^- (быстро);

OH^- + HCO₃^- ® CO₃^2- + H₂O (быстро).

 

 

На практике обычно применяют наиболее дешевый окислитель - кислород воздуха (в присутствии катализатора). Можно также использовать и перманганат калия, хотя этот реактив дорог. Катализаторами служат ионы меди, медно-аммиачный комплекс, ферроцианид и роданид железа и др.

Влияние подобных добавок на процесс окисления урана при карбонатном выщелачивании показано на рис. 31. По мнению исследователей, медленной стадией процесса растворения двуокиси урана в карбонатной среде является процесс окисления U(IV) до U(VI) на поверхности частиц руды, в котором участвует только растворенный кислород. Окисление U(IV) ионами Сu(II) протекает очень быстро. Образующиеся ионы Сu (I) окисляются не только растворенным, но и молекулярным газообразным кислородом, вследствие чего скорость окисления Сu(I) примерно в 100 раз больше скорости окисления U(IV).

Предполагают, что протекает реакция

Cu⁺+ О₂ + 2H₂O ® Cu²⁺+ 2H₂O₂ + O₂^-

 

Образующиеся Н₂О₂ и O₂^- чрезвычайно быстро реагируют с двуокисью урана. Общая скорость процесса окисления UО₂ может быть выражена уравнением W = W_K + W_H = K S[ C u²⁺]₀^0,5 + Wн, где W_K и W_H — скорости катализированного и некатализированного процесса; К — константа скорости; S — поверхность двуокиси урана.

Такой механизм реакции объясняет каталитическое влияние ионов меди на ускорение окисления двуокиси урана в карбонатно-бикарбонатных средах.

С учетом этих представлений можно провести известную аналогию данного процесса с процессом окисления двуокиси урана ионами трехвалентного железа в кислой среде.

ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

 

Мы уже упоминали о методе подземного выщелачивания урана. Этот метод имеет потенциальные преимущества по сравнению с традиционной добычей руд и переработкой их на заводах, так как позволяет снизить стоимость производства урана и более полно использовать урансодержащее сырье. Очень важно, что переработка урановой руды на месте ее залегания исключает загрязнение окружающей среды долгоживущими естественными радиоактивными элементами — продуктами распада урана и необходимость создания отвальных зон для хранения жидких и твердых отходов урановорудных заводов. Известно, что стоимость подземной добычи и транспортировки руды на завод составляет около 40% общей стоимости извлекаемого урана, в то время как расходы по подземному выщелачиванию и откачке продукционного раствора на урановый завод не превышают 5%. По данным американской фирмы «Юта констракшн энд майнинг», расходы на получение урана методом подземного выщелачивания того же порядка, что и при добыче руды открытым способом, и в несколько раз меньше расходов при подземной добыче руды.

В Советском Союзе разработаны и применяются методы подземного выщелачивания для извлечения урана как из руд месторождений с твердыми скальными породами, так и из руд осадочных месторождений.

В первом случае выщелачивание проводят в подземных блоках, в которых магазинируют руду, предварительно раздробленную взрывами. Блоки орошают раствором серной кислоты. Во втором случае раствор серной кислоты подают с поверхности в пласт через одни скважины, а урансодержащий раствор выводят из пласта через другие скважины, оборудованные аэролифтными насосами.

Следует отметить, что процесс подземного выщелачивания - это экстенсивные процесс, протекающий по законам фильтрационного выщелачивания и имеющий много общего с перколяцией при кучном выщелачивании.

Уран извлекают из откачанных на поверхность растворов с помощью сорбционно-экстракционной технологии, после чего растворы вновь используют для выщелачивания.

Подземное выщелачивание, как показывает опыт его применения в СССР, позволяет исключить из процесса добычи урана некоторые дорогостоящие производственные операции, связанные с выемкой руды из подземных блоков, выдачей ее на поверхность, транспортировкой, измельчением и обогащением руды, транспортировкой и складированием отвальных хвостов и др. Сокращение числа трудоемких и дорогостоящих операций значительно снижает стоимость добываемого металла.

Подземное выщелачивание было успешно осуществлено на одном из советских рудников, который ранее был намечен к закрытию из-за выработки промышленных руд, несмотря на то, что в недрах еще оставалось большое количество урана в убогих рудах, добыча которых обычными способами явно нерентабельна.

Кроме того, в СССР проводятся работы по подземному извлечению урана и из месторождений других типов.

Имеется опыт подземного выщелачивания урановых руд и в зарубежных странах. В США, Канаде и Франции уже в течение нескольких лет уран выщелачивают как из проницаемых осадочных месторождений пластового типа, так и из скальных пород. С апреля 1970 г. американская фирма «Анаконда» успешно применяет подземное выщелачивание урана из рыхлого песчаника, залегающего ниже водоносного горизонта между двумя водоупорными пластами. Добывает уран подземным выщелачиванием американская фирма «Пинэкл эксплорейшн» из месторождения Ганнисон (шт. Колорадо), расположенного на высоте 3100 м над уровнем моря. Основной минерал руды - настуран, тонко вкрапленный в углистом известняке. Поэтому в качестве выщелачивающего реагента первоначально использовали рудничные воды. Добавление в них соды позволило увеличить содержание урана в продукционном растворе, собираемом в одном из штреков, до 120 мг/л.

Позднее перешли к применению содовых растворов и аэрации воздухом. После сорбционного извлечения урана оборотные растворы вновь направляют на подземное выщелачивание.

На рис. 35 показана система организации подземного выщелачивания на руднике Пич фирмы «Пинэкл эксплорейшн», где используется 40 нагнетательных скважин. Эта система отличается простотой и эффективностью и обеспечивает безопасность, сравнительно низкую стоимость получаемой U₃O₈, небольшие капиталовложения.

 

 

Во Франции подземное выщелачивание применяют для извлечения урана из предварительно разрушенной руды. Применяется система с магазинированием, причем богатую руду подают на поверхность, а оставленную в забоях выщелачивают раствором серной кислоты (100 г/л) при извлечении урана до 80%.

Некоторые американские фирмы применяют или намерены применять в ближайшие годы метод подземного выщелачивания с использованием как карбонатных, так и сернокислых растворов в зависимости от характера руд. Окислителем в первом случае служит воздух (аэрация растворов), а во втором - добавки хлората натрия.

Метод подземного выщелачивания имеет свои недостатки: зависимость от проницаемости пласта и других неконтролируемых горногеологических условий, в некоторых случаях трудность достижения приемлемой степени извлечения урана в сложных многослойных пластах.

По мнению некоторых специалистов, можно установить зависимость рентабельности применения подземного выщелачивания от содержания урана в руде и степени его извлечения (рис. 36). Судя по этим данным, подземное выщелачивание рентабельно при содержании урана в руде 0,06—0,16%, т. е. при переработке довольно бедных руд. Однако, по-видимому, эта область может быть существенно расширена.

В настоящее время работа по совершенствованию технологии подземного выщелачивания урана продолжается во многих странах. В этой связи представляет большой интерес сравнительно недавно опубликованное сообщение о работе новой промышленной установки в Клей Уэсте по подземному выщелачиванию урана карбонатными растворами, пущенной в эксплуатацию в апреле 1975 года в шт. Техас, США. Ее производительность намечено довести до 450 т U₃O₈/год. Установка создана в районе обводненного месторождения пластового типа. Выщелачивание проводят из пласта ураноносного песчаника на максимальной глубине 165 м. Содержание урана колеблется в пределах 0,05—0,5%. Здесь имеется водоносный горизонт с естественной скоростью потока примерно 3,6 м/год, имеющий уклон 0,015 в сторону Мексиканского залива и являющийся источником снабжения пресной водой ряда населенных пунктов. Однако вблизи уранового месторождения вода имеет высокий уровень естественной радиоактивности и не пригодна для питья. Этим воспользовались для организации подземного выщелачивания урана, приняв ряд мер по охране окружающей среды и для исключения проникновения урана за пределы зоны выщелачивания в источники питьевой воды. В группу по контролю за окружающей средой вошли химики и инженеры-нефтяники, геологи и гидрологи, зоологи, биологи и радиологи.

На участке уранового месторождения площадью 1,4 га пробурено 66 нагнетательных и 46 откачных скважин. Весь участок разбит на квадраты (рис. 37). Нагнетательные скважины расположены по периферии квадратов, а откачные — в центре. Материалом для труб служит полихлорвинил, что сводит к минимуму коррозию. В забое откачных скважин установлены насосы погружного типа. Очень строго контролируют равнодебитность закачки и откачки растворов, а также возможность миграции урансодержащих растворов за пределы зоны, что осуществляют с помощью системы контрольных скважин по внешнему контуру участка. Весь контроль за процессом и его управление сосредоточены на центральном пульте.

Для повышения степени извлечения урана в пласт подают кислород. Карбонатный раствор после выщелачивания, содержащий уран в количестве до 200 мг/л, передается на сорбционную установку, расположенную, в 3 км от откачных ячеек, где после контрольной фильтрации на угольных фильтрах уран извлекают с помощью анионита типа амберлит на колоннах периодического действия. Десорбцию осуществляют раствором NaCl, причем в получаемом регенерате урана содержится около 10 г/л. Его пропускают через колонну с древесным углем для удаления примесей, в частности молибдена, и затем направляют на осаждение аммиаком. Полученную пульпу химического концентрата сгущают, фильтруют, сушат, упаковывают в барабаны для отправки на завод по производству гексафторида урана. Раствор после сорбционного извлечения урана в случае необходимости доукрепляют реагентами и направляют вновь в нагнетательные скважины. Технологическая схема завода в Клей Уэсте показана на рис. 38.

После окончания эксплуатации рудного месторождения предполагают обеспечить практически полное восстановление природной среды, в частности восстановление первоначального состава пластовых вод в водоносном горизонте, и приведение в первоначальный вид поверхности участка.

Интересны инженерные решения по охране окружающей среды. Все образующиеся жидкие отходы хранят в резервуарах, футерованных полиэтиленом. Объем и поверхность испарения в подобных резервуарах рассчитаны так, чтобы с учетом дождей количество испаряемой влаги было эквивалентно объему ежегодно получаемых химических отходов. Окончательное захоронение загрязненных отходов намечено осуществить закачкой их в две скважины глубиной 1370 м. Это позволит свежей воде водоносного горизонта промыть зону выщелачивания и восстановить состав пластовых вод в водоносном горизонте до первоначального значения. Нагнетательные и откачные скважины будут залиты цементом, все трубы обрезаны. Участок будет засеян травой и, как это предусмотрено проектом, за короткое время примет свой первоначальный вид.

Фирма «Вайоминг минералз» эксплуатирует две установки подземного выщелачивания урана карбонатными растворами сравнительно небольшой производительности — 112,5 и 225 т U₃O₈/год. Эта же фирма наметила ввод еще одной установки такого типа в ближайшие годы. В шт. Техас построена установка опытного характера подземного выщелачивания урана с использованием растворов карбоната аммония и с последующей ионообменной сорбцией урана из растворов, На всех этих установках предусмотрены специальные меры по предотвращению утечки выщелачивающих растворов за пределы производственной зоны.

Описанные установки применяют для выщелачивания урана из обводненных месторождений пластового типа. Вместе с тем в зарубежных странах планируется ввод в эксплуатацию предприятий по подземному выщелачиванию урана в горных выработках. В Канаде (пров. Онтарио) намечен пуск соответствующей установки производительностью 500 т U₃O₈/год. В этом случае выщелачивание будет осуществляться в крутопадающем месторождении сильно сцементированного ураноносного конгломерата, характерного для урановых месторождений этого района, содержащего 0,07—0,09% урана. Подготовительными взрывными работами были произведены необходимое разрушение горного массива, магазинирование отбитой крупнокусковой руды и другие подготовительные горные работы.. Подготовка к выщелачиванию начнется со строительства дамбы на одном из горизонтов и монтажа кислотных насосов, трубопроводов, и всей системы подачи растворов серной кислоты.Эффективность использования метода подземного выщелачивания видна из данных табл. 16.

Таблица 16

Сравнение экономических показателей методов подземного и обычного выщелачивания (по данным США)

показатель	Обычный метод	Подземное выщелачивание
Содержание урана в руде, 5	0,15	0,065
Производительность, U3O8/год	900	900
Число предприятий	3 рудника, 1 завод	4
Продолжительность периода от начала освоения до выдачи продукции, годы:
Максимальная	10	3
Минимальная	7	2
Год отгрузки первой продукции (если работы были начаты в 1975 г.)	1983	1978
Капитальные затраты, млн. долл.	40 – 70	8 – 16
Удельные капитальные затраты на 1 кг U3O8/год	44 – 77	9 – 17,6
Общие удельные расходы, долл./кг U3O8	25,3	19,8
Расходы на рекультивацию участков, долл./кг	-	1,1
Стоимость производства первой партии U3O8 (с учетом 15 %-ной инфляции), долл./кг	68 (поставка в 1982 г.)	26,2 (поставка в 1977 г.)

Следует особо подчеркнуть важнее преимущество подземного выщелачивания, которое заключается в исключении загрязнения окружающей среды долгоживущими радиоактивными веществами. Кроме того, отпадает необходимость создания обширных отвалов или хвостохранилищ для пульпы из поднятой на поверхность пустой породы.

На урановых заводах, использующих традиционную технологию, до 99,8% поступающего на завод сырья, как правило, сбрасывается в хвостохранилища. Это составляет примерно 0,9 т твердых и более 3 м³ жидких отходов на каждую тонну переработанной руды, т. е. около 1 т отходов на 1 кг извлеченного урана!

Объем отходов при подземном выщелачивании зависит от особенностей применяемого процесса, но во всех случаях он существенно ниже, чем при обычном выщелачивании. Особенно он невелик при использовании карбонатного выщелачивания в пластовых условиях залегания рудного тела, когда возможен практически 100%-ный возврат отработанных растворов в цикл. В таких случаях количество отходов составляет не более 1—2 кг на 1 кг добытого урана, что эквивалентно всего 1—2 т отходов на каждые 1500 т руды, которая в этом случае почти полностью остается на месте залегания под землей. Немаловажное значение имеет и тот фактор, что вследствие полного возвращения в производственный цикл карбонатных растворов объем жидкости в разрабатываемом пласте остается постоянным и естественные гидравлические градиенты за пределами рабочей зоны не меняются.

Таким образом, можно констатировать, что метод подземного выщелачивания урана получает все большее распространение, особенно в США. Как установлено в настоящее время, использование подземного выщелачивания по карбонатному методу наиболее эффективно для извлечения урана из руд осадочных месторождений пластового типа. Есть основания полагать, что после реализации возможности дробления рудных тел до нужной степени и выщелачивания руд скального типа метод подземного выщелачивания найдет применение и для разработки бедных руд, сложенных плотными горными породами.

КУЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

 

Метод кучного выщелачивания, в котором по существу реализуется принцип перколяции, все шире применяется для извлечения урана из бедных и забалансовых руд, а также из старых отвалов хвостов обогащения урановой руды. Считают, что кучное выщелачивание пригодно для переработки рудных материалов, содержащих 0,01—0,08% урана. В современном варианте процесс кучного выщелачивания выглядит следующим образом. Штабеля руды высотой до 10 м, уложенные на специально подготовленной площадке, покрытой полиэтиленовой пленкой, орошаются раствором серной кислоты, подаваемым насосом. Получаемые урановые растворы по системе дренажа поступают в зумпфы, откуда их перекачивают для сорбционного извлечения урана. В этих растворах содержание U₃O₈ составляет 0,1—0,5 г/л. Схема кучного выщелачивания показана на рис. 39.

Кучное выщелачивание урана применяют на двух заводах в США, а также в Португалии и некоторых других странах. Как показывает практика работы установок в США и Португалии, подобным методом удается извлечь до 80% урана даже из такого бедного сырья, как хвосты радиометрической сортировки.

До последнего времени кучное выщелачивание рассматривали как дополнительный метод получения урана. В настоящее время после усовершенствования этот метод применяют в качестве основного на некоторых урановых заводах, например на заводе фирмы «Хоумстед» в районе Мейболла, шт. Вайоминг, США, или заводе Лос-Адобс в Аргентине.

 

 

 

БАКТЕРИАЛЬНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

 

Большой интерес представляет бактериальное выщелачивание как метод интенсификации подземного, кучного и перколяционного извлечения урана из руд. В некоторых случаях бактерии могут быть выгодно использованы в качестве окислителей вместо неорганических окислителей, таких, как хлорат натрия, двуокись марганца и др. Так называемые автотрофные бактерии для обеспечения своей жизнедеятельности используют в качестве источника энергии процессы окисления простейших неорганических веществ, в том числе соединений серы или двухвалентного железа. Наибольший интерес для технологии урана представляют тионовые железобактерии (thiobacillus ferrooxides) — одноклеточные организмы диаметром 0,25 мкм и длиной 1 мкм, способные окислять сульфиды металлов, сульфат закиси железа, тиосульфаты, а также элементарную серу.

Автотрофные бактерии многих типов приспособились жить и развиваться в кислых и даже очень кислых средах в присутствии ионов тяжелых металлов, ядовитых для большинства других живых существ. Для каждого типа бактерий существуют оптимальные условия развития, и, естественно, нужен кислород. Наилучшая температура для процесса бактериального выщелачивания урановых минералов 25—40° С и рН=1,8—3,5. Процесс удобно контролировать но рН и окислительно-восстановительному потенциалу, который должен быть ³5 мВ.

Растворы для бактериального выщелачивания готовят в специальном бассейне, куда подают воздух и где с помощью бактерий часть закисного железа превращается в окисное. Затем растворы с рН=2,5—2,9 с содержанием Fe²⁺~0,2 г/л и Fе³⁺~2,0 г/л качают насосами в скважины, через которые они поступают в рудоносный пласт при подземном выщелачивании или в систему орошения при кучном выщелачивании.

После извлечения урана из продукционных растворов их возвращают в бактериальный бассейн для регенерации. Бактериальное выщелачивание пока еще не получило широкого распространения в практике уранового производства, однако как весьма перспективное направление настойчиво изучается в лабораторном, опытно-промышленном и небольшом промышленном масштабах. Опыт канадского рудника Стэнрок показывает, что себестоимость добычи урана из руды, содержащей 0,05% урана, с помощью бактериального выщелачивания очень низка и не превышает 7,8 долл./кг U₃O₈.

Бактериальное выщелачивание изучают также в США, Австралии и т. д.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Предложите программу исследования неизвестной урановой руды, имея целью построение наиболее рациональной технологии.

2. Источники возможных потерь урана на стадии подготовки руды и гидрометаллургической переработки. Пути борьбы за максимальное извлечение урана.

3. Расскажите о поведении сульфидов в процессе кислотного и карбонатного выщелачивания.

4. Расскажите, как влияет рН и окислительно-восстановительный потенциал среды на процесс гидрометаллургнческой переработки урановых руд.

5. Укажите преимущества автоклавного метода выщелачивания урановых руд перед обычным.

6. Технологические особенности гидрометаллургической переработки урановых руд первичного и вторичного происхождения.

7. Объясните конкретное влияние основных факторов при сернокислотном и карбонатном выщелачивании урановых руд с использованием уравнения скорости выщелачивания.

8. Укажите основные особенности и преимущества подземного выщелачивания урановых руд.

 

 

 

 

 

ГЛАВА 4

 

Выщелачивание уранового сырья

 

 

1234567Следующая ⇒

Поделиться: