Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


КИСЛОТНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ



Представляют большой интерес разработки методов сернокислотного выщелачивания урановых руд под давлением. Как мы видели, расход серной кислоты на выщелачивание урана из руд значителен. Это дорого, тем более что основная ее масса идет на выщелачивание бесполезных и даже вредных примесей (например, железа). Уменьшение расхода кислоты может быть достигнуто выщелачиванием руды под давлением кислорода, как это видно на примере руды месторождения Радиум-Хилл (Австралия), содержащей трудновскрываемые комплексные титанаты урана, железа и РЗЭ.

При осуществлении реакции окисления двуокиси урана кислородом

UO2 + ½ O2 + H2SO4 ® UO2SO4 + H2O

в автоклавах характер полученных кривых зависимости скорости растворения двуокиси урана от концентрации кислоты в растворе свидетельствует о протекании реакции во внешнедиффузионном режиме при участии двух реагентов (рис. 26).

       До критических точек (наклонные участки) скорость растворения лимитируется диффузионным подводом кислоты к поверхности минерала, а при более высоких концентрациях Н2SO4 (выше 0,005 м) — диффузионным подводом кислорода к поверхности.

Можно предполагать следующий механизм растворения двуокиси урана при окислении кислородом:

 

 

2UO2 + O2 ® 2UO2 . [O2]2адс (быстро);

2UO2 . [O2]2адс ® 2UO3     (медленно);

2UO3  + 4Н+ ® 2UO22+ + H2O (быстро).

 

Из сравнения результатов режимов выщелачивания при обычном и повышенном давлении очевидно преимущество второго (табл. 14).

Таблица 14

Показатели выщелачивания урановой руды

 

Условия выщелачивания

Температура, оС

Продолжительность, ч

Расход H2SO4, кг/т

Извлечение урана, %

Содержание в растворе, г/л

Ti Fe
Обычное давление 100 8 300-600 90 1 50
Повышенное (7 атм) давление кислорода 150 6 1500 94 0,05 3

 

Как видно из табл. 14, эффект в результате интенсификации процесса, увеличения извлечения, экономии серной кислоты и повышения чистоты получаемых растворов очень значителен. Еще более интересна с точки зрения экономичности возможность выщелачивания урана из некоторых (сульфидных) руд серной кислотой, получаемой в результате окисления сульфидов руды в водной взвеси. При этом идут реакции:

FeS2 + 3 ½ O2 + H2O ® FeSO4 + H2SO4

2FeSO4 + ½ O2 + H2SO4 ® Fe2(SO4)3+ H2O

UO2 + Fe2(SO4)3 ® 2FeSO4 + UO2SO4

Fe2(SO4)3+ 6H2O ® Fe(OH)3 + 3H2SO4

При осуществлении данного процесса играют роль и высокая температура (140° С), и повышенное давление кислорода. Слабокислая среда способствует окислению Fе2+ в Fе3+ кислородом, а Fе3+ в этих условиях энергично окисляет четырехвалентный уран. Под влиянием высокой температуры сульфат трехвалентного железа и другие примеси подвергаются глубокому гидролизу и выпадают в осадок. Процесс в целом очень эффективен.

Например, канадская сульфидная урановая руда, содержащая 4,4% сульфидной серы и 0,17% урана, в водной взвеси под давлением кислорода 10 атм выщелачивается по урану на 96 и даже 98%. При использовании обычного метода извлечение урана намного ниже, расход серной кислоты и двуокиси марганца очень велик, а растворы чрезвычайно загрязнены примесями.

Аналогичные результаты были получены и для австралийской руды месторождения Рам-Джангл, содержащей 0,5% урана. Однако понятно, что данный метод не является универсальным и применим только к некоторым сульфидным рудам урана.

 

§ 4. Технологические схемы заводов с применением кислотного выщелачивания

 

В заключение этого раздела рассмотрим несколько схем выщелачивания, принятых в практике крупных заводов в США и Канаде. 

США. В США действует 17 заводов по переработке урановой руды. Все они перерабатывают карнотитовую руду Плато Колорадо. Так как карнотит легко растворим в кислоте, на большинстве из них (14) применяют схему сернокислотного выщелачивания с последующим отделением твердого от жидкого противоточной декантацией или используют сорбцию из пульп.

Один из крупных заводов, пущенный в 1956 г., — завод в Моабе (штат Юта) — работает на руде месторождения Биг Индиэн Уош по схеме, показанной на рис. 27.

 

Производительность его по руде 1500 т/сут при 0,3%-ном содержании в ней урана. Самый крупный в капиталистическое мире завод, работающий по схеме сернокислотного выщелачивания с последующей противоточной декантацией, производительностью по руде 7000 т/сут принадлежит американской фирме «Керр-Мак-Джи» (Гранте, шт. Нью-Мексико). Завод перерабатывает низкокарбонатную руду, представленную песчаниками и содержащую 0,2% U, 0,01—0,03% Мо и 0,05—0,2% V2O5. Попутно извлекают молибден и изучают возможность извлечения ванадия. Завод имеет две независимые секции сернокислотного выщелачивания. Выщелачивание (пульпа содержит 50% твердого) проводят в 14 стальных чанах, установленных последовательно по самотечной схеме. Чаны диаметром 3,9 м и высотой 4,2 м футерованы резиной (гуммирование) и оборудованы мешалками турбинного типа. Продолжительность выщелачивания 4,5 ч. На некоторых заводах США для выщелачивания используют деревянные (сосновые) чаны.

Несмотря на то, что в США законсервировано четыре урановых завода, сейчас дополнительно запланировано строительство еще шести предприятий.

В течение некоторого времени на трех заводах США применяли сернокислотное выщелачивание урансодержащих фосфоритов Флориды. Эта проблема важна потому, что значительные ресурсы урана на земном шаре заключены в бедных урансодержащих фосфоритах, являющихся смесью фосфата кальция Са3(РО4)2 и апатита Са5F(РO4)3. Обычно уран присутствует в них в виде изоморфной примеси. Фосфориты Флориды содержат 0,004—0,06% U, 11—35% Р2О5, 16—51% СаО, остальное —  SiO2, Аl2O3, Fe2O3, органика (остатки костей рыб третичного периода и т. п.). Найти метод селективного выщелачивания урана из фосфоритов, несмотря на ряд исследований, не удалось. Карбонатное выщелачивание оказалось совершенно неэффективным. При кислотном выщелачивании уран растворяется в той же пропорции, что и фосфатные минералы. Поэтому все методы извлечения урана из фосфоритов основаны на его выделении в качестве побочного продукта при производстве высококонцентрированных фосфорных удобрений.

При сернокислотном вскрытии уран на 70—90% переходит в водный раствор фосфорной кислоты в виде UO2SO4. Переводу урана в легкорастворимую (шестивалентную) форму способствуют добавки азотной кислоты (до 3 кг/т). Расход серной кислоты очень велик и достигает 0,8 т на 1 т руды, что объясняется образованием сульфата кальция.

Полученную техническую фосфорную кислоту отделяют от гипса и направляют да экстракционное извлечение урана. Состав раствора технической фосфорной кислоты (до экстракции урана), г/л: U 0,2; Р2О5 300—600; Fe 4—6; Аl 3—5; SO42- 30—60; Si 2—4; F 10—20. В качестве примера рассмотрим схему заводов Бонни и Тампа (Флорида, США) (рис. 28).

В 50-х годах такая схема использовалась на трех американских заводах. В связи с уменьшением спроса на уран и его относительно высокой стоимостью производства на данных заводах они были закрыты. В настоящее время вследствие увеличения спроса на уран интерес к методам его извлечения из фосфоритов повысился. Кроме того, за прошедшие годы схема извлечения урана существенно усовершенствована (это касается экстракционного выделения урана из технической фосфорной кислоты) и обеспечивает теперь общее извлечение урана, равное 95%.

В США объявлено о строительстве нескольких заводов для попутного извлечения урана из фосфоритов мощностью по урану примерно 160 т/год каждый. Согласно расчетам, на заводах шести ведущих африканских фирм по производству фосфорной кислоты из фосфоритов можно извлекать ежегодно 1600—1800 т U3O8, на предприятиях остальных фирм—приблизительно 500—600 т.

 

Над методом извлечения урана из растворов фосфорной кислоты после разложения урансодержащих фосфоритов в течение нескольких лет интенсивно работают в Израиле, где в пустыне Негев имеются значительные запасы фосфоритов с 0,015%-ным содержанием урана.

Канада. В период подъема уранового производства в Канаде действовали 17 урановых заводов, из них 11 наиболее крупных в районе месторождения Блайнд-Ривер около озера Эллиот. В настоящее время производство урана в Канаде сократилось на 70% и действуют лишь три предприятия, на которых применяют схему кислотного выщелачивания с последующей фильтрацией пульпы и сорбцией урана из раствора (рис. 29).

 

К числу действующих заводов относится один из крупнейших в капиталистическом мире урановый завод фирмы «Денисон майнз», перерабатывающий 6000 т руды/сут. Технологическая схема заводов, сооруженных в районе озера Эллиот, в общем аналогична схемам заводов района Банкрофт, но так как руда (браннерит U3Ti5O16) требует более жестких условий выщелачивания, то кислотность поддерживают в пределах 50—70 г/л, а температуру доводят до 65—70° С. Продолжительность выщелачивания составляет 60 ч.       

Сравнение технологии сернокислотного выщелачивания в США и Канаде позволяет выявить довольно существенные различия, обусловленные характером урановых руд, в частности составом вмещающих пород. Несмотря на более жесткий режим выщелачивания (температура, кислотность, продолжительность) на канадских заводах, получаемые здесь растворы значительно чище по содержанию примесей, что хорошо видно из сравнения состава  растворов после выщелачивания, г/л:

 

компонент Руда месторождения Блайнд-Ривер (Канада) Карнотитовая руда Плато Колорадо (США)
U 0,6 0,7 – 1,7
V2O5 - 1 – 5
Feобщ 2,7 До 7
Fe3+ 2 – 2,5  
Al 0,98 6 – 12
PO43- 0,22 0,2 – 1,4
SO42- 30 40 – 80
TiO2 0,08 0,02 – 0,4

 

Растворы после выщелачивания имеют рН = 0,7 ¸ 1.2.

Как видно из этих данных, содержание примесей в растворах заводов Плато Колорадо значительно выше. Расход серной кислоты при переработке руд Плато Колорадо в 2—3 раза больше, чем при переработке канадских руд.

Заводы Блайнд-Ривера оснащены мощным современным оборудованием— высокопроизводительными дробилками, мельницами, пачуками размером 6,8Х15,4 м, дисковыми фильтрами и сгустителями Дорра большого диаметра для осветления растворов и промывки кека, который перед сбросом в отвал дополнительно нейтрализуют известью.

Остальные канадские урановые заводы законсервированы или демонтированы. В стадии пуска находятся рудник и новые заводы фирмы «Галф минералз» в районе озера Рэббит, рассчитанный на выпуск 2000 т U3O8 в год. Как уже сообщалось, на этом заводе будет использован бесшаровой помол без предварительного дробления руды. Строительство других заводов отложено из-за отсутствия контрактов на продажу урана.

Сернокислотное выщелачивание в других странах. Сернокислотное выщелачивание урановых руд применяют на многих урановых заводах Австралии, Аргентины, Израиля, Индии, Испании, Мексики, Португалии, Франции, Габона, Нигера, Швеции и Японии.

На 12 урановых заводах ЮАР (раньше их было 17) используют сернокислотное выщелачивание урана из хвостов после извлечения золота. Однако в последнее время на некоторых заводах ЮАР предпочитают вначале выщелачивать уран, а затем применять цианирование для извлечения золота. При этом удается избежать вредного влияния цианида и продуктов его разложения на ионообменную сорбцию или экстракцию урана.

Аппаратурное оформление выщелачивания. Аппаратами для выщелачивания урана на большинстве урановых заводов США служат чаны-агитаторы с механическим перемешиванием диаметром до 6 м. На всех заводах Канады и ЮАР кислотное выщелачивание проводят в пачуках с воздушным перемешиванием, преимущество которых, как считают, в более простом обслуживании и меньших затратах на эксплуатацию. Разделение раствора и остатка рудной массы после выщелачивания осуществляют или многоступенчатой фильтрацией на барабанных фильтрах (Канада и ЮАР), или с помощью противоточной декантации и промывки в сгустителях (США), которая значительно усовершенствована в результате разработки и использования флоккулянтов ( основном полиакриламидов).

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-03-22; Просмотров: 403; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.028 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь