Способ извлечения шестивалентного урана

09) (И) сОки сОВетснихСАЮВЮМЕСЮПРЕСПУБЛИК уддрственный комитет сссрдЕлАм иэоветений и отнрытЮ по ЗОБРЕТЕНИЯ ПИСА Н ПАТЕНТ БюЛ. ннер ион омини стри (франци88.8)Р.1. Сгоцвееввев Ьев2 ю ф 1 ф с1 нк. Эндю 333.2( НцгвС, ш. Рга 11, 19(54)(57) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ШЕС ВАЛЕНТНОГО УРАНА экстракцией ег водного раствора органическим э ект"(56) 1. Г,1,рй, Ел 8. СпеВече 1 ор, чо 1128. ролнтом, состоящим из ди-(этил-гексил) фосфорной кислоты и окислатриоктилфосфина в керосине, с последующим введением смеси солей дву-и трехвалентного железа в растворе:.фосфорной кислоты в экстракт и разделением фаз, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения иускорения процесса при минимальномрасходе электроэнергии, водную фазуделят на два потока, которые подвергают электрохимической обработке вмембранном электролизере соответственно в катодной и:.анодной камерах, с последующим смешением раствора из катодной камеры с органи-,ческой фазой и подачей ее на экстракцию.ЬИзобретение относится к способамизвлечения урана, содержащегося ворганической комплексообразующейфазе, а более точно, к концентрированию и очистке урана, извлекаемогомокрым способом из фосфорной кислоты. 5Известен способ извлечения уранаиз водных растворов с низкой кбнцентрацией урана путем обработкиминералов жидкостной экстракцией споследующей химической обработкой, 10для изолирования урана и извлеченияегов виде окисла 008 высокой частоты, используемого в качестве источника ядерного горючего Этот .способ применяется для извлечения 15урана из фосфатных пород (при этомполучают фЬсфорную кислоту) или изминералов другого происхождения сповышенным содержанием урана в виде окислов. Способ состоит в обра-ботке минерала сильной концентрированной киалотой, такой как серная,фосфорная, соляная, азотная для по-:лучения водного раствора, содержащего ионы уранила в очень разбавленном виде совместно с другими примесными ионами, откуда извлекаютуран,Согласно способу извлечения шес.-.тивалентного урана экстракцией егоиз водного раствора органическимэкстрагентом, состоящим из ди-(этил-гексил) фосфорной кислоты иокисла триоктилфосфина в керосине,с последующим введением смеси солей двух и трехвалентного железа врастворе фосфорной кислоты в экстракт и разделением фаз.Исходный раствор, в котором ураннаходится в окисленном состоянииЦ(11), подвергается первому циклу 40извлечения урана посредством орга. нического растворителя, состоящегоиз синергической смеси экстрагентов,ди-(2-этил-гексил)фосфорной кислоты (НДЕНР) и окисла триоктифосфина 45(ТОРО), разбавленных в углеводородетипа керосин; Уран переходит в органический растворитель в виде комплекса уранила, образованного междуионами урана (У 1) ЧО и синергической смесью зкстрагентов, Затем уранизвлекается из органической фазы, вкоторую был экстрагирован, путемконтакта с водным раствором фосфорной кислоты, содержащей достаточноеколичество ионов железа (11) для то"го, чтобы перевести уран ( 11 ) в уран(11), который не экстрагируетсяорганическим растворителем и перехо,".дит в водную фазу. Эта, :фаза сноваподкисляется для получейия урана 60со степенью окисления (Х 1), затемподвергается второму циклу экстраги"рования органической Фазой, содержащей синергическую смесь экстрагентов НДЕНР-:ТОРО для окончательного 65 получения после повторной экстракции урана раствором карбоната амлония, достаточно чистого смешанного карбоната урана и аммония (1) .Однако повторная восстановительная экстракция в первом цикле требует присоединения иона железа (11) воздействием на него фосфорной кислоты, что является медленной и трудной реакцией, или введением соли железа (11), что влечет за собой введение дополнительного анионаВсе это мешает последующему циклу очистки урана.Кроме того, второй. цикл экстракции осуществляется на подкисленном водном растворе и обработка окислителем необходимаЕсли окисление осуществляется воздухом, операция становится медленной и требует дополнительной аппаратуры, если это окисление осуществляется посредством химического окисления, оно требует введения вредных посторонних ионов, например, введение ионов хло;рата сопровождается восстановлением ионов хлора, которые являются актив.- ными коррозионными агентами; при этом использование насыщенной кислородом воды дорого;Цель изобретения - упрощение и ускорение процесса при минимальном расходе электроэнергии.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу извлечения шестивалентного урана экстракцией его из водного раствора органичес" ким электоолитом состоящим из ди(этил-гексил) фосфорной кислоты и окисла триоктилфосфина в керосине, с последующим введением смеси солей двух- и трехвалентного железа в растворе фосфорной кислоты в экстракт и разделением фаз, водную фазу делят на два потока, которые подвергают электрохимической обработке в мембранном электролизере соответственно в катодной и анодной камерах, с последующим смешением раствора из катодной камеры с органической фазой и подачей ее на экстракцию.Органическая фаза при необходимости содержит органический разбавитель (инертный по отношению к экстрагенту) для улучшения гидродинамических свойств органической фазы.Концентрация экстрагента в растворителе может меняться в пределах от 0,05 моль до чистого экстрагента. Однако с практической точки зрения обычно используют раствор экстрагента 1 - 2 моль. В случае использования экстрагента совместно с синергическим экстракционйым агентом, раствор содержит 0,1-2 моль для экстрагента и 0,1 - 2 моль для синергического агента, в результате чего исходная органическая фа1058511 эа содержит уран в окисленном состоянии (11), а также другие химические вещества в зависимости от существующих условий. Концентрация урана в органической Фазе равна 20 - 3000 .кг на литр фазы (предпоч" тительно 50 - 500 мг/л).Водный раствор содержит также окислительно-восстановительный агент для перевода урана (11) в уран (11), причем агент находится в восстановительном состоянии, Элект рохимический потенциал упомянутой окислительно-восстановительной пары в рассматриваемом водном растворе ниже потенциала пары уран (11) уран (11) в этом растворителе. Типичный окислительно-восстановительной парой является пара железо (111) железо (11), Следовательно, при использовании этой пары водный раствор содержит .железо в окисленном состоянии (11). Цля того, чтобы сместить равновесие реакции между ионами Ч (11) и Ре (11), с одной стороны, и Ч (11) Н Ре (111), с другой, в направлении предпочтительного получения ионов Ч (11) необходимо, чтобы раствор содержал значительный избыток ионов железа (11) по отношению к ионам урана.Концентрация раствора железа в окисленном состоянии (11) 0,5 100 г/л. Концентрация сильной кислоты в растворе может меняться в широких пределах. Однако на практике с целью получения максимального использования урана в органическом растворе, концентрация должна быть выбрана с учетом используемой фазы и температуры. Когда сильная комплексообразующая кислота, находящаяся в водном растворе, является фосфорной кислотой, ее концентрация в растворе должна находиться между 18 и 70 (предпочтительно более 35 вес.Ъ). Раствор может содержать также ионы железа в окисленном состоянии (111)отношение концентрации ионов железа (11) к концентрации ионов железа (111) изменяется в очень широких пределах. Однако на практике эта величина больше 0,1 (предпочтительно больше 10),Органическая фаза, содержащая уран в окислительном состоянии (11) и вышеописанный водный раствор, приводится в контакт в аппарате жидкость - жидкость, Можно осуществить этот контакт в смесителях-отстойниках, в насадочных или пульсирующих колоннах или в любом другом подходящем аппарате, контакт в потоке или в противотоке. Температура во время контакта 20 - 80 С (предпоч,тительно около 50 С).Отношение расходов органической фазы и экстракционного водного раствора, входящего в зону контакта,не критично, но оно должно удерживаться на возможно высоком уровнедля того, чтобы можно было извлекать уран в виде концентрированного раствора,При осуществлении контакта равновесное распределение урана (Т 1)между органической фазой и воднымраствором устанавливается быстро,О тогда как восстановление урана (У 1в водном растворе восстановительнымагентом является медленным. Знаниекинетики этого восстановления и изо"терм равновесия Ч (11) и Ч (11)5 между двумя Фазами позволяет регулировать различные параметры осуществления контакта с целью получениямаксимального экстрагирования.После разделения водная фаза, выходящая из зоны контакта, содержащая ионы Ч (11) и окислительно-восставовительныФ агент, в частичноокисленном состоянии, делится на двапотока, каждый из которых питаетмамбранный электролизер. Первый поток питает катодный отсек ячейкипостоянного тока, благодаря чему.электролитически восстанавливаютокислительно-восстановительный агент.Таким образом, при использованиипары железо (111) - железо (11) какокислительно-восстановительного агента, переводят ионы железа (111) Вионы железа (11). Затем первый по,ток снова подают в зону контакта с35 органической фазой для того, чтобыобразовать замкнутую циркуляционную систему. Перед введением первого потока в катодный отсек электролитической ячейки к нему прилива 4 О ют водный раствор, содержащий сильную комплексообразующую кислоту иионы окислительно-восстановитель ной пары в количествах, соответствующих слитым во второй поток, для45 того, чтобы уравновесить балансвеществ. При использовании предлагаемого способа для обработки органической Фазы, содержащей уран (11),и форсфорной кислоты, полученноймокрым спосОбОм ВОДный раствордобавленный к первому потоку, содержит фосфорную кислоту при концентрации, эквивалентной концентрацииводного раствора, циркулирующего в55замкнутой системе, При использова 5 нии в качестве окислительно-восстановительного агента пары железо(111) в . железо (11), железо, ДЬбавряемое в этот раствор, может бытьв виде ионов железа (11) или железа60 (111) и может происходить иэ железа, присутствующего в Фосфорнойкислоте либо из соли железа (11).или железа (111), добавленной кэтому раствору, либо воздействием65 на железо Фосфорной кислотой.1058511 Составитель О.ЗобнинРедактор И.Ковальчук ТехредМ.Костик Корректор В.Бутягаж Заказ 9626/60 Тираж 643 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ВЖШаЕЮ вФЮШШШФилиал ППП "Патентф, г, ужгород, ул, Проектная, 4 Второй поток подают в анодную камеру электролизера, причем напряжения в обоих отсеках равны, благодаря чему собирают водную фазу с высокой концентрацией урана в виде урана (У 1), содержащую также окислительно-восстановительный агент н окисленном состоянии. Водную фазу, выходящую из анодной камеры с высокой концентрацией урана (Т 1)в окисленном состоянии, подвергают последующей физической и химической обработке, для изнлечения урана.В электролизере в качестве мембраны используют пористое вещество (керамику или пластмассу), сделанные пористыми путем спекания или введения порообразующего вещества, или Ионообмениую мембрану (предпочтительно катионообменную мембрану, состоящую из перфторированного полимера с группами сульфононой кислоты). Анод состоит из графита или металла с электроктивным покрытием титан - сплав драгоценных металлов. Катод может быть составлен из платины, свинца, пары титан - сплав драгоценных металлов.П р и м е р. В раствор, содержащий уран (11), вводят органическую фазу, имеющую в качестве инертного разбавителя керосин. Эта фаза содержит в концентрации 0,5 моль ди-(этил-гексил ) фосфорной кислоты, 0,127 моль триоксифосфина, содержание урана (У 1) равно 190 мл/л. Дебит фазы равен 5 л/ч. Органическая фаза при 500 С находится в контакте с водным раствором 35-ной Фосфорной кислоты, г/л: Геф 0,85; Ре+ 7,15; уран (11) 6,62.После декантациивыходящая водная фаза 17 делится на два потока один с дебитом 4,87 л/ч второй,13 л/ч.К первому потоку добавляют поток, состоящий из водного раствора 35-ной Фосфорной кислоты, содержащий 8 г/л трехналентного железа с дебитом 0,13 л/ч.Полученный поток питает катодную камеру мембранного электролиэера, мембрану используют из перфторсульфонового полимера. Электролизер содержит две камеры 7 х 20 смс плоскими электродами, анод иэграфита, катод из свинца, Расстояние от катода до мембраны 3 мм, аот анода до мембраны 3 мм.Анодная камера, снабжена,перегогродками, расположенными н шахматном порядке, позволяющими удлинить путь электролита и увеличитьего скорость, через ячейку пропус 1 О кают постоянный ток силой 1 А, наклеммах устанавливается напряжение2 В,Органическая фаза после экстракции содержит 18 мг/л урана.15 Второй поток после деления пита-ет катодную,камеру .электролитической ячейки.Собирается 35-ный раствор фосфорной кислоты, содержащий ионы,2 О .г/л: Ре 8 Ч 6 594 Ч 4 0,68.Потребление электрической энергии в электролитической ячейке,необходимой для обработки 1 кг урана, 2 кВт/ч,5 . Таким образом, согласно предлагаемому способу выигрыш в экономииоборудования составляет 50, поскольку используют больше однойячейки электролизера, и, кроме того, исключается все оборудование(резервуары, насосы, канализацию ит.п.), необходимое для циркуляциирстноров.В предлагаемом способе достигается значительная экономия исходныхматериалов, так как нет необходимости вводить посторонние вещестна.Концентрация Ч 6 согласно предлагаемому способу более высока всравнении со способом, где исполь 4 О эуются два электролизера, такимобразом, производительность выше,Кроме того, напряжение н электролизере выше напряжения в одной ячейке злектролизера, так как совокупность анодной реакции соответствует окислению водного раствора, осуществляемому при высоком анодном потенциале, и приводит к образованию кислорода (катодная реакция в обоих случаях соответствует Ре ву+2 )