Способ извлечения урана

Союз Советских Социалистических Республик(1)м К 3 С 22 В 60/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытиИ(72) Авторы изобретения Иностркнные фирмы"Компани Женераль де Матьер Н и "АПЦ-Азот э Продюи(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА Изобретение относится к гидроме- ткллургическим способам извлечения металлов, к именно к извлечению уркнк иэ растворов экстракцией.Известен способ извлечения урана из Фосфорнокислых растворов, включающий экстрккцию смесью диклкилфосфорной кислотой и окисью триалкилфосфинк, в частности смесью ди-(2- этилгексил)-фосфорной кислоты и окиси три-Н-октилфосфинк, в инертном ркзбквителе, реэкстрккцию урана из органической фазы аммиаком и карбонктом аммония, отделение уркнилтриккрбонктк кьмония и. рециркуляцию органической фазы, Извлечение урана составляет 88-95 11 1,фНедостатком способа является обркзовкние эмульсии зк счет неполного 2 О разделения фкз и зкгрязнение ионами аммония Фосфорной кислоты после реэкстрккции.Цель изобретения - возможность утилизации ионов аммония в виде фос Фктов аммония зк счет улучшения ркздела фкз и отсутствия образования эмульсии и получения обезуркнной ФосФорной кислоты не загрязненной ионами аммония. 30 Этк цель достигается тем,что согласно способу извлечения урана из фосфорнокислых растворов, включающему экстрккцию смесью диклкилфосФорной кислоты и окиси триклкилфосфина в инертном разбквителе, реэкстракцию аммиаком и карбонатом кммо" ния, отделение полученного уркнилтрикарбонктк аммония и рециркуляцию органической Фазы, реэкстрккцию проводят в две или три ступени с пода" чей аммиака противотоком в нижнюю часть первой ступени до рН 8,0-8,5 и раствор карбонктк аммония в нижнюю часть последней ступени в количестве 50-80 от стехиометрически необходимого для переводк урана в уркнилтриккрбонкт аммония и нейтрклизкции диклкилфосфорной кислоты. Сущность способа заключается в том, что для разделительного введения реэкстркгентов необходимо по меньшей мере две ступени. Одновременнкя добавка двух реактивов не позволяет произвести хорошего отделения железа, которое находится в уркне или растворителе.Преимущестзенно используют три ступени для получения хорошей регу.858572 лировки системы. На первой ступени вводят часть обрабатываемой органической фазы и аммиак в виде газа или водного раствора и отделяют водную фазу, обогащенную ураном. На этой ступени гидроокись, содержащую трехвалентное железо, отделяют отстаиванием, Фильтруют и возвращают в цикл водный раствор, полученный после Фильтрации на первой ступени в аппарате реэкстракции, на третьей ступени1вводят карбонат аммония и отделя- (О ют органическую фазу, .обедненную ураном. Если использовать аппарат реэкстракции, содержащий более трех ступеней, то ухудшается отделение гидроокиси, содержащее трехвалентное 1 железо от водной фазы, содержащей уранилтрикарбоната аммония.На первой ступени вводят гидро- окись аммония или газообразный аммиа,сдо рН 8,0-8,5. При рН ниже 8,0 коэффициент резкстракции уменьшается и система реэкстракции выводится из равновесия, уран концентрируется в водной фазе второй ступени, что вызывает обеднение водной фазы на выходе первой ступени.Если, например, вводят гидроокись аммония в таком количестве, чтобы рН было равно 7,5 в аппарат реэкстракции для обработки органического экстракта, содержащего 0,24 г/л урана, то получают концентрацию урана в водной фазе второй ступени приблизительно в 500 раз выше, чем концентрация урана в водной Фазе первой ступени, которая достигает только 0,014 г/л вместо приблизительно 3,2 г/л.Для рН выше 8,5 увеличивают количество гидроокиси аммония, вводимое в реакцию, без наблюдения увеличения коэффициента реэкстракции урана 40 Также, в этом случае наблюдают образование эмульсий, что,целает разделение фаз затруднительным, даже невозможным. Используемые растворы гидрсокиси аммония имеют молярную концентрацию от 6,5 М до 7,5 М.Карбонат аммония в виде водного раствора вводят ца третью ступень аппарата реэкстракции, Количество карбоната аммония таково, что общее количество ионов аммония, введенных в виде карбоната, представляет 50- 80 стехиометрического количества, необходимого для нейтрализации диалкилфосфорной кислоты, содержащейся в растворителе, и для перевода урана в уранил трикарбонат аммония. Применение количества карбоната аммония выше 80 стехиометрического количества приводит к очень повышен" ной щелочности в аппарате реэкстрак О ции, что вызывает ранее описанные нарушения для рН выше 8,5. Введение карбоната аммония в количествах ниже 50 от стехиометрического количества приводит также к нарушениям в сис теме, вызывая обеднение ураном жидкой Фазы первой ступени.Аммиачный растворитель, выходя из аппарата реэкстракции, восстанавливается подкислением. Используемая кислота может быть фосфорной или соляной, но преимущественно используют Фракцию обезураненной фосфорной кислоты, выходящую со стадии экстракции. В этом последнем случае восстановление осуществляется добавкой от 1 до 10 по объему обезураненной фосфорной кислоты в аммиачный растворитель. После этой обработки получают с одной стороны органическую фазу, образованную растворителем, не содержащим больше ионов аммония и которая вновь содержит первоначапьное количество воды и,с другой стороны, водную Фазу, содержащую соль аммония.Раствор фосфорной кислоты концентрацией, равной или ниже 35, содержит в основном от 0,05 до 0,20 г/л урана, от 2,0 до 5,6 г/л железа и максимум 2 г/л кальция,Раствор окисляют таким образом, чтобы перевести весь уран в шестивалентный (ион-уранила). Одновременно железо переходит в трехвалентное состояние (трехвалентное железо).Это окисление может быть осуществлено любым известным методом, таким, как барботировацие воздухом или добавкой хлорита или воды, насыщенной кислородом. Преимущественно используют воду, насыщенную кислородом, так как ее применение позволяет произвести быструю реакцию для минимума реактива. Например, используют приблизительно 1,8-1,9 л воды, насыщенной кислородом на 160 объемов из 1 м Фосфорной кислоты. Окисленную Фосфорную кислоту отправляют в зкстракторгде она контактирует с противотоке с экстрагентомсмесью диалкилфосфорцой кислоты, вчастности ди-(2-этилгексил)-Фосфорной кислоты, с окисью триалкилфосфина, в частности три-Н-октилфосфина врастворе в растворителе, несмешивающемся с водой и нереактивноспособным,таким, как бензол, Н-гептан и, в частности смесь углеводородов, такой,как керосин. Отношение объема фосфорной кислоты к экстрагенту преимущественно заключено между 1 и 10,Концентрация ди-(2-этилгексил)-фосфорной ки .лоты наиболее часто0,1-1 моль/л растворителя и концентрация окиси три-н-октилфосфина0,025-0,25 моль/л растворителя.Экстракцию осуществляют в любомаппаратеизвестного типа, таком,как смеситель-отстойник при 25-65 С,преимущественно близкой к 40 С.оОбезураненную Фосфорную кислотувыводят из экстрактора через трубопровод.Наибольшую часть отправляют наскладирование, а одну Фракцию отправляют в бак подкцсленкя. Растнорктель,обогащенный ураном и загрязненныйметаллическими ионами, н частностиионами трехвалентцого железа, отправляют на установку промывки, где удаляют главным образом коны Фосфорнойкислоты, захваченные растворителем,Растворитель, обогащенный ураноми промытый, направляют в установкуреэкстракции,Установка реэкстракции содержитпреимущественно трк ступени. Растворитель, обогащенный ураном, вводятна перную ступень установки реэкстракции через трубопровод к он циркулирует тут же под действием силы тяжести. Также на первую ступень вводятраствор гидроокиси аммония илк газообразный аммиак, Расход гидрооккскаммония кли аммиака регулируют, например, прк помощи клапана, управляемого рН метром таким образом, чтобыподдерживать значение рН между 8,0и 8,5. На последней ступени аппаратареэкстракцик вводят раствор карбоната аммония или смесь газа, содержащего углерод и аммиака, предварительно растворенного н воде н количестве, близком к 50-80 стехкометрического количества такого, какое ранее определено.Если установка реэкстракцки функционирует, то растворитель, обогащенный ураном кли железом, который сначала контактирует с гкдроокксью аммония, понемногу превращается в гидратированную соль аммония, Водная Фаза,которая перемещается проткнотоком,обогащается ураном и железом, карбонат аммония образует с ураном урацилтрикарбоната аммония, который остается в растворе, а железо выпадает носадок.в виде гидроокиск. Этот осадокотделяют отстаиванием водцсй фазы,Его извлекают непрерывно цли периодично, Фильтруют и возвращают в цикл 45раствор, полученный в установке реэкстракцкк. Водная Фаза, содержащаяуранкл трикарбоцата аммония, выходитиз установки реэкстракцик через трубопровод. 50Обезураненный экстрагецт, выходящкй после реэкстракцик в ниде солиаммония, отправляют по трубопроводув бак подкксленкя,куда также вводятФракцию ФосФорной кислоты, поступающей из экстрактора. Очищенный экстрагент, выходя из бака подкксленкя потрубопроводу, возвращается в цикл нустановку экстракцки. Разложение соли аммония в экстрагецте с помощьюФосфорной кислоты приводит к образонанию Фосфата аммония, поступающегон продажу. Последний может быть отделен кристаллизацией, полученныематочные растворы возвращают в циклпреимущественно в бак подкисления. 65 Водная фаза, которая содержит уранил трккарбоната аммония в растворен- ном виде, выходит кз реэкстрактора по трубопроводу, Уран извлекают известным сдособом либо в виде окисла, либо в виде Ураната натрия в соответствии с обработкой, которую применяюют краствору урацила трикарбоната аммония. Например, получают трехокиоь урана (УО), подвергая раствор уранкла трикарбоната алыонкя н реакторе барботиронанию воздухом при температуре, заключенной между 90-100 ОС в течение около 6 ч.После фильтрации,1 промывки водой, сушки прк 120 С и обжиге при 400 О С получают трехокксь урана.Уранат натрия получают нейтрализацией гкдоата окиси натрия при температуре около 80 С из раствора уранила трккарбоната аммония предварительно дегазиронанного барботкрованием воздуха прк 90"С для ликвида" цки газа, содержащего углерод, и аммиака. Уран осаждают добавкой гидро" окиси натрия н растворе, действуя прк 80 С в течение 1 ч. После фильтрации к промывки водой при 50 С соо бкрают урацат натрия, который можно н дальнейшем перевести в диуарант алмоцкя клк в тр хокись урана.П р и м е р. 2,5 м раствора фос- Форной кислоты пок температуре около 60 С имеет концецтрацию Р О 345 г/л, содержанке в нем урана около 0,06 г/л, содержанке в нем железа около 1,91 г/л, заливают в бак, охлаждают до 40 С, окксляют при помощи 4,5 л перекиси водорода со 160 объеламк таким образом, что несь уран переходит в степень окисления -б, железо окксляется в трехналентное железо. Заканчивают окисление перемешкнанцем раствора н течение б ч.Полученный раствор переводят при температуре около 40"С в экстрактор по 25,6 л/ч. Экстоагент вводят по 7,05 л/ч. Экстрагент, содержащий 0,5 1 дк-(2-этилгексил)-фосфорной кислоты и 0,125 М окиси трк-И-октилФосфкна н керосине вводят по 7,05 л/ч н экстрактор, образованный пяти ступенями смесителей-отстойников.Водный раствор, выходящий из экстрактора по трубопроноду с расходом около 25,6 л/ч к 0,8 л/ч, направляют в бак лодкислеция для восстановления органической Фазы в конце цикла экстракцик. Органическая Фаза иэ экстрактора по трубопроводу проходит в установку промывки с двумя ступенямк слжсктелей-отстойников,где исключают неко=орые примеси, в частности ионы фосфорной кислоты. Промывку осуществляют противотоком прк 40 С, расход промывочных нод составляет 1,3 л/ч. Экстрагент, очищенный и обогащенный ионами уранила и трех858572 Составитель Н.Шевцовагулич ТехредА. Бабинеп ктор М.Демчик едактор Н 280/92 Тираж 681ВНИИПИ Государственногопо делам изобретении и 13035, Москва, Ж( Раушск Поомитета Соткрытийя наб д Заказ исР Филиал ППП "Патент".Проектная,4 род валентного железа, переходит в ре" экстрактор. Он содержит 0,27 г/л урана и 0,350 г/л железа.Реэкстрактор составлен из трех ступеней смесителей-отстойников,функционирующих противотоком, Реэкстракцию осуществляют при 40 С. В смеси- тель первой ступени подают обогащенную органическую фазу с расходом около 7,05 л/ч и вводят протинотоком раствор гидроокиси аммония до рН равным 8,5 на первой ступени реэкстрактора. С этой целью используют раствор гидроокиси аммония (7 М) с расходом 0,22 л/ч, В смеситель тре" тьей ступени реэкстрактора вводят раствор карбоната аммония, концентрацией 140 г/л с расходом около 0,9 л/ч, что соответствует 74 стехиометрически необходимого количества для перевода урана в уранилтрикарбонат аммония и нейтрализации ам миака, Обезураненный экстрагент выходит из еэкстрактора с расходом околф 4 ч о концентрация по урЩМФ л 2 г/л. Экстрагент напр ме ель подкислениядляР 6 е 4 ау с расходом 7,бО л/чи обрйбаты, о Фракцией кислого расЪфт 5 Ора, ифя 1 Гей у экстрактора, с расходом ойло 0,80 л/ч. Регенериронанную,органическую фазу возвращают на экстракцию.На всех ступенях резкстрактора и, н частности на первой ступени образуются осадок гндроокиси железа (2,9 кг влажного осадка на 2,5 м3 переработанной кислоты).Водную Фазу, содержащую уранилтрикарбонат аммония, приблизительно по 3,55 г/л урана и осажденное железо извлекают через определенные интервалы или непрерывно, отфильтровывают, затем чистый раствор возвращается в цикл. Через очищенный раствор уранилтрикарбоната аммония при 95 С барботируют воздухом в течение б ч, Фильтрют, промынают водой, сушат при 120 С и обжигают при 400 С и получают ураножелезистый концентрат, образованный трехокисью урана, содержащей 142 г урана. Этот концен" трат содержит только 0,25 железа по отношению к урану. Общий выход по урану около 95%.Формула иэобретнйй Способ извлечения урана из Фосфорнокислых растворов, включающий экстракцию смесью дналкилфосфорной кислоты и окиситриалкилфосфина н инертном разбавителе, реэкстракцию аммиаком и карбонатом аммония, отделение полученного уранилтрикарбонатааммония, и рециркуляцию органическойФазы, о т л Й чю щ и й с я тем,что,с целью возможности утилизацииионов аммония в виде Фосфатов аммония, реэкстракцию проводят вдне илитри ступени с подачей аммиака протинотоком н нижнюю часть первой ступени до рН 8,0-8,5 и раствор карбонатааммония н нижнюю часть последней ступени в количестве 50-80 от стехио"метрически необходимого для переводаурана в уранилтрикарбонат и нейтрализации диалкилфосфорной кислоты,Источники информации,принятые во ннимание при экспертизе1, Металлургия цветных и редкихмет аллан . М. ВИНИЮ, 1373, т. б,с.100-104.