Автоклавное выщелачивание

Кислотное выщелачивание под давлением применяется к трудноперерабатываемым сложного состава рудам, например сульфидсодержащим рудам. Если руда содержит достаточное количество сульфидных минералов, она может быть выщелочена при высокой температуре и давлении без добавления реагентов, кроме кислорода, так как при повышенном давлении кислорода сульфиды превращаются в серную кислоту и сульфат двухвалентного железа, который далее окисляется, а сульфат трехвалентного железа является идеальным окислителем при растворении четырехвалентного урана:

2FeS₂ + 7O₂ + H₂O ® 2FeSO₄ + 2H₂SO₄,

2FeSO₄ + H₂SO₄ + 0,5O₂ ® Fe₂(SO₄)₃ + H₂O.

Применение автоклавного выщелачивания ограничивается следующими причинами:

· конструкционные материалы более дорогие, чем при выщелачивании при атмосферном давлении,

· условия выщелачивания способствуют образованию элементной серы, которая покрывает поверхности труб и теплообменников и затрудняет циркуляцию материалов и теплообмен,

· кислые растворы сульфата железа обладают повышенными коррозионными свойствами.

Процесс автоклавного выщелачивания при повышенной температуре был успешно продемонстрирован в северной Африке в 1950-е годы на руде с высоким содержанием пирита. Однако из-за высоких капитальных затрат и проблем с абразивными и коррозионными свойствами пульпы он не нашел практического применения.

В последующие годы автоклавное выщелачивание было применено в Канаде на заводе в Саскатчеване (Saskatchewan). На первой стадии выщелачивания, которое осуществляется при атмосферном давлении экстракция урана идет без добавления окислителя, а на второй стадии при более высокой температуре и повышенном давлении идет экстракция остального урана, часть которого удерживалась арсенидом никеля. Первая стадия процесса идет 2 часа при 50-70 °С, а вторая – 6 часов при 70 ° и давлении 650 кПа при концентрации H₂SO₄ 60-100 г/л. Общее извлечение урана достигает 99,5%, из них на первой стадии извлекается только 50% урана.

Кислотный замес

Кислотный замес или выщелачивание концентрированной серной кислотой предназначен для переработки трудновскрываемых руд. Один из методов кислотного замеса внедрен в 1971 г. на заводе Арли (Нигер). Здесь руда перед выщелачиванием измельчается в мельнице сухого измельчения до крупности 800 мкм и после подогрева направляется во вращающийся барабан, где она орошается водой и серной кислотой. Расход 100%-ной H₂SO₄ составляет 65-75 кг/т руды. После выдержки в течение 2,5-3 часов во вращающемся барабане извлечение урана составляет 95%. При этом не требуется внешних источников тепла, так как выделяющегося в ходе реакции тепла достаточно для поддержания температуры на оптимальном уровне (60-70 °С), исключается необходимость добавки окислителей (пропитанные кислородом гранулы руды могут вступать в реакцию с кислородом воздуха). Стоимость переработки руды таким способом на 4 долл./т руды, а стоимость производства урана на 2,5 долл./т U ниже стоимости при традиционном методе выщелачивания разбавленной кислотой.

Самым большим недостатком этого метода является требование, предъявляемое к руде, направляемой на выщелачивание: она должна быть почти сухой, что достигается только сухим измельчением или высушиванием после измельчения.