Экстракционное извлечение урана

Извлечение урана с использованием экстракционной технологии началось в 1955 г. Последовательность операций экстракционного извлечения урана показана на рис. 1.1.5.

В процессе эксплуатации уран переходит из водной фазы в органическую, при этом, для более полного извлечения урана требуется многократное повторение процесса. Отделенная от органической, водная фаза (рафинат) может идти в отходы, рециклироваться или обрабатываться для извлечения из нее сопутствующего полезного продукта.

Рис. 1.1.4 Схематическое изображение пульсационной колонны

Органическая фаза далее промывается (обычно водой) от нежелательных примесей. После промывки из нее реэкстрагируется уран соответствующим водным раствором. Окончательный продукт, “желтый кек” осаждают из реэкстракта.

Наиболее известными и изученными экстрагентами из сернокислотных растворов являются амины, из которых наиболее распространены – третичные амины (Adogen 363, Alamine 336). Хотя эти экстрагенты относительно селективны в отношении урана, такие примеси, как молибден, экстрагируются предпочтительнее. Последний удаляется карбонатной реэкстракцией после первой селективной реэкстракции урана. Соэкстракция циркония может быть подавлена добавлением фосфатов. Железо, которое может адсорбироваться в органической фазе, перед реэкстракцией урана удаляют промыванием раствора водой.

Из кислых экстрагентов находят применение монодецилфосфорная, ди-2-этилгексилфосфорная (Д2ЭГФК), гептадецил- и диалкилфосфорная кислоты.

Свыше 90% органической фазы в системе жидкостной экстракции составляет инертный разбавитель, в качестве которого используют разные сорта керосина. Керосин с высокой температурой вспышки обеспечивает более безопасные условия работы.

Для улучшения и ускорения разделения фаз и растворения некоторых солей аминов в керосин добавляют модификаторы, обычно спирты с длинной цепочкой (чаще изодеканол).

Рис. 1.1.5 Схематическое изображение операций по очистке уранового раствора экстракцией

Например, в состав экстрагента, использованного на южноафриканских заводах, входят (в % об.): третичный амин – 4,5, ароматические спирты или масла – 35, керосин – 60-61. потери органической фазы на практике не превышают 0,5 л/м³ перерабатываемого раствора. Наиболее типичные потери аминов – 8 г на 1 кг полученного U₃O₈ или 2-4,5 г/т руды.

Оптимальная величина рН при экстракции аминами – 1,5-2,0, трибутилфосфатом – 2,0. Реэкстракция осуществляется целым рядом экстрагентов, включая хлоридные, сульфатные и карбонатные растворы, гидроксиды и разбавленные кислоты. Нитратные растворы не используются, если в схеме не предусмотрена операция регенерации органической фазы карбонатами или гидроксидами.

При реэкстракции хлоридами его концентрация поддерживается на уровне 1-1,5 моль/л (рН » 2,0) во избежание явлений гидролиза.

Реэкстракция карбонатными растворами довольно эффективна для удаления молибдена.

На многих заводах принят метод, называемый реэкстракцией с регулируемым рН, при котором в качестве реэкстрагента используют 1,5 моль/л сульфат аммония. Для корректировки рН используют гидроокись аммония или безводный аммиак. Регулирование рН в узком диапазоне имеет большое значение, так как при рН < 4,0-4,3 эффективность реэкстракции невелика, а при рН > 4,3 может быть затруднительным разделение фаз, хотя эффективность реэкстракции достаточно высокая. Однако этим методом не обеспечивается удовлетворительное удаление молибдена. Иногда для предотвращения накопления молибдена во время реэкстракции добавляют окислитель, например NaClO₃ или используют промывку окислителями (Н₂О₂, Fe₂(SO₄)₃).

Хотя известно много типов экстракторов, наиболее широко применимыми на урановых заводах являются смесительно-отстойные (рис. 1.1.6), пульсационные тарелочные (ситчатые) (рис. 1.1.7) и комбинированные (рис. 1.1.8) экстракторы.

Рис. 1.1.6 Схематическое изображение смесительно-отстойного экстрактора