Сернокислотное вскрытие урана

Сернокислотное вскрытие урана протекает по следующим реакциям:

1.На стадии выщелачивания железа ( 50-60% пульпы от потока; pH=2.5÷3.5; Т=60÷70^oC).

Fe⁰+H₂SO₄ FeSO₄+H₂

FeO+ H₂SO₄ FeSO₄+H₂O

Fe₂O₃ +3H₂SO₄ Fe₂ (SO₄)₃+3H₂O

2.Настадииокисленияжелеза (100% пульпы; pH=5.2÷6.2; Т=60÷70^oC)

2FeSO₄+5 H₂O+ O_{2 воздуха} 2Fe(OH)₃ +2 H₂SO₄

Fe₂ (SO₄)₃+6H₂O 2Fe(OH)₃ +3H₂SO₄

3.На стадии выщелачивания урана (100% пульпы; pH=1,5÷2,0; 60÷70^oC)

UO₃+ H₂SO₄ UO₂SO₄+ H₂O;

UO₂+2Fe(OH)₃+3H₂SO₄ UO₂SO₄+ 2FeSO₄+6H₂O;

2FeSO₄+ MnO₂+ 2H₂SO₄ MnSO₄+ Fe₂ (SO₄)₃+2H₂O.

Наряду с сульфатом уранила пульпы содержит комплексные сульфаты:

SO₄^2- SO₄^2-

UO₂SO₄ [ UO₂(SO₄)₂]^2- [UO₂ (SO₄ )₃]^4-

Выщелоченную суспензию частично нейтрализуют пульпой известняка (до pH=2.8-3.0) и направляют на сорбцию.

Сорбция урана

Сорбция урана из пульпы организована в каскаде из десяти пачуков, работающих при противоточном движении пульпы и ионита. Извлечение металла из жидкой фазы пульпы проходит в результате анионного обмена:

[UO₂ (SO₄ )₃]^4-+4(R₄N)SO₄ [R₄N]₄ UO₂ (SO₄ )₃+4SO₄^2-.

Отработанную пульпы нейтрализуют известняком (до pH=4,5-5,5) и известью (до pH=6,0-6,5) с последующей ее утилизацией в хвостохранилище.

Насыщенный ионит (из головного аппарата сорбции) подвергают отмывки от илов, донасыщению и десорбции металла по реакции:

[R₄N]₄ UO₂ (SO₄ )₃+4SO₄^2- [UO₂ (SO₄ )₃]^4-+4(R₄N)SO₄.

Полученный урановый десорбат направляют на экстракционную перечистку и получение готовой продукции.

Отдесорбированный, отмытый от кислотности ионита возвращают на операцию сорбции урана.

Периодически ионит подвергают стадиальной очистке от инородных включений (преимущественно песков) с использованием операции гравитационной классификации (предварительное обогащение ионитно-песковой смеси силикатами на наклонном участке транспортной магистрали) и отсадки (с применением МОД-0,2). Реализация технологии (с выделением 190г песков и последующим поддержанием их концентрации на приемлемом уровне) позволила снизить потери ионита, а следовательно и затраты на обеспечение его необходимой массой для процесса с ≈290 г/т перерабатываемой руды в 1998г., до 190 г/т – в среднем за период реализации разработки в 1999-2002гг., и до 175 г/т – в 2003-2006гг., а также снизить потери материала с жидкой фазы сбросной пульпы с 33 г/м³ в 1998г., до 6 г/ м³ в 1999-2002 и до 3-4 г/ м³ в период 2003-2006гг.

В процессе сорбции урана из пульпы в ионите накапливаются ухудшающие его сорбционные свойства вещества называемые физическими либо химическими ядами. В настоящее время наибольшие проблемы вызывает накопление на сорбенте ГМЗ полимеризованных форм кремнекислот. Изучение соотношения поглощенного ионитом кремния и вытесненного во внешний раствор противоиона показало, что ионный обмен если и имеет место, то лишь в самый начальный момент. Было определено, что накопление силикагелей в порах ионообменного материала, протекающим по реакциям:

Si(OH)₄+ Si(OH)₄ (OH)₃Si-O- Si(OH)₃+ Н₂O или Si₂O (OH)₆+ Н₂O;

(OH)₃Si-O- Si(OH)₃+ Si(OH)₄ (OH)₃Si-O- Si(OH)₂-O- Si(OH)₃+ Н₂O или Si₃O₂ (OH)₈+ Н₂O.

Силикагель в ионите имеет общую формулу Si_xO_н (OH)_я. Реакции продолжаются до SiO₂ в пределе, т.е. с течением времени соотношение групп Si-O/Si-OH возрастает (гель стареет).

Десиликатизацию проводят периодически. В процессе используют отдесорбированный от урана и отмытый от кислотности сорбент, выделяемый из общей массы циркулирующего потока (либо обескремнивание проводят избирательно, выделяя из потока методов грохочения наиболее окремненную фракцию ионита – подрешетный продукт крупностью менее 1±0,2мм), который обрабатывают щелочно-сульфатным раствором. Сульфат натрия используют в качестве добавки, защищающей ионообменные группы и интенсифицирующей процесс обескремнивания. Щелочь является основным выщелачивающим кремний агентом. Процесс проводится по следующим основным реакциям:

Si_xO_н (OH)_я+4NaOH Si(ONa)₄ + 2Н₂O +Si_x-1O_н-2 (OH)_я и т.д.;

В т.ч. SiO₂+4NaOH Si(ONa)₄ + 2Н₂O

Из первой реакции следует что щелочное выщелачивание кремнегеля приводит к снижению в нем соотношения групп Si-O/Si-OH, что способствует дополнительному увеличению сорбционных характеристик эксплуатируемого ионита.