“PROCESSO OBTENÇÃO DE URÂNIO DE ALTA PUREZA A PARTIR DO LICOR DE ÁCIDO FOSFÓRICO.” [001] Õ presente pedido de patente de invenção refere-se a um processo de extração por solvente que utiliza uma nova mistura de extratantes para recuperação do urânio contido em licores de ácido fosfórico possibilitando a obtenção de urânio de elevada pureza e com alto rendimento.
[002] O licor de ácido fosfórico é obtido industrialmente a partir da lixiviação de rochas fosfáticas com ácido mineral, como, por exemplo, ácido sulfúrico, sob condições de temperatura e concentração controladas, produzindo uma solução de ácido fosfórico e sulfato de cálcio insolúvel. Contudo, estas rochas fosfáticas normalmente contêm quantidades significativas de urânio que é lixiviado juntamente com o ácido fosfórico formado. A proporção de urânio contido nestas rochas varia geralmente entre 40 a 200 ppm de U3O8, chegando em alguns casos a valores da ordem de 2000 ppm. A recuperação deste urânio constitui uma importante fonte de material para combustível nuclear e, além disto, o urânio contido em fertilizantes fosfatados representa uma fonte de poluição para plantas e solo. Estima-se que para a taxa global de consumo, o urânio de origem fosfática pode ser capaz de atender a uma demanda mundial por 440 anos.
[003] Vários processos têm sido desenvolvidos para a recuperação de urânio presente em rochas fosfáticas usando os métodos de precipitação, troca iônica, separação por membrana e extração por solvente. Atualmente, os processos mais empregados nas indústrias de ácido fosfórico para a remoção do urânio utilizam a técnica de extração líquido-líquido.
[004] O processo mais antigo baseado na técnica de extração por solvente foi desenvolvido pela Dow e emprega como extratante o ácido alquilpirofosfórico (APPA) diluído em um solvente orgânico alifático, sendo descrito nas patentes U.S. n° 2.866.680 de 1958 e U.S. n° 2.860.031 de 1958.
[005] O processo OPAP, descrito nas patentes U.S. n° 3.835.214 de 1974 e U.S. n° 4.258.015 de 1981, é baseado na extração do urânio por uma mistura de ácidos mono e di-octil-fenil fosfórico (OPAP) e utiliza dois ciclos de extração. O extratante OPAP, apesar de apresentar ;Um alto coeficiente de distribuição para o urânio, possui uma estabilidade menor que a mistura sinérgica DEHPA-TOPO ocasionando perdas do solvente em cada ciclo.
[006] A patente U.S. n° 4.293.529 de 1981 utiliza dois ciclos de extração líquido- i líquido para a remoção do urânio do ácido fosfórico. No primeiro ciclo emprega como solvente orgânico o ácido alquilpirofbsfórico diluído em um solvente orgânico aíifático que extrai o urânio tetravalente em quatro estágios. Já no segundo ciclo utiliza a mistura sinérgica DEHPA-TOPO. Contudo, este processo apresenta os mesmos problemas j j descritos na patente U.S. n° 2.866.680, ou seja, a instabilidade do solvente e a não seletividade. : [007] A patente U.S. n° 4.490.336 (PI 8200990-2) de 1984 descreve um aperfeiçoamento do processo (APPA) e a patente U.S n“ 4.652.432 de 1987 apresenta uma melhoria da patente U.S. n° 2.866.680 na qual o urânio é reextraído da fase orgânica I usando uma solução alcalina, como por exemplo, carbonato de amônio. Este processo, apesar de possuir baixo custo e um alto coeficiente de distribuição para o urânio, apresenta vários problemas tais como a instabilidade do extratante com a decomposição de cerca de 1/3 do agente extratante em cada ciclo, a não seletividade ocasionando a obtenção de um produto com baixa pureza e formação de emulsão entre as fases.
[008] Dos processos existentes para recuperação de urânio do licor de ácido fosfórico o mais adotado industrialmente, baseado na técnica de extração por solventes, emprega a mistura sinérgica dos extratantes ácido di-2-etil-hexil fosfórico (DEHPA) e o óxido íri-octil-fosfina (TOPO) e foi desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) e está descrito na patente ÍJ.S. n° 3.771.591 de 1973. Neste processo, o urânio é extraído em dois ciclos pela mistura DEHPA-TOPO diluída em um solvente inerte.
Contudo, a. mistura DEHPA-TOPO extrai também o ferro, o alumínio e terras raras [ contidos na lixívia fosfórica e o produto LCOg obtido apresenta grande contaminação de ferro. Este processo apresenta algumas desvantagens, tais como um baixo coeficiente de distribuição (de 5 a 10) para o urânio, a etapa de reextração redutiva apresenta uma performance fraca, a recuperação do urânio do licor fosfórico é de cerca de 95% e há precipitaçãoj de ferro na forma de um sal férrico nas células de reextração. Exemplos de ] ; processos de extração por solvente utilizando a mistura DEHPA-TOPO são descritos nas I !
! I patentes U.S. n° 4.302.427 de 1981, PI 8202674 de 1983, PI 8502265 de 1985 e PI 8804340-1 (U.S. n° 4.778.663) de 1988.
[009] A patente PI 8506619 de 1985 descreve um processo para recuperação de j í urânio da lixívia clorídrica de rocha fosfátiea, como subproduto na fabricação do mono hidrogênio fosfato de cálcio por extração por solvente usando como agente extratante a mistura de ácido di-2-etil-hexil fosfórico (DEHPA) e tri-butil fosfato (TBP) diluídos em querosene. Neste processo, a concentração de urânio na lixívia é baixa, estando em torno i ! de 15 ppm e o; de P2O5 na faixa de 1,8% e o produto obtido apresenta um teor de U;;Og em tomo de 80%. | [010] À patente U.S, n° 7.192.563 de 2007 apresenta um processo de extração líquido-líquidó em do .is ciclos, usando como extratante orgânico a mistura sinérgica. DEHPA com TPB diluídos em querosene para a recuperação do urânio com teores inferiores a 200 ppm, contido em licor de ácido fosfórico fraco. Neste processo, a recuperação total: do urânio situa-se na faixa de 90% e o ferro remanescente na fase orgânica precipitamos misturadores.
[011] A presente invenção propõe um processo com dois circuitos operando de : : maneira contínua, através da técnica de extração por solvente em misturadores-decantadores de múltiplos estágios com dois solventes, sendo que no circuito .1, o solvente í í ^ denominado EXT1, é utilizado para a remoção de matéria orgânica e no circuito 2 o I solvente denominado EXT2 é utilizado para a recuperação de urânio de elevada pureza a | j partir do licor de ácido fosfórico obtido por via úmida proveniente da lixiviação sulfúrica de minérios de natureza fósforo-uranífera com teores de 15a 4500 ppm de U3Os.
[012] O processo, objeto desta invenção, utiliza no primeiro circuito uma mistura de extratante? que propicia a remoção de matéria orgânica (ácido húmico e fulvico) do licor de ácido fosfórico evitando a formação de emulsão e/ou “crude” na interface no circuito 2. Sem esta remoção de matéria orgânica o processo no circuito 2 não é eficaz com a razão de fase aquosa/fase orgânica (FA/FO) maior que 7, que é o objeto desta invenção devido ao fato de: que nenhum processo conhecido utiliza a razão FA/FO maior que 3.
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[013] Neste contexto, o processo desta invenção utiliza no primeiro circuito uma mistura de extratantes que extrai a matéria orgânica do licor d.e ácido fosfórico. Foi descoberto que a mistura de querosene com um álcool de cadeia alifática é extremamente eficaz para remoção de matéria orgânica. A mistura de octanol e querosene em proporções adequadas permite, a remoção completa, da matéria orgânica do licor de ácido fosfórico evitando a formação de emulsões estáveis nas interfaces das fases aquosa e orgânica nas j câmaras de decantação das baterias de misturadores decantadores na etapa de extração do ; I urânio no segundo circuito.
[014] O processo, objeto desta invenção, utiliza no segundo circuito uma mistura de | I extratantes que propicia a recuperação do urânio contido em licores fosfóricos comerciais, com alto grau de pureza. Foi descoberto que a mistura sinérgica dos extratantes orgânicos do ácido-2-eti}-hexii-fòsfônico-mono-2-etil-hexil-ester (PC-88A) com o ácido di-2-et.il-hexil fosfórico (DÉHPA) juntos com uma mistura de óxidos tri-alquil fosfmos (CYANEX 923), doravante chamada de EXT2. em proporções adequadas com um düuente selecionado do grupo dos hidrocarbonetos alifãticos, como, por exemplo, o querosene desodorizado, apresenta vantagens em relação aos processos já existentes, tais como: alta relação de vazões FA/FO na etapa de extração, melhores fatores de descontaminação em j : relação aos metais de transição, alcalinos, alcalinos terrosos, terras raras e outras impurezas contidas no licor fosfórico, um alto coeficiente de distribuição do urânio (20-40), baixa solubilídade do solvente na fase aquosa, alto ponto de fulgor, um único ciclo de operação e a não precipitação de ferro nas células de reexíração.
[015] Neste contexto, os inventores da presente invenção desenvolveram um | j processo para recuperação de urânio de elevada pureza e com alto rendimento a partir de licores fosfóricos; comerciais obtidos a partir de minérios fósforo uranííeros como, por exemplo, o colofanito proveniente da jazida pertencente às Industrias Nucleares do Brasil — INB, localizada no município de Santa Quitéria, no estado do Ceará. j :: [016] Neste procedimento o potencial de oxidação do licor fosfórico obtido a partir da lixiviação suiturica do minério é ajustado de forma a apresentar uma força eietromotriz superior a 60Ó raV. visando assegurar que todo o urânio presente na lixívia esteja na forma I 1 hexavalente. j ; ; A seguir, a matéria orgânica presente no licor fosfórico é extraída com um solvente | | orgânico constituído de um álcool com 6 a 10 átomos de carbono e um diluente inerte como, por exemplo, o querosene doravante chamado de EXT1. Ο EXT1 carregado com : : matéria orgânica ientra em contato com uma solução de ácido oxálico para a reextração da matéria orgânica e com isso ser reciclado. A solução de ácido fosfórico carregada com urânio na forma hexavaiente e isenta de matéria orgânica é então contatada com a mistura sinérgica de EXT2 para a extração seletiva do urânio com alto coeficiente de distribuição, permanecendo as impurezas na fase aquosa. As impurezas que possam ter sido extraídas pelo solvente EXT2 são removidas através de etapas de lavagem com ácido oxálico, ácido suifuxico e água. Em seguida, o solvente EXT2 carregado com urânio é reextraído com alta | · pureza por uma fase aquosa constituída de carbonato e bicarbonato de metal alcalino como, por exemplo, sódio. O urânio presente na solução aquosa na forma de carbonato de uranHa é então precipitado com uma solução de hidróxido de sódio, obtendo-se um diuranato de sódio (DUS) com elevada pureza. Ο EXT2 é reciclado após a remoção de sódio com uma í I solução de ácido sulfúrico.
[017] A fim de facilitar a compreensão da presente invenção, o diagrama de bloco representativo das etapas do processo é descrito a seguir e apresentado na Figura 1 em I : anexo. 1 [018] A Figura 1 apresenta um diagrama de bloco que mostra na prática o processo da presente invenção para recuperar o urânio presente em licores fosfóricos com o solvente EXT2, em baterias de misturadores-decantadores de múltiplos estágios, a partir da lixiviação sulfúrica de rochas fosfáticas. Neste processo é possível a obtenção de urânio | | com pureza acima de 99,0% independentemente dos teores das impurezas presentes na lixívia fosfórica. Este elevado teor de pureza pode ser atingido através de adequadas condições operacionais, tais como razão de fases, número de estágios, natureza e concentrações dos ácidos e sais inorgânicos utilizados.
[019] O processo é descrito pelas seguintes etapas: a) Ajuste do potencial de oxidação do licor fosfórico de forma que apresente uma força eletromotriz superior a 600 mV objetivando garantir que o urânio presente na lixívia ! ; esteja na forma hexavaiente. | b) Pré~tratamento: da lixívia fosfórica para a remoção de matéria orgânica pela contactação com o solvente octano! a 60% V/V diluído em querosene em três estágios de extração com uma relação de fases aquosa para orgânica (FA/FG) entre 2 a 4. Esta fase orgânica j i carregada com matéria orgânica é reciclada após a reextração com ácido oxálico 0,4 a 1.0 molar em 2 estágios na razão (FQ/FA) de 3. c) Extração do urânio com a mistura sinérgica EXT2 preparada em proporções adequadas de extratantes. preferencialmente o D.EHPA variando de 20 a 50 (V/Y%), mais o PC 88 A variando de 5 a 20 (V/V%), juntos CYANEX 923 entre 5 a 20 (V/V%), diluídos em querosene. Desta, forma, o licor de alimentação de ácido fosfórico com urna concentração de 26 a 32% em P2O5 e com até 2500 ppm de UjQg é contactado em fluxo contra corrente com o solvente EXT2 em quatro a sete estágios de extração com uma relação de vazões fase aquosa/ fase orgânica (FA/FO) entre 4 a 10 e na temperatura de 15 a 45 °C. d) Primeira lavagem do solvente carregado em urânio para a remoção de impurezas tais com o ferro com uma solução de ácido oxálico a 0,4 a 1,0 M, preferencialmente 0,6 M, em oito estágios com uma relação de fases (FO/FA) de 0,5 a 1,0. I j e) Segunda ' lavagem da fase orgânica para a descontaminação de impurezas remanescentes como, por exemplo, terras raras e ferro, com uma solução de ácido sulfurico 5,0 a 5,5 M em três estágios com uma razão de fases (FQ/FA) de 0,5 a 1,2. f) Terceira lavagem com água. visando à remoção .final de impurezas, de ácido fosfórico e de ácido sulfurico co-extraídos pelo solvente em duas etapas com uma relação de fases (FO/FA) de 0,5 a 1,0. g) Reextração do urânio sob a forma de tri-carbonato de urânio e sódio (TCUS) pela contactação em um estágio com uma fase aquosa constituída de carbonato de sódio a 1.0 a 1,5 M e de bicarbonato de sódio a 1,0 a. 1,2 M com uma relação de fases FA/FO de 1,2 a 1,6 e mais três estágios de reextração com uma fase aquosa de bicarbonato de | | sódio a 1,0 a 1,2 M com uma relação de fases (FO/FA) entre 0,5 a 1.0. h) Precipitação do urânio na forma de diuranaío de sódio (DUS) com uma solução de hidróxido de sódio concentrada, como, por exemplo, 10 M, pelos métodos convencionais. j : [020] Finalmente, a fase orgânica (EXT2) isenta de sódio é regenerada com uma solução de ácido sulfúrico, de preferência entre 2 a 8 M e reciclada para a etapa de extração do urânio, [021] Os exemplos a seguir são mostrados para fins de ilustração adicional e li eficácia, da presente invenção, sem nenhum efeito que possa tomá-la lirnifante.
Exemplo 1 [022] Para validação do processo proposto da presente invenção foi realizada í { uma operacionalização contínua dos circuitos 1 e 2, com duração de 200 horas, em bateria de misturadores-decantadores de múltiplos estágios, para o qual foram produzidos 2400 ( litros do licor de ácido fosfórico proveniente da digestão do colofanito de Itatiaia (Santa Quitéria, CE) com ácido sulfúrico. A composição do licor, com os principais elementos de interesse, utilizado nesta operacionalização é mostrada na Tabela 1.
Tabela 1 Composição do licor de ácido fosfórico da abertura sulfurica do Colofanito [023] Inicialmente, este licor de alimentação foi ajustado com H2O2 para o j j potencial de 600 raV a fim de garantir que o urânio estivesse na valência +6. A seguir o licor ajustado e na temperatura ambiente foi alimentado no circuito 1 e contatado em contra-corrente com o extratante EXT! em três estágios de extração para remoção de matéria orgânica com uma razão de fases FA/FO de 2,9. A fase aquosa remanescente após a extração da matéria orgânica é enviada, de modo contínuo, ao circuito 2 para a extração j do urânio em 7 estágios em contracorrente com o extratante EXT2 com uma razão de fases ! i FA/FO de 7. A Tabela 2 mostra o gradiente da concentração do urânio analisado por ICP/OES no licor de ácido fosfórico nos sete estágios de extração do urânio com 200 horas 1 I de operação contínua sem que houvesse formação de "crude” ou de emulsão estável nos j | estágios de extração.
Tabela 2 Concentração do urânio nos estágios de extração com 200 horas de operação [024] Como podemos observar na Tabela 2, a concentração do urânio no estágio 1 é menor quei i ppm, significando, portanto, que o urânio é extraído pelo extratante EXT2 j | com um rendimento acima de 99,9% em 7 estágios de extração, e verifica-se também um rendimento de 99.5 % em 4 estágios de extração, comprovando com isso a eficácia da presente invenção com o extratante EXT2 na razão de fases (FA/FQ) igual a 7. I j Exemplo 2 [025] Na operacionalização de modo contínuo de 200 horas, o equilíbrio de todas as etapas do processo já tinha sido atingido, e a fase orgânica carregada com urânio na concentração de 12,3 g/í no equilíbrio e com outras impurezas coextraídas juntas com o i- extratante EXT2 do Exemplo 1, como, por exemplo, ferro, molibdênio e terras raras, principal mente ítrio e itérbio, eram removidas em três etapas de lavagem. Na primeira etapa de lavagem foi usado o ácido oxálico para a remoção do ferro, molibdênio, zircônio e outros elementos a níveis de traços em 8 estágios de lavagem em contracorrente com ácido oxálico na concentração de 5% em peso na razio de fases (FO/FA) igual a 0,84; na segunda lavagem com ácido sulfúrico 5 molar em contracorrente para remoção de terras raras em. 3 estágios na razão de fases (FO/FA) de 1; e na terceira lavagem foi utilizada água em 2 estágios em contracorrente na razão de fases (FO/FA) de 0,84. A Tabela 3 apresenta os resultados da fase orgânica carregada com urânio e da descontaminação ; i obtida destas fases nas saídas das etapas de extração do urânio e de cada lavagem dos principais elementos que foram extraídos pelo extratante EXT2 e analisadas por FRX em 200 horas de operação contínua. j ; j i Tabela 3 Concentração na fase orgânica dos elementos de interesse nas saídas das etapas de extração e de lavagem com 200 horas de operação contínua.
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[026] Como podemos observar na Tabela 3, o ferro e os outros elementos, como o Mo e o Zr, foram removidos na lavagem 1 permanecendo as terras raras na fase orgânica carregada com o urânio que foram a seguir removidas na lavagem 2. Após a lavagem 3 com. água para remoção da acidez livre, ο EXT2 carregado com urânio estava isento de contaniinaaiíes comprovando com isso a eficácia das lavagens efetuadas da presente invenção.
Exemplo 3 [027] Na operacionalização de modo contínuo de 200 horas, a fase orgânica carregada com urânio, isenta de contamínantes após a lavagem 3 do Exemplo 2, era enviada j ; em contracorrente para a reextração do urânio da fase orgânica com as soluções de carbonato de sódio 15% em peso em 1 estágio na razão (FO/FA) de 1.25 e também com bicarbonato de sódio 10% em peso em 4 estágios na razão (FO/FA) de 1,25. A Tabela 4 mostra o gradiente da concentração do urânio nas fases aquosa e orgânica analisado por FRX e ICP(OES) e do pH adequado da fase aquosa para esta remoção do urânio nos 4 estágios de reextração. I : Tabela 4 Concentração do urânio nas fases aquosa e orgânica nos estágios de reextração com 200 horas de operação contínua.
[028] Como podemos observar na Tabela 4, todo o urânio foi removido do EXT2 em 4 estágios de reextração para a fase aquosa como TCUS na forma de NafiJCbíCChja de elevado grau de pureza já que os únicos elementos detectados na FRX foram o sódio e o urânio, comprovando com isso a eficácia de todo o processo da presente invenção.
REIVINDICAÇÕES
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