DE2627540A1

DE2627540A1 - Verfahren zur selektiven trennung von uran aus loesungen mittels eines ionenaustauschers

Info

Publication number: DE2627540A1
Application number: DE19762627540
Authority: DE
Inventors: Hans Jochem Becker; Nahit Dipl Ing Eresen; Klaus Schroeer
Original assignee: Uranerzbergbau GmbH
Current assignee: Uranerzbergbau GmbH
Priority date: 1976-06-19
Filing date: 1976-06-19
Publication date: 1978-01-05
Also published as: US4233272A; CA1106186A

Description

Uranerzbergbau-GmbH. & Co. KG., 5300 Bonn

Verfahren zur selektiven Trennung von Uran aus Lösungen mittels eines Ionenaustauschers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Trennung von Uran aus sauren Lösungen, die insbesondere Nickel, Eisen, Arsen, Aluminium und Magnesium enthalten können, mittels eines Ionenaustauschers.

Im allgemeinen enthalten die Uranminerale einer Lagerstätte Uran sowohl in 4- als auch in 6-wertiger Form. Der Aufschluss von uranhaltigen Erzen kann sowohl durch saure wie auch durch alkalische Laugung erfolgen. Beim sauren Aufschluss wird üblicherweise Schwefelsäure verwendet, so dass Uran danach in schwefelsaurer Lösung vorliegt. Wesentlich ist, dass die den Aufschluss bewirkende Laugung normalerweise unter oxidierenden Bedingungen stattfindet, wobei vorhandenes 4-wertiges Uran in 6-wertiges überführt wird. Oxidierende Bedingungen sind im allgemeinen notwendig, um die Dauer des Laugungsprozesses, d. h. ErzaufSchlusses

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bei gegebenem Ausbringen auf ein wirtschaftlich vertretbares Mass zu verkürzen. Jedenfalls haben diese Bedingungen zur Folge, dass praktisch das gesamte schliesslich in der Lösung befindliche Uran in 6-wertiger Form vorliegt. Dies ist Voraussetzung für die Möglichkeit, das Uran in bekannter Weise mittels eines Anionenaustauschers abzutrennen.

Wenn das Uran nach dem Aufschluss teilweise, gegebenenfalls auch überwiegend, 4-wertig vorliegt, ist ein Anionenaustauscher nicht direkt anwendbar. 4-wertiges Uran kann dann vorliegen, wenn die Laugung des Uranerzes nicht unter oxidierenden Bedingungen stattfindet. Dies ist bei bestimmten uranhaltigen Erzen möglich. 4-wertiges Uran kann in der Lösung, also nach dem Aufschliessen des Erzes, aber auch dann vorhanden sein, wenn die Lösung aus irgendwelchen Gründen eine Zwischenbehandlung erfährt, die eine reduzierende Wirkung hat. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn das aufzuschliessende Erz Beimengungen aufweist, die zuvor durch geeignete Behandlungen gefällt oder sonstwie für die weiteren Verfahrensschritte unwirksam gestellt werden müssen. Derartige Voraussetzungen können vorliegen, wenn die Lagerstätte z. B. Arsen, Kupfer, Molybdän oder Blei enthält. Es ist möglich, diese Elemente aus sauren Lösungen mit Hilfe von Schwefelwasserstoff unter Einhaltung bestimmter Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Druck und pH-Wert als Sulfide auszufällen und so selektiv von Uran und auch von Nickel abzutrennen. Diese Massnahme hat jedoch eine teilweise Reduktion des Urans - und auch gegebenenfalls vorhandenen Eisens - zur Folge mit dem Ergebnis, dass das Uran

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r-

nach der Sulfidausfällung je nach gewählten Bedingungen teilweise oder überwiegend in 4-wertiger und das Eisen in 2-wertiger Form vorliegen. Es besteht zwar die Möglichkeit, das Uran durch Zugabe von Oxidationsmitteln erneut aufzuoxidieren. Dabei würden auch gegebenenfalls vorhandenes Eisen und andere Beimengungen aufoxidiert werden. Die Oxidation macht jedoch einen zusätzlichen Verfahrensschritt erforderlich und bedingt zudem den Verbrauch zusätzlicher Oxidationsmittel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass auch 4-wertiges Uran direkt aus der nach dem Aufschluss vorliegenden Lösung abgetrennt werden kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dieses 4-wertige Uran aufzuoxidieren. Ferner wird eine Selektivität gegenüber bestimmten, unerwünschten Substanzen angestrebt derart, dass diese vom Ionenaustauscher nicht aufgenommen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Trennung von 4-wertigem und 6-wertigem Uran gemeinsam mittels chelatbildender Kationenaustauscher unter Einhaltung eines Redox-Potentials von -50 bis +250 mV, vorzugsweise von +50 bis +150 mV, und eines pH-Wertes grosser als 1" durchgeführt wird.

Vor der Abtrennung des Urans kann die Lösung zwecks Ausfällung von Bestandteilen eine Behandlung erfahren, die zu einer Reduzierung zumindest eines Teils des Urans und gegebenenfalls auch anderer Bestandteile führt.Dieser Bestandteil kann z. B. Arsen

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sein, das im Erz in Verbindung mit Eisen, Nickel und/oder Schwefel vorliegt. Das beim sauren, oxidierenden Aufschluss entstehende Arsenat (AsO ) wird bei pH-Werten ^l mit Schwefelwasserstoff (H₂S) als Arsensulfid (As^S ) gefällt. Wesentlich ist dabei, dass auf diese Weise das gesamte Arsen ausgefällt werden kann, wobei es vorteilhaft ist, die Fällung bei einem Druck von 1 bis 4 bar und bei einer Temperatur von etwa 50-100 C durchzuführen. Eine Erhöhung des Druckes hat eine Zunahme der Geschwindigkeit, mit der die Fällung abläuft und somit eine Verringerung der dafür vorzusehenden Zeitdauer zur Folge.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht darin, dass die genannten Kationenaustauscher kein Arsen binden, so dass auch im Falle eines Versagens des die Arsenausscheidung bewirkenden Verfahrensschrittes das das Uran enthaltende Endprodukt frei von Arsen ist. Dies gilt auch für 2-wertiges Eisen, so dass bei einem vorausgehenden reduzierenden Verfahrensschritt auch eine selektive Trennung zwischen Uran und Eisen stattfindet. Im übrigen hat der Kationenaustauscher den Vorteil, dass er gegenüber Anionen, die zu einer Vergiftung der Anionenaustauscherharze führen würden, unempfindlich ist. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil insbesondere bei Fällung des Arsens oder ähnlicher Elemente Gifte, z. B. Polythionate und Sulfite entstehen können.

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Bei der Abtrennung des Urans hat sich die Einhaltung eines pH-Wertes von 1,5 - 2,5 als besonders zweckmässig erwiesen, da dann einerseits eine hohe Beladungskapazität des Austauscherharzes für Uran vorhanden ist, andererseits jedoch eine Nichtaufnahme von Nickel, Aluminium und Magnesium durch das Austauscherharz in ausreichendem Masse gewährleistet ist.

Die Elution des 4- und 6-wertigen Urans kann mit einer 8- bis 12%-igen Schwefelsäure vorgenommen werden. Das 4- und 6-wertige Uran kann aus dem Eluat mit herkömmlichen Reagenzien als ein Gemisch von Diuranat und Uran(IV)-hydroxyd ausgefällt werden.

Die Möglichkeit einer weitestgehenden selektiven Abtrennung von 4-wertigem Uran aus Lösungen mittels eines chelatbildenden Kationenaustauschers wird durch die folgenden Versuchsergebnisse bestätigt:

2+ 4+ 1. Gemeinsame Trennung von UO ₂ und U

Es wurde eine synthetische Lösung hergestellt, die 6 g.l , UO²⁺, 4 g.l"¹ Ni²⁺, 3 g.l"¹ Fe²⁺, 3 g.l"¹ Al³⁺, 50 g.l"¹ NH* enthielt. UO _? wurde durch Zugabe von 5 g.l Magnesium teil-

4+
weise zu U reduziert. Je 1 Liter aus dieser Lösung wurde nach der Einstellung des pH-Wertes auf 1,8 bzw. 2 vier Säulen mit 100 ml chelatbildendem Kationenaustauscher-Harz zugeführt. Das Harz entstammte zwei verschiedenen Bezugsquellen. In allen Fällen wurde über 99% des Urans im Harz gebunden. Der vom Harz adsorbierte Nickelanteil betrug weniger als 3% und der Eisenanteil

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weniger als 1%.

2. Adsorption von ü

Eine 6 g.l U0_ -haltige Lösung wurde mit Magnesium in der Hitze reduzierend behandelt und Uran fast vollständig in 4-werti-

4 +
ge Form (U ) überführt. Nach der Einstellung des pH-Wertes auf 2,0 wurden 500 ml dieser Lösung den Ionenaustauschersäulen zugeführt. (100 ml Harz von zwei verschiedenen Bezugsquellen). über 99,5% des Urans verblieben in den Austauschersäulen.

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Claims

Patentansprüche

(l). Verfahren zur selektiven Abtrennung von Uran aus sauren Lösungen, die Nickel, Eisen, Arsen, Aluminium und Magnesium enthalten können, mittels eines Ionenaustauschers, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von 4-wertigem und 6-wertigem Uran gemeinsam mittels chelatbildender Kationenaustauscher unter Einhaltung eines Redox-Potentials von -50 bis +250 mV, vorzugsweise von +50 bis +150 mV, und eines pH-Wertes grosser als 1 durchgeführt wird.
2. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Abtrennung des Urans die Lösung zwecks Ausfällung von Bestandteilen eine Behandlung erfährt, die zu einer Reduzierung zumindest eines Teils des Urans und gegebenenfalls auch anderer Bestandteile führt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der auszufallende Bestandteil Arsen in Form von Arsenat (AsO- ) ist, und der pH-Wert der Lösung für die Arsensulfidfällung mit Schwefelwasserstoff >1 eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abtrennung des Urans ein pH-Wert in der Lösung von 1,5 bis 2,0 eingestellt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, tiari -■" ό\ ' ' ■ -^ - ^Kf--- /-i '^;?s :1 = e Elution des 4- und 6-wertigen Uraas mit·8- bis 12%-iger Schwefel säure durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 4- und 6-wertige Uran aus dem Eluat mittels herkömmlicher Reagenzien als ein Gemisch von Diuranat und Uran(IV)-hydroxyd ausgeSllt wird.

ORIGINAL INSPECTED

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