RO122642B1 - Procedeu acid de extracţie a uraniului din minereu în câmp de ultrasunete - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu acid de extracţie a uraniului din minereuri, în câmp de ultrasunete. Procedeul conform invenţiei constă în procesarea acidă a minereurilor de uraniu într-o baie ultrasonică, prevăzută cu un generator care asigură 35.000 oscilaţii/s, la următorii parametri de optim: - granulaţia minereului = 0,1 - 0,2 mm; - raportul solid/lichid = 0,8 - 1,5; - timpul total de solubilizare = 8 h; - pH -ul mediu de lucru = 1,0 - 1,5; - consumul de reactiv de solubilizare = 120 - 160 kg H2 SO4/t minereu; - potenţialul redox = 450 - 500 mV; - consumul de KClO3 = 4 - 8 kg/t minereu; - putere ultrasunete = 70 - 80 W.

Description

Invenția se referă la un procedeu acid de extracție a uraniului din minereuri în câmp de ultrasunete.

Este cunoscut faptul că pe plan mondial circa 90% din minereurile uranifere sunt procesate prin procedeul acid, când se utilizează ca agent de solubilizare acidul sulfuric (H₂SO₄). Randamentele uzuale de extracție a uraniului din minereuri, la costuri rezonabile de procesare, sunt de 95 - 98%, în funcție de conținutul inițial de uraniu și de compoziția mineralogică a minereului. Pentru aceleași randamente de solubilizare a uraniului din diverse minereuri, costurile de procesare sunt diferite în funcție de cât sunt acestea de refractare.

Preocuparea producătorilor de uraniu, pe plan mondial, este îmbunătățirea tehnologiilor în scopul reducerii costurilor de procesare, în special prin diminuarea consumurilor energetice.

O îmbunătățire deosebit de importantă a tehnologiei de solubilizare a uraniului din minereuri o constituie realizarea acestei operații în câmp de ultrasunete, când are loc o creștere a coeficientului de transfer de masă între 75% și 200%, la costuri de 2 - 3 ori mai mici comparativ cu metodele clasice.

în cazul procesului de solubilizare, ultrasunetele determină apariția unor fenomene hidrodinamice intense: mărirea gradientului de viteză la interfața fazelor, a turbulenței în masa acestora și a interacțiunii celor două faze, fapt ce explică intensificarea operațiilor de transfer. Aceste condiții hidrodinamice noi, denumite global: turbulență de oscilare, scad rezistența stratului limită la transferul de masă și măresc gradientul de concentrație a masei transferate la interfață, prin micșorarea gradientului de concentrație în interiorul fiecărei faze. Intensificarea procesului de transfer de masă, datorită câmpului de ultrasunete, permite reducerea temperaturii de lucru și a duratei de solubilizare, cu consecințe favorabile asupra dimensionării reactoarelor și a consumurilor energetice ale operației.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în stabilirea corelației optime între parametrii procedeului acid de solubilizare a uraniului în câmp de ultrasunete astfel încât să se realizeze un randament maxim al utilizării reactivilor și energiei ultrasunetelor.

Procedeul conform invenției, de solubilizare a uraniului prin procedeu acid în prezența ultrasunetelor, rezolvă această problemă tehnică prin aceea că solubilizarea uraniului din minereuri se realizează la următorii parametri optimi, stabiliți teoretic și experimental:

- granulația minereului = 0,1 - 0,2 mm; - raportul solid/lichid = 0,8-1,5;

- temperatura de lucru = 40°C - 80°C; - numărul de trepte de solubilizare = 2;

- timpul total de solubilizare = 8 ore; - conținutul de uraniu = 0,1 - 0,3%;

- pH-ul mediului de lucru = 1,0 -1,5; - potențialul redox = 450 - 500 mV;

- consumul de reactiv de solubilizare = 120 -160 kg H₂SO₄/t minereu;

- consumul de KCIO₃= 4-8 kg/t minereu; - putere ultrasunete = 70-80 W;

Prin acești parametri de optimizare a procesului de extracție a uraniului, se obține un randament de solubilizare a uraniului de 98 - 100%.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- se poate aplica tuturor minereurilor uranifere procesate prin procedeul acid în mod uzual, (în absența ultrasunetelor);

- crește randamentul de extracție a uraniului din minereuri, la randamente de 96,97% - 99,97% față de 91,90 - 97,20%, obținute în câmp neperturbat.

Invenția este prezentată pe larg în continuare.

în procedeul conform invenției, parametrii tehnologici stabiliți conform criteriilor de optimizare a consumului de reactivi și a consumului energetic, sunt:

- granulația minereului este limitată la 0,1 - 0,3 mm;

RO 122642 Β1

Granulația minereului de 0,1 - 0,3 mm este astfel aleasă încât să asigure dezvelirea 1 mineralului de uraniu, pentru a putea intra în contact cu reactivul de solubilizare și este dependentă de compoziția mineralogică a minereului. 3

- temperatura de lucru: 40’C față de 60’0 în absența utrasunetelor

Temperatura de lucru este un factor favorizant al transferului de masă, creșterea 5 temperaturii ducând la creșterea vitezei de transfer de masă și implicit a randamentului de solubilizare a uraniului. Asigurarea creșterii temperaturii se poate face cu un consum mare 7 de energie, fapt ce impune căutarea de soluții alternative care să asigure viteze mari de transfer de masă la temperaturi mai reduse. 9

- pH-ul mediului de lucru =1-1,5 care se asigură printr-un consum de 140 -170 kg H₂SO₄/t minereu 11

Aciditatea minimă a mediului de lucru este la pH =1,0-1,5. O aciditate mai mică la pH - 2,2 duce la precipitarea ferului trivalent sub formă de hidroxid - Fe(OH)₃, care este 13 adsorbant pentru uraniul solubilizat.

O aciditate mai mare, corespunzătoare unui pH < 1,0, duce la un consum nejustificat 15 de H₂SO₄ pentru a dizolva ganga.

- cantitatea de oxidant stabilită: 6 kg KCIO₃ (clorat de potasiu) este corespunzătoare 17 asigurării unui potențial redox de 450 mV

Consumul optim de oxidant este cel necesar asigurării unui potențial redox de 45019

-500 mV, când se asigură un raport de Fe³7Fe²⁺ = 98/2. Deoarece oxidarea uraniului U⁴⁺, insolubil, la U⁶* solubil, are loc prin intermediul Fe³⁺, viteza și gradul de oxidare al Fe²* la Fe³*21 condiționează viteza de oxidare a U⁴* la U⁶⁺ și, prin aceasta, viteza lui de solubilizare. Un consum mai mare de oxidant, pentru a sigura un potențial redox mai mare, nu se justifică 23

- puterea ultrasunetelor = 75-79 W

Puterea ultrasunetelor adsorbită de mediul de reacție are valoarea optimă între 7525 și 79W în condițiile asigurării unei frecvențe a acestora de 35 kHz. Câmpul de ultrasunete în care se află reactorul pentru solubilizarea uraniului s-a realizat utilizând o baie ultrasonică 27 tip RETSCH UR1, prevăzută cu un generator care asigură 35.000 oscilații pe secundă, ce sunt transmise lichidului din cuvă și produc rezonanță. 29

- timpul de solubilizare: 4 h - față de 8 h în absența utrasunetelor.

Durata de solubilizare a uraniului influențează costurile de procesare prin 31 condiționarea dimensiunilor reactoarelor de solubilizare și a consumului energetic specific pentru asigurarea agitării suspensiei minerale. 33

- numărul treptelor de solubilizare = 2.

Se utilizează două trepte de solubilizare a uraniului, cu recircularea soluțiilor uranifere 35 de la treapta a Il-a la treapta I de solubilizare, treapta a Il-a de solubilizare contribuind cu 5% la randamentul total de solubilizare. 37

Pentru stabilirea prezentului procedeu, studiul experimental s-a efectuat folosind statistica matematică, și anume programarea experimentelor. Modelul matematic obținut 39 pentru fiecare caz în parte, prin procesarea datelor experimentale, folosind metoda celor mai mici pătrate pentru calculul coeficienților, descrie dependența randamentului de extracție a 41 uraniului de parametrii operaționali, numai în intervalul ales de experimentare, cu o precizie de 95%. 43

Modelul matematic pentru determinarea randamentului la solubilizarea uraniului în absența ultrasunetelor: 45 η, = 70,900 + 0,3 50 x Temperatura + 5,800 x pH + 0,475 x Timp +1,475 x Oxidant 0,1575 x Temperatura x pH - 3,125 _{x e} ^{0 04xTem}P^era,ljraxTim'^>- 0,017187 x TemperaturaxOxidant 47

RO 122642 Β1

Modelul matematic pentru randamentul la solubilizarea uraniului în prezența ultrasunetelor, în condiții identice cu primul caz:

η₂= 68,91003 + 0,38856 x Temperatura + 11,39074 x pH - 0,3157 x Timp-0,56381 x Oxidant + 0,260204 x PutereUS - 0,02525 x Temperatura x pH - 0,00213 x Temperatura x Timp - 0,00644 x Temperatura x Oxidan t- 0,0031 x Temperatura x PutereUS + 0,11 x pH x Oxidant-O, 1312 x pH x PutereUS + 0,012188 x Timp x Oxidant + 0,005831 x Timp x PutereUS + 0,010933 x Oxidant x PutereUS

Modelul matematic pentru randamentul la solubilizarea uraniului în prezența ultrasunetelor, la valori reduse ale parametrilor de temperatură și timp de solubilizare:

η₃ = 6,79944 + 1,005053 x Temperatura + 29,98618 x pH + 18,57963 x Timp 7,99246 x Oxidant + 1,332554 x PutereUS + 0,4775 x Temperatura x pH + 0,06075 x Temperatura x Timp - 0,021 x TemperaturaxOxidant - 0,01834 x Temperatura x PutereUS 2,59 x pH x Timp - 0,82 x pHxOxidant - 0,49386 x pH x PutereUS - 0,23524 x Timp x PutereUS + 0,130771 x Oxidant x PutereUS

Datele prezentate arată că practic în câmp de ultrasunete, la valori inferioare ale factorilor (parametrilor) de timp și temperatură, se obțin randamente de extracție a uraniului ca la nivelul superior al acelorași parametri în absența ultrasunetelor, fapt ce conduce la reducerea costurilor de procesare.

în continuare se prezintă exemplificat modul de realizare a procedeului conform invenției.

Exemplul 1. S-a realizat solubilizarea uraniului în absența ultrasunetelor.

O probă de minereu în greutate de 50 g, având un conținut de 0,200% U este procesată pentru solubilizarea uraniului la parametrii:

- granulația minereului = 0,1 mm;

- raportul solid/lichid = 1/1;

- temperatura de lucru = 60’C;

- numărul de trepte de solubilizare = 2;

- timpul total de solubilizare - 8 h;

- pH-ul mediului de lucru = 1,25;

- consumul de reactiv de solubilizare = 140 kg H₂SO₄/t minereu;

- potențialul redox = 450 mV;

- consumul de KCIO₃ = 6 kg/t minereu;

- randamentul de solubilizare a uraniului = 95,70%.

Exemplul 2. S-a realizat solubilizarea uraniului la valoarea parametrilor tehnologici din exemplul 1, în câmp de ultrasunete, în următoarele condiții:

- cantitatea de minereu = 50 g;

- conținutul de uraniu în minereu = 0,200%;

- granulația minereului = 0,1 mm;

- raportul solid/lichid = 1/1;

- temperatura de lucru = 60’C;

- numărul de trepte de solubilizare = 2;

- timpul total de solubilizare = 8 h;

- pH-ul mediului de lucru =1,25;

- consumul de reactiv de solubilizare = 140 kg H₂SO₄/t minereu;

- potențialul redox = 450 mV;

- consumul de KCIO₃ = 6 kg/t minereu;

- putere ultrasunete = 77 W;

- randamentul de solubilizare a uraniului = 98,97 %.

RO 122642 Β1

Se constată o creștere a randamentului de solubilizare a uraniului comparativ cu 1 exemplul 1, cu 3,27 %.

Exemplul 3. S-a realizat solubilizarea uraniului în câmp de ultrasunete la valoarea 3 parametrilor de granulație, raport solid/lichid, număr trepte de solubilizare, pH, potențial redox și putere ultrasunete, din exemplul 1 și 2, cu reducerea valorii parametrilor de tempera- 5 tură a mediului de lucru și a timpului de solubilizare a uraniului.

- cantitatea de minereu = 50 g;7

- conținutul de uraniu în minereu = 0,200%;

- granulația minereului = 0,1 mm;9

- raportul solid/lichid =1/1;

- temperatura de lucru = 40’C;11

- numărul de trepte de solubilizare = 2;

- timpul total de solubilizare = 4 h;13

- pH-ul mediului de lucru = 1,25;

- consumul de reactiv de solubilizare = 140 kg H₂SO₄/t minereu;15

- potențialul redox = 450 mV;

- consumul de KCIO₃ = 6 kg/t minereu;17

- putere ultrasunete = 77 W;

- randamentul de solubilizare a uraniului = 95,99 %.19

Se constată că solubilizarea uraniului în câmp de ultrasunete, la valori reduse ale parametrilor de temperatură și timp de solubilizare a uraniului cu 33%, respectiv cu 50%, se 21 realizează la un randament egal cu cel obținut la valorile maxime ale parametrilor de temperatură și timp de solubilizare, în absența ultrasunetelor. 23

Claims (2)

1. Revendicări 25

   1. Procedeu acid de extracție a uraniului din minereu în câmp de ultrasunete, la o 27 temperatură de lucru de 40 - 80’C, pentru un conținut de uraniu de 0,1 - 0,3% în minereu, în două trepte de solubilizare, caracterizat prin aceea că solubilizarea uraniului din minereu 29 se realizează optim, la un randament de 98 -100%, la următorii parametri:

   - granulația minereului = 0,1 - 0,2 mm; - raportul solid/lichid = 0,8 -1,5;31

   - timpul total de solubilizare = 8 ore; - pH-ul mediului de lucru = 1,0 -1,5;

   - consumul de reactiv de solubilizare = 120 -160 kg H₂SO₄/t minereu;33

   - potențialul redox = 450 - 500 mV; - consumul de KCIO₃ = 4-8 kg/t minereu;

   - putere ultrasunete = 70-80 W.35
2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru utilizarea valorii minimale de 40°C a temperaturii de proces, la un randament de solubilizare a uraniului 37 de 96 - 98%, solubilizarea uraniului din minereu se realizează optim cu un timp de solubilizare de 4 h. 39