RU2743383C1 - Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов - Google Patents
Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743383C1 RU2743383C1 RU2020128333A RU2020128333A RU2743383C1 RU 2743383 C1 RU2743383 C1 RU 2743383C1 RU 2020128333 A RU2020128333 A RU 2020128333A RU 2020128333 A RU2020128333 A RU 2020128333A RU 2743383 C1 RU2743383 C1 RU 2743383C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- uranium
- processing
- ammonium bifluoride
- grinding
- containing materials
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G43/00—Compounds of uranium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
- C22B3/04—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching
- C22B3/06—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching in inorganic acid solutions, e.g. with acids generated in situ; in inorganic salt solutions other than ammonium salt solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к гидрометаллургической переработке кислотоупорных урансодержащих материалов, а именно - техногенных отходов, образующихся в результате окислительной переработки твэлов сложного многокомпонентного состава. Способ включает измельчение исходного урансодержащего материала в присутствии бифторида аммония, обработку полученной механо-химически активированной шихты 1,5-4,0 М раствором азотной кислоты при Т:Ж=1:(3,5-4,5), температуре 80-90°С, в течение 1,0-4,0 часов и завершение растворения при остаточной кислотности не менее 0,25 М, далее пульпу фильтруют и выделяют уран из фильтрата посредством жидкофазной противоточной экстракции. Изобретение обеспечивает упрощение процесса переработки урансодержащих материалов, высокую степень извлечения урана в раствор более чем на 95,0%, экологическую безопасность производства, а также сокращение отходов и снижение материальных затрат на их утилизацию. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.
Description
Изобретение относится к области химической технологии, к гидрометаллургической переработке урансодержащих материалов, а именно - техногенных отходов, образующихся в результате окислительной переработки твэлов сложного многокомпонентного состава. Один из распространенных вариантов этого процесса предусматривает предварительное высокотемпературное окисление фрагментов твэлов, обработку образовавшихся окислов кислотой с целью переведения урана в раствор и дальнейший гидрометаллургический передел (патент РФ №2613352, МПК G21C 19/44, G21F 9/14, опубл. 16.03.2017 г.). Установлено, что в процессе окисления часть урана взаимодействует с окислами конструкционных материалов (ZrO2, Al2O3, SiO2, Nb2O5, Cr2O3), переходя в трудно вскрываемое кислотоупорное состояние, что обуславливает недостаточно полное его извлечение в раствор (С. Столлер и Р. Ричардс «Переработка ядерного горючего» Атомиздат, 1964 г.).
Аналогичная проблема недостаточно полного извлечения целевого компонента в раствор существует не только при извлечении урана из техногенных отходов, но и при переработке природных, главным образом силикатных минералов типа: циркон, монацит, хромдиопсид, браннерит (U4+' Са, Се, Th, Y) [(Ti, Fe)2О6], берилл и ряд других полиметаллических руд. Один из технологических приемов, решающий эту проблему, состоит в применении бифторида аммония, который, подвергаясь плавлению при температуре ≈126°С, является перспективным реагентом для их вскрытия (патент РФ №2157523, МПК GO1N 31/00, GO1N 1/28, GO1N 21/73, опубл. 10.10.2000 г.). Высокое коррозионное воздействие, оказываемое образующимся фторсодержащим расплавом, существенно затрудняет выбор конструкционных материалов, ограничивая применение метода аналитической практикой.
Наиболее близким по технической сути, решаемой задаче и, соответственно, принятый за прототип, является способ переработки упорных урановых руд, содержащих браннерит (патент РФ №2543122, МПК С22В 60/02, 11/00, 3/08, опубл. 27.02.2015 г.). Он включает обработку предварительно измельченных упорных урансодержащих руд активирующим раствором бифторида аммония, фильтрацию, рециркуляцию аммонийного раствора, обработку кека серной кислотой с окислителем, вновь фильтрацию, переработку отфильтрованного раствора, промывку и захоронение нерастворенного остатка. Недостатком этой технологии являются ее многостадийность и высокие затраты на отмывку и захоронение большого количества отработанных кеков и образующихся кремнийсодержащих осадков.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса переработки за счет сокращения количества его стадий с сохранением высокой степени извлечения урана, а так же снижение материальных затрат, связанных с утилизацией нерастворенного остатка.
Для решения поставленной задачи разработан способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов включающий измельчение, активацию бифторидом аммония, фильтрацию, обработку кислотой и дальнейшее гидрометаллургическое выделение урана, причем исходный урансодержащий материал подвергают измельчению в присутствии бифторида аммония, полученную механохимически активированную шихту обрабатывают (1,5-4,0) М раствором азотной кислоты при Т:Ж=1:(3,5-4,5), температуре (80-90)°С, в течение (1,0-4,0) час и завершают растворение при остаточной кислотности не менее 0,25 М, далее пульпу фильтруют и выделяют уран из фильтрата посредством жидкофазной противоточной экстракции.
Количество бифторида аммония находится в весовом соотношении (0,3-1,5):1 к измельчаемому урансодержащему материалу.
Измельчение в присутствии бифторида аммония ведут в течение 40-80 минут с помощью вибрационной мельницы, заполненной твердосплавными измельчающими элементами.
Обоснование предлагаемого способа переработки базируется на использовании экспериментально подтвержденного механохимического эффекта. Суть его состоит в том что, при интенсивном и многократном ударном воздействии измельчающих элементов в присутствии твердого бифторида аммония (БФА) - возникают особые диффузионно-кинетические условия, обуславливающие интенсификацию процесса фторирования и большую полноту реагирования урансодержащего материала (УОМ). Образовавшиеся продукты фторирования в отличие от исходной кислотоупорной оксидной фазы в большей степени подвержены кислотному выщелачиванию. Весовое исходное соотношение в шихте БФА:УОМ=(0,3-1,5):1 соответствует наиболее типичному элементному составу исходной композиции (U - Zr - Al - Si - О) при образовании конечных фторидных форм металлов с координационным числом по фтору, равным четырем. Выбор азотной кислоты в качестве растворителя обусловлен более простой подготовкой получаемого раствора к экстракции, а так же окислительными свойствами HNO3, способствующими образованию растворимых форм U6+. Относительно малый исходный уровень начальной кислотности HNO3-(1,5-4,0) М, ее количество Т:Ж=1:(3,5-4,5), а так же температурный диапазон (80-90)°С являются оптимальными параметрами для наиболее полного растворения образовавшихся фторидных форм урана. Значение минимально необходимой остаточной свободной кислотности (0,25) М обусловлено стремлением сохранить гидролитическую устойчивость получаемого кремнийсодержащего нитратно-фторидного раствора, далее направляемого непосредственно на экстракционное отделение урана от сопутствующих элементов. Такой вариант организации схемы переработки более прост, нежели прототип, т.к. имеет меньшее количество технологических операций.
Отсутствуют технически сложные и трудоемкие стадии осаждения и фильтрации кремнекислоты, сокращается количество осадка, требующего отмывки от урана.
Доказательство существования механохимического эффекта
Пример осуществления 1
Взято 300,0 г урансодержащего оксидного материала, содержащего U, Zr, Al, Si. Этот материал, как нерастворимый остаток, был получен в результате переработки металлических твэлов, которые предварительно подвергли высокотемпературному окислению, а затем длительно и многократно обрабатывали HNO3. Остаточное содержание урана в этом материале составило 3,6% мас. Далее этот материал поместили в вибрационную мельницу, заполненную твердосплавными измельчающими элементами, и в течение 60 минут вели измельчение. Потом измельченный материал обработали водным раствором, содержащим 3,0 М HNO3 и 3,5 г -ион F- при Т:Ж=1:4, температуре 85°С в течение 2,0 часов. После фильтрации пульпы получено ≈222,0 г нерастворенного остатка, что составило ≈74,0% от исходной загрузки, а остаточное содержание урана в нем составило 1,05% мас. Следовательно, для данного типа техногенных отходов при отсутствии механохимической активации степень извлечения урана в раствор не превышает 80,0% при сокращении количества нерастворенного остатка не более чем на 25%.
Пример осуществления 2
Взято 300,0 г. урансодержащего оксидного материала, содержащего U, Zr, Al, Si. Этот материал, как нерастворимый остаток, был получен в результате переработки металлических твэлов, которые предварительно подвергли высокотемпературному окислению, а затем длительно и многократно обрабатывали HNO3. Остаточное содержание урана в этом материале составило 3,6% мас. Далее в вибрационную мельницу, заполненную твердосплавными измельчающими элементами, поместили урансодержащий материал и бифторид аммония (БФА), взятые в равных количествах, и вели измельчение-активацию в течение 60 мин. Затем полученную активированную шихту обработали 3,0 М HNO3 при Т:Ж=1:4, температуре 85°С в течение 2,0 часов. Завершают растворение при остаточной кислотности не менее 0,25 М. После фильтрации пульпы получили ≈140 г нерастворенного остатка, что составило ≈47,0% от исходной загрузки, а остаточное содержание урана в нем составило 0,3% мас, что не достигается без использования механохимической активации.
Полученный урансодержащий раствор перерабатывается с использованием противоточного каскада центробежных экстракторов для которых характерно малое время пребывания контактирующих фаз с сохранением высокого КПД ступени, а так же малая чувствительность к загрязнениям. Они реализуют более устойчивый, чем смесители-отстойники, гидродинамический режим и, следовательно, менее чувствительны к гидролитическим изменениям водной фазы, связанным с присутствием кремния. В результате экстракционного передела полученный реэкстрагированный уран соответствует по чистоте отраслевым ТУ.
Таким образом показано, что заявляемый способ технически осуществим и при меньшем количестве технологических стадий, обеспечивает степень извлечения урана в раствор более чем на 95,0%. Одновременно повышается уровень экологической безопасности производства и его экономичность, так как достигается более чем двукратное сокращение количества твердых отходов, относящихся к категории низко активных и, соответственно, не требующих долговременного контролируемого хранения.
Claims (3)
1. Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов, включающий измельчение, активацию бифторидом аммония, фильтрацию, обработку кислотой и дальнейшее гидрометаллургическое выделение урана, отличающийся тем, что исходный урансодержащий материал подвергают измельчению в присутствии бифторида аммония, полученную механо-химически активированную шихту обрабатывают 1,5-4,0 М раствором азотной кислоты при Т:Ж=1:(3,5-4,5), температуре 80-90°С, в течение 1,0-4,0 часов и завершают растворение при остаточной кислотности не менее 0,25 М, далее пульпу фильтруют и выделяют уран из фильтрата посредством жидкофазной противоточной экстракции.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество бифторида аммония находится в весовом соотношении (0,3-1,5):1 к измельчаемому урансодержащему материалу.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измельчение в присутствии бифторида аммония ведут в течение 40-80 минут с помощью вибрационной мельницы, заполненной твердосплавными измельчающими элементами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128333A RU2743383C1 (ru) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128333A RU2743383C1 (ru) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743383C1 true RU2743383C1 (ru) | 2021-02-17 |
Family
ID=74666211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020128333A RU2743383C1 (ru) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743383C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE949735C (de) * | 1950-06-20 | 1956-09-27 | Union Miniere Du Haut Katanga | Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid |
RU2157523C1 (ru) * | 1999-11-01 | 2000-10-10 | Государственное учреждение - Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Способ определения кремния |
RU2543122C2 (ru) * | 2012-09-27 | 2015-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" | Способ переработки упорных урановых руд, содержащих браннерит |
RU2613352C1 (ru) * | 2016-04-11 | 2017-03-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ переработки уран-циркониевых отходов |
-
2020
- 2020-08-24 RU RU2020128333A patent/RU2743383C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE949735C (de) * | 1950-06-20 | 1956-09-27 | Union Miniere Du Haut Katanga | Verfahren zur Herstellung von reinem Urantetrafluorid |
RU2157523C1 (ru) * | 1999-11-01 | 2000-10-10 | Государственное учреждение - Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Способ определения кремния |
RU2543122C2 (ru) * | 2012-09-27 | 2015-02-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" | Способ переработки упорных урановых руд, содержащих браннерит |
RU2613352C1 (ru) * | 2016-04-11 | 2017-03-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ переработки уран-циркониевых отходов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jamrack | Rare Metal Extraction by Chemical Engineering Techniques: International Series of Monographs on Chemical Engineering | |
US2815264A (en) | Processing of monazite sand | |
US4412861A (en) | Method for the recovery of uranium values from uranium tetrafluoride | |
CA2212714A1 (en) | Process for recovering tantalum and/or niobium compounds from compositescontaining a variety of metal compounds | |
CA1200397A (en) | Recovery of non-radioactive transition metal compounds from an ore which contains radioactive elements | |
US4451438A (en) | Process for recovering niobium and/or tantalum metal compounds from such ores further containing complexes of uranium, thorium, titanium and/or rare earth metals | |
US4923507A (en) | Process for opening ores | |
JP3082921B2 (ja) | 金属の回収方法 | |
RU2743383C1 (ru) | Способ переработки кислотоупорных урансодержащих материалов | |
JPH1150168A (ja) | 光学ガラス汚泥からレアアースメタル成分を回収する方法 | |
US5084253A (en) | Method of removing niobium from uranium-niobium alloy | |
US6241800B1 (en) | Acid fluxes for metal reclamation from contaminated solids | |
US4964996A (en) | Liquid/liquid extraction of rare earth/cobalt values | |
US3146063A (en) | Process for separating scandium from mixtures containing scandium and thorium values | |
RU2379775C1 (ru) | Способ переработки ураносодержащих композиций | |
Henderson et al. | Small-Batch Plutonium Metal Creation | |
US3410668A (en) | Recovery of plutonium from refractory siliceous materials | |
RU2807979C1 (ru) | Способ приготовления высокоочищенного раствора сульфата ванадила из шлама очищенного тетрахлорида титана | |
US3740199A (en) | Ore separation process | |
JP3315083B2 (ja) | フッ化マグネシウムスラグからウラン汚染を除去する方法 | |
RU2502142C1 (ru) | Способ переработки уран-молибденовой композиции | |
JP2003215287A (ja) | 共晶析現象を利用した使用済核燃料の再処理方法 | |
CN115322087B (zh) | 从废弃含铌玻璃中提取高纯五氧化二铌的方法 | |
DE3211286A1 (de) | Verfahren zur gewinnung von strahlungsfreien erdsaeureverbindungen aus komplexen uran, thorium, titan und seltene erden enthaltenden erdsaeureerzen | |
EP4265755A1 (en) | Method for liquefying niobium and tantalum, and method for producing niobium solution and tantalum solution |