SU1058511A3 - Способ извлечени шестивалентного урана - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО УРАНА экстракцией его из водного раствора органическим электролитом , состо щим из ди-(этил-2-гексил ) фосфорной кислоты и окисла триоктилфосфина в керосине, с последующим введением смеси солей двухх и трехвалентно1Ч7 железа врастворе фосфорной кислоты в экстракт и разделением фаз отличающийс   тем, что, с целью упрощени  и ускорени  процесса при минимальном расходе электроэнергии, водную фазу дел т на два потока, которые подвергают электрохимической обработке в KfeM6paHHOM электролизёре соответственно в катодной и анодной камеipax , с последующим смешением растjBopa из катодной камеры с органи:Ческой фазой и подачей ее на экстракцию .

Description

О

Р1

X)

:л

Изобретение относитс  к способам извлечени  урана, со;(ержа1цегос  в органической комплексообразующей фазе, а более точно, к концентрированию и очистке урана, извлекаемого мокрым способом из фосфорной кислоты.

Известен способ извлечени  урана из водных растворов с низкой концентрацией урана путем обработки минералов жидкостной экстракцией с последующей химической обработкой, дл  изолировани  урана и извлечени  егов виде окисла высокой частоты , используемого в качестве источника  дерного горючего Этот способ примен етс  дл  извлечени  урана из фосфатных пород (при этом получают фбсфорную кислоту) или из минералов другого происхождени  с повышенным содержанием урана в виде окисловV Способ состоит в обработке минерала сильной концентрированной кислотой, такой как серна , фосфорна , сол на , азотна  дл  по-; лучени  водного раствора, содержащего ионы уранила в очень разбавленном виде совместно с другими примесными ионами, откуда извлекают уран.

Согласно способу извлечени  шесг тивалентного урана экстракцией его из водного раствора органическим экстрагентом, состо щим из ди-(этйл-2-гексил ) фосфорной кислоты и окисла триоктилфосфина в керосине, с последующим введением смеси солей двух и трехвалентного железа в растворе фосфорной кислоты, в экстракт и разделением фаз.

Исходный раствор, в котором уран находитс  в окисленном состо нии U( ), подвергаетс  первому циклу извлечени  урана посредством органического растворител , состо щего из синергической смеси экстрагентЬв, ди-(2-этил-гексил)фосфорной кислоты (НДЕНР) и окисла триоктифосфина (ТОРО), разбавленных в углеводороде типа керосин.-.. Уран переходит в органический растворитель в виде комплекса уранила, образованного между ионами урана (YI) и синергической смесью экстрагентов. Затем уран извлекаетс  из органической фазы, в которую был экстрагирован, путем контакта с водным раствором фосфорной кислоты, содержащей достаточное количество ионов железа (II) дл  того ,чтобы перевести уран {YI) в уран (lY), который не экстрагируетс  органическим растворителем и перехо,дит в водную фазу. Эта;фаза снова подкисл етс  дл  получени  урана со степенью окислени  (YI), затем подвергаетс  второму циклу экстрагировани  органической фазой, содержгицей синергическую смесь экстрагентов НДЕНРТОРО дл  окончательного

получени  после повторной экстракции урана раствором карбоната аммони , достаточно чистого смешанного карбоната урана и аммони  1.

Однако повторна  восстановительна  экстракци  в первом цикле требует присоединени  иона железа (II) воздействием на него фосфорной кислоты , что  вл етс  медленной и трудной реакцией, или введением соли железа (II), что влечет за собой введение дополнительного аниона. Все это мешает последующему циклу очистки урана.

Кроме того, второй.цикл экстракции осуществл етс  на подкисленном водном растворе и обработка окислителем необходима. Если окисление осуществл етс  воздухом, операци  становитс  медленной -и требует дополнительной аппаратуры, если это окисление осуществл етс  посредством химического окислени , оно требует введени  вредных посторонних ионов , например, введение ионов хлората сопровождаетс  восстановлением ионов хлора, которые  вл ютс  актив.ными коррозионными агентами; при этом использование насыщенной кислородом воды дорого-.

Цель изобретени  - упрощение и ускорение процесса при минимальном .расходе электроэнергии.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу извлечени  шестивалентного урана экстракцией его из водного раствора органическим электролитом состо щим из ди (этил-2-гёксил) фосфорной кислоты и окисла триоктилфосфина в керосине, с последующим введением смеси солей двух- и трехвалентного железа в растворе фосфорной кислоты в экстракт и разделением фаз, водную фазу дел т на два потока, которые подвергают электрохимической обработке в мембранном электролизёре соответственно в катодной и анодной камерах , с последующим смешением раствора из катодной камеры с органической фазой и подачей ее на Экстракцию

Органическа  фаза при необходимости содержит органический разбавитель (инертный по отношению к экстрагенту ) дл  улучшени  гидродинамических свойств органической фазы.

Концентр аци  экстрагента в растворителе может мен тьс  в пределах от 0,05 моль до чистого экстрагента . Однако с практической точки зрени  обычно используют раствор экстрагента 1-2 моль. В случае использовани  экстрагента совместно с синергическим экстракционным агентом, раствор содержит 0,1-2 моль дл  экстраг« нта и 0,1 - 2 моль дл  синергического агента, в результате чего исходна  органическа  фаза содержит уран в окисленном состо нии (YI), а также другие химические вещества в зависимости от существующих условий. Концентраци  урана в органической фазе равна 20 - 3000 .кг на литр фазы (предпочтительно 50 - 500 мг/л).

Водный раствор содержит также окислительно-восстановительный агент дл  перевода урана (YI) в уран (IY), причем агент находитс  в восстановительном состо нии. Элекрохимический потенциал упом нутой окислительно-восстановительной пары в рассматриваемом водном растворе ниже потенциала пары уран (YI) уран (IY) в этом растворителе. Типичный окислительно-восстановительной парой  вл етс  пара железо (IIIжелезо (II). Следовательно, при использовании этой пары водный раствор содержит железо в окисленном состо нии (II). Дл  того, чтобы сместить равновесие реакции между ионами V (YI) и Fe (ll), с одной стороны, и V (IY) и Fe (III), с другой , в направлении предпочтительного получени  ионов V (lY) необходимо , чтобы раствор содержал значительный избыток ионов железа (II) по отношению к ионам урана.

Концентраци  раствора железа в окисленном состо нии (II) 0,5 100 г/л. Концентраци  сильной кислоты в растворе может мен тьс  в широких пределах. Однако на практике с целью получени  максимального использовани  урана в органическом растворе, концентраци  должна быть выбрана с учетом используемой фазы и температуры. Когда сильна  комплексообразующа  кислота, наход ща с  в водном растворе,  вл етс  фосфорной кислотой, ее концентраци  в р.астворе должна находитьс  между 18 и 70% (предпочтительно более 35 вес.%). Раствор может содержать также ионы железа в окисленном состо нии (III)отношение концентрации ионов железа (II) к концентрации ионов железа (III) измен етс  в очень широких пределах. Однако на практике эта величина больше 0,1 (предпочтительно больше 10).

Органическа  фаза, содержаща  уран в окислительном состо нии (YI и вышеописанный водный раствор, приводитс  в контакт в аппарате жидкость - жидкость. Можно осуществить этот контакт в смесител х-отстойниках , в насадочных или пульсирующих колоннах или в любом другом подход щем аппарате, контакт в потоке или в противотоке. Температура во врем  контакта 20 - (предпоч . тительно около 50с), : Отношение расходов органической фазы и экстракционного водного

раствора, вход щего в зону контакта не критично, но оно должно удерживатьс  на возможно высоком уровне дл  того, чтобы можно было извлекать уран в виде концентрированного раствора.

При осуществлении контакта равновесное распределение урана (YI) между органической фазой и водным раствором устанавливаетс  быстро, тогда как восстановление урана (YI) в водном растворе восстановительным агентом  вл етс  медленным. Знание кинетики этого восстановлени  и изотерм равновеси  V (YI) и V (YI) между двум  фазами позвол ет регулировать различные параметры осуществлени  контакта с целью получени  максимального экстрагировани .

После разделени  водна  фаза, выход ща  из зоны контакта, содержаща  ионы V (IY) и окислительно-восстановительны агент, в частично окисленном состо нии, делитс  на дв потока, каждый из которых питает мамбранный электролизер. Первый поток питает катодный отсек  чейки посто нного тока, благодар  чему электролитически восстанавливают окислительно-восстановительный аген Таким образом, при использовании пары железо (III) - железо (II) как окислительно-восстановительного агета , перевод т ионы железа (III) Ыоны железа (II). Затем первый по;ток снова подают в зону контакта с органической фазой дл  того, чтобы образовать замкнутую циркул ционную систему. Перед введением первого потока в катодный отсек электролитической  чейки к нему приливают водный раствор, содержащий сильную комплексообразующую кислоту и ионы окислительно-восстановительной пары в количествах, соответствующих слитым во второй поток, дл  того, чтобы уравновесить баланс веществ. При использовании предлагаемого способа дл  обработки органической фазы, содержащей уран (YI) и форсфорной кислоты, полученной мокрым способом, водный раствор, добавленный к первому потоку, содержит фосфорную кислоту при концентрации , эквивалентной концентрации водного раствора, циркулирующего в замкнутой системе. При использовании в качестве окислительно-восстановительного агента пары железо (III) - железо (II-), железо, дЬбаву1 емое в этот раствор, может быть в виде ионов железа (II) или железа (III) и может происходить на железа , присутствующего в фосфорной ккслоте либр из соли железа (II) или железа (ill), добавленной к этому раствору, либо воздействием на железо фосфорной кислотой.

Второй поток подают в анодную камеру электролизера, причем нгшр жени  в обоих отсеках равны, благодар  чему собирают водную фазу с высокой концентрацией урана в виде урана (У1), содержащую также окислительно-восстановительный агент в окисленном состо нии. Водную фаэу, выход щую из анодной камеры с высокой концентрацией урана (У1)в окисленном состо нии, подвергают последующей физической и химической обработке , дл  извлечени  урана.

В электролизере в качестве мембраны используют пористое вещество {керамику или пластмассу), сделанные пористыми путем спекани  или введени  порообразующего вещества, или Ионообменную мембрану (предпочтительно катионообменную мембрану, состо щую из перфторированного поли мера с группами сульфоновой кислоты ). Анод состоит из графита или металла с электроактивным покрытием титан - сплав драгоценных металлов Катод может быть составлен из платины , свинца, пары титан - сплав драгоценных металлов.

П р и м е р. В раствор, содержащий уран (У1), ввод т органическую фазу, имеющую в качестве и-нертного разбавител  керосин. Эта фаза содержит в концентрации 0,5 моль ди:- (этил-2-гексил) фосфорной кислоты 0,127 моль триоксифосфина, содержание урана (YI) равно 190 мл/л. Дебит фазы равен 5 л/ч. Органичес .ка  фаза при 50°С находитс  в кон|такте с водным раствором 35%-ной фосфорной кислоты, г/л: 0,85; 7,15} уран (lY) 6,62. .

После декантации выход ща  водна  фаза 17 делитс  на два потока один с дебитом 4,87 л/ч второй0 ,13 л/ч.

К первому потоку добавл ют поток состо щий из водного раствора 35%-ной фосфорной кислоты, содержащий В г/л трехвалентного железа с дебитом 0,13 л/ч.

Полученный поток питает катодную камеру мембранного электролизера , мембрану используют из перфторсульфонового полимера. Электролизер содегржит две камеры 7x20 см с плоскими электродами, анод из графита, катод из свинца. Рассто ние от катода до мембраны 3 мм, а от анода до мембраны 3 мм.

Анодна  камера снабжена .перегог родками, расположеннь.1И в шахматном пор дке, позвол ющими удлинить путь электролита и увеличить его скорость, через  чейку пропускают посто нный ток силой 1 А, на клеммах устанавливаетс  напр жение 2 В.

Органическа  фаза после экстракции содержит 18 мг/л урана.

Второй поток после делени  .пита ет катодную.камеру .электролитической  чейки.

Собираетс  35%-ный раствор фосфорной кислоты, содерйсащий ионы, .г/л: Fe- 8f ,94; 0,68.

Потребление электрической энергии в электролитической  чейке, необходимой дл  обработки 1 кг урана , 2 кВт/ч.

Таким образом, согласно предлагаемому способу выигрыш в экономии оборудовани  составл ет 50%, поскольку используют больше одной  чейки электролизера, и, кроме того , исключаетс  все оборудование (резервуар, насосы, канализацию и т.п.), необходимое дл  циркул ции рстворов.

В предлагаемом способе достигаетс  значительна  экономи  исходны материалов, так как нет необходимости вводить посторонние вещества

Концентраци  V согласно предлагаемому способу более высока в сравнении со способом, где используютс  два электролизера, таким образом, производительность выше.

Кроме того, напр жение в электролизере выше напр жени  в одной

 чейке электролизера, так как совокупность анодной реакции соответствует окислению водного г аствора, осуществл емому при высоком анодном потенциале, и приводит к образованию кислорода (катодна  реакци 

в обоих случа х соответствует Fe в ).

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ШЕСТИВАЛЕНТНОГО УРАНА экстракцией его из водного раствора органическим элект- ролитом, состоящим из ди-(этил-2-гексил) фосфорной кислоты и окисла триоктилфосфина в керосине, с последующим введением смеси солей двухт^ и трехвалентного железа в растворе фосфорной кислоты в экстракт и разделением фаз*, отличающийс я тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса при минимальном расходе электроэнергии, водную фазу делят на два потока, которые подвергают электрохимической обработке в мембранном электролизёре соответственно в катодной и 'анодной камерах, с последующим смешением раствора из катодной камеры с органической фазой и подачей ее на экстракцию. '

   I