SU1205778A3

SU1205778A3 - Способ извлечени урана из фосфорной кислоты

Info

Publication number: SU1205778A3
Application number: SU802885203A
Authority: SU
Inventors: Потро Жан-Марк
Original assignee: Рон-Пуленк Эндюстри (Фирма)
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-26
Publication date: 1986-01-15
Also published as: FR2450233B1; BR8001155A; ES488983A1; MA18757A1; CA1147288A; FI800548A; JPS5924732B2; JPS55116627A; EG14374A; IL59457A; EP0015811A1; FI66822B; US4371505A; FI66822C; ZA801108B; GR67215B; FR2450233A1; ATE2947T1; EP0015811B1; DE3062573D1

Description

урана в органической фазе составл ет 20-3000 мг/л, предпочтительно 50- 500 мг/л.

8.Способ по пп,1-7, отличающийс тем, что в качестве водного раствора экстракции третьего цикла используют раствор фосфорной или хлористоводородной кислоты.

9.Способ по п.1, отличающийс тем, что использ уют водны раствор второй экстракции, содержащий ионы железа (И) .

10.Способ по п.9, отличающий с тем, что используют водны раствор второй экстракции с содержанием 0,5-100,-О г/л соединений железа Г О .

1. Способ по пп.1-10, о т л и - чающийс тем, что отношение расхода органической фазы первой экстракции к водному раствору второй экстракции составл ет 20-60,

12.Способ по пп.1-11, о т л и - чающийс - тем, что дополни-тельное окисление урана (IV)до урана iVI) действием перекиси водорода, воздуха или кислорода осуществл ют при повышенном давлении.

13.Способ по пп.1-12, о т л и - чающийс тем, что в качестве органической экстракционной фазы вта рого цикла используют состав органической экстракционной фазы первого цикла.

1

Изобретение относитс к способам извлечени урана из фосфорной кислоты , полученной после выщелачивани урансодержащих руд.

Способ извлечени урана (yi) , содержащегос в сырой фосфорной кислоте , включает в первом цикле обработку очищенной.фосфорной кислоты посредством органической экстракционной фазы дл экстракции урана (Vj) но экстрагирующей мало урана(w) , с последующим разделением фаз; обратную экстракцию полученной органи- ческой фазы, обогащенной ураном (VI)

205778

14.Способ по П.1, отличающийс тем, что отношение расхода водного раствора третьего цикла к расходу органической фазы второго цикла составл ет 0,2-3,0.

15.Способ по П.1, отличающий с тем, что при промьшке органической фазы второго цикла . используют раствор с титром, равным титру водного раствора третьего цикла.

16.Способ по пп.1-15, о т л и - чающийс тем, что количество железа, экстрагируемое в первом цикле водным раствором третьего цикла, равно количеству железа, экстрагируе мому в третьем цикле органической фазой второго цикла.

7. Способ по п., отличающийс тем, что количество, железа, экстрагируемое из органической фазы первого цикла водным раствором третьего цикла, равно количеству железа в растворе,отбираемому из водного раствора после контакта с органической фазой второго цикла.

18. Способ поп.1,отлича- ю щ и и с тем, что рециклиза- цию раствора на стадию осаждени осуществл ют после регулировани титра раствора по ионам карбоната и аммони .

9. Способ по пп.1-18, о т л и - чающийс тем, что процесс осуществл ют в анодной и катодной камерах одного электролизера.

посредством водного раствора вторичной экстракции урана (VJ , содержащего окислительно-восстановительньш агент в восстановленном состо нии, вл ющийс восстановителем урана() в уран (W), с последующим разделением фаз и рециклизацией обедненной ураном органической фазы в стадию экстрагировани фосфорной кислоты; окисление указанного вьпие водного раствора, обогащенного ураном (VJ, за счет чего уран (iy окисл ют в уран (V() и окислительно-восстановительный во втором цикле - обработку указанного вьопе водного раст- вора посредством второй органической фазы экстракции урана(Vf) с последующим разделением фаз, промывку органи ческой фазы, обогащенной ураном ((у) посредством воды или кислоты t последующим отделением очищенной ор- ганической фазы; восстановление урана посредством обработки очищенной органической фазы водным раствором , содержащим ионы карбоната и аммони , благодар чему в водной фазе осаждают аммониево-ураниловый трикарбонат., рециклизацию обедненной ураном органической фазы, истощенной предшествующей экстракцией, при не- :обходимости после восстановлени ее экстрактивной формы. В третьем цикле , в котором водный раствор, получаемый при обратной экстракции в первом цикле, обрабатьшают полностью в анодной камере электролизера с сепаратором под напр жением посто нного тока, собира при этом водную фазу, содержащую уран в виде1 (У1) и окислительно-восста;новительный агент в окисленном состо нии, при необходимости дополн окисление в и (VI) посредством воздействи небольшого количества окислител , и, в случае необходимости вновь регулируют его титр по комплексообразующей кислоте; обрабатывают раствор посредством органической экстракционной фазы второго цикла, затем обрабатьшают полученную водную фазу в катодной камере эле ктролизера С сепаратором под напр жением посто нного тока по рециклизации его в стадию обратной экстракции первого цикла, в результате чего водный раствор циркулирует в. замкнутом контуре между первьЕМ и вторым циклами .

Исходной фосфорной кислотой обычно вл етс сыра фосфорна кислота, |получаема путем обработки фосфатных руд серной кислотой после фильтровани при необходимости после предварительной обработки осветлением и стабилизации относительно органических загр знений и минеральных загр знений , и содержаща уран (VI). В первом цикле фосфорную кислоту подвергают экстракции посредством оргйнической фазы, экстрагирующей уран() .

/

Органическа фаза экстракции этого первого содержит экстрагент

25

05778

ионов урана (yt) , который экстрагирует небольшое количество урана .Гу), Экстрагент такого типа содержит ка- тионные экстрагенты, например моно- 5 диалкилфосфорные, алкилфосфоновые, алкилпирофосфорные, алкилфенилфос- фоновые кислоты, используемые по отдельности или в смеси.

Дл экстракции урана используют

10 смесь ди-(2-этил-гекси )фосфорной кислоты с окисью триоктилфосфина. Смесь может содержать также анионные экстрагенты, например вторичные или третичные алкиламины, не растворимые

15 в воде, и экстрагенты нейтрального 1характера, например триалкилфосфаты.

Органическа экстракционна фаза содержит при необходимости

2 органический разбавитель, инертньй в отношении экстрагентов, дл улучшени гидродинамических свойств органической фазы. В качестве раз- бавител можно использовать многие органические растворители и их смеси , т.е. такие алифатические углеводороды как керосин, ароматические углеводороды, галогенированные углеводороды и петролейные эфиры и т.п. Концентраци экстрагента в разбавителе измен етс от 0,05 М до 100%. Однако обычно используют растворы экстрагента. В случае использовани экстрагента в сочетании с синергическим экстракционным агентом

35 мол рное отношение раствора повышают от 0,1 до 2 дл экстрагента и от 0,01 до 2 дл синергического агента.

Экстракцию исходной фосфорной

кислоты осуществл ют обычным способом в устройстве контактировани жидкость - жидкость. Это контактирование можно осуществл ть в смесител х-отстойниках , в вакуумных колоннах

45 с насадкой или импульсньгх, причем контакт можно осуществл ть пр мотоком или противотоком. Температуру можно измен ть от 20 до , предпочтительно температура около 50°С.

50 Отношение расходов органической экстракционной фазьг к исходной кислоте составл ет 0,2-5.

После разделени фаз Органическа фаза содержит уран в степени 55 окислени (v() (учитьша услови

получени этого раствора, а также другие химические вещества в зависимости от условий ее получени .

30

В частности, фосфорную кислоту и другие анионы и катионы металлов, например АЕ,Ее, Ti,V и т.д. слабой концентрации. Концентраци урана в органической фазе обычно составл ет 20-3000 мг металлического урана на литр фазы, предпочтительно 50-500 мг на литр.

Во второй фазе этого первого цикла органическую фазу, обогащенную ураном (v), привод т в контакт с водным раствором вторичной экстракции , вл ющимс частью третьего цикла.

Водный раствор содержит обычно сильную комплексообразующую кислоту напршчар фосфорную или хлористоводородную , или другие кислоты, или их смеси с тем ограничением, чтобы присутствие этих кислот не вызвало осаждени урана. Водный раствор содержит также окислительно-восстановительный агент восстановлени урана (Vt) в уран (IVJ , причем агент находитс в восстановленном состо нии. Электрохимический потенциал указанной окислительно-восстановительной пары в рассматриваемом водном растворе ниже пары уран (V|j - уран(у) в- указанном растворе. Типичной окислительно-восстановительной парой вл етс пара железо (Ш) - железо(П) . Следовательно; в случае использовани этой пары водный раствор содержит железо в ста пени окислени (). Дл смещени равновеси реакции между ионами урана. СИ) и Fe((i) и урана(у) и Fe (Ш) в направлении, благопри тном дл производства ионов U(W) , необхо- димо, чтобы раствор содержал значительный избыток ионов железа (и) в сравнении с ионами урана. Концентраци железа в степени окислени (ц) в -растворе составл ет 0,5-100 г на литр. Концентраци сапьной кислот в растворе может мен тьс в широких пределах. Однако на практике с целью получени максимального обеднени урана в органическом растворе концен трацию следует, подбирать в зависимое ти от специфики используемых фаз и от температуры, В случае, когда сильна и комплексообразующа кислота водного раствора представл ет собой фосфорную кислоту, ее концентраци в растворе должна находитьс в пределах 18-70%,, предпочтительно

0

5

г

O

ir

5

0

больше 28 вес.% Р, Og. Раствор может также содержать ионы железа в степе ки окислени ()Tj); отношение концент. рации ионов железа (ii) к концентрации ионов железа (JTj) может измен тьс в широких пределах. Однако на практике примен етс величина больше 0,1, но предпочтительно она. должна быть больше 2.

Органическую фазу, содержащую уран в степени окислени (Vlj , и водный раствор йривод т в контакт друг с другом. Температура контактировани составл ет 20-80°С,предпочтительно 5 о С.

Отношение расходов органической фазы к водному экстракционному раствору, вход щему в зону контактировани , следует по.цдерживать как можно более высоким с целью извлечени урана в виде концентрированного раствора, предпочтительно 20-60о Этот интервал не учитьшает возможную внутреннкйо рециклизацию в аппаратуре.

В ходе контактированр равновесие распределеии урана (V) органической фазой и водньм раствором устанавливаетс быстро, тогда как восстановление урана(у в водном растворе посредством ь осстановитель- Ного агента происходит медленно. Зна- ние этой кинетики восстановлени и изотерм распределени урана (Vf) и урана (W) между обеими фазами позвол ет регулировать различные параметры контактировани с целью получени максимального результата экстракции.

После контактировани и разделени фаз обедненную ураном органическую фазу рециклизуют в экстракцию исходной фосфорной кислоты в виде циркул ционного контура, составл ющего первый цикл изобретени ,

Полученна путем разделени водна фаза 5 содержаща ионы урана (SV), окислительно-восстановительный агент в/частично окисленном состо нии полностью подаетс в анодную камеру электролизера с сепаратором под напр жением посто нного тока, в результате чего собирают водную фазу, содержащую уран в основном, в виде урана (И) и/окислительно-восстановительный агент в окисленном состо нии ,

Электролизеры, используемые дл осуществлени предлагаемого способа, представл ют собой известные электро/

лизеры с сепаратором. В качестве сепаратора можно использовать, пористый материал, например керамику, или же пластический материал, пористость которого обеспечиваетс путем спекани или введением порооб разова- тел , или же ионообменной мембраны, предпочтительно использовать катио- нообменную мембрану, состо щую из перфорированного полимера с группами сульфокислоты. Аноды вьшолнены из графита или металла с электроактивным покрытием, а катоды - из различных металлов, например платины, свинца или сплавов. Конфигураци этих электролизеров обьгано плоска с большой . электродной поверхностью и с малым промежутком между электродами. Предпочтительно использовать батарею электролизеров, установленных последовательно в многокамерном устройстве фильтр-прессного типа. В этом варианте реализации питануе катодных камер можно осуществл ть либо последовательно, либо параллельно с целью регулировани расхода жидкости в каждом элементе. Дл способствовани электрохимическим реакци м целесообразно увеличить активную поверхность электродов или же вызвать дополнительное перемешивание растворов посредством набора перегородок . Питание анодных камер осуществл ют также последовательно или параллельно. Кроме того, дл уравновешивани давлений в обеих камерах можно обеспечить рециклизацию выход щего раствора.

Частнь1м случаем предлагаемого спо соба вл етс использование анодных и катодных камер, объединенных с сепаратором под напр жением посто нного тока.

Пример. Неочищенную фосфор-. ную кислоту, получаемую влажным способом , предварительно обработанную путем стабилизации органических и минеральных веществ, содержащую 30 вес.% и 100 мг/л урана (W) при расходе 96 ввод т в экстрактор , представл ющий собой колонну с механическим перемешиванием, куда ввод т раствор 0,5 моль ди-(2-этил- гексил)фосфорной кислоты и.0,125 моль окиси триоктилфосфина в керосине, с расходом А8 , осуществл весь процесс при 50 с.

057788

Органическа фаза, обогащенна ураном,поступает в аппарат вторичной экстракции,в котором поддерживают температуру 55 С.В аппарате вторичной экс5 тракции она контактирует с водным раствором, содержащим: 30 вес.% PjOs; 23,6 г/л ионов железаСи);. 6,1 г/л ионов железа(|Г|) при расходе

10 1,3 .

В аппарате рециклизуют органический поток. Полученный водный поток питает все семь анодных камер бата ) реи электролизеров с мембраной, состо щей из перфтор-сульфополимера. Эти камеры размером содержат плоские электроды из графита и снабжены расположенными в шахматном

2Q пор дке перегородками, позвол ющими удлинить путь электролита и увеличить его скорость. Промежуток между анодом и мембраной 5 мм. Во всех катодных камерах циркулирует фосфор25 на кислота с титром 30% при расходе 1,8 M /ч, из которой высво- бождают водород. Плоские электроды, вьтолненные из Инколо , отсто т от мембраны на 5 мм. К электролизеру прикладьшают посто нный ток 6800 А с устанавливающимс на зажимах напр жением 2,9 В. В выход щий из анодных камер водный поток подают перекись водорода с 70%-ной весовой концентрацией при расходе 0,19 кг/ч, и

получаемый поток, содержащий 7 г/л урана (V() и 30 г/л железа (Ш), поступает в экстракционный аппарат, состо щий из шести смесителей-отстойников , в которых поддерживают

температуру , и выходит дл подачи во все п тнадцать катодных камер батареи электролизеров с мемб- раной из перфтор-сульфополимера. камеры размером I MV м содержат

плоские электроды из свинца и снабжены расположенными в шахматном пор дке перегородками, позвол ющими удлинить путь электролита и увеличить его скорость. Рассто ние

50 между катодом и мембраной 5 мм. Во всех п тнадцати катодных камерах циркулирует фосфорна кислота с содержанием 30% PJ 05 при расходе 1,8 , из которой вьщел етс водо5 род. Плоские электроды из платино- рутениевого сплава на титане отсто т от мембраны на 5 мм. К электролизеру прикладьшают посто нный ток

14700 A при устанавливающемс на зажимах напр жении.2,9 В.

В экстракционный аппарат таклсе ввод т поток с расходом 2,1 органической экстракционной фазы 0,3 моль НВЕНР и 0,075 моль/ТОРО. в керосине. Выход ща органическа фаз поступает в промывочную батарею, содержащую три смесител -отстойника , где промьшаетс потоком с расходом 0,21 воды, выход щей в ви де сильно разбавленного раствора фосфорной кислоты, содержащего 0,75% PfiOs- Промыта органическа фаза поступает в аппарат вторичной экстрак1(ии, состо щий из двух сме- сителей-отстойииков, где приводитс в контакт сводным раствором карбоната аммони 0,5 моль при проходе 100 л/ч и с водным раствором карбоната аммони 2 моль при расходе 4,2 . Истощенную ураном органическую фазу подвергают регенерации в аппарате, состо щем из смесител -отстойника, по- средством водного раствора серной кислоты с концентрацией 25 вес.% при расходе 2,1 м /ч. Собирают проРедактор А.Лежнина

Составитель О.Голыжникова

Техред И.Асталош Корректор И. Эрдейи

8551/62

Тираж 567Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д.4/5

Филиал ПИП Патент, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

10

15

205778 О

мьшочный раствор при расходе 2,2 м /л, титр 10,7 кгМНз/ч,

Водную суспензию фильтруют, маточные растворы рециклизуют, лепешку 5 обжигают с целью получени Uj Og.

Дневной расход установки мощности 300 тыс.т. в год дл обработки фосфорной кислотой, выраженной в , составл ет: железа - ничтожное количество; перекиси водорода при концентрации 70%.на основе КПД электролитического окислени урана 90% - 4,5 КГ1 электроэнергии - 1500 кВт.ч.

В качестве варианта указанного примера можно использовать батарею электролизеров с одйим сепаратором. Камеры размерами разделены мембраной из перфтор-сульфополимера при промежутке между электродом и мембраной 5 мм. К электролизеру при- кладьшают посто нный ток А с устанавливающимс на зажимах напр жением 2,9 В.

20

Дневной расход электроэнергии тогда уменьшаетс до 1020 кВт«.

Claims

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ, включающий экстракцию урана (VI.) смесью ди-2этилгексилфосфорной . кислоты и окиси триоктилфосфина в разбавителе при 25-65°C (первый цикл), реэкстракцию урана (VI) с одновременным восстановлением урана (уз) до урана (IV.) действием железа (II), окисление урана (Ту)до урана (vi) в одной фазе, экстракцию водного раствора органической фазой первой экстракции(второй цикл), разделение фаз, промывку органической фазы, содержащей уран (V£), раствором кислоты и/или воды, восстановление урана раствором карбоната аммония из органической фазы, отделение уранилтрикарбоната аммония и рециклизацию раствора, отличающийс я тем, что, с целью сокращения энергозатрат, окисление урана (]V) осуществляют в анодной камере элект~ ролизера с сепаратором, находящимся под напряжением постоянного тока, с дополнительным окислением урана(7у) до урана(У1) действием перекиси водорода, воздуха или кислорода, полученный водный раствор, содержащий уран (уу) , подвергают вос становлению в катодной камере того же электролизера ( третий цикл), промывку органической фазы второй экстракции осуществляют раствором фосфорной кислоты концентрации 1870 мас.%, не содержащим железо, а затем водой, промывочный раствор объединяют с водным раствором третьего цикла и приводят в контакт с органической фазой для второй экстракции и из полученного водного раствора отбирают количество, необходимое для поддержания постоянного расхода раствора в цикле.

2. Способ поп.1,отличаю щ и й с я тем, что концентрация исходной фосфорной кислоты составляет 20-60 мас.% и содержание урана в ней 30-300 мг/л.

3. Способ попп.1 и2, отличающийся тем, что в качестве органической фазы первого цикла используют раствор вторичных или третичных аминов, предпочтительно трибутилфосфата .

4. Способ по пп.1-3, о т л и чающийся тем, что в качестве разбавителя используют алифатические или ароматические углеводороды, предпочтительно керосин.

5. Способ по пп.1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что концентрация ди-2-этилгексилфосфорной кислоты в разбавителе составляет 0,1-2,0 М,

6. Способ по пп.1-5, о т л и ч βίο щ и й с я тем, что концентрация триоктилфосфина составляет 0,01-

2,0 М.

7. Способ по пп.1-6, о т л и ч а'Й щ и й с я тем, что концентрация .1205778 урана в органической фазе составляет

20-3000 мг/л, предпочтительно SOSOO мг/л.

8. Способ по пп.1-7, отличающийся тем, что в качестве водного раствора экстракции третьего цикла используют раствор фосфорной или хлористоводородной кислоты.

9. Способ по π.1, отличающ и й с я тем, что используют водный раствор второй экстракции, содержащий ионы железа (U) .

10. Способ по п.9, отличающий с я тем, что используют водный раствор второй экстракции с содержанием 0,5-100,0 г/л соединений железа ей) .

11. Способ по пп.1-10, о т л и чающийся тем, что отношение расхода органической фазы первой экстракции к водному раствору второй экстракции составляет 20-60.

12. Способ по пп.1-11, о т л и чающийся- тем, что дополнительное окисление урана ()до урана (VI) действием перекиси водорода, 'воздуха или кислорода осуществляют при повышенном давлении.

13. Способ по пп.1-12, о т л и чающийс я тем, что в качестве органической экстракционной фазы вто рого цикла используют состав органической экстракционной фазы первого цикла.

14. Способ поп.1, отличающийся тем, что отношение расхода водного раствора Третьего цикла к расходу органической фазы второго цикла составляет 0,2-3,0.

15. Способ поп.1, отличающий с я тем, что при промывке органической фазы второго цикла . используют раствор с титром, равным титру водного раствора третьего цикла.

16. Способ по пп.1-15, о т л и чающийся тем, что количество железа, экстрагируемое в первом цикле водным раствором третьего цикла, равно количеству железа, экстрагируе* •мому в третьем цикле органической фазой второго цикла.

17. Способ поп.1, отличающейся тем, что количество, железа, экстрагируемое из органической фазы первого цикла водным раствором третьего цикла, равно количеству железа в растворе,отбираемому из водного раствора после контакта с органической фазой второго цикла.

18. Способ поп.1,отличаю щ и й с я тем, что рециклизацию раствора на стадию осаждения осуществляют после регулирования титра раствора по ионам карбоната и аммония.

19. Способ по пп.1-18, о т л и чающийся тем, что процесс осуществляют в анодной и катодной камерах одного электролизера.