Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время наиболее распространен метод кислотного выщелачивания нормальным раствором серной кислоты как более экономичный и обеспечивающий высокое извлечение урана. Производительность заводов, работающих по схеме кислотного выщелачивания, различна и составляет 500—700 т руды в сутки. Измельчение руды доводится до 0,5—0,2 мм и тоньше. Процесс ведется при температуре 20—800C и продолжается в среднем 12—24 ч при непрерывном перемешивании пульпы.
Карбонатное выщелачивание применяется в случаях, когда в руЯе содержатся примеси, реагирующие с кислотами (например, CaCO3, MgCO3, железо). При карбонатном выщелачивании руда должна быть измельчена тоньше, чем при выщелачивании кислотами.
Различают два способа выщелачивания: перколяционный и агитационный. По первому через неподвижный слой сравнительно крупнокусковой руды, заложенной в емкость (перколятор), просачивается сверху вниз или продавливается снизу вверх выщелачивающий раствор. При агитационном способе тонко измельченная руда и выщелачивающий ее раствор в больших чанах или аппаратах типа пачука перемешиваются обычно воздухом или мешалками, часто с подогревом. Этот процесс можно вести непрерывно. При перколяции же применяется периодическая выгрузка-загрузка и требуется выдержка от нескольких суток до нескольких месяцев. Перколяция проводится в больших бетонных чанах или в кучах, главным образом для дополнительного выщелачивания хвостовых отходов после основного выщелачивания, а также при переработке бедных урановых руд.
На урановых гидрометаллургических заводах применяется преимущественно агитационный способ выщелачивания. Его эффективность в значительной степени зависит от правильного соотношения твердого и жидкого компонентов в пульпе. Обычно при кислотном выщелачивании отношение т: ж в пульпах равно
1:0,8—1:2, при карбонатном — 1:0,8—1:0,4. Из этих соотношений видно, что гидрометаллургические процессы требуют очень большого расхода воды.
Для выщелачивания урановых руд применяются в качестве реагентов серная, азотная и соляная кислоты, сода, бикарбонат натрия и карбонат аммония. Поскольку перерабатываются тысячи тонн руды в сутки, то стоимость процессов выщелачивания в значительной мере определяется стоимостью химических реагентов. Их относительная стоимость, %: серной кислоты 100, азотной 156, соляной 267, соды 150, бикарбоната натрня 198, карбоната аммония 414.
Наиболее дешевые химические реагенты — серная кислота и сода. Соляная кислота и карбонат аммония из-за высокой стоимости применяются редко и лишь при технологической необходимости.
Расход серной кислоты на большинстве заводов составляет 27—50 кг/т руды, а при высоком содержании в руде карбонатов — до 75 кг/т руды. Это значит, что при переработке 3000 т руды в сутки в течение года расходуется до 300 тыс. т серной кислоты.
Для процессов выщелачивания часто требуется окислитель, особенно если содержание UO2 в руде значительно (например, в настуране) и уран должен быть переведен в наиболее растворимую шестивалентную форму. В этом случае серная кислота используется в смеси с азотной (15%), с пиролюзитом MnO2 (2—5% массы руды), нитратом или хлоратом натрия и другими окислителями. Азотная кислота — универсальный окислитель, но из-за относительно высокой стоимости применяется главным образом для выщелачивания богатых урановых руд и рудных концентратов. Современная технология выщелачивания позволяет довести извлечение урана из руд до 95—99% и не ниже 85—90% для наиболее трудных условий.
После выщелачивания пульпа поступает на следующую стадию гидрометаллургической переработки — селективное извлечение из раствора урановых соединений методом сорбции на органических смолах или методом экстракции с помощью не смешивающейся с водой органической жидкости.
В ураноперерабатывающей промышленности проводится непрерывное совершенствование технологии, направленное на снижение капитальных и эксплуатационных затрат на всех стадиях производства. В ряде стран ведется отработка метода кислотного замеса как разновидности кислотного выщелачивания, при котором отпадает необходимость в дорогостоящем тонком измельчении руды и сокращается (на порядок) продолжительность технологического цикла. Сущность метода состоит в том, что грубо размолотая влажная (~*'5%) руда смачивается крепкой серной кислотой в вертикальном вращающемся барабане и после выдержки в течение 2—4 ч концентрированный раствор с уранилсульфатом отмывается водой и отсасывается через слои руды. Достигается извлечение урана 94—96%. Для некоторых сортов урановых руд метод кислотного замеса дает существенное снижение удельных затрат
Рис. 6.7. Автоклав для выщелачивания урана из пульп с электромеханическими мешалками
(на 2—5 дол/т руды). Расход серной кислоты практически такой же, как и при обычном выщелачивании.
В последнее время для интенсификации и удешевления процессов получения концентратов природного урана выщелачивание из обогащенных руд проводят в больших автоклавах (рис. 6.7), работающих под некоторым избыточным давлением с применением парового нагрева (до 140—1500C) и непрерывного механического или воздушного перемешивания пульп. Вскрытне руды в автоклавах резко сокращает продолжительность процесса, снижает расход реагентов и увеличивает извлечение урана (до 96—¦ 98%).
