Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
В качестве сорбентов используются смолы в двух формах: анио-нитной и катионитной. Для сорбционных процессов в урановой промышленности и цветной металлургии в СССР и за рубежом созданы высококачественные анионообменные смолы разных марок, обладающие полной нерастворимостью в воде, химической устойчивостью, прочностью и высокой ионообменной емкостью (например, иониты типа амберлита, дауэкса, АН2Ф — в США; AM, АМП, АМК, АФИ и др. — в СССР).
Средняя емкость смолы анионитного типа по урану составляет 30—40 кг/м3, полнота извлечения урана из раствора достигает 98— 99%. На 1 м3 загруженной смолы получается 12—23 кг урана в сутки, что позволяет переработать до 40 т руды в сутки (при содержании урана в руде '-4),05%). Смола считается насыщенной ураном, когда его концентрация в выходящем растворе (фильтрате) сравняется с исходной. Степень насыщения смолы ураном зависит от продолжительности контакта, от состава и количества прошедшего через смолу раствора.
По истечении некоторого срока смола «отравляется» — насыщается некоторыми несмываемыми химическими соединениями, теряет свою сорбционную емкость и требует замены.
В СССР эффективное развитие и широкое промышленное применение получила весьма прогрессивная технология * непрерывного бесфильтрационного процесса сорбции урана из плотных тон-коизмельченных (до 0,15 мм) пульп (т:ж = 1 :1) в аппаратах типа пачука специальной конструкции, работающих по противоточной схеме с пневматическим перемешиванием пульпы и смолы. Аппараты имеют высокую производительность: на 1 м2 поверхности разделительной сетки можно за 1 ч отделить 50—100 т рудной массы, что в 100 раз больше, чем при обычной фильтрации. Сорбция из пульп позволяет совмещать операции по отделению твердой массы от раствора, концентрирование и очистку от примесей. Необходимое количество сорбционных аппаратов соединяют последовательно в технологическую цепочку (см. рис. 6.9), что обеспечивает высокий коэффициент извлечения урана.
Внедрение непрерывного процесса сорбции из плотных пульп явилось крупным достижением советской науки и техники. Оно позволило в 2—3 раза снизить энергозатраты и расход воды, в 3—4 раза повысить производительность труда, сэкономить сотни тысяч тонн химических реагентов и увеличить мощность предприятий. Эта технология открыла доступ к эффективному и комплексному ис-
* Разработка ВНИИХТ под руководством акад. Б. Н. Ласкорина.
Na,CO
Иониты ' СГ-1,АМ,АМП
HNO3
NaNO3
NaCl
-Ионит
Руда
_f
Дробление и измельчение 100%-ЮОтш
±
-H2StVMnO*
Выщелачивание (при обычной температуре, при нагредании,вавтоклавах,
спрбциоииое)
1
Сорбция из плотных пульп
Ионит 1_і
Пульпа
Десорбция
T
Издесткование
Тодарный регенерат
L
- в хдостохрашще
Перечистка (сорбциониая, ^ экстракционная]
Конечный продукт
Рис. 6.10. Технологическая схема сорбционной переработки урановых руд
пользованию! бедных урановых руд. Эффективность сорбции из пульп значительно возрастает при совмещении сорбции и выщелачивания. На рис. 6.10 приведена технологическая схема сорбционной переработки урановых руд в СССР.
Процесс вымывания урана с поверхности смолы называется десорбцией, или элюированием. В качестве промывочной жидкости предпочтительно использовать нейтральные или щелочные содовые растворы. Широко применяется подкисленный водный раствор поваренной соли.
При десорбции урана стремятся иметь минимальный объем промывочного раствора, чтобы получить наиболее концентрированный по содержанию урана раствор — элюат. Из элюата уран выделяется в виде концентрата аммиаком, щелочью или окисью магния. Если в элюате много железа, его сначала обрабатывают известью. Однако в результате всех этих и предшествующих операций урановый регенерат загрязняется различными примесями (табл. 6.9). На ряде заводов элюат подвергается экстракционной перечистке, что обеспечивает получение концентрата высокой чистоты (95—96% U3O8) и снижает в последующем расход химических реагентов. Цикл десорбции смолы обычно короче по времени, чем цикл сорбции.
Таблица 6.9. Состав сернокислых рудных растворов и полученных из них сорбциоииым методом концентратов урана
I вариант
II вариант
Компонент
В рудном
В концентрате,
В рудном
B концентрате.
растворе, г/л
%
растворе, г/л
%
U3O8
0,26
7бо40
0,26
94,00
Fe2O3
10,15
15,44
6,01
1,86
Al2O3
2,00
0,32
1,50
0,36
SiO2
1,90
2,17
1,10
1,62
SO4^
59,40
0,32
42,50
0,30
MgO
4,10
0,84
3,60
0,15
CaO
0,75
0,76
0,58
1,55
MnO
11,48
0.С9
11,61
0,18
Из элюата уран осаждается в две стадии с использованием извести и окиси магния. Примерный состав конечного продукта следующий: 87% U3O8; 2—2,5% Na; 5,6% H2O; 0,2% V2O5. Обычно основная масса урана сорбируется за 5—10 мин, а равновесие устанавливается через 40—60 мин. Число ступеней сорбции, требующееся для получения сбросного (по содержанию урана) раствора, определяется различными параметрами.
