Мазмұны

13.2 Уранды өндіру технологиясы

+ (UO2(SO4)3)4- ⇄ (R4N)4(UO2(SO4)3) + 4NO3- (4.73)
Уран бойынша әртүрлі маркалы шайырлардың толық алмасу сыйымдылығы 1 г құрғақ шайырға 150 - 300 мг уран шегінде болады. Жұмыс сыйымдылығы рН-қа, уран концентрациясына, басқа элементтердің қоспаларына тәуелді. рН = 1-3 аралығындағы 1 г/л уран концентрациясы бар ерітінділер үшін жұмыс сыйымдылығы 40-тан 100 мг/1 г дейін өзгереді.
Уранның шайырдан десорбциясы көбінесе 0,1 М NH4NO3 бар аммоний нитратының 0,9-1М ерітінділерімен жүзеге асырылады. Құрамында 20-60 г/л ураны бар десорбаты алынады (бастапқы ерітіндідегі уранның концентрациясына байланысты концентрлеу дәрежесі 50 - 200). Десорбаттан аммиакпен аз еритін аммоний диуранаты тұндырылады. Диуранатты 650 - 850 °C температурада күйдіру арқылы U3O8 - химиялық концентраты алынады. Аниониттердегі ион алмасу сорбциясы карбонатты сілтілерден уранды алу үшін де қолданылады, олардан карбонатты кешендер сорбцияланады:

4(R4N)NO3 + (UO2(CO3)3) ⇄ (R4N)4(UO2(CO3)3) + 4NO3 (4.74)

Сода концентрациясының 1-ден 10 г/л-ге дейін жоғарылауымен, шайырлардың алмасу сыйымдылығы U3О8 274-тен 190 мг-ға дейін төмендейді. Бұл СО32- иондарының бәсекелестігіне байланысты 1 г шайырға тең. Шайырдан уранның десорбциясы бұл жағдайда натрий нитратының ерітіндісімен жүзеге асырылады. Қышқыл элюирлеуші ерітінділер СО2 бөлінуіне және шайырдың қопсытылуына байланысты қолданылмайды.
Уран концентратын алу үшін элюаттар рН = 3-4 дейін қышқылданады, бұл уранил карбонат кешенінің бұзылуына әкеледі. Содан кейін қышқыл ерітіндіден аммоний диуранаты тұндырылады.
Пульпаны тұндыру және сүзу операцияларын болдырмау мақсатында, ион алмасу сорбциясы пневматикалық араластырғышы бар және шайыр мен пульпаны аэролифтті тасымалдайтын қондырғы каскадындағы пульпада тікелей жүзеге асырылады (4.36-сурет). Сорбция тығыз пульпамен жүргізеді (Қ: С = 1: 1). 0,5 - 1,5 мм дәндері бар механикалық берік кеуекті шайырлар қолданылады, олар кенді пульпадағы бөлшектердің мөлшерінен асып түсуі керек.

1-корпус; 2 - араластыруға арналған аэролифт; 3 – пульпаны тасымалдауға арналған аэролифт; 4 - бөлгіш элемент; 5-шайырды тасымалдауға арналған аэролифт.

4.36-сурет. Пульпадан үздіксіз ион алмасу сорбциясына арналған қондырғы сызбасы:

Тұндырылған ерітінділер үшін (қоюланғаннан және сүзілгеннен кейін) ион алмасу сорбциясының орнына, уранды алу және концентрлеу үшін сұйық экстракцияны қолдануға болады. Күкірт қышқылды ерітінділерден уранды бөлу үшін тиімді экстрагенттер ретінде Д2ЭГФҚ- HR2PO4 және амин тұздары қолданылады. Бұл экстрагенттер керосиндегі ерітінділер түрінде қолданылады, Д2ЭГФҚ ерітіндіде димер түрінде болады. Д2ЭГФҚ экстракциясы катион алмасу механизмі бойынша жүреді:

UO22+ + 2(HR2PO4)2 = UO2(R2PO4)2 × 2HR2PO4 + 2H+ (4.75)

Экстракцияны рН = 0,5-4 ерітінділерімен жүргізуге болады. Негізгі кедергі - Fe3+ иондары, олар Fe2+ дейін алдын-ала тотықсыздандырылады. Уранның қайта экстракциясы органикалық фазаның 10 н. НСl, натрий немесе аммоний карбонатының ерітінділерімен жанасу арқылы жүреді.
Амин тұздары бар күкірт қышқылы ерітінділерінен уранды бөлу - қосылу немесе ион алмасу механизмі бойынша SO2-4 иондарының қышқылдығы мен концентрациясына байланысты жүруі мүмкін:

(R2NH)2SO4 + UO2SO4 = (R3NH)2UO2(SO4)2 (4.76)
(R2NH)2SO4 + [UO2(SO4)2]2- = (R3NH)2UO2(SO4)2 + SO42- (4.77)

Экстракция рН<3 ерітінділермен жүргізеді. Қайта экстракция нитраттар, хлоридтер немесе сода ерітінділерімен оңай жүзеге асырылады.
Аминдердің Д2ЭГФҚ-ға қарағанда артықшылығы - уранға қатысты үлкен селективтілікке ие. Амин тұздарының басты кемшілігі - бөлшектердегі иондардың адсорбциясына байланысты, нашар тазартылған ерітінділерді бөлу үшін қолданылмауы. Сонымен қатар, алкилфосфор қышқылдарын пульпаны экстракциялауда қолдануға болады. Экстракция тұндырғыш араластырғыштардың немесе пульсациялық бағандардың каскадында жүзеге асырылады.
Концентраттарды тазарту
Жоғарыда қарастырылған уранды кендерден алу процестерінде U3O8 немесе Na2U2O7 түріндегі концентраттар алынады. Олардың құрамында 65 - 80% U3O8 және бірқатар қоспалар болады. Ядролық реакторларда қолданылатын уранды өндіру үшін жоғары тазалықтағы қосылыстар қажет. Әсіресе зиянды бор, литий, кадмий, лантанидтердің қоспалары, олардың жылу нейтрондарын ұстау қимасының мәндері жоғары.
4.37-суретте химиялық концентраттарды тазартудың кең таралған сызбасы келтірілген. Соңғы өнім - уран тетрафторидін алуға жұмсалатын, жоғары тазалықтағы уран үшоксиді болып табылады.
Сызба келесі операцияларды қамтиды:
1) концентратты азот қышқылында еріту арқылы UO2(NO3)2 (200-270 г/л) ерітінділерін алу;
2) нәтижесінде уранил нитратының ерітінділері алынатын экстракциялық тазарту.
3) тазартылған ерітінділерді одан әрі өңдеу екі нұсқа бойынша жүргізіледі:
А) булану арқылы тазартылған нитрат ерітінділерінен UO2(NO3)2×2Н2O нитраты кристалданады. Нитратты 300-400 0С температурада термиялық ыдыратып, UO3 уран үшоксиді алынады;
Б) қосымша тазарту үшін нитратты әлсіз қышқыл ерітіндіден UO4 × 2Н2O уран пероксиді сутегі асқын тотығымен