Выщелачивание урана

Выщелачивание, или химическое концентрирование, урановых соединений является главной и основной операцией гидрометаллургической переработки урановых руд, в значительной мере определяющей технико-экономические показатели процесса в целом. Относительная стоимость процесса выщелачивания составляет 35-50% стоимости всех затрат на гидрометаллургическую переработку, а для бедных руд еще выше.

В зависимости от химического и минералогического состава руд для выщелачивания применяются различные кислотные и щелочные (карбонатные) реагенты. Главная цель этого процесса – селективно (избирательно) вскрыть урановые минералы и получить глубокое извлечение урана из обогащенной руды при оптимальном расходе химикатов и относительно малом времени ведения этого процесса с применением высокопроизводительного и надежного в длительной эксплуатации оборудования. В зависимости от используемых химических реагентов в результате кислотного выщелачивания в растворе образуются уранилнитраты (UO₂(NO₃)₂), уранилсульфаты (UO₂(SO₄)), уранилфосфаты (UO₂(H₂PO₄)), уранилхлориды (UO₂Cl₂), уранилкарбонаты типа натрийуранилкорбанатов (Na₂(UO₂(CO₃)₂) и Na₄(UO₂(CO₃)₃)) и др. Они имеют различную растворимость в воде. Наряду с ураном в раствор попадают и другие компоненты руды: железо, кальций, фосфор, ванадий, мышьяк и пр.

В настоящее время наиболее распространен метод кислотного выщелачивания нормальным раствором серной кислоты как более экономичный и обеспечивающий высокое извлечение урана. Измельчение руды доводится до 0,5-0,2 мм и тоньше. Процесс ведется при температуре 20-80ºС и продолжается в среднем 12-24 ч при непрерывном перемешивании пульпы.

Различают два основных способа выщелачивания: перколяционный и агитационный. По первому способу через неподвижный слой сравнительно крупных кусков руды, заложенной в емкость (перколятор), просачивается сверху вниз или продавливается снизу вверх выщелачивающий раствор. При так называемом агитационном способе тонко измельченная руда и выщелачивающий ее раствор в больших чанах или аппаратах перемешиваются обычным воздухом или мешалками, часто с подогревом. Этот процесс можно вести непрерывно. При перколяции выполняется периодическая загрузка. На урановых гидрометаллургических заводах применяется преимущественно агитационный способ выщелачивания. Его эффективность во много зависит от правильного соотношения твердого и жидкого компонентов в пульпах (т/ж 1:0,8 – 1:2).

Стоимость процесса выщелачивания в значительной мере определяется стоимостью реагентов. Наиболее дешевыми реагентами является серная кислота и сода. Соляная кислота и карбонат аммония из-за высокой стоимости применяются редко и лишь при технологической необходимости. Если содержание UO₂ в руде значительно (например, в настуране), то для процесса выщелачивания требуется более сильный окислитель. В этом случае серная кислота используется в смеси с азотной (15%), с пиролюзитом (2-5% MnO₂), нитратом натрия и другими окислителями. Азотная кислота является универсальным окислителем, но из-за своей 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.

В последнее время для удешевления затрат используют кислотное выщелачивание методом кислотного замеса (для грубого помола руды) и выщелачивание в автоклавах, с механическим или воздушным перемешиванием пульпы.

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 жидкостью.