2.7.3. Выщелачивание

Для выщелачивания урана используются серная кислота и карбонатные растворы, в качестве дополнительных реагентов используются окислители: азотная кислота, пиролюзит, кислород воздуха и другие.

Выщелачивание в технологии урана имеет универсальное значение, оно применяется как для руд, не поддающихся физическому обогащению, так и для рудных концентратов после радиометрического, гравитационного, флотационного обогащения, а так же для обожженных урановых руд, спеков. Выбор метода вскрытия урановой руды определяется минералогическим составом руды, причем должны учитываться как минералы урана, так и минералы вмещающих пород.

Чаще применяется кислотное выщелачивание, оно применимо почти ко всем рудам за исключением руд с большим содержанием карбонатов (кальция, доломита, магнезита, сидерита и др.), присутствие которых в руде резко увеличивает расход кислоты. В этих случаях выгоднее выщелачивание растворами соды.

Наиболее трудно вскрываются пегматитовые руды, содержащие титанаты урана и титано-танталониобаты урана. Для их вскрытия требуются концентрированные растворы серной кислоты в присутствии окислителей. Уранинит, настуран (урановая смолка) вскрываются кислотными растворами умеренной концентрации с окислителем.

Вторичные минералы ванадиевой, фосфатной, карбонатной групп легко вскрываются разбавленными растворами кислот без окислителя. Также легко вскрываются разбавленными растворами кислот без окислителя продукты низкотемпературного обжига (400–600оС).

Кислотное выщелачивание урановых руд. Для выщелачивания чаще всего используется серная кислота, так как она самая распространенная, самая дешевая, малолетучая. В простейшем случае, когда в руде уран представлен вторичными минералами, выщелачивание идет по реакции:

UO3+H2SO4 ↔UO2SO4 + H2O.

Четырехвалентный уран вскрывается серной кислотой очень медленно. Для повышения степени его вскрытия и увеличения скорости выщелачивания используются добавки окислителей: азотной кислоты, кислорода воздуха при повышенном давлении, хлората натрия и др. Чаще всего используют самый дешевый окислитель-концентрат марганцевой руды (пиролюзит), содержащий 40–50% диоксида марганца.

Ниже приведена реакция сернокислотного выщелачивания уранинита.

UO2 + 2H2SO4 +MnO2 ↔UO2SO4 +MnSO4 + 2H2O.

Выщелачивание проводят на холоду или при подогреве до 40 - 50оС. Повышение температуры увеличивает расход кислоты. Процесс обычно ведут в непрерывном режиме в каскаде выщелачивателей с механическим или воздушным перемешиванием. К концу выщелачивания значение рН раствора поддерживают в интервале 1-2, что примерно соответствует концентрации свободной кислоты 3 - 7 г/л.

Для рядовых руд расход диоксида марганца составляет 5–20 кг/т. При постоянном составе руды пиролюзит может добавляться к руде перед измельчением. При изменяющемся составе руды для пиролюзита приходится создавать свою линию измельчения. Причем пиролюзит подается не в головной пачук, а в 3–4 пачук, когда из каскада удалятся окисляющиеся примеси (водород, сероводород). Остаточная кислотность определяется упорностью руд и составляет 5–70 г/л H2SO4. Практический расход серной кислоты составляет 20–200 кг/т руды.

Кроме урана, серная кислота вскрывает ряд примесей: оксиды, карбонаты кальция и магния; гематит (Fe2O3). Никель, медь, цинк, титан могут переходить в раствор в виде соответствующих сульфатов.

Сернокислотное выщелачивание характеризуется высокой степенью извлечения урана из руды (90–98%), но низкой степенью обогащения (содержание урана в солевой части раствора примерно в 20 раз больше содержания его в руде, составляя 3–5%). Выщелачивание производится при содержании твердой фазы в пульпе 35–60%, размер частиц руды 0,1–0,3 мм.

После выщелачивания и отмывки твердой фазы от урана сернокислые растворы могут иметь следующий состав (табл. 2.2).

Процесс кислотного выщелачивания проводится при различных температурных режимах:

- выщелачивание при комнатной температуре;

- при повышенной температуре (60–90оС при атмосферном давлении); Длительность выщелачивания при повышенной температуре составляет 3–6 часа против 12–24 часов при низкотемпературном режиме.

Хотя при выщелачивании при комнатной температуре скорости процесса значительно ниже, но получаются более чистые растворы с меньшим содержанием примесей. Это особенно актуально в том случае, когда уран представлен легко вскрываемыми вторичными минералами.

Таблица 2.2. Содержание компонентов в сернокислом растворе

Компо-

нент

U CaO+

MgO

Fe2O3 FeO Al2O3 SiO2 V2O5 P2O5 TiO2 SO2-4 H2SO4
Кон-ция,г/л 0,5-1 2-4 2-5 2-4 1-6 1-2 0,1-5 0,2-1 0,1-0,4 20-40 5-15

Карбонатное выщелачивание урановых руд основано на образовании шестивалентным ураном растворимых комплексов натрия и аммония при взаимодействии с содовым раствором:

UO3 + 3Na2CO3 + H2O↔ Na4[UO2(CO3)3]+ 2NaOH.

Карбонаты кальция и магния практически не затрагиваются, лишь ничтожная их часть переходит в раствор в виде бикарбонатов:

Ca(Mg)CO3 + Na2CO3 + H2O↔Ca(Mg)(HCO3)2 + 2NaOH.

Концентрация бикарбонатов кальция и магния в растворе обычно составляет 0,05–0,06 г/л в пересчете на сумму оксидов.

Концентрация урана в солевой части раствора (без учета избыточной концентрации соды ~20–40 г/л) составляет 30–40%, что на порядок больше, чем при кислотном выщелачивании. Высокая селективность карбонатного выщелачивания является основным преимуществом его по сравнению с кислотным выщелачиванием.

Другие преимущества карбонатного выщелачивания: возможность регенерации соды; малая скорость коррозии аппаратуры; можно применять его к рудам с высоким содержанием карбонатов, обработка которых кислотами не выгодна.

Следует отметить и недостатки карбонатного выщелачивания по сравнению с кислотным:

- необходимость более тонкого измельчения, так как оболочка минералов пустой породы содовыми растворами не вскрывается и поэтому нужно обеспечить обнажение зерна уранового минерала хотя бы в одной плоскости, в связи с чем измельчение ведут до 0,07–0,13 мм в зависимости от вкрапленности;

- меньшая скорость выщелачивания, большая продолжительность процесса.

В качестве окислителя большей частью используют воздух или обогащенный кислородом воздух. Выщелачивание руд растворами соды проводят в аппаратах с механическим перемешиванием при атмосферном давлении при температурах 70 - 90°С или в автоклавах при 115 - 140°С (для руд, содержащих первичные минералы).

<< | >>
Источник: Самойлик В. Г.. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие. 2015

Еще по теме 2.7.3. Выщелачивание:

  1. Окисление двухвалентного железа
  2. Микроорганизмыи геологическая история Земли
  3. ГЕЛБ-ЭЛЕКТРОФОРЕЗ
  4. ПРОНИЦАЕМОСТЬ
  5. Глава 13ЭКСПЕРТИЗА ЖИВОТНЫХ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ, ВЫЗВАННЫХ НЕПРАВИЛЬНЫМ КОРМЛЕНИЕМ, СОДЕРЖАНИЕМ И ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ
  6. Лекция XIVЭкспертиза вещественных доказательств
  7. ГЛАВА 8Введение прикорма
  8. Предметный указател
  9. Глава 2. Распределение, накопление и элиминация токсинов
  10. П. Дедукция материи
  11. I. Дедукция продуктивного созерцания
  12. С. Теория продуктивного созерцания Предварительные замечания
  13. Дополнения
  14. В. Задача: объяснить, как Я созерцает самого себя ощущающим
  15. Объяснение
  16. Решение