Способ переработки уранфторсодержащих отходов
Владельцы патента RU 2303074:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский химический комбинат" (RU)
Изобретение относится к технологии переработки уранфторсодержащих отходов уранового производства. Способ включает получение растворов из отходов, концентрирование растворов путем осаждения урана с последующим растворением осадков в азотной кислоте, экстракционный передел концентрированных растворов с использованием трибутилфосфата в углеводородном разбавителе и осаждение полиуранатов аммония из полученных реэкстрактов. Осаждение урана на стадии концентрирования осуществляют гидроксидом натрия при рН 9-10 и температуре 60-90°С. Техническим результатом является повышение степени очистки урана от фтора путем улучшения седиментационных и фильтрационных свойств осадков на стадии концентрирования. Содержание примесей в порошках октаоксида триурана, полученных из реэкстрактов путем осаждения из них полиуранатов аммония и последующего их прокаливания, не превышало установленных норм. 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к технологии переработки уранфторсодержащих отходов уранового производства.
Известен способ переработки урансодержащих отходов (проливы, растворы от дезактивации оборудования, некондиционные маточные растворы, твердые отходы), включающий растворение твердых отходов в растворах азотной кислоты, смешение полученных растворов с жидкими отходами, фильтрацию растворов, концентрирование «бедных» по урану растворов, экстракционное извлечение урана и его очистку от примесей с использованием трибутилфосфата в углеводородном разбавителе в качестве экстрагента (Майоров А.А., Браверман И.Б. Технология получения порошков керамической двуокиси урана. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с.115-122).
В упомянутом способе концентрирование «бедных» по урану растворов производится упариванием.
При переработке отходов, содержащих фтор, последний разъедает оборудование из стали Х18Н10Т, т.к. обладает высокой коррозионной активностью. При упаривании не происходит очистки растворов от фтора, и направление на экстракционный передел растворов, загрязненных фтором, усложняет экстракционный передел. Для связывания фтора в растворы, направляемые на экстракционный передел, вводят азотнокислое железо, образующее со фтором прочные комплексные соединения. (Ритчи Г.М., Эшбрук А.В. Экстракция. Принципы и применение в металлургии. - М.: Металлургия, 1983, с.285).
Известен способ переработки уранфторсодержащих отходов (Патент РФ №2200992, МПК G21А 9/04, 9/30, опубл. 20.03.2003), принятый за прототип, включающий получение из отходов растворов, стадию концентрирования растворов путем осаждения урана и последующего растворения осадка в азотной кислоте, экстракцию урана из концентрированных растворов с использованием трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, реэкстракцию и осаждение полиуранатов аммония из полученных реэкстрактов.
Концентрирование растворов в способе-прототипе, включающее осаждение урана гидроксидом аммония в виде полиуранатов аммония и последующее их растворение в азотной кислоте, приводит к очистке урана от фтора. Однако очистка недостаточна, т.к. при осаждении гидроксидом аммония образуются мелкодисперсные осадки с низкими седиментационными и фильтрационными свойствами, «захватывающие» фтор из маточных растворов.
Задачей изобретения является повышение степени очистки урана от фтора путем улучшения седиментационных и фильтрационных свойств осадков, полученных при осаждении из растворов на операции концентрирования.
Решение задачи достигается тем, что в способе переработки уранфторсодержащих отходов, включающем получение из них растворов, стадию концентрирования растворов путем осаждения урана и последующего растворения осадка в азотной кислоте, экстракцию урана из концентрированных растворов с использованием трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, реэкстракцию и осаждение полиуранатов аммония из полученных реэкстрактов, осаждение урана на стадии концентрирования осуществляют гидроксидом натрия при рН 9-10 и температуре 60-90°С.
Пример
Азотнокислые растворы урана, подлежащие переработке, были получены в результате смешения растворов от растворения огарков с операции фторирования октаоксида триурана и паст от зачистки оборудования с растворами трапных вод и оросительными растворами системы газоочистки. В результате смешения получали исходный раствор состава: 0,06 моль/л урана, 0,3 моль/л азотной кислоты, 1,05 моль/л фторид-иона, который направляли на стадию концентрирования.
Осуществляли осаждение урана на стадии концентрирования. В реактор осаждения с заданными расходами подавали исходный уран-фторсодержащий раствор и 40%-ный раствор гидроксида натрия при постоянном перемешивании. В зоне реакции осаждения поддерживали рН 9-10 и температуру 60-90°С
Седиментационные и фильтрационные свойства полученных осадков оценивали по коэффициенту фильтрации, скорости и времени седиментации и другим характеристикам, приведенным на чертеже и в таблице 1.
На чертеже представлена зависимость скорости седиментации осадков, образующихся при осаждении на стадии концентрирования, V, мм/мин, от времени седиментации t, мин, для предложенного способа (осаждение гидроксидом натрия) и способа-прототипа (осаждение гидроксидом аммония).
В таблице 1 представлены характеристики осадков, образующихся при осаждении на стадии концентрирования в предлагаемом способе (строки 4-7) и способе-прототипе (строки 1-3).
| Таблица 1 | |||||||||||||
| Осадитель | Температура осаждения, °С | Отношение объема исходного раствора к объему реагента осадителя | Относительный объем осадка, об.% | Коэффициент фильтрации, 10-6 см/сек | Влажность осадка, мас.% | Удельная поверхность, м2/г | Плотность пикнометрическая, г/см3 | Плотность насыпания, г/см3 | Содержание компонентов в осадке, мас.% | Содержание компонентов в маточном растворе, г/л | |||
| через 20 мин | через 24 часа | уран | фтор | уран | фтор | ||||||||
| NH4OH | 20 | 0,5 | 68 | 36 | 1,1 | 75 | 39 | 3,44 | 0,6 | 60,2 | 0,78 | 0,015 | 5,1 |
| NH4OH | 60 | 0,5 | 51 | 26 | 3,1 | 62 | 37 | 3,48 | 0,7 | 60,5 | 0,73 | 0,015 | 5,4 |
| NH4OH | 80 | 0,35 | 38 | 23 | 5,1 | 50 | 31 | 3,55 | 0,95 | 59,5 | 0,53 | 0,015 | 7,6 |
| NaOH | 60 | 10 | 32 | 20 | 10,0 | 55 | 31 | 3,52 | 1,0 | 60,1 | 0,25 | 0,014 | 10,8 |
| NaOH | 70 | 9,8 | 8,8 | 6,6 | 6,5 | 32,4 | 26,3 | 3,66 | 1,01 | 60,3 | 0,13 | 0,015 | 10,8 |
| NaOH | 80 | 9,1 | 7,2 | 6,4 | 5,7 | 31,9 | 25,2 | 3,62 | 1,07 | 58,0 | 0,13 | 0,012 | 10,8 |
| NaOH | 90 | 8,8 | 6,4 | 5,6 | 5,5 | 31,4 | 15,4 | 3,66 | 1,44 | 61,7 | 0,2 | 0,013 | 10,8 |
Из данных, представленных в таблице 1 и на чертеже, видно, что применение гидроксида натрия для осаждения урана на операции концентрирования позволяет увеличить коэффициент фильтрации образующихся осадков, скорость их седиментации, насыпную и пикнометрическую плотность, уменьшить содержание влаги в осадках, удельную поверхность и объем осадка, занимаемого им после декантации. При этом увеличивается степень очистки урана от фтора: содержание фтора в осадках урана уменьшается в 3-5 раз по сравнению с прототипом, а содержание урана в маточных растворах остается на том же уровне, что и в способе-прототипе.
Применение гидроксида натрия на операции концентрирования урана из уранфторсодержащих растворов также позволяет значительно снизить объем образующихся маточных растворов, что облегчает их утилизацию.
Полученные осадки растворяли в растворах азотной кислоты заданной концентрации и направляли на экстракционный передел с использованием трибутилфосфата в углеводородном разбавителе и, далее, на аммиачное осаждение полиуранатов аммония из реэкстрактов урана.
За счет улучшения очистки осадков от фтора на стадии концентрирования на экстракционный передел направляются растворы со значительно меньшим содержанием фтора, чем в прототипе, что облегчает экстракционный передел (требуется меньше азотнокислого железа для связывания фтора).
Применение гидроксида натрия на операции концентрирования отходов не оказывает отрицательного влияния на результаты экстракционного передела. На экстракционном переделе концентрированных растворов урана при соотношении потоков на операции экстракции O:В=1:3 были получены технологические показатели, которые представлены в таблице 2 (строка 1 - способ-прототип, строка 2 - предлагаемый способ).
| Таблица 2 | ||||||||
| № п/п | Содержание в концентрированном растворе, г/л | Содержание урана, г/л | Коэффициент очистки урана на операции экстракции от | |||||
| HNO3 | U | F | Fe | водно-хвостовой раствор | оборотный экстрагент | F | Fe | |
| 1 | 44 | 309 | 12,6 | 6,3 | 0,003 | 0,005 | 250 | 680 |
| 2 | 42 | 300 | 3,1 | 1,6 | 0,0025 | 0,005 | 260 | 680 |
Содержание примесей в порошках октаоксида триурана, полученных из реэкстрактов путем осаждения из них полиуранатов аммония и последующего их прокаливания, не превышало установленных норм.
Способ переработки уранфторсодержащих отходов, включающий получение из них растворов, стадию концентрирования растворов путем осаждения урана и последующего растворения осадка в азотной кислоте, экстракцию урана из концентрированных растворов с использованием трибутилфосфата в углеводородном разбавителе, реэкстракцию и осаждение полиуранатов аммония из полученных реэкстрактов, отличающийся тем, что осаждение урана на стадии концентрирования осуществляют гидроксидом натрия при рН 9-10 и температуре 60-90°С.
