Спосіб виділення урану

1. Спосіб, який включає: a) одержання зразка, що містить уран і кремнезем; b) вилуговування урану і кремнезему зі зразка, з утворенням розчину вилуговування, що містить (і) не менше 100 мг/л SiO2 і (іі) розчинений уран; c) видалення розчиненого урану з розчину з використанням щонайменше однієї сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли, в результаті чого одержують урановий продукт в комбінації із сильноосновною макросітчастою аніонообмінною смолою; і C2 2 92459 1 3 розкривається застосування для виділення урану макросітчастих іонообмінних смол, розкриті Haines слабоосновні смоли піддавалися забрудненню в результаті наростання оксиду кремнію, який необхідно було видаляти, вводячи для цього громіздку додаткову стадію. В результаті цього виникла потреба зробити процес очисної обробки аніонообмінної смоли більш економічним. Проблема, якої стосується даний винахід, полягає в пропозиції способу виділення урану у висококремнеземному середовищі за допомогою сильноосновних макросітчастих аніонообмінних смол без необхідності частої та тривалої очисної обробки, як того вимагає спосіб Haines. Іншою спробою задовольнити потребу в способі виділення урану при високих рівнях кремнезему є застосування сильноосновних гелевих смол. Сильноосновні гелеві смоли легко забруднюються та вимагають тривалого очищення смоли на наступних стадіях. Ця проблема вирішується даним винаходом. При високих вмістах кремнезему сильноосновні макросітчасті аніонообмінні смоли, такі як смоли за даним винаходом, є кращими, тому що вони демонструють прийнятну кінетику адсорбції та елюювання, прийнятну витрату NaOH, a також стабільність характеристик смоли в часі, порівнянну зі стабільністю характеристик сильноосновних гелевих аніонообмінних смол при більш низькій адсорбції кремнезему. Даний винахід представляє спосіб, у якому використовуються сильноосновні аніонообмінні смоли макросітчастого типу, з метою вирішення проблеми забруднення кремнеземом і більш ефективного виділення урану, ніж у способі, в якому використовуються іонообмінні смоли інших типів та з іншими іонними силами. В першому аспекті даного винаходу пропонується: - спосіб, який включає: a) одержання зразка, що містить уран і кремнезем; b) переробку зразка, що містить уран і кремнезем, з утворенням матеріалу, що містить уран і кремнезем, де матеріал містить (і) SiО2 у кількості, більшій або рівній 100мг/л, і (іі) розчинений уран; b) видалення розчиненого урану з матеріалу з використанням щонайменше однієї сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли, в результаті чого одержують урановий продукт в комбінації із сильноосновною макросітчастою аніонообмінною смолою; і c) елюювання та виділення уранового продукту з комбінації стадії b). В рамках уявлень даної заявки вираз «аніонообмінна смола» визначається як поперечно зшиті електроліти, які мають у своєму складі катіонні групи. В число придатних катіонообмінних груп входять (без обмеження винаходу) третинні або четвертинні амонієві групи, асоційовані з рухливими аніонами. В рамках уявлень даної заявки макросітчастими аніонообмінними смолами є аніонообмінні смоли, що мають тверді пори, далі називані «макропорами». Розподіл макропор по частинках 92459 4 аніонообмінної смоли є постійним в часі. Діаметри макропор лежать у межах від декількох ангстрем до багатьох сотень ангстрем. Сильноосновні макросітчасті смоли за даним винаходом характеризуються діаметром макропор від 100 до 400 ангстрем, краще, від 120 до 350 ангстрем, і ще краще, від 150 до 300 ангстрем. Ці макропори з'єднані між собою з утворенням сітки, що проходить від поверхні до центра шару смоли. Завдяки такій структурі зовнішній розчин може вільно протікати через пори сильноосновних макросітчастих смол від поверхні смоли до її внутрішньої частини, не міняючи при цьому іонної сили. Пористість сильноосновних аніонообмінних смол за даним винаходом становить від 0,15 до 0,50мл/мл, краще, від 0,2 до 0,4мл/мл, і найкраще, від 0,25 до 0,35мл/мл. В рамках уявлень даної заявки «сильноосновні» аніонообмінні смоли визначаються як аніонообмінні смоли, що містять четвертинні амонієві функціональні групи. До числа придатних сильноосновних макросітчастих смол за даним винаходом належать (без обмеження винаходу) «Тип 1» або «Тип 2» з рівномірним гаусівським розподілом частинок. Приклади сильноосновних макросітчастих аніонообмінних смол за даним винаходом включають (без обмеження винаходу) функціоналізовані стирол-дивінілбензольні або поліакрилові співполімери, функціональною групою у яких є кватернізована амонієва група. Вміст сильноосновних груп для стирол-дивінілбензолу, що містить кватернизовані амонієві групи, часто перевищує 99%. Приклади сильноосновних макросітчастих аніонообмінних смол типу, використовуваного в даному винаході, можуть бути одержані від Rohm and Haas Company. Приклади цих сильноосновних макросітчастих аніонообмінних смол включають (без обмеження винаходу) смолу Amberlite™ IRA900 СІ, смолу Amberlite™ IRA910U СІ або Ainberlite™ IRA920U СІ та Ambersep™ 920U СІ та Lewatit™ MP600 WS та Lewatit™ MonoPlus MP500 від Lanxess Corporation. В рамках уявлень даної заявки «високі» рівні кремнезему визначаються як середовище, у якому рівень кремнезему в матеріалі, що містить уран і кремнезем, вище або дорівнює 100мг SiO2/л (100ч/млн). Рівень кремнезему в матеріалі за даним винаходом, що містить уран і кремнезем, становить, краще, від 100 до 3000 мг SiO2/л. Традиційно зразки урану можуть видобуватися з шахт у вигляді руди або вони можуть видобуватися у вигляді рідкого лугу. Однак фахівці в даній області можуть передбачити та застосувати в даному винаході й інші традиційні способи витягання зразків урану. Після одержання зразка за допомогою одного чи більше з цих способів зразок повинен бути перетворений на матеріал за даним винаходом, що містить уран і кремнезем. У цьому випадку для утворення зазначеного матеріалу зразок може бути підданий вилуговуванню. Матеріал за даним винаходом включає розчинений уран та SiO2 у кількості, більшій або рівній 100мг/л, але може включати й інші матеріали. Матеріал, якщо він одержаний за допомогою вилуговування зразка, може називатися продуктом вилуговування. В рамках уявлень даної заявки «продукт вилу 5 говування» визначається як продукт, одержаний після того, як матеріал, що містить уран і кремнезем, був підданий операції вилуговування. Продукт вилуговування може находитися в одному чи більше фізичних станах, наприклад, у вигляді твердого, рідкого та колоїдного матеріалів. В одному з втілень продукт вилуговування находиться в рідкій формі. Хоча для одержання матеріалу зі зразка тут описується операція вилуговування, можуть бути використані й інші відомі фахівцям способи, які б дозволили одержати матеріал, що містить розчинений уран та SiO2 у кількості, більшій або рівній 100мг/л. Операція вилуговування може бути здійснена будь-яким з відомих способів, включаючи (без обмеження винаходу) вилуговування in situ, кучне вилуговування та вилуговування партіями. Після вилуговування матеріалу, що містить уран та кремнезем, і одержання розчиненого урану останній повинен бути видалений з матеріалу, що містить уран і кремнезем, з використанням щонайменше однієї сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли. Урановий продукт одержують у вигляді комбінації із сильноосновною макросітчастою аніонообмінною смолою. Ця комбінація визначається як урановий продукт, адсорбований на сильноосновній макросітчастій аніонообмінній смолі. У цьому стані уран вже не є розчиненим. Устаткування, яке можна використати для видалення розчиненого урану з рідкого продукту вилуговування, включає (без обмеження цим винаходу) іонообмінні колонки з фіксованим шаром, іонообмінні колонки із псевдозрідженим шаром, іонообмінні колонки безперервної дії із щільним рухомим шаром, установки типу «смола-у-пульпі» та «смола-у-лузі». Після одержання уранового продукту в комбінації із сильноосновною макросітчастою аніонообмінною смолою остання має бути відокремлена від уранового продукту з одержанням урану як готового продукту. Можуть бути використані традиційні способи відокремлення уранового продукту та 92459 6 виділення готового урану. Один зі способів відокремлення уранового продукту від сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли полягає в елююванні сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли. Придатні реагенти для елюювання уранового продукту із сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли включають (без обмеження цим винаходу) нітрат, такий як нітрат амонію, хлорид, такий як хлорид натрію, та сірчану кислоту. Ці сполуки можуть використовуватися індивідуально або в сумішах. В одному із втілень використовуваним для елюювання урану устаткуванням є система з фіксованим шаром безперервної дії з однією чи більше колонками. Способи, які можуть використовуватися для виділення уранового продукту, включають (без обмеження цим винаходу) іонний обмін, екстракцію розчинником, осаджувальне видобування або їхнє поєднання, наприклад, екстракцію розчинником з наступним осаджувальним видобуванням.Одержаним урановим продуктом є уран, виділений з використанням сильноосновної макросітчастої аніонообмінної смоли. Наведений нижче порівняльний приклад показує, що ця сильноосновна макросітчаста аніонообмінна смола є стійкою до забруднення кремнеземом у середовищі з високим вмістом кремнезему. Приклад Макросітчасту сильноосновну аніонообмінну смолу Amberlite IRA910U СІ та гелеву сильноосновну аніонообмінну смолу Amberjet™ 4400 СІ поміщали в кошики та забезпечували протікання через них протягом восьми місяців відпрацьованого лугу, що містить 150-200ч/млн урану. 20г SO4/л. 1г Fe/л та 500-700 мг/л SiO2 при рН 1,8 у шахті Rossing Uranium Mine, Намібія. Після такого контакту зразки смоли були витягнуті та проаналізовані, а їхня ефективність щодо видобування урану була виміряна та порівняна з ефективністю свіжих смол. У таблиці 1 приводяться характеристики смоли після контакту. Таблиця 1 Позначення зразка IRА910U-зразок 1 IR0А19810U-зразок 2 IRА910U-зразок 3 Jet4400-порівняльний зразок 1 Jet4400-порівняльний зразок 2 Jet4400-пооівняльний зразок 3 У таблиці 1 IRA910U позначає смолу Amberlite™ IRA910U СІ, a Jet4400 позначає смолу Amberjet™ 4400 СІ. Зразки IRA910U - зразок 1 та Jet4400 - порівняльний зразок 1 означають смоли у свіжому стані. Всі інші означають смоли, які були піддані контакту та містять зазначені кількості кремнезему. Зразки оцінювали в такий спосіб: 100мл смоли поміщають у колонку і пропускають через шар смоли синтетичний розчин, що містить 75мг/л урану, 0,24г/л Fe та 24г/л SO4 при рН 1,8 зі швидкістю Загальна ємність (екв/л смоли) 1,1 1,1 1,1 1,6 1,6 1.5 Вологість (%) 56 54 58 43 42,2 41 % SiO2 0 13 20 0 1 8 5 об'ємів шару за 1 годину при кімнатній температурі. Спочатку проводили повне елюювання зразка, так щоб на смолі не залишалося або залишалося дуже мало урану. У першому циклі, смоли виснажувалися подаваним розчином і регенерувалися 13%-ною H2SO4 у кількості п'яти об'ємів шару при швидкості пропущення 1 об'єм шару за 1 годину при кімнатній температурі з наступним заміщенням кислоти трьома об'ємами шару води. Після цього проводився другий цикл, у якому визначалася концентрація урану в витічному пото 7 92459 ці (проскакування) і з розраховували з неї адсорбційну ємність смоли для кінцевої точки 90% концентрації витічного потоку. 8 Одержані в другому циклі результати зібрані в таблиці 2. Таблиця 2 Початкове проскакування урану (мг U3O8/л смоли) 0 4 7 4 9 19 Позначення зразка IRА910U-зразок 1 IRА910U-зразок 2 IRА910U-зразок 3 Jet4400-порівняльний зразок 1 Jet4400-порівняльний зразок 2 Jet4400-порівняльний зразок 3 Як випливає з таблиці 2, смола Amberlite™ IRA910U СІ у свіжому стані дає менше початкове проскакування урану в порівнянні зі смолою Amberjet™ 4400 СІ, але при цьому має також меншу ємність. Зразки 2 та 3 обох смол, які забруд Адсорбційна ємність (г І U3O8/л смоли) 32 29,1 26,5 45,2 37,7 20,0 нені кремнеземом, мали більше проскакування та більш низьку робочу ємність. Зменшення ємності, виражене у проценті (мііосіі порівняно si свіжою смолою, представлене в таблиці 3. Таблиця 3 Зменшення робочої ємності порівняно зі свіжою смолою (%) Зразок 1 Зразок 2 Amberlite™ IRA910U Cl 9 17 Можна зробити висновок, що відносне зменшення ємності смоли Amberlite™ IRA910U СІ було значно меншим, ніж у смоли Amberjet™ 4400 СІ, незважаючи на те, що кількість кремнезему на смолі Amberjet™ 4400 СІ була набагато меншою. Збільшення проскакування наводить на думку, що деяка кількість урану, що надходить, не була виділена, а пішла з витічним потоком (непродуктивний матеріал). Ця кількість урану має бути піддана вторинній обробці з метою його виділення, тому що в противному випадку нона буде загубленою. Ця операція знижує продуктивність установки. Як Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Amberjet™ 4400 Cl 17 56 випливає з таблиці 2. Amberjet™ 4400 СІ - зразки 2 та 3 дають в 2-3 рази більше проскакування урану в порівнянні з відповідними зразками смоли Amberlite™ IRA910U СІ. Таким чином, у цілому забруднена кремнеземом макросітчаста смола Amberlite™ IRA910U СІ дає відносно більш низьке зменшення ємності та менше проскакування урану в порівнянні зі смолою гелевого типу Amberjet™ 4400 СІ, яка в меншому ступені забруднена кремнеземом, ніж смола Amberlite™ IRA910U СІ. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601