Экстракция и реэкстракция урана

Экстракция урана из сернокислых водных растворов производится смесью экстрагентов: ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Ди-2-ЭГФК) и трибутилфосфата (ТБФ). Использование смеси экстрагентов обусловлено тем, что определенные комбинации двух экстрагентов экстрагируют извлекаемое вещество лучше, чем каждый экстрагент в отдельности (синергетический эффект).

В качестве разбавителя экстрагентов используется углеводородное сырье.

Процесс экстракции осуществляется в экстракторе - горизонтальном смесителе - отстойнике ящичного типа с механическим перемешиванием, состоящим из 11-ти камер.

Товарный регенерат из отделения десорбции насосами подается в буферную емкость, где подогревается острым паром до температуры 40°С и насосами подается в 4-ю камеру экстрактора. В 9-ю камеру экстрактора насосом из приемного зумпфа подается бедная по урану (после реэкстракции) органическая фаза (органика). Процесс экстракции идет в режиме противотока в камерах с 4-ой по 9-ю. Камеры 1, 2, 3, 10, 11 экстрактора выполняют вспомогательные функции: камеры 2-я и 3-я служат для отмывки насыщенной органики от кислоты; 1-я камера играет роль отстойника для разделения насыщенной органики и промывной воды.10-я и 11-я камеры служат для улавливания органики из маточников (рафинатов).

Отмывка насыщенной органики от кислоты производится предварительно подогретой до 40 °С технической водой, которая подается в 3-ю камеру экстрактора и, после разделения с органикой в 1-й камере, выходит из экстрактора и объединяется с маточниками.

Маточники после отстаивания в 10-й и 11-й камерах экстрактора для дополнительного улавливания органики самотеком поступают последовательно в отстойник, затем в сборник-ловушку органики, откуда насосами подаются для утилизации на выщелачивание. Отмытая от кислоты насыщенная органика из 1-й камеры экстрактора самотеком поступает на реэкстракцию.

Концентрация экстрагентов в органике поддерживается согласно требованиям регламента.

Дозагрузка экстрагентов и разбавителя в процесс производится по мере снижения их концентрации и уменьшения объема органики.

Предусмотрена схема фильтрации органической фазы для выделения гелеобразных коллоидных образований, так называемой "бороды", для чего часть органики отбирается в зумпф и насосами подается на фильтрацию в дисковый пресс - фильтр, после которого поступает в приемный зумпф органики.

Технологические параметры процесса экстракции:

Товарный раствор:

плотность - 1,1-1,12 г/см³;

вязкость - 1,3-1,6 ст.;

кислотность - 110-150 г/л;

Органическая фаза:

плотность - 0,81-0,83 г/см³;

вязкость - 3,5-4,0 ст.

Концентрация экстрагентов:

Ди-2-ЭГФК - 60-65 г/л;

ТБФ - 60-65 г/л.

Расход товарного раствора - 15-30 м³/час;

Расход органической фазы - 12-25 м³/час;

Соотношение орг.: вод. - 1: 1,5;

Насыщение органической фазы по урану - 10-16 г/л;

Содержание урана в органической фазе после реэкстракции - 50-200 мг/л;

Содержание урана в маточнике экстракции - 100-500 мг/л;

КПД ступени - 94-98%.

Реэкстракция урана - процесс снятия урана с органической фазы. Реэкстракция производится раствором бикарбоната аммония с образованием аммонийуранилтрикарбоната (АУТК).

Кристаллизация в процессе твердофазной реэкстракции урана определяется величиной растворимости кристаллов АУТК в карбонатно-солевом растворе.

Условия твердофазной реэкстракции должны быть таковы, чтобы величина растворимости комплекса была не выше 3-5 г/л урана, и образование кристаллов проходило во времени, так как только медленный рост кристаллов обеспечивает размер не менее 10 мкм. Выделение кристаллов АУТК проходит достаточно полно при времени реэкстракции не менее 1 часа.

Реэкстракция проводится в последовательно соединенных реакторах. Отмытая от кислоты, насыщенная органическая фаза из 1-й камеры экстрактора самотеком поступает в головной реактор цепочки реэкстракции. Туда же самотеком поступает раствор бикарбоната аммония (реэкстрагирующий раствор). Полученная в результате процесса реэкстракции, трехфазная смесь (органика, карбонатный раствор, кристаллы АУТК) из последнего реактора самотеком поступает в зону смешения трехфазного отстойника-разделителя фаз. Здесь начинается разделение фаз, которое продолжается затем во всем объеме аппарата.

Органическая фаза из верхней зоны поз.11 поступает в буферную емкость и далее в приемный зумпф органики. Часть органики из, при необходимости, может отбираться для фильтрации в. Органическая фаза насосом возвращается в 9-ю камеру экстрактора.

Карбонатный раствор из средней зоны самотеком поступает в склад химреагентов на доукрепление.

Кристаллы АУТК в виде пульпы из нижней зоны поступают самотеком в снабженный мешалкой сборник, откуда насосами подаются на отмывку от примесей в пульсационную колонну. Отмывка кристаллов ведется в режиме противотока. Пульпа кристаллов АУТК подается в верхнюю часть колонны, а отмывочный раствор, которым является карбонатный раствор из системы пылегазоочистки прокалочного отделения, подается в нижнюю часть колонны.

Кристаллы АУТК, отмытые от примесей, из конуса нижней части колонны поступают в сборник и насосами подаются на обезвоживание в барабанный вакуум-фильтр. Обезвоженные кристаллы АУТК срезаются ножом с барабана фильтра и ссыпаются в приемный бункер прокалочного отделения, фильтрат и верхний слив колонны отмывки кристаллов поступают в склад химреагентов на приготовление реэкстрагирующего раствора.

Реэкстрагирующий раствор готовится в складе химреагентов в емкостях, снабженных мешалками. В напорный бак раствор подается насосами.

Технологические параметры процесса реэкстракции:

Соотношение фаз орг.: вод. - 3: 1;

Карбонатность реэкстрагирующего раствора - 10-12%;

Содержание урана в карбонатном растворе после реэкстракции - 4-8 г/л;

Содержание урана в органической фазе после реэкстракции - 50-200 мг/л;

Расход реэкстрагирующего раствора - 5-8 м³/час;

Время реэкстракции - 30 мин;

Крупность кристаллов - 60-100 мкм;

Влажность кристаллов - не более 20%.

Технологическая схема экстракции и реэкстракции приведена на рисунке, принципиальная аппаратурная схема - на рисунке.

Компоновка оборудования отделения экстракции и реэкстракции приведена на рисунке 1.3.1

Раздел 2. Расчетная часть

 

2.1 Расчет материального баланса процесса экстракции и реэкстракции урановых растворов на ГМЗ ГП "ВостГОК"

 

Исходные данные для расчета: G_АУТК=1 т

Товарный раствор:

плотность - 1,1 г/см³;

Органическая фаза:

плотность - 0,82 г/см³;

Концентрация экстрагентов:

Ди-2-ЭГФК - 60 г/л;

ТБФ - 60 г/л.

Соотношение орг: вод. - 1: 1,5;

Содержание урана в органической фазе после реэкстракции - 100 мг/л;

Содержание урана в маточнике экстракции - 300 мг/л;

Соотношение фаз орг.: вод. - 3: 1;

Содержание урана в карбонатном растворе после реэкстракции - 6 г/л;

Влажность кристаллов - не более 20%.

 

Приготовление экстрагента.

Приход	кг	Расход	кг
ТБФ Д2ЭГФК УВС	1,1 · 10^4 1,1 · 10^4 1,27 ∙ 10^5	Раствор экстрагента	1,49 ∙ 10^5
Итого:	1,49 ∙ 10^5	Итого:	1,49 ∙ 10^5

 

m_ТБФ = 60 г/л · 182,28 · 10³ л = 1,1 · 10⁷ г = 1,1 · 10⁴ кг

m_Д2ЭГФК = 60 г/л · 182,28 · 10³ л = 1,1 · 10⁷ г = 1,1 · 10⁴ кг

m_УВС=182,28 · 10³ л ∙ 0,82 кг/л - 2 ∙ 1,1 · 10⁴=1,27 ∙ 10⁵ кг.

 

Экстракция

Приход	кг	Расход	кг
Раствор экстрагента Товарный регенерат в т. ч. U	1,49 ∙ 10^5 3,0 · 10^5 2816,23	Экстракт (л) в т. ч. U Рафинат в т. ч. U	1,49 · 10^5 2734,2 3,0 · 10^5 82,03
Итого:	4,49 ∙ 10^5 в т. ч. U 2816,23	Итого:	4,49 ∙ 10^5 в т. ч. U 2816,23

 

Объем водной фазы Vв = 273,42 м³

Масса водной фазы m_в = 273,42 · 1,1 г/л = 3,0 · 10⁵ кг = 300, тонн

Масса органической фазы m_о = 182,28 · 10³ · 0,82 кг/л = 149 · 10³ кг = 149 тонн. Масса урана: m_U = 2734,2 кг + 300 · 10^-6 кг/л · 273,42 · 10³ = 2734,2 + 82,03 = 2816,23 кг

Концентрация урана в водной фазе после экстракции

Св = 300 мг/л = 300 · 10^-3г/л

Концентрация урана в водной фазе после экстракции

C_U = 300 мг/л · 273, 42 · 10³ = 10, 3

 

Реэкстракция

Приход	кг	Расход	кг
Экстракт в т. ч. U Раствор	1,49 · 10^5 2734,2 60,76 м^3	Экстрагент в т. ч. U Реэкстракт в т. ч. U	1,49 · 10^5 18,23 800
Итого:	818,23 в т. ч. U	Итого:	818,23 в т. ч. U

 

 

q₁ = влажный продукт

q₂ = чистый АУТК

 

 

200 = 1000 - x

X = 800 кг

M = 522 г/моль

U = 6 г/л

 

UO₂²⁺ + 4NH₄HCO₃ → (NH₄) ₄ [UO₂ (CO₃) ₃] ↓ + HCO₃^-+3H⁺

С_АУТК = 13,17 г/л = 13,17 · 10^-3кг/л

C = 110 г/л = 110/79 = 1,4 моль/л

Vo = 182.28 м³

 

Содержание урана в органической фазе = 100 мл/л

 

m_U = 800 кг + 100 · 10^-6 кг · 182,3 · 10 ³ л = 818,23 кг = 818,23 · 10³ г

 

Объем органической фазы V₀ = 182,28 · 10³

Концентрация урана в растворе Сu = 4,5г/л