5.3.9. Очистка концентратов

В рассмотренных выше процессах извлечения урана из руд получают концентраты в виде U₃O₈ или Na₂U₂0₇. Они содержат 65 – 80 % U₃0₈ и ряд примесей. Для производства урана, используемого в ядерных реакторах, необходимы соединения высокой чистоты. Особенно вредными являются примеси бора, лития, кадмия, лантаноидов, имеющих высокие значения сечения захвата тепловых нейтронов.

Распространенная схема очистки химических концентратов заканчивается получением триоксида урана высокой чистоты, из которого получают тетрафторид урана (рис. 5.5). Схема включает операции:

1) растворение концентрата в азотной кислоте с получением растворов UO₂(NO₃)₂ (200 – 270 г/л);

2) экстракционную очистку, в результате которой получают растворы нитрата уранила.

Дальнейшую переработку очищенных растворов проводят по двум вариантам:

а) из очищенных нитратных растворов путем выпарки кристаллизуют нитрат U0₂(N0₃)₂·2Н₂0. Нитрат термически разлагают при 300 — 400 ^оС, получая триоксид урана U0₃;

б) из нитратного слабокислого раствора, с целью дополнительной очистки, осаждают пероксидом водорода пероксид урана U0₄·2Н₂0. Прокаливанием последнего при 400 — 500 °С получают чистый триоксид урана.

Для экстракционной очистки нитратных растворов широко используют ТБФ, образующий с уранилнитратом дисольват:

UO₂²⁺ + 2NO₃^2- + 2ТБФ = U0₂(N0₃)₂·ТБФ (5.33)

Коэффициент распределения урана D_U уменьшается с увеличением концентрации урана и возрастает пропорционально квадрату концентрации нитрат-ионов и ТБФ. Трибутилфосфат обладает высокой избирательной экстракционной способностью по отношению к уранил-нитрату. Коэффициенты распределения большинства примесей имеют малые значения. Экстракцию ведут из растворов с концентрацией урана 250 - 400 г/л и концентрацией HN0₃ 3 - 5 м/л. Обычно используют 30 - 40 %-ный раствор ТБФ в керосине.

Уран реэкстрагируют из органической фазы слабыми растворами азотной кислоты. Экстракцию проводят в каскаде смесителей-отстойников или в колоннах экстракторах с наложением пульсаций.

Полученные реэкстракты, содержащие 70 - 100 г/л урана (в виде уранил-нитрата), далее поступают либо на осаждение пероксида, либо на выпарку и кристаллизацию уранил-нитрата.