5.3.8. Извлечение урана из растворов

Растворы выщелачивания обычно содержат 0,5 - 2 г/л урана. Растворы кислотного выщелачивания имеют рН = 1+2 и содержат ряд примесей (соли Fe, Al, Си, Ni, Мп и др.). Для извлечения урана из кислых растворов в настоящее время в основном используют сорбцию на ионообменных смолах. Применяют сильноосновные аниониты, у которых активными группами служат четвертичные аммониевые основания. В сернокислых растворах уран находится преимущественно в составе аниона [U0₂(S0₄)₃]^4-.

Полная обменная емкость смол различных марок по урану находится в пределах 150 - 300 мг урана на 1 г сухой смолы. Рабочая емкость зависит от рН, концентрации урана, примесей других элементов. Для растворов с концентрацией урана 1г/л в интервале рН = 1+3 рабочая емкость колеблется от 40 до 100мг/1 г сухой смолы.

Десорбцию урана со смолы большей частью проводят 0,9 - 1м растворами нитрата аммония, содержащими 0,1 М HN0₃. Получают растворы, содержащие 20 - 60 г/л урана (степень концентрирования в зависимости от концентрации урана в исходном растворе 50 - 200). Из растворов осаждают аммиаком малорастворимый диуранат аммония. Прокаливанием диураната при 650 - 850 °С получают U₃O₈ - химический концентрат. Ионообменную сорбцию на анионитах используют также для извлечения урана из карбонатных щелоков, из которых сорбируются карбонатные комплексы. С увеличением избыточной концентрации соды от 1 до 10 г/л обменная емкость смол понижается от 274 до 190 мг U₃0₈ на 1 г смолы вследствие конкуренции ионов СО. Десорбцию урана со смолы осуществляют в этом случае раствором нитрата натрия. Кислые элюирующие растворы не применяют вследствие выделения С0₂ и разрыхления смолы.

Для получения уранового концентрата элюаты подкисляют до рН = 3+4, что приводит к разрушению уранил карбонатного комплекса. Затем из кислого раствора осаждают диуранат аммония.

С целью исключения операций отстаивания и фильтрации пульп ионообменную сорбцию осуществляют «непосредственно» из пульп в каскаде аппаратов с пневматическим перемешиванием и аэролифтной транспортировкой смолы и пульпы .

Сорбцию ведут из плотных пульп (Т:Ж = 1:1). Используют механически прочные пористые смолы с зернами размерами 0,5 - 1,5 мм, которые должны превосходить крупность частиц рудной пульпы.

Для осветленных растворов (после сгущения и фильтрации) вместо ионообменной сорбции для извлечения и концентрирования урана можно использовать жидкостную экстракцию. Эффективными экстрагентами для извлечения урана из сернокислых растворов являются Д2ЭГФК - НR₂Р0₄ и соли аминов. Эти экстрагенты используют в виде растворов в керосине, причем Д2ЭГФК находится в растворе в форме димера. Экстракция Д2ЭГФК протекает по механизму катионного обмена:

U0²⁺ + 2(НR₂Р0₄)₂ = U0₂(R₂Р0₄)₂·2НR₂Р0₄ + 2Н⁺ (5.30)

Экстракцию можно вести из растворов с рН = 0,5÷4. Основной конкурент - ионы Fe³⁺, которые предварительно восстанавливают до Fe²⁺. Реэкстракцию урана проводят контактом органической фазы с 10н. НС1 или растворами карбоната натрия или аммония.

Экстракция урана из сернокислых растворов солью амина может протекать в зависимости от кислотности и концентрации ионов по механизму присоединения или ионного обмена:

(R₂NH)₂S0₄ + U0₂S0₄ = (R₃NH)₂U0₂(S0₄)₂ (5.31)

(R₃NH)₂SO₄ + [UO₂(SO₄)₂]^2- = (R₃NH)₂UO₂(SO₄)₂ + SO₄^2- (5.32)

Экстракцию ведут из растворов с рН < 3. Реэкстракция легко осуществляется растворами нитратов, хлоридов или соды.

Преимущества аминов перед Д2ЭГФК состоят в большей избирательности в отношении урана. Главный недостаток солей аминов - неприменимость их для экстракции плохо осветленных растворов вследствие адсорбции ионов на твердых частицах. Между тем алкилфосфорные кислоты могут быть использованы даже для экстракции из пульп. Экстракцию проводят в каскаде смесителей-отстойников или пульсационных колоннах.