Получение концентратов чистых соединений и преобразование урана
Применяются различные методы извлечения урана:
· выщелачивание (извлечение) – химический метод (кислотные, щелочные реактивы);
· измельчение, дробление – физический метод;
· электростатический метод;
· флотационный метод (с обжигом для улучшения растворимости).
Руда из рудников измельчается до состояния мелкого песка (мокрого). Суспензию направляют в контур вышелачивания, туда же – кислоту, часто – окислитель, чтобы перевести U в шестивалентное состояние, соединения которого имеют высокую растворимость.
После выщелачивания – разделение жидкой и твердой фаз.
Уран извлекают из раствора методом селективной экстракции.
Селективная экстракция – способность органических растворителей (керосиновый раствор трибутил-фосфата) образовывать с солями урана нерастворимые комплексы.
Таблица 15.1
Месторождения урана и тория
Страна | Форма | Процентное содержание |
Чехия, Словакия, Южная Африка, Канада (Северо-Запад), Австралия | U3O8 уранит, Минералы, Протерозойское залегание | до 1% U3O8 |
США, Габон, Нигер | Песчаники | 0,04–0,25% U3O8 |
Намибия, Гренландия, Аляска, Бразилия | Скальные породы, гранит, базальт | 0,13% |
Индия, Бразилия, США, Египет | Монацит ThSiO4 | до 4,6%–7% по Th |
Реэкстракция – растворение в избытке растворителя и получение концентрированного раствора урана, затем следующие стадии: осаждение урана, обезвоживание, сушка, упаковка, отправка на металлургический завод.
Очистка от примесей, особенно с высоким сечением поглощения нейтронов – 10B, Cd – до нескольких сотых миллионных долей – промилле (ppm) или десятков миллиардных долей пробилле (ppb).
Урановые концентраты растворяют в азотной кислоте – перевод в уранилнитрат. Затем экстракция вновь в керосиновых растворах трибутилфосфата для получения UO2, UO3 или U3O8 высоких концентрации.
Оксиды урана превращают в гексадоторид урана UF6 – наиболее летучее соединение урана, с tкип = tсубл =56,5 °С при давлении p = 0,1 МПа.
Затем используют разделительные элементы, объединение их параллельно в ступени, а ступеней – в каскады.
Противоточный каскад, когда отвал одной ступени – используется в предыдущей ступени (рис. 15.2 б).
а) б)
Рис. 15.2. Схема обогащения урана: а) прямоточный; б) противоточный расход.
Содержание 5U в отвале сегодня до 0,2÷0,3%, требуемое обогащение 4–5%, содержание в природе 5U – 0,7, поэтому сырьевой коэффициент
.
При Xотв = 0,1 →XС = 4÷6. Это означает важность для снижения расхода природного урана и улучшения общей экологии производства энергии на АЭС повышения глубины переработки урана.
В качестве обогатительных ступеней в России используются ультрацентрифужные установки с числом оборотов не менее 100-120 тыс. об/мин. При раскрутке (газ) достигается повышенная (в каждой ступени) концентрации на периферии вращения, в сравнении с .