6.6 Уранды ерітінділерділерден сорбциялаудың технологиялық нобайлары
Шаймалаудан және катты қалдықты бөлгеннен кейін алынған өндірістік күкірт кышкылдық ерітінділерден уранды бөліп алу технологиясының аппаратуралық жабдықталуы мен ион алмасу сорбциясының технологиялық нобайларын карастырамыз.
Алғаш иондық алмасу уран технологиясында, уранды түссіздендірілген ерітінділерден, яғни сүзуден және шаймалап жуудан өткен ерітінділерден бөліп алу үшін қолданылды. Яғни, бұнда, 6.10-суретте көрсетілген нобай бойынша жұмыс істейтін, шайырдыц белгіленген қабаты бар сорбциялык кұбырлар қолданылды.
6.10-сурет. Мерзімді әрекетті сорбциялық құбырлардың жұмыс істеу нобайы
Сорбция - десорбциялық циклын - кұбырлардағы біртіндеп орындалатын үрдістер кезіндегі өндірістік ерітінділердің айналымының диаграммасы көрсетілген (6.11-сурет).
6.11-сурет. Сорбция және десорбция кезіндегі ерітінділер айналымының нобайы
Белгіленген қабатты шайыры бар сорбциялық құбырларды көптеген шет елдік урандық зауыттарда, соның ішінде байырғы Шинколобве (Заир) зауытында пайдаланды. Мұнда, кұрамында 1% уран бар, бай уран кенін, қышқылдық шаймалау (ҚШ) - сүзу (С) - ерітінділерден сорбциялау (ЕС) нобайы бойынша: тәулігіне 1000т кен өнімділігімен қайта өңдейді. Содан кейін, кұбырларда ерітінділерден уранды сорбциялау, шет елдердің урандык кендерді қайта өндеу бойынша тәжірибелерінде кең қолданыс тапты.
АҚШ-тық 1957 және 1958 ж.ж. қосылған көптеген зауыттары ҚС - КАД - ЕС нобайы бойынша жұмыс жасады, мысалы. Лаки Max Юрейниум (Вайоминг шт.) және Даун Майнинг Форд (Вашингтон шт.) зауыты. Канадалық зауыттарда (Гуннар, Дорадо, Рейрок, Фарадео, Дайно, Бикрофт, Блайнд-Ривер ауданының 11 зауыты) Амберлит IRA - 400 шайырынын қолданылуымен ҚС - С - ЕС немесе ҚС - КАД - ЕС нобайларын қолданады. Бұл зауыттардың нобайларына NaCl+H2SО4 немесе NaNO3+HNO4 көмегімен регенерациялау және регенераттан магний, натрий немесе аммоний диуранатын тұнбаға түсіру енгізілді. Алынған урандық химиялық концентраттарда 50%-ға дейін уран болады. Осыған ұқсас нобайлармен Францияның екі зауыты (Бессин мен Экарпьерде), сонымен бірге Австралияның зауыттары да жұмыс жасады. Австралиялық барлық зауыттар (Рам-Джангл, Мэри-Кетлин және Порт-Пири) күшті негіздік анионит - ағылшын шайыры деацидит -F=F-ң қолданылуымен ҚШ - С - ЕС нобайы бойынша жұмыс жасады.
Швецияда түссіздендірілген ерітінділерден ион алмасу сорбциясын балшықты тақта тастарды күкірт қышқылымен шаймалағаннан кейін қолданады. Регенераттан уранды аммиакты судың көмегімен тұнбаға түсіреді.
Қазіргі уакытта урандық зауыттардың технологиясында, яғни капиталистік елдердің негізгі уран өндіруші зауыттарында, уран өндірісінің жаңа қарқыны мен оның бағасының көтерілуіне байланысты көп нәрсе өзгерді. АКШ, Канада, ОАР, Австралия және Франция зауыттарында әртүрлі жетілдірулерді енгізіп жатыр, сонымен қатар ескірген технологиялық нобайлар жаңа нобайлармен алмастырылып жатыр. Сондай-ақ бір көңіл аударалық жағдай, осы жанартуларда кеңестік уран өнеркәсібінің тиімді технологияларының және оның осы саладағы жетістіктерінің жоғары дәрежеде пайдаланылуы.
Қазіргі кезде АҚШ-та уранды ерітінділерден сорбциялауды бес зауытта колданады. Олардың көбі жер асты және үймелік шаймалаулардан кейін алынған ерітінділермен жұмыс жасайды. Осы зауыттардағы әртүрлі технологиялық жетілдірулер, мысалы, бөлшектеу және соған байланысты тасымалдау операцияларын алып тастау, пластмассадан жасалынған аппаратура мен коммуникацияны кең қолдану, регенератты және т.б. экстракциялық қайта тазалауды енгізу және т.б. Өндірілетін уран шала тотық-тотығының бағасының салыстырмалы түрде төмен дәрежеде болуына мүмкіндік береді.
Осы зауыттардың бірінде (Ширли өзенінің бассейнінде) жаңа ионит - макрокеуекті әлсіз негізді Амберлит ХЕ -270 шайырын қолданады. Ол күшті негізді аниониттермен, мысалы Амберлит IRA -400-бен салыстырғанда уранды бөліп алуға өте сұрыпты және десорбцияны жеделдетеді, сонымен қатар арзан бағалы.
Канадада уранды ерітінділерден сорбциялауды екі ірі зауыт: «Рио-Алгом майнз» және «Денисон майнз» қолданады. Уранға деген сұраныстың өсуіне байланысты бұл зауыттарды кеңейту болжанылуда.
6.12-сурет. «Пинэкл эксплорейшн» фирмасының зауытындағы сорбцияльщ кұбырлардын жүмыс жасау нобайы.
1- ажыратқыш; 2 - тұндырғыш; 3 - ион алмасу кұбыры; 4 - қалдықты ерітінді кендік блоктарға; 5 - шайырды жүктеу; 6 - шайырге арналған аралық ыдыс; 7 - десорбциялау құбыры; 8 - шаятын су: 9 - элюирлейтін ерітіндіні беру; 10 - суды беру; 11 - уранның химиялық концентратын тұндыруға арналған элюат; 12 - қалдықты ерітінділердің шығуы; 13 - өнеркәсіптік суларды жинағыш; 14 - шайырды босату.
Уранды ерітінділерден сорбциялау зауыттарында, 2,1x3,6 және 2,4x4,2 өлшемді, жылжымалы шайыр қабатты кұбырлар (5,6 -8,5 м3 шайыр сыйымды) неғұрлым жиі қолданылады. Шайыр қабатынын биіктігі -1,5-1,8 м.
Уранды ерітінділерден сорбциялау нобайларын қолданған кезде бірнеше технологиялық тізбектер орнатады және де сорбциялау сатысында әрбір тізбекте бірінен соң бірі үш құбырдың жұмыс істеуін камтамасыз етеді.
Жылжымалы шайыр кабатты құбырларды АҚШ-тағы (Маршал-Пасста) «Пинэкл эксплорейшн» фирмасының кішігірім зауытында табысты колдануда. Оның нобайы өте қарапайым. Ерітінділерді жер астылық шаймалаудан кейін анионит ионак А-590 - жылжымалы шайыр қабатты кұбырларда сорбциялауға ұшыратады (6.12-сурет). Ал, қалдықты ерітіндіні кендік блоктарға кері қайтарады. Регенераттан химиялық тұндыру және соңынан кептіру аркылы тауарлық урандық концентрат алады.
Басқа аз қуатты зауыттарда (Испания, АҚШ, Индия, Швеция) жылжымайтын шайыр қабатты сорбциялық құбырларды қолданады.
Кезінде, уранды ерітінділерден сорбциялау ОАР-да өте маңызды орын алды. Алтынды бөліп алу фабрикаларының қалдықтарын кайта өңдейтін 17 зауыт мынадай нобайды пайдаланады: қышқылдық шаймалау, сүзу, Амберлит IRA-200 шайырынде сорбциялау, уранды NH4NO3+HN03 ерітіндісімен регенерациялау, аммоний диуранатын тұндыру. Бұл қызықты, бірақ ескірген технологиялық нобай 6.13-суретте көрсетілген.
6.13-сурет. ОАР зауыттарында уранды бөліп алудың технологиялық нобайы (1953-I960 ж.ж.)
Уранның сорбциясын, болаттан жасалынған, биіктігі 3,65 м және диаметрі 2,13 м белгіленген шайыр қабатты құбырларда жүзеге асырады. Сорбция кезіндегі ерітінділерді өткізу жылдамдығы 300 л/мин-на дейін жетеді. ОАР-ң урандық зауыттарының осы ретіндегі жұмыстарына сәйкес, сорбцияға дейінгі бастапқы ерітінділердің және алынған урандық химиялық концентраттардың құрамы бойынша төмендегідей мәліметтер алынған (6.3-кесте).
6.3-кесте. Урандық химиялық концентраттардың құрамы
Қосылыстары |
Бастапкы ерітінді, г/л |
Концентрат, % |
U3A8 |
0,26 |
94,60 |
SО4 |
42,50 |
0,39 |
Fe2О3 |
6,01 |
1,86 |
MnO |
11,61 |
0,18 |
А12О3 |
1,50 |
1,86 |
SiO2 |
1,10 |
1,92 |
MgO |
3,60 |
0,15 |
CaO |
0,58 |
1,56 |
Осындай нобайды қолданған кезде, табиғи шикізатты комплексті пайдалануға қол жеткізуге болады. Расында да, бұнда уранмен қатар алтынды, күкіртті, марганецті бөліп алуға болады және де аммоний нитратының үрдіске кайтарылуын ұйымдастыруға болады.
Соған қарамастан, бұл нобайды үлкен кемшіліктеріне байланысты кейінгі кезде көп қолданбайды. Үрдістің кемшіліктеріне мыналар жатады: сүзуге арналған күрделі, қышқылға төзімді қондырғыларға жұмсалатын үлкен қаражаттық шығындар (бүкіл қаражаттық шығындардың 25%-ы); сүзу үрдісінің жүзеге асырылуының көп шығындары (бүкіл қайта өндеулер бағасынын 20%-ын құрайды); ерітінділердің толық бөлінбеі және сүзу сатыларында уранның ұстап қалынуы салдарынан уранның көп мөлшерде жоғалуы. Технология және экономика тұрғысынан қарағанда, нобайдың негізгі осалдығы сүзу үрдісін пайдалануға байланысты. Осы себептен кейінгі жылдары, ОАР-дың барлық зауыттары бастапқы технологиядан бас тартты және уранға деген сұраныстың жаңа өркендеуін ескере отырып, өнеркәсіптерді қайта күрды. Алдымен, ерітінділерден сорбциялауды сақтай отырып, регенератты экстракциялық қайта тазалау енгізілді (ОАР-дағы Баффеленфон гейн өнеркәсібінің атымен аталатын «баффлекс» үрдісі), одан соң экстракциялық әдіс («пурлекс» үрдісі) тандап алынды. Тек екі зауытта ғана уранды ерітінділерден сорбциялау нобайы сақталынған. Бірақ та, кейбір мәліметтер бойынша, бұл зауыттарда да технологиялық нобайды неғұрлым жетілдірілген әдістермен алмастыру қарастырылған. Сорбциялық технологияның дамуының келесі сатысы - уранды коймалжыннан ион алмасу арқылы сорбциялау кейінгі кезде АҚШ-тың көптеген зауыттарында ҚШ-ҚС нобайын пайдалана отырып колданылады (қоймалжыннан сорбциялау).