6.7 Кендік қоймалжындардан уранды сорбциялық бөліп алу

Ионитпен беттескен кезде кендік коймалжыңдардағы еріген уран мөлшерлі түрде бөлініп шығады. Уранды қоймалжыннан сорбциялаудың көптеген заңдылыктары ерітінділерден сорбциялауға ұксас. Бөліп алу үрдісі мынадай шарттарда неғұрлым тиімді: коймалжында уранның максималды мүмкін концентрациясы болғанда; қышқылдың (немесе карбонаттың) минималды косымша мөлшері болғанда; ерітіндіде тұздардың («фондық қоспалардың») минималды мөлшері болғанда. Алайда, уранды коймалжыннан сорбциялаудың бір ерекшелігі, шаймалау кезінде ионитті қоймалжынға енгізген кезде, әдетте уранның қатты қалдықтан ерітіндіге, одан кейін ионитке қосымша бөлініп шығуы байқалады. Бұл құбылыс - қатты фаза мен ерітінді арасындағы тепе-теңдіктің ығысуымен ғана емес, мынадай кері факторлардың, мысалы, кері тұндыру, қабаттаса тұну, окклюзия және уранның кендік қалдықпен сорбциялануы әсерінің ең төменгі мәнге дейін төмендетілуімен шартталған. Осылардың бәрі шаймалау үрдісін еріткіштің төменгі концентрацияларында жүзеге асыруға, иониттің неғұрлым жоғары сорбциялық сыйымдылығына қол жеткізуге және сүзу үрдісін ығыстыра отырып, шаймалау және сорбциялау операцияларын біріктіріп, жеделдетуге мүмкіндік береді.

Анионит ЭДЭ-10П қатысында, шаймалау кезінде уранды бөліп алудың әсері 6.14-суретте көрсетілген.

Алғаш бүндай «сорбциялык шаймалаудың» әсерін 1953 жылы кеңес ғалымы, академик Б. Н. Ласкорин анықтап, толық зерттеген. Кейіннен, бұл сорбциялық шаймалау принципі сорбциялық технологияны қолданатын өнеркәсіптер жұмысының тәжірибесінде кеңінен қолданылды. Кендік коймалжындардан уранды сорбциялаудың айрықша ерекшеліктері бұрыннан белгілі. Алайда, бұндай үрдістің іс жүзінде жүзеге асырылуы - аппаратуралық жабдыктаудың тиімді ұйымдастырылуының қиындыктарымен байланысты.

а) б)

6.14-сурет. Сорбциялық шаймалаудың әсерінің бөліп алу ұзақтығына (а) және ортаның рН-на (б) тәуелділігі.

Кендік коймалжындардан сорбциялау үрдісінің негізгі сипаттамалары: иониттің бір уакытта жүктелуі; иониттің 1т кенге шығындалуы; өнімділік бірлігіне аппаратураның көлемі; десорбциялық ерітіндінің (тауарлы регенераттың) шығымы, иониттің сорбциялық сыйымдылығы. Бұдан, осы көрсеткіштердің басым бөлігі 1т кенге есептелінгендегі қоймалжынның шығынына байланысты екендігі айқын көрінеді. Осыған байланысты, технологтар коймалжын көлемін азайтуға, не онын тығыздығын ұлғайтуға тырысады. Бірақ ион алмасу сорбциясының алғашқы кезеңінде көбіне сұйытылған коймалжындармен жұмыс жасады және сонымен қатар олардың құрамындағы кұмды фракцияны аластатуға тура келді.

6.7.1 Уранды қоймалжыңнан cорбциялаудың шет елдік тәжірибесі

Уранды коймалжыннан сорбциялаудың американдық тәжірибелері сәйкес аппаратуралық қондырғыларды тандаудың үш сатысын кұрайды:

1. Механикалық араластырғыштарда, соңынан қаныққан ионитті бөлу және десорбциялау арқылы сорбциялау. Бұл үрдіс өнімді, бірақ шайыр шығыны көп. Сондықтан кейінгі кезде қолданылмайды.

2. Сұйық қоймалжындардан торлы контейнер-жәшіктерге араластырылған шайырлармен сорбциялау (контейнерлік әдіс). Кенді шаймалағаннан кейін, жәшіктерді қоймалжында сілкілейді. Үрдіс өте тез жүреді және уранның негізгі массасы 10 минут аралығында сорбцияланады. Алайда, сорбция неғұрлым толық жүру үшін біршама беттесу сатылары, яғни шайырдың қоймалжынмен беттесулері кажет, мысалы 6-7 сорбциялау сатысы және де соншалықты десорбциялау сатысы (6.15- сурет).

6.15-сурет. Американдық зауыттарды уран концентраттарынын алынуының технологиялык нобайы

Үрдістің кейбір көрсеткіштері:

1 ваннадағы шайыр көлемі - 57 л

Көлемдер қатынасы қоймалжын/шайыр =6:1

Уран бойынша сыйымдылық - 50 г U₃0₈/1 л шайырға

Жалпы канығу уақыты - 3 сағат.

Десорбент- 0,9 М NH₄NO₃+0,lMHNO,

Уранның бастапқы ерітіндідегі концентрациясы - 0,5 г/л; рН=1,5

Уранның регенераттағы концентрациясы - 8 г/л

Регенераттан 70-80% уранқұрамды, бірак ванадий, темір және фосформен ласталған химиялық концентрат аммиакпен тұнбаға түсіріледі.

Пайдаланылған екі жылдың ішінде шайырдың шығыны 25%-ды құрады, ал оның сыйымдылығы осы уакыттың ішінде 10% төмендеді. Бір қарағанда бұл көрсеткіштер жаман емес сияқты, алайда бұл әдістің кемшіліктерін де ескеру кажет, оған жататындар: сілкілеуге арналған механизмдердің күрделі кинематикасы; нашар араласу және жәшіктердің ішінде диффузия жүруі; қоймалжындағы қатты заттын 10%-дан артық болмауы; шайырдың қатты үйкелмеуі үшін құмдарды аластатудың қажеттілігі; бүкіл үрдістің көп кезенділігі, аппаратура масштабын ұлғайтудың қиындығы. Соған қарамастан, уранды коймалжыннан сорбциялаудың контейнерлік әдісі АҚШ-тын урандық зауыттарында кең колданылады. Қазіргі уакытта оны біршама өзгерген түрде Блюуотердегі ірі зауытта (Нью Мексика шт.) пайдаланады, ал кейбір басқа зауыттарда ол, механикалық араластырғышы бар аппараттарда неғұрлым тығыз қоймалжыңнан үздіксіз, кері ағынды сорбциялаумен алмастырылған. Блюуотердегі зауытта 0,25 - 0,60% уранқұрамды, құм типті кендерді кайта өндейді.

Кеннің құрамында аздаған молибден және ванадий бар және оларды бөліп алу әдістің тиімділігін төмендетеді.

Шаймалаудан кейін ерітінділерді 14 контейнерлі аппараттарға сорбциялауға жібереді. Әрбір аппаратта қабырғалары -12 м, кубтік пішінді болаттан жасалған 10 контейнер орналасқан. Олардың торлары пластиктен даярланған. Сорбент қызметін түйіршіктерінін ірілігі - 65-95% +20 қап күшті негізді анионит атқарады. Шайырдың уран бойынша сыйымдылығы 70 г/л-ді құрайды. Десорбцияны NaCl және H₂SО₄ ерітінділерімен жүргізеді. Уранның элюаттағы мөлшері -10 г/л-ге жуық. Соңғы өнімнің құрамы, %: U₃О₈ 87; Na 2-2,5; Н₂О 5,6; CO₃^2- 0,65; V₂O₅ 0,20.

Джеффри-Ситидегі «Вестерн Ньюклеар» фирмасының зауытында (қазіргі уақытта үш есе ұлғайтылған) 1966 жылдың өзінде, контейнерлік әдіс механикалық үгіткіштерде үздіксіз кері ағынды сорбциялаумен алмастырылған.

Яғни, жалпы қорытқанда, контейнерлік аппараттарды қолданудың тәжірибелері оның түссіздендірілген ерітінділерден сорбциялау әдістерімен салыстырғанда ешқандай айырмашылықтары жоқ екендігін көрсетті. Сол себептен бұл әдіс тиімсіз болып танылды.

3. Уранды коймалжындардан өлшенілген ионит қабатты аппараттарда сорбциялау. Бұндай аппараттардың жұмыс жасау принципі мынаған негізделген: алдымен қоймалжынды аппараттың төменгі бөлігіне бөлгіш арқылы, ионит қабатын «қозғалтуды» қамтамасыз ететін жылдамдықпен жібереді. Уранды коймалжыннан мөлшерлік бөліп алу үшін әдетте, 5-8 бір-біріне жалғанған аппараттарды қолданады. Бұл әдіс, жеткілікті сұйытылған қоймалжындарды қайта өндеген кезде (Қ:С=1-8, 1:20) қанағаттанарлық нәтижелер береді.

Осындай типтес аппараттардың бірнеше түрі бар, мысалы, «Инфилко» типті, пульстік қабаттарда сорбциялауға арналған аппараттар және т.б. «Инфилко» типті аппаратта уранның үздіксіз кері ағынды сорбциясы жүзеге асырылуы мүмкін. Шайыр мен қоймалжын пневматикалық әдіспен араластырылады. Аппараттарда, шайыр мен қоймалжынды бөлуге арналған тұндырғыш камера қосалқы қондырылған. Тұнған шайыр аэролифтпен келесі сатыға беріледі, ал қоймалжын, келесі аппаратқа түседі. Шайыр мен коймалжынның жаксы бөлінуі үшін ұяшықтарының өлшемі 60 қап иірімді бөлгіштер пайдаланылады. Әдетте сорбцияны 6-8 сатыда, ал десорбцияны 7-14 сатыда жүргізеді. «Инфилко» аппараттарында неғұрлым ұсақ түйіршікті шайырды колданады, өйткені ол арзанырақ, төзімді және ірі түйіршікті шайырға карағанда тиімді. Әрбір сатыдағы сорбция мен десорбцияның ұзақтығы сәйкес 18-20 және 25-30 минутты құрайды.

Бұл әдіс, контейнерлік әдіспен салыстырғанда неғұрлым үнемді, өйткені бұндай жағдайда тығыздығы жоғары (контейнерлік әдіспен салыстырғанда катты заттың мөлшері 25-30%-ға дейін жетеді) қоймалжынды қайта өндеуге болады, сонымен қатар, шайырдың жүктелуі 2-3 есе төмен.

Алайда, бұл аппараттарды қолдану уранды жоғары тығыздықты коймалжындардан сорбциялауға мүмкіндік бермейді.