Мустафаев Рустем Юсуфович
студент группы ОПИ-Р-05
Московский государственный горный университет
В процессе подземного выщелачивания (ПВ) урана продуктивные растворы, поднятые на поверхность из откачных скважин, поступают для ионообменного извлечения урана на противоточные сорбционные напорные колонны типа СНК, работающие при восходящем потоке движения растворов, маточные растворы из которых после подкисления серной кислотой направляются в закачные скважины. Насыщенная ураном ионообменная смола поступает на цепочку регенерации, состоящую из противоточных десорбционных напорных колонн типа ДНК, работающих при восходящем потоке движения растворов.
На цепочке регенерации используется нитратная десорбция, которая проводится растворами, содержащими 70-80 г/л нитрат-иона мри избыточной кислотности 25-30 г/л.
Один из вариантов технологической схемы приведен на рис 1.
Недостатками данной схемы являются:
узел регенерации содержит цепочку из нескольких колонн: колонну отмывки от песков и илов; колонну донасыщения смолы товарным регенератом; 3 или 4 колонны нитратной десорбции; 1 или 2 колонны денитрации; колонну отмывки от транспортной влаги;
получаемый товарный регенерат имеет содержание урана 25-35 г/л при избыточной кислотности 20-25 г/л;
суммарная загрузка ионообменной смолы на цепочку регенерации составляет 300-350 м3.
В мировой практике для снижения затрат на получение товарного десорбата возможны два пути: совершенствование технологии и повышение производительности при существующей технологии за счет применения оборудования непрерывного действия. В настоящее время преимущество имеют аппараты без движущихся частей внутри реакционной зоны, полностью герметичные, с высоким съемом продукта с единицы рабочего объема и низкой энергоемкостью.
Наибольший эффект дает сорбционно-десорбционный контур-колонна СДК. В одном из вариантов исполнения колонна СДК прошла промышленные испытания при проведении кучного выщелачивания урана из руд месторождения Семизбай.
В зоне регенерации колонны СДК использовалась сернокислотная десорбция, которую проводили растворами, имеющими избыточную кислотность 180-200 г/л.
Недостатками данной схемы работы колонны СДК являются:
достаточно высокое остаточное содержание урана на отрегенерированной смоле – 3-4 кг/т;
получаемый товарный регенерат имеет содержание урана 40-60 г/л при избыточной кислотности 170-190 г/л;
высокая кислотность получаемого товарного регенерата (160-190 г/л) ведет к увеличению расхода осадителя (углеаммонийных солей) с 2,5 до 6,5-7,0 кг/кг урана на следующей стадии осаждения урана;
ввиду высокой кислотности товарные регенераты химически агрессивны, что ведет к повышенной коррозии оборудования.
В НАК «Казатомпром» была поставлена цель сочетать положительные характеристики работы аппаратов с различным направлением движения растворов и наиболее эффективный способ десорбции урана со смолы. К основным задачам относились: уменьшение капитальных затрат на основное оборудование, ионообменную смолу, снижение объемов строительно-монтажных работ, а также эксплуатационных расходов при получении качественно более технологичной продукции. В разработанном варианте, принципиальная схема которого представлена на рис. 2, для переработки продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания урана используется связка колонн различного типа:
на сорбции - колонна СНК, работающая в противоточном режиме в восходящем потоке раствора;
на регенерации - противоточный аппарат типа сорбционно-десорбционная колонна СДК, работающая в нисходящем потоке движения растворов; при десорбции урана со смолы использованы нитратные растворы.
Рис. 1. Технологическая схема совместной работы колонн СНК и СДК
Рис. 2. Технологическая схема совместной работы колонн СНК и СДК
Продуктивные растворы подаются на сорбцию урана в нижнюю часть напорной сорбционной колонны СНК. Колонна работает в автономном режиме, осуществляется противоточное движение растворов по отношению к движению ионообменной смолы. Маточники сорбции выводятся из верхней части колонны через дренажные кассеты и после доукрепления серной кислотой подаются в закачные скважины. По мере насыщения сорбента ураном колонна СНК останавливаетсядля выгрузки насыщенного сорбента и загрузки отрегенерированного. Насыщенный сорбент поступает в напорный бункер колонны СДК.
В процессе работы аппарата СДК сорбент, объем загрузки которого составляет 70 м3, проходит последовательно ряд зон, соответствующих следующим процессам (рис. 3):
донасыщение - сорбция урана из продуктивного раствора и части товарного регенерата;
донасыщение - сорбция урана из товарного регенерата;
нитратная десорбция урана со смолы;
отмывка от исходного десорбирующего раствора (причем в двух последних зонах используется нисходящее движение растворов).
Отрегенерированная смола направляется в напорный бункер колонны СНК.
Рис. 3. Принципиальная схема работы колонны СДК
В разработанной схеме реализовано совмещение работы аппаратов с различным направлением движения растворов; исключена процедура отмывки смолы, вместо которой введены две стадии донасыщения смолы; использован ранее не применявшийся на аппаратах типа СДК нитратный способ десорбции; заменены операции денитрации и отмывки смолы на процедуру отмывки смолы от десорбирующего раствора маточником сорбции. Основные достоинства данной схемы заключаются в том, что:
выпуск продукции с единицы рабочего объема колонны СДК в несколько раз выше, чем на колоннах обычного типа – ДНК, ПИК и др.;
в одном аппарате обеспечивается ведение нескольких технологических процессов: две стадии донасыщения, десорбция, отмывка;
снижается остаточное содержание урана в отрегенерированной смоле;
товарные регенераты имеют более высокое содержание урана;
на дальнейшей стадии осаждения урана из товарных регенератов снижаются удельные расходы осадителей.
Разработанное аппаратурно-технологическое оформление процесса извлечения урана из продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания урана реализовано на опытном участке месторождения Акдала.
Список литературы
Захаров Е.И., Рябчиков Б.Е., Дьяков В.С. Ионообменное оборудование в атомной промышленности. – М.: Энергоиздат, 1987. – 248 с.
Ионообменные процессы. Теоретические основы, расчет и аппаратурное оформление / Под ред. Н. П. Фигуровской. – Куйбышев: Изд-во Авиационного ин-та, 1981.
Водолазов Л. И., Веселова Л. Н. Извлечение урана из растворов кучного и подземного выщелачивания. – Обнинск, 1979. – 67 с.
Толстов Е. А. Урановое производство на комбинате // Горный журнал. – 1998. – № 7. – С. 14-17.
Шереметьев М.Ф., Шаталов В.В., Никонов В.И.. Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов: В 2 т. Т. 1. Уран / Под ред. М. И. Фазлуллина. – М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2005. – С. 242–248.