Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ХИМИИ

Методы извлечения урана из руд

Выполнила: студент 4 курса Кожичева О.В.

Санкт-Петербург 2015 г.

• Оглавление
• Введение
• 1. Содержание урана в минералах
• 2. Месторождения минералов, содержащих уран
• 3. Добыча урана в России
• 4. Способы добычи урановой руды
• 5. Процесс переработки
• 6. Химическая и механическая обработка
• 7. Выщелачивание металла
• 8. Выщелачивание металла. Карбонатный способ
• 9. Выщелачивание металла. Кислотный способ
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Среди изотопов урана наибольшее применение имеет изотоп 235U, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Поэтому этот изотоп используется как топливо в ядерных реакторах, а также в ядерном оружии. Выделение изотопа 235U из природного урана -- сложная технологическая проблема.
• 1. Содержание урана в минералах
• Около 100 минералов содержат уран в качестве важного компонента - более чем 1%. Главные урановые минералы в крупных рудных месторождениях представлены окислами (урановая смолка, уранинит, коффинит), ванадатами (карнотит и тюямунит) и комплексными титанатами (браннерит и давидит). Уран не встречается в природе как самородный элемент. Вследствие того, что уран может находиться в нескольких степенях окисления, он встречается в весьма разнообразных минералах (табл. 1).
• Табл. 1 Главнейшие минералы, содержащие уран
• 2. Месторождения минералов, содержащих уран
• Уран встречается в различных точках земного шара в многочисленных минералах, либо в первичных залежах, прежде всего в виде урановой смоляной руды, либо в виде вторичных отложений в песчаниках и известняках. Мировые запасы урана представляют собой источник энергии в несколько десятков раз превышающий энергетические запасы всех разведанных природных месторождений угля, нефти, сланцев и природного газа вместе взятых.
• Так же как и месторождения других металлов, большинство важнейших урановых месторождений сконцентрировано в пределах определенных площадей земной коры, или провинций. Основные промышленные месторождения главнейших урановых провинций мира находятся в Канаде, США, Австралии, Южной и Центральной Африке, России и на территориях бывших советских республик (рис.1).
• Рис.1 Добыча урановых руд на крупнейших рудниках мира

3. Добыча урана в России

По добыче урана Российская Федерация находится на пятом месте среди прочих стран мира. Самые известные и мощные месторождения - Хиагдинское, Количканское, Источное, Кореткондинское, Намарусское, Добрынское (республика Бурятия), Аргунское, Жерловое (Читинская область). В Читинской области производится добыча 93% от всего добываемого российского урана (в основном карьерным и шахтным способами). Немного по-другому обстоит дело с месторождениями в Бурятии и Кургане. Урановая руда в России в этих регионах залегает таким образом, что позволяет добывать сырье методом выщелачивания.

Всего в России прогнозируются залежи в 830 тонн урана, подтвержденных запасов имеется около 615 тонн. Это еще месторождения в Якутии, Карелии и других регионах. Поскольку уран является стратегическим мировым сырьем, цифры могут быть неточными, так как многие данные являются засекреченными, доступ к ним имеет только определенная категория людей.

4. Способы добычи урановой руды

Как и в любом горнодобывающем деле, существует определенная технология и способы по извлечению урана из породы. Все зависит еще и от того, какой именно изотоп находится в пласте литосферы. Добыча урановой руды осуществляется тремя способами.

Существует шахтный, карьерный и выщелачивающий способ добычи. Применение каждого из них зависит от состава изотопов и глубины залегания породы. Карьерная добыча урановой руды возможна при неглубоком залегании. Риск облучения минимальный. Нет проблем с техникой - широко применяются бульдозеры, погрузчики, самосвалы.

Шахтная добыча - более сложная. Этот способ применяется при залегании элемента на глубине до 2 километров и экономической рентабельности. Порода должна содержать высокую концентрацию урана, для того чтобы добывать ее было целесообразно. В штольне обеспечивают максимальную безопасность, это связано с тем, как добывают урановую руду под землей. Рабочие обеспечиваются спецодеждой, режим работы -строго лимитированный. Шахты оборудуются лифтами, усиленной вентиляцией.

Выщелачивание - третий способ - наиболее чистый с экологической точки зрения и безопасности сотрудников добывающего предприятия. Через систему пробуренных скважин закачивается специальный химический раствор. Он растворяется в пласте и насыщается урановыми соединениями. Затем раствор выкачивается и отправляется на обрабатывающие предприятия. Этот метод более прогрессивный, он позволяет уменьшить экономические затраты, хотя для его применения есть целый ряд ограничений.

5. Процесс переработки

Многообразие типов минералов и руд, содержащих уран, требует применения различных методов для их переработки. Промышленное значение в основном имеют два типа руд: урановая смоляная руда и карнотит. Эти руды весьма разнообразны по характеру пустой породы, что и усложняет процесс их переработки: одни содержат много кремнеземистых соединений, другие - кальцита, а иногда в них преобладает пирит или органические вещества. На выбор метода извлечения металлического урана или его соединений из руд влияют такие параметры как: физико-химическая характеристика урановых минералов, возможность выделения из руды не только урана, но и других ценных компонентов, а также влияние пустой породы.

Вследствие низкого содержания урана в рудах (карнотит ~ 50%) первой стадией переработки руды является обогащение, в результате которого содержание металла возрастает в 100-200 раз, так называемый урановый концентрат. Переработка урановых руд с целью его получения производится в настоящее время гидрометаллургическими методами.

Гидрометаллургия - это раздел металлургии, охватывающий так называемые мокрые методы извлечения металлов из сырых материалов, в которых они содержатся, - руд, рудных концентратов или отходов других производств.

Современная гидрометаллургическая переработка включает следующие последовательные операции (рис. 1): предварительную механическую или химическую обработку материала, выщелачивание металла, отделение раствора от твердых остатков, удаление из раствора примесей, выделение из раствора основного выделяемого компонента в виде металла или его химических соединений, получение конечной промышленной продукции. Разберем отдельно каждый этап гидрометаллургической переработки урановых руд.

6. Химическая и механическая обработка

Итак, первый этап, имеющий своей целью приведение исходной руды в состояние, пригодное для выщелачивания, - механическая (измельчение, для того, чтобы растворитель мог легко проникнуть к частицам соединений извлекаемого металла), химическая (обжиг материала, для переведения труднорастворимых соединений в раствор) обработки.

Рис. 2

7. Выщелачивание металла

Затем следует основная операция в гидрометаллургии, выщелачивание металла. Оно производится методом перколяции (просачивания) в случае обработки зернистого материала или агитации при обработке мелко измельченного материала.

При выщелачивании путем просачивания отделение раствора от твердых остатков происходит вместе с растворением, а при выщелачивании методом взмучивания - посредством отстаивания и последующей фильтрации.

Обогащение руд может быть проведено методом пенной флотации. Она осуществляется путем смешивания измельченной руды с водой, полиэтиленом, выступающим в роли оксифенольного детергента, и натриевыми солями жирных кислот. Пульпа энергично перемешивается до образования обильной пены, которая увлекает за собой на поверхность частицы урановых минералов, после чего пена легко разрушается водой.

Химические методы переработки включают разложение минералов и руд кислотными или щелочными реагентами. Выбор кислотного или карбонатного способа зависит от типа руды.

8. Выщелачивание металла. Карбонатный способ

При переработке урановых концентратов с помощью карбонатного способа используется способность урана образовывать комплексные карбонаты, хорошо растворимые в воде, и практически нерастворимые диуранаты. Так как в рудах часто содержатся сернистые и мышьяковистые соединения свинца и железа, то вначале концентраты подвергают прокаливанию для удаления серы, мышьяка и других летучих соединений.

В карбонатных щелоках уран находится в виде [UO₂(CO₃)₃]^4-. Осаждение урана может быть проведено путем нейтрализации карбонатных щелоков серной кислоты с последующим осаждением урана аммиаком в виде диураната аммония (NH₄)₂U₂O₇. Недостатком этого способа является очень большой расход реактивов, поскольку карбонатные растворы разрушаются в процессе осаждения.

Наиболее эффективным способом извлечения урана из карбонатных щелоков является осаждение путем восстановления водородом под давлением при умеренном нагревании в присутствии катализатора металлического никеля.

Достоинством карбонатного метода является, во-первых, неагрессивность растворов для материала аппаратуры; во-вторых, карбонатно-бикарбонатные растворы могут быть использованы для выщелачивания новых порций урановой руды, так как никакие другие металлы кроме урана не растворяются в карбонатах. К недостаткам метода можно отнести относительно меньшее извлечение по сравнению с кислотным выщелачиванием.

9. Выщелачивание металла. Кислотный способ

При переработке руд кислотными методами первой стадией является выщелачивание серной, азотной или соляной кислотой с целью переведения урана в растворимое состояние. Уран в растворах, полученных после кислотного выщелачивания, переводится в растворимый комплексный карбонат с целью удаления железа, алюминия и марганца. Затем получают урановый солянокислый раствор и осаждают сульфиды свинца и меди. Конечной стадией является выделение урана в виде Na₂U₂O₇ или (NH₄)₂U₂O₇.

Осаждение урана из растворов, полученных в результате кислотного выщелачивания, может быть осуществлено добавлением к нему раствора аммиака до pH=6 или выше. Диуранат аммония выпадает в осадок вместе с гидроокисями железа и алюминия. Осадок выщелачивают содовым раствором, растворяющим только уран, и из этого щелока едким натром осаждают конечный продукт, содержащий 70-80% U₃O₈.

уран минерал руда выщелачивание

Заключение

В данной работе были рассмотрены способы добычи урановой руды, методы ее переработки. Как и отмечалось выше, извлечение урана из руды - крайне тяжелый процесс из-за низкого содержания в природном носителе изотопа урана-235, который используется в ядерной энергетике в качестве основного вида ядерного топлива.

Список использованной литературы

1. Вдовенко В.М. Химия урана и трансурановых элементов// Изд. АН СССР. 1960

2. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах// Изд. АН СССР. 1950

3. Сонгина О.А. Редкие металлы. Металлургиздат. 1955

Размещено на Allbest.ru