Обогащение урана

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 t_кип = t_субл =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 X_отв = 0,1 →X_С = 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 .