МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ К. И. САТПАЕВА

Институт высоких технологий и устойчивого развития

Кафедра прикладной химии

«Утверждаю»

Директор ИВТиУР

__________

«__25__» ____06_____2015г.

программа курса (syllabus)

По дисциплине: «Технология переработки продуктивных урансодержащих растворов»

Специальность: 5В072000 – Химическая технология неорганических веществ

Форма обучения: дневная

Всего 3 кредита

Курс 3

Семестр 6

Лекций: 30 часов

Практические занятия: 15 часов

СРС: 45 часов

СРСП: 455 часов

Трудоемкость 135 часов

Экзамен «П» 6 семестр

АЛМАТЫ 2015

Программа курса составлена д. т.н., доцентом Капраловой Викторией Игоревной на основании Рабочего учебного плана (РУП-2013) для специальности 5В072000 - химическая технология неорганических веществ.

Рассмотрена на заседании кафедры «Прикладная химия»

«__06__» __06___ 2015 г. Протокол № __16___

Зав. кафедрой

к. х.н.

Одобрена научно-методическим Советом Института высоких технологий и устойчивого развития

«_25_» ____06______ 2015 г. Протокол №__5_

Председатель

Сведения о преподавателях: – доктор технических наук, доцент. Окончила Московский химико-технологический институт им. . Научно-педагогический стаж – 37 года. Стаж работы в КазНТУ – 8 лет.

Кафедра: Прикладная химия

Адрес: 480013, г. Алматы, , ТТК, 421 ауд.

Тел.: 251-71-91

Е-mail: *****@***ru

1. Цели и задачи дисциплины.

1.1. Целью обучения дисциплины «Технология переработки продуктивных урансодержащих растворов» является изучение состава продуктивных растворов подземного выщелачивания урансодержащего сырья, физико-химических основ процесса сорбции соединений урана из сернокислых растворов и основ переработки товарных регенератов.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Будущие специалисты-технологи урановых предприятий должны знать основные урановые и урансодержащие минералы, типы урановых месторождений и способы их отработки, состав продуктивных растворов подземного выщелачивания урансодержащего сырья, способы извлечения из них соединений урана и получения товарного продукта, а также технологическое оборудование изучаемых процессов.

1.2. Задачами изучения дисциплины являются:

- ознакомление с типами урановых месторождений, основными минералами урана и способами отработки месторождений;

- изучение типов ионообменных материалов, применяемых при переработке продуктивных растворов;

- изучение основ сорбционного извлечения соединений урана из продуктивных растворов и способов их десорбции;

- ознакомление с основами переработки урансодержащих регенератов на товарный продукт

Результатами изучения дисциплины «Технология переработки продуктивных урансодержащих растворов» являются:

- представление об основных методах отработки урановых месторождений;

- знание основных типов ионообменных материалов, применяемых при переработке продуктивных растворов;

- представление об общих принципах процессов переработки продуктивных растворов подземного выщелачивания урана;

- знание основной технологической аппаратуры, используемой в процессах переработки продуктивных растворов подземного выщелачивания урана.

Изучение дисциплины «Технология переработки продуктивных урансодержащих растворов» проводится в аудиторном и внеаудиторном виде.

Самостоятельная и индивидуальная работа планируется с целью более качественного усвоения материала по технологии получения неорганических кислот, оснований и солей.

1.3 Пререквизиты: «Общая химическая технология», «Химия и технология соединений урана».

1.4 Постреквизиты: «Проектирование и оборудование химических заводов», дипломный проект

2. Система оценки знаний

Контроль знаний студентов осуществляется по традиционной системе. Виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль (Таблица 1). Текущий контроль: практические занятия, рефераты, самостоятельная работа.

Таблица 1

Распределение рейтинговых систем по видам контроля

№ вариантов

Вид итогового контроля

Виды контроля

Проценты

1.

Тестирование

Итоговый контроль

100

Рубежный контроль

100

Текущий контроль

100

Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом. Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным графиком учебного процесса по дисциплине «Технология переработки продуктивных урансодержащих растворов» (Таблица 2).

Таблица 2

Календарный график сдачи всех видов контроля

по дисциплине «Технология переработки продуктивных урансодержащих растворов»

Недели

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Виды контроля

П

К

П

К

П

Р

РК1

П

Р

П

К

П

Р

П

РК2

Недельное количество контроля

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Виды контроля: П – практические занятия; Р – реферат; К – коллоквиум; РК – рубежный контроль

Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (Таблица 3).

Таблица 3

Оценка знаний студентов

Оценка

Буквенный эквивалент

В процентах %

В баллах

Отлично

А

95-100

4

А-

90-94

3,67

Хорошо

В+

85-89

3,33

В

80-84

3,0

В-

75-79

2,67

Удовлетворительно

С+

70-74

2,33

С

65-69

2,0

С-

60-64

1,67

D+

55-59

1,33

D

50-54

1,0

Неудовлетворительно

F

0-49

0

3. Содержание дисциплины

Тематический план курса приведен в таблице 4.

Таблица 4

3.1 Распределение часов по видам занятий

№

Наименование темы

Количество академических часов

лекции

Практические занятия

СРСП

СРС

1

2

3

5

6

7

1

Ядерно-энергетический топливный цикл и современное состояние мирового рынка урана

2

1

3

3

2.

Классификация урановых руд по определяющим технологию признакам

2

1

3

3

3

Способы отработки урановых месторождений. Скважинные системы разработки месторождений

2

1

3

3

4

Основные химические процессы, происходящие при подземном выщелачивании урана. Примеси, сопутствующие урану.

2

1

3

3

5

Методы отделения продуктивных растворов от остатков рудной массы. Сгущение

2

1

3

3

6

Технологическое оборудование процесса фильтрации продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания урана.

2

1

3

3

7

Выделение урана из продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания. Общие сведения об ионообменном способе переработки.

2

1

3

3

8

Классификация ионообменных материалов и основные требования к ионитам, используемым при переработке продуктивных растворов.

2

1

3

3

9

Основные закономерности процесса ионообменного извлечения соединений урана из сернокислых продуктивных растворов

2

1

3

3

10

Способы десорбции соединений урана из ионитов

2

1

3

3

11

Технологическое оборудование процесса ионообменного извлечения соединений урана из продуктивных растворов

2

1

3

3

12

Основы технологии переработки товарных регенератов

2

1

3

3

13

Основы процесса экстракционной очистки соединений урана

2

1

3

3

14

Технологическое оборудование процесса экстракционной очистки

2

1

3

3

15

Технология получения U3O8 из желтого кека и товарного регенерата

2

1

3

3

Всего (часов)

30

15

45

45

3.2 Наименование тем лекционных занятий и их содержание

№

Наименование темы

Содержание

Час

1

2

3

4

1

Ядерно-энергетический топливный цикл и современное состояние мирового рынка урана

Роль атомной энергетики в развитии цивилизации в XXI веке. Основные стадии топливно-энергетического ядерного цикла. Динамика развития мирового уранового производства. Роль Казахстана на мировом рынке уранового сырья.

2

2

Классификация урановых руд по определяющим технологию признакам

Классификация урановых и урансодержащих минералов по химическому составу, по происхождению, по размерам минеральных агрегатов, по контрастности включений урана, по содержанию урана в рудах. Характерные особенности минералов урана.

2

3

Способы отработки урановых месторождений. Скважинные системы разработки месторождений

Отработка урановых месторождений горным способом (шахтный, карьерный), преимущества и недостатки. Подземное скважинное выщелачивание: преимущества и недостатки. Основные требования к условиям отработки урановых месторождений методом ПВ

2

4

Основные химические процессы, происходящие при подземном выщелачивании урана. Примеси, сопутствующие урану.

Ионное состояние урана в продуктивных растворах. Примеси, сопутствующие урану: инертные депрессирующие и отравляющие, их роль в процессе переработки

2

5

Методы отделения продуктивных растворов от остатков рудной массы. Сгущение

Сущность процесса сгущения. Скорость осаждения частиц твердой фазы. Технологическое оборудование, применяемое в процессах осветления ПР методом сгущения (гидроциклоны, центрифуги)

2

6

Технологическое оборудование процесса фильтрации продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания урана.

Сущность процесса фильтрации, скорость процесса. Технологическое оборудование процесса фильтрации. Схема и циклограмма работы барабанного вакуумного фильтра. Отмывка твердой фазы от полученного при выщелачивании раствора.

2

7

Выделение урана из продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания урана. Общие сведения об ионообменном способе переработки.

Понятие ионного обмена. Явления, протекающие при ионном обмене.

2

8

Классификация ионообменных материалов и основные требования к ионитам, используемым при переработке продуктивных растворов.

Классификация, типы и основные требования к физико-химическим свойствам ионитов уранового производства: механическая прочность, гранулометрический состав, набухаемость. Насыпная плотность, емкость по урану, полная обменная емкость по хлорид-иону, термостойкость, химическая устойчивость.

2

9

Основные закономерности процесса ионообменного извлечения соединений урана из сернокислых продуктивных растворов

Факторы, влияющие на состояние сорбционного равновесия в процессах концентрирования урана из сернокислотных растворов. Механизм сорбционного извлечения урана из сильнокислых растворов анионитом в хлоридной форме. Отравление сорбционных материалов.

2

10

Способы десорбции соединений урана из ионитов

Способы десорбции соединений урана из ионитов. Нитратная десорбция. Элюэкс-процесс

2

11

Технологическое оборудование процесса ионообменного извлечения соединений урана из продуктивных растворов

Схемы и аппаратура сорбционных процессов. Устройство колонн СНК и СДК, преимущества и недостатки

2

12

Основы технологии переработки товарных регенератов

Способы получения полиуранатов аммония и натрия. Осаждение в виде пероксида

2

13

Основы процесса экстракционной очистки соединений урана

Способы, используемые для очистки урансодержащих растворов от примесей. Физико-химические свойства трибутилфосфата, механизм экстракции урана из азотнокислых растворов с использованием ТБФ. Расчет константы равновесия реакции образования сольвата натрата уранила. Высаливатели нитрата уранила. Факторы, влияющие на процесс экстракционного аффинажа

2

14

Технологическое оборудование процесса экстракционной очистки

Аппаратурное оформление процесса экстракции: колонные гравитационные, ситчатые, распылительные экстракторы, ящичные. Ступенчатые экстракторы.

2

15

Технология получения U3O8 из желтого кека и товарного регенерата

Технологические схемы процессов получения U3O8 из желтого кека и товарного регенерата

2

Всего

30

3.3 Наименование и содержание практических занятий

№

Наименование темы практических занятий

Содержание

Час

1

Расчет технологических показателей процесса отработки урановых месторождений методом ПСВ

Расчет средней концентрации урана в продуктивном растворе при известном дебите откачных скважин; определение удельного расхода выщелачивающего реагента

3

2

Расчет средней скорости выщелачивающего потока при ПСВ

Расчет средней скорости выщелачивания и оптимального расстояния между скважинами при ПСВ

1

3

Расчет технологических показателей процесса осветления продуктивных растворов подземного выщелачивания

По заданию преподавателя рассчитать площадь осветления и размеры сгустителя

2

4

Определение часового расхода ионообменной смолы в условных тоннах при ионообменном извлечении соединений урана

Произвести расчет в одной условной тонне количества матрицы катионита в Н-форме, анионита в Cl-форме.

2

5

Расчет материального баланса процесса ионообменного концентрирования урана из продуктивных растворов

Произвести расчет материального баланса процесса ионообменного концентрирования урана из продуктивного раствора заданного состава и заданной степени извлечения. Производительность задается преподавателем

3

6

Расчет материального баланса процесса десорбции

Произвести расчет материального баланса процесса десорбции. Производительность задается преподавателем

2

7

Определение параметров процесса жидкостной экстракции урановых соединений

Произвести расчет коэффициента распределения, степени извлечения в органическую фазу, остаточное количество вещества в водной фазе. Исходные данные задаются преподавателем.

2

Всего

15

3.4 Самостоятельная работа студентов (СРС)

№

Наименование темы

Содержание

Часы

1

Урановая мировая промышленность

Добыча урана и производство концентратов по странам-производителям. Страны-потребители урановой продукции

5

2
Расширение и укрепление минерально-сырьевой базы урановой промышленности РК
Становление урановой промышленности Казахстана, ведущие предприятия урановой отрасли, проблема создания мини-заводов по получению серной кислоты для подземно-скважинного выщела-чивания урана

5

3

Современное состояние уран-плутониевой атомной энергетики

Полный цикл ядерного топлива. Преимущества и недостатки реакторов на тепловых и быстрых нейтронах

5

4

Методы добычи соединений урана
Переработка рудного сырья. Кучное выщелачивание, преимущества и недостатки метода. Подземное скважинное выщелачивание, преимущества метода

5

5
Технологическая схема переработки продуктивных растворов ПСВ

Смешение и отстой растворов, сорбция урана, донасыщение, десорбция урана, товарный десорбат

5

6

Технологическое оборудование ионообменных процессов концентрирования урана
Ионообменная колонна периодического действия. Сорбционная напорная колонна. Сорбционно-десорбционная колонна СДК-1500

5

7

Технологические свойства ионитов, используемых при сорбционном концентрировании урановых соединений
Гелевые и пористые иониты. Механические свойства. Химическая устойчивость, оптимальный гранулометрический состав.

5

8

Применение жидкостной экстракции в химической технологии урана
Экстракционное концентрирование соединений урана. Экстракционный аффинаж

5

9

Отходы урановой промышленности и проблемы охраны окружающей среды
Миграционная способность соединений урана. Депонирование отвалов. Утилизация сточных вод

5

Всего

45

3.5. Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя (СРСП)

№

Наименование темы

Содержание

Часы

1

Современные тенденции и направления развития урановой промышленности Казахстана

Современное состояние урановой промышленности РК. Основные направления ее дальнейшего развития.

3

2

Минералы урана

Характеристика собственно урановых и урансодержащих минералов.

3

3

Сравнительный анализ способов отработки урановых месторождений

Технологические и экологические преимущества способа ПСВ

3

4

Роль примесей в переработке продуктивных растворов

Влияние кремниевой кислоты на процессы ионообменного и экстракционного концентрирования соединений урана

3

5

Уран в природе

Распространение урана в природе, миграционная способность соединений урана. Механизм образования пластово-инфильтрационных месторождений урана

3

6

Роль компонентного состава подземных вод при ПСВ

Влияние гидрокарбонатов на эффективность процесса ПСВ. Катионы трех - и двухвалентного железа. Сероводород.

3

7

Сравнительная оценка скважинных систем

Ячеистая, линейные системы расположения скважин. Преимущества и недостатки

3

8

Основные технологические характеристики ионитов и методы их определения

Способы определения насыпной плотности, механической прочности, статической и динамической обменной емкости и др.

3

9

Сравнительная оценка использования катионитов и анионитов при сорбционном извлечении урана из сернокислых растворов

Преимущества и недостатки использования различных катионитов и анионитов при сорбционном концентрировании урана

3

10

Сравнительная оценка способов десорбции урана

Рассмотреть основные способы десорбции и указать их преимущества и недостатки

3

11

Вспомогательное оборудование сорбционного концентри-рования урана

Контрольные грохоты, гидроэлеваторы: устройство, типы

3

12

Влияние условий осаждения на свойства полиураната аммония

Зависимость размера кристаллитов от условий осаждения

3

13

Сравнительная оценка способов многократной экстракции

Многократная экстракция с подачей свежего растворителя в каждую ступень. Противоточная многократная экстракция

3

14

Выбор экстрагентов для очистки соединений урана

Типы экстрагентов. Синергетический эффект. Выбор экстрагентов

3

15

Термическое разложение полиуранатов аммония

Режимы и продукты термического разложения полиуранатов аммония

3

Всего

45

Таблица 5

График проведения занятий

№

Дата

Время

Наименование тем

1

2

3

4

Лекции

1

Ядерно-энергетический топливный цикл и современное состояние мирового рынка урана

2

Классификация урановых руд по определяющим технологию признакам

3

Способы отработки урановых месторождений. Скважинные системы разработки месторождений

4

Основные химические процессы, происходящие при подземном выщелачивании урана. Примеси, сопутствующие урану.

5

Методы отделения продуктивных растворов от остатков рудной массы. Сгущение

6

Технологическое оборудование процесса фильтрации продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания урана.

7

Выделение урана из продуктивных растворов подземного скважинного выщелачивания. Общие сведения об ионообменном способе переработки.

8

Классификация ионообменных материалов и основные требования к ионитам, используемым при переработке продуктивных растворов.

9

Основные закономерности процесса ионообменного извлечения соединений урана из сернокислых продуктивных растворов

10

Способы десорбции соединений урана из ионитов

11

Технологическое оборудование процесса ионообменного извлечения соединений урана из продуктивных растворов

12

Основы технологии переработки товарных регенератов

13

Основы процесса экстракционной очистки соединений урана

14

Технологическое оборудование процесса экстракционной очистки

15

Технология получения U3O8 из желтого кека и товарного регенерата

Практические занятия

Занятие № 1. Расчет технологических показателей процесса отработки урановых месторождений методом ПСВ.

Занятие № 2. Расчет средней скорости выщелачивающего потока при ПСВ

Занятие № 3. Расчет технологических показателей процесса осветления продуктивных растворов подземного выщелачивания

Занятие №4. Определение часового расхода ионообменной смолы в условных тоннах при ионообменном извлечении соединений урана

Занятие №5. Расчет материального баланса процесса ионообменного концентрирования урана из продуктивных растворов

Занятие №6. Расчет материального баланса процесса десорбции

Занятие №7. Определение параметров процесса жидкостной экстракции урановых соединений

4. Учебно-методические материалы по дисциплине

материал для обязательного изучения

1. , Жерин и технология урана: Учебное пособие для вузов. – М.: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2005. - 404 с.

2. , Гузеева технологии переработки ядерных сырьевых материалов: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 196 с.

3. , Веселова урана из растворов кучного и подземного выщелачивания: Учебное пособие. – М.: ЦНИИатоминформ, 1979, 63 с.

материал для дополнительного ознакомления

1. , , технология урана и плутония: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 97 с.

2. , Василевский -химические основы и технология получения химических концентратов природного урана. Алматы, 2005, 524 с.

3. , , Рогов урана на месторождениях Казахстана. – Алматы, 2001. – 442 с.

4. , Хаустов и аппараты производства радиоактивных и редких металлов. – М.: Металлургия, 1993. – 384 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

1.Цель и задачи дисциплины.............................................................................3

2.Система оценки знаний...................................................................................4

3.Содержание дисциплины................................................................................5

4. Учебно-методические материалы по дисциплине.......................................11