Полупромышленные испытания сорбционной технологии извлечения рения из фильтратов сорбции урана (стр. 1 )

РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ, ПОЛУПРОВОДНИКИ

Полупромышленные испытания сорбционной технологии извлечения рения из фильтратов сорбции урана

УДК 669.849:66.081.312 , главный научный сотрудник1, эл. почта: *****@***ru , научный сотрудник1

, президент1

, начальник отделения научно-исследовательских работ2

1 АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения», Алматы, Казахстан.

2 Институт высоких технологий АО «НАК «Казатомпром», Алматы, Казахстан.

В  АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения» в противовес внедренным и разрабатываемым сорбционно-экстракционным технологиям разработана сорбционная технология извлечения рения из урансодержащих растворов от вскрытия руд методом подземного скважинного выщелачивания с использованием слабоосновного анионита А170. В ее основе лежат два сорбционно-десорбционных передела: первый предназначен для переработки фильтратов сорбции урана с получением более концентрированных элюатов, второй — для переработки аммиачных элюатов с получением технического перрената аммония. Технология проверена в полупромышленном масштабе на фильтратах сорбции урана одного из предприятий АО «Казатомпром». Для этого специально изготовлены сорбционные колонки разных объемов и смонтирована установка. Испытания на производственных растворах подтвердили результаты лабораторных экспериментов

по сорбции рения из модельных растворов, аналогичных по составу промышленным и с концентрацией рения 0,5 мг/дм3. Показано, что рений можно извлекать с высокими показателями

и из растворов с его средней концентрацией 0,19 мг/дм3. Первый передел сорбции-десорбции позволил получить растворы (объединенные аммиачные ренийсодержащие элюаты) с содержанием рения 256 мг/дм3, т. е. сконцентрировать его в ~1000 и ~1350 раз соответственно с учетом его максимального (0,25 мг/дм3) и среднего (0,19 мг/дм3) содержания в фильтратах сорбции урана. На втором переделе сорбции-десорбции рения (извлечение из нейтрализованных элюатов первого передела) получены растворы со средней концентрацией рения >20 г/дм3, т. е. его концентрация увеличилась в 80 000 и ~105 250 раз соответственно по сравнению с максимальным содержанием в фильтратах сорбции урана (0,25 мг/дм3) и средним (0,19 мг/дм3). Из фильтратов сорбции урана получен технический перренат аммония с содержанием рения 68,8 % (мас.), из которого можно получить товарную продукцию высокого качества.

Ключевые слова: рений, урансодержащие растворы, сорбционная технология, слабоосновный анионит, аммиак, полупромышленные испытания, перренат аммония.

DOI: http://dx. doi. org/10.17580/tsm.2016.04.06

Введение

Уникальные свойства металлического рения, в частности высокая температура плавления и пла-стичность, способствовали интенсивному примене-нию его в различных отраслях промышленности: авиации, энергетике, нефтехимии. Рост потребления металла увеличился в связи с созданием суперспла-вов, на которые расходуется 70–80 % мирового выпуска рения [1]. Металлический рений получают из перрената аммония восстановлением или электро-

лизом [2].

Из многочисленных видов ренийсодержащих иско-паемых [2] основным сырьем для его производства являются руды медно-порфировых месторождений, медистых песчаников и сланцев. При переработке мед-ных и медно-молибденовых руд на целевые металлы получают различные техногенные ренийсодержащие материалы (концентраты, сливы сгустителей, пыли,

промывные растворы, растворы от вскрытия пылей, маточные растворы от осаждения солей молибдена), но реальными промышленными источниками получения NH4ReO4 являются растворы медного, молибденового

и  свинцового производств [2]. Технологии извлечения рения из них в основном базируются на сорбционных и экстракционных процессах.

Рений присутствует и в урановых рудах, но его содержание в рудах разных месторождений суще-ственно разнится [3]. Так, в рудах уранового место-рождения Sun Valley (США) содержание рения состав-ляет 50–1000 г/т [2], в месторождениях Средней Азии

и  Казахстана — единицы граммов на тонну руды [3]. В рудах некоторых месторождений Казахстана содер-жится до 100 т рения. В Cредней Азии и Казахстане из полиэлементных руд уран извлекают методом подзем-ного скважинного выщелачивания с образованием большого объема растворов [3]. В зависимости от минералогического состава руды в качестве выщела-

34

РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ, ПОЛУПРОВОДНИКИ

чивающих реагентов используют растворы серной кис-лоты, карбонатов и гидрокарбонатов натрия или аммо-ния [3].

Первые в урановой отрасли СССР работы по рению были начаты Институтом металлургии и обогащения АН КазССР (ныне АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения») на одном из предприятий Узбекистана. Были определены содержания рения в рудах, растворах от их вскрытия, фильтратах сорбции урана, анионитах до и после сорбции и десорбции урана, элюатах, маточных растворах от осаждения соли урана, солях урана. В результате проведенной работы с учетом содержания рения в техногенных материалах и их объемов были определены сырьевые источники для извлечения рения: продуктивные растворы (0,25– 0,45 мг Re/дм3), фильтраты сорбции урана (ФСУ, 0,25 мг Re/дм3), анионит после десорбции урана ( 1 кг Re/т), маточные растворы от осаждения соли урана (8–10 мг Re/дм3). Низкие концентрации рения в растворах свидетельствовали о необходимости нескольких стадий его концентрирования: первая, как наиболее экономичная, с использованием сорбции и далее с применением сорбции либо экстракции.

Для извлечения рения из продуктивных растворов и ФСУ разработаны сорбционная и сорбционно-экстракционная технологии селективного извлечения рения с использованием слабоосновных анионитов; из фильтратов сорбции и анионитов после десорбции урана — сорбционно-экстракционная и сорбционно-экстракционно-электродиализная технологии с исполь-зованием высокоосновного анионита АМП. Из семи разработанных технологий только сорбционно-экстракционно-электродиализная была внедрена в производство в 1986 г. на одном из предприятий Узбекистана без значительных капитальных затрат [3, 4] и функционирует по настоящее время. В ней при-меняют те же реагенты, что и в технологии урана. Извлечение рения в товарную продукцию составило 70 % (без учета оборотов), себестоимость — 30 % от стоимости перрената аммония на мировом рынке [4]. Технология отмечена золотой и серебряной медалями ВДНХ СССР, однако в связи с распадом СССР другие варианты не были апробированы даже в полупромыш-ленном масштабе.

Положительный опыт работы этого предприятия способствовал развитию исследований в странах быв-шего СССР в области извлечения рения из растворов подземного скважинного выщелачивания, в основном по изысканию новых марок анионитов и замене сорб-ционного и экстракционного оборудования на более производительное современное [5–10]. В работах [11, 12] описаны внедренные на предприятиях Навоийского горно-химического комбината технологии извлечения рения из фильтратов сорбции урана с использованием анионита КЭП 200 (основность анионита не указана, но так как рений из него десорбируют аммиаком, он отно-

сится к слабоосновным). Рений из анионита десорби-руют водным раствором аммиака; из аммиачных элюатов, нейтрализованных серной кислотой, его экс-трагируют с получением технического перрената аммо-ния. Применение анионита КЭП 200 позволило получать элюаты со средней концентрацией рения 1,42 г/дм3 при его сорбции из растворов с концентрацией 1 мг/дм3 и, как следствие, упростить технологическую схему.

На другом предприятии этого же комбината, ранее извлекавшем рений из анионита после десорбции урана и маточных растворов от его осаждения, также проводят работы по вовлечению ФСУ в сферу произ-водства и по замене анионита АМП на анионит КЭП 200. Но десорбцию рения осуществляют азотнокислыми растворами нитрата аммония и сохраняют две опера-ции экстракции [6]. В работе [7] без приведения кон-кретных данных констатировано, что на Навоийском комбинате извлечение рения из ФСУ осуществляли анионитом А170 «…и он успешно работает в течение нескольких лет». Другая информация о данном объекте отсутствует.

Авторы работ [5, 8] исследовали процесс извлече-ния рения из ФСУ анионитами Ambersep 400, IRA910, Ambersep A920 и проверили на производственных рас-творах возможность получения перрената аммония по разработанным технологиям.

Анализ данных указанных публикаций показал, что слабоосновный анионит КЭП 200, применяемый в тех-нологии извлечения рения из ФСУ, имеет ряд преиму-ществ перед высокоосновными анионитами: возмож-ность десорбировать рений аммиаком, исключить один передел экстракции-реэкстракции рения. Недостатком реализованных на практике технологий, в которых рений извлекают из высокоосновного анионита, из которого его десорбируют после извлечения урана [3, 7], либо из ФСУ сорбции урана также высокоосновным анионитом [5, 9, 10] или слабоосновным [6, 11, 12], является использование кислых нитратсодержащих элюентов и для вторичного концентрирования рения — жидкостной экстракции. Из литературы известно, что из растворов с концентрацией нитрат-ионов >10 г/дм3 извлечь рений сорбцией практически невозможно. Органические реагенты, как правило, пожаро - и взры-воопасны, а также незначительно растворимы в водных растворах кислот, щелочей, солей, что негативно влия-ет на экологическую обстановку на рабочих местах и окружающую среду. Кроме того, при реэкстракции рения часть органической фазы захватывается солью перрената аммония, часть растворяется в маточном аммиачном растворе. Захват экстрагента затрудняет получение марочного перрената аммония вследствие плохой фильтрации, потерь рения за счет вторичной экстракции рения, увеличения трудо - и энергозатрат и, как следствие, себестоимости единицы продукции.