Механическая обработка урановых руд

Целью механической обработки руд является подготовка их к выщелачиванию. В механическую обработку руд входят следующие операции:

• · Дробление;
• · Измельчение;
• · Классификация дробленой руды;
• · Обогащение.

Дробление и измельчение руд Урановые руды добывают либо открытым способом, либо шахтным. С рудников на дальнейшую переработку поступают куски руды размером до 1 метра. В исходной руде минералы урана очень сильно рассеяны: размер зерен урановых минералов в руде составляет от 0,01 до 1 мм. Минералы в руде практически полностью экранированы минералами пустой породы. Поэтому первой стадией переработки руд является их дробление и измельчение.

Крупное дробление руд проводится в щековых и конусных дробилках путем раздавливания кусков руды. Конусные дробилки для среднего и мелкого дробления работают по тому же принципу. Тонкое измельчение руды осуществляется в барабанных мельницах.

Классификация — это разделение измельченной руды по крупности продукта. Гидравлическая классификация производится под действием сил тяжести, либо в поле центробежных сил. На урановых заводах чаще всего используют спиральные классификаторы и гидроциклоны.

Радиометрическое обогащение.

Сущность процесса заключается в автоматизированном разделении кусков или порций руды на продукты с различным, в том числе отвальным, содержанием урана на основе измерения интенсивности радиоактивного излучения.

Радиометрическая сепарация имеет следующие режимы: кусковой, порционный и поточный. При кусковом и порционном режимах руда предварительно разделяется на куски (порции) и каждый из них отдельно подается в зону измерения активности. При поточном режиме рудная масса не разделяется, а проходит через зону измерения непрерывным потоком. В этом случае за условную порцию можно принять массу руды, которая в данный момент времени находится в сфере действия детектора излучений (датчика).

Раздельная переработка богатого и бедного продуктов повышает степень извлечения урана при меньших затратах на реагенты, энергию и т. д. по сравнению с прямой гидрометаллургической переработкой необогащенной руды по единой схеме.

Кроме радиометрического применяются гравитационный и флотационный методы обогащения урановых руд.

Гравитационное и флотационное обогащение Данный метод основан на разнице значений плотности урановых минералов и минералов пустой породы. Преимуществом гравитационного обогащения является сравнительная дешевизна оборудования и малые эксплуатационные расходы. Основной недостаток — сравнительно низкая степень извлечения минералов в концентрат (от 50 до 85%).

Гравитационное обогащение можно успешно комбинировать и с другими процессами, например, с флотационным обогащением. Процесс флотации основан на различии физико-химических свойств поверхности минеральных частиц руды и пустой породы. Благодаря различной смачиваемости частицы одних минералов прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются вместе с ними на поверхность пульпы, образуя минерализованную пену, а частицы других минералов остаются в пульпе.

Комбинированная схема обогащения приведена на рис. 2.

Рис. 2. Комбинированная схема обогащения урановых руд Выщелачивание Главная цель выщелачивания урана из руд и рудных концентратов — селективное растворение урановых минералов.

Эффективность этого процесса определяется степенью извлечения урана в раствор, а также расходом химикатов на вскрытие минералов. Полного обнажения минералов при этом не требуется. Для количественного извлечения урана при выщелачивании достаточно, чтобы минерал был вскрыт лишь в одной плоскости.

Несмотря на многообразие типов урановых минералов и руд, все методы химической переработки сводятся к разложению их кислотными или карбонатными растворами.

Карбонатное выщелачивание Применяется для карбонатных руд и основано на взаимодействии урана с водными растворами карбонатов в присутствии кислорода как окислителя с образованием хорошо растворимых комплексных соединений урана: U3O8 + 9Na2CO3 + 2 1 O2 + 3H2O 3Na4[UO2(CO3)3] + 6NaOH. Карбонатные растворы почти не взаимодействуют с минералами пустой породы, поэтому для успешного извлечения урана требуется механическое вскрытие урановых минералов. Нежелательными примесями при карбонатном выщелачивании являются сульфаты кальция и магния, т.к. они реагируют с содой, что резко увеличивает ее расход.

Широкому применению карбонатного выщелачивания препятствует ряд недостатков, вследствие чего более распространено кислотное выщелачивание.

Кислотное выщелачивание Основная масса урана из добываемых руд выщелачивается серной кислотой. Основным недостатком серной кислоты при вскрытии урановых руд является необходимость добавления окислителя. В качестве окислителя можно применять HNO3, MnO2, KClO3 и др. Чаще всего в промышленной практике применяют очищенный природный минерал пиролюзит (MnO2). При выщелачивании урана из руд, содержащих минералы группы уранинита — настурана, серной кислотой в присутствии MnO2 протекает следующая реакция: U3O8 + 4H2SO4 + MnO2 > 3UO2SO4 + MnSO4 + 4H2O.

Выщелачивание проводят двумя способами: перколяционным или агитационным.

Перколяционный метод заключается в просачивании выщелачивающих растворов через неподвижный слой руды. Просачивание растворов осуществляется либо сверху вниз под действием силы тяжести или под избыточным давлением, либо снизу вверх под давлением. Далее растворы направляются на стадию концентрирования урана.

Большое практическое значение в настоящее время имеет еще одна разновидность перколяции — подземное выщелачивание. Подземное выщелачивание заключается в добыче урана избирательным растворением его химическими реагентами в рудном теле на месте залегания с извлечением на поверхность и последующей переработкой продуктивных растворов.

Достоинствами перколяционного метода являются простота аппаратурного оформления процесса и отсутствие необходимости в фильтрации конечного раствора. Недостатком метода считается малая скорость выщелачивания.

Агитационный метод выщелачивания предусматривает совместное перемешивание (агитацию) смеси тонкоизмельченной руды и выщелачивающего реагента. Выщелачивание урана из руд и концентратов проводят в каскадах из 7 — 10 пачуков.