книги из ГПНТБ / Галкин Н.П. Технология переработки концентратов урана
.pdf
Н. П. ГАЛКИН, А. А. МАЙОРОВ, У. Д. ВЕРЯТИН
Энэ
4 Чит
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРАТОВ
УРАНА
ИЗДАТЕЛЬСТВО ГЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ СОВЕТЕ МИНИСТРОВ СССР
Мо с к в а 1960
Ч»© ПУ&*. text-
1 L
П Р Е Д И С Л О В И Е
Роль радиоактивных элементов, в том числе и урана, в со временной науке и технике все более возрастает. В последнее десятилетие уран и продукты его деления нашли широкое про мышленное применение, вследствие чего возросли масштабы их производства и расширилась их номенклатура.
XXI съезд Коммунистической партии Советского Союза на
метил большую |
программу по использованию атомной энергии |
в мирных целях. |
За семилетие будет введен в строй ряд атом |
ных электростанций с различными типами реакторов, закон чится строительство атомного ледокола. Все это требует даль нейшего развития урановой промышленности и подготовки ин женерно-технических и научных работников по соответствующим специальностям.
Однако все материалы, • касающиеся вопросов технологии урана, рассредоточены в многочисленных журналах, информа ционных бюллетенях и патентной литературе, не всегда доступ ной для широкого круга работников промышленности и научноисследовательских организаций. До настоящего времени отсут ствуют необходимые учебные пособия, поэтому при подготовке специалистов в учебных заведениях также возникают большие затруднения.
Изданная в 1954 г. книга Дж. Каца и Е. Рабиновича «Хи мия урана» явилась первым сборником по химии урана, однако все вопросы технологии в ней освещены явно недостаточно.
Этот пробел не был Еосполнен и книгой, изданной в 1955 г. под редакцией Г. Сиборга и Дж. Каца, «Актиниды», а также книгами С. Е. Бреслера «Радиоактивные металлы», О. А. Сонгиной «Редкие металлы» и И. П. Кислякова «Редкие металлы», изданными в различное время. Поэтому назрела необходимость в создании пособия по технологии переработки урановых руд и концентратов.
1* |
3 |
Основное внимание в данном пособии уделяется (описанию и теоретическому обоснованию процессов переработки урановых концентратов до чистых солей и металлического урана. В работе использованы данные, опубликованные в иностранной и отече ственной литературе до сентября 1958 г. ■
При изложении материала авторы старались учитывать со временные достижения науки и техники. Все замечания и по желания по изложенному материалу авторы примут с благодар
ностью.
АВТОРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Использование атомной энергии открывает перед техникой
иэкономикой совершенно новые возможности [1—9]. Количе ство энергии, таящейся в запасах урана и тория в земной коре, во много раз превышает энергию всех залежей каменного угля
инефти. В связи с этим возрастает роль геологов и горняко'в, перед которыми стоит задача найти и добыть руды, содержа щие уран и торий. Необычайно важна проблема, стоящая перед химиками и металлургами: из любой руды извлечь и получить природные радиоактивные элементы требуемой чистоты. Выде лению чистых солей урана предшествуют процессы переработки различных урановых руд, позволяющие получить из них хими ческие концентраты.
Технология переработки урана включает следующие стадии:
1.Механическое обогащение, основанное на различии удель ных весов минералов, их цвета или специфических радиохими
ческих свойств. Механическим или радиометрическим обогаще нием достигается отделение от урановых минералов некоторой части пустой породы.
2. Извлечение урана из руд с применением кислот и щело-
'чей, концентрирование урана или путем сорбции на смолах, или экстракцией органическими растворителями; получение урано вого химического концентрата с использованиемспецифических реагентов.
3.Получение чистых соединений, основанное на примене нии комбинаций различных процессов и химических реакций для отделения примесей от урана; эту стадию обычно называют тонкой химической очисткой.
4.Получение металлического урана, основанное в большин стве случаев на восстановлении тетрафторида урана металличе
ским кальцием или магнием.
Одной из важных стадий технологии урана, определяющей в основном качество готовой продукции, является получение чи стых соединений урана.
Лабораторные исследования являются первым (начальным) этапом разработки технологии. Они позволяют изучить веществен ный состав сырья, выяснить поведение примесей в процессах
5
очистки, приблизительно наметить технологическую схему и оценить ее технико-экономические показатели, 'подобрать мате риалы и аппаратуру и дать соображения об автоматизации и механизации процессов.
Полупромышленные и промышленные испытания являются критерием результатов лабораторных исследований, поскольку они подтверждают или опровергают данные лабораторных ис следований и вносят коррективы в предварительно выбранную схему.
Таким образом, разработка и внедрение технологии состоит из трех этапов: лабораторные исследования, укрупненные полузаводские опыты, производственные опыты и внедрение в завод ских условиях. Основными показателями, характеризующими, технологическую схему, являются:
1)расход химического концентрата (сырья), химикатов и энергия на единицу готовой продукции;
2)эффективность очистки урана от примесей и выход про
дукта;
3)производительность применяемой аппаратуры;
4)себестоимость продукции.
Путем сравнения этих показателей для различных техноло гических схем выбирают наиболее эффективный и экономически целесообразный процесс.
ГЛАВА I
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ УРАНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
История развития урановой промышленности неразрывно связана с производством радия, который всегда сопутствует урану в его рудах.
Первоначально радий являлся основным промышленным элементом, извлекаемым из урано-радиевых руд, поэтому все внимание при разработке и усовершенствовании технологии было направлено на повышение его извлечения.
Одним из первых источников урана явились Иоахимстальские месторождения урановой руды в Чехословакии. Еще в XVI—XVII вв. в рудных горах Саксонии был известен зага дочный минерал, встречавший резко враждебное отношение гор няков, так как с его появлением исчезала руда, содержащая серебро, и благожелательное отношение больных, использовав ших его в качестве болеутоляющего средства. Состав этого ми нерала, названного смоляной обманкой (pitchblende), был неиз
вестен.
В 1789 г. Клапрот установил, что этот минерал является ос новой нового элемента, который он назвал ураном в честь от крытой в 1781 г. астрономом Гершелем планеты Уран [10, 11]. Клапрот разложил руду в азотной кислоте, избыток которой нейтрализовал карбонатом калия. Восстановив полученный уранат калия, он получил порошкообразное вещество с металличе ским блеском и принял его за новый металл.
Впоследствии (1841) французский ученый Пелиго доказал, что при таком восстановлении получается не металлический
уран, а его окисел [12].
• Длительное время уран и его соли не находили промышлен ного применения. Использование урановых солей началось с 1853 г., когда смоляная обманка нашла техническое примене ние для получения очень красивого желто-зеленого стекла [13]. Незадолго до этого было установлено, что соли урана являются прекрасными красителями для стекла, фарфора и эмалей. По строенный в Австрии завод перерабатывал смоляную руду на «упановую желть», и вплоть до начала XX столетия (до 1906 г.)
7
главнейшей целью переработки урановой смоляной руды и других урановых руд было получение красок для керамической промышленности. Однако эта область потребления не способст вовала развитию промышленной добычи урана.
Интерес |
к природным урановым |
соединениям резко возрос |
в связи с |
открытием Беккерелем |
явления радиоактивности |
в 1896 г. После открытия радия супругами Кюри в 1898 г. уран стали получать как побочный продукт и к 1908 г. в Иоахимстале был построен аффинажный завод, выпускающий около 2 г ра дия в год, причем попутно получали и урановые соединения [14]. Всего за период с 1854 по 1914 г. в Иоахимстале было добыто около 500 т урановой руды.
Высокие цены на радий, поддерживаемые австрийским пра вительством, побудили ряд стран к поискам собственных место рождений урановых руд. США, Англия и Франция начали орга низовывать добычу урановой руды на известных к тому времени месторождениях, главным образом в Португалии и в США. Уже в 1908 г. Португалия экспортировала свои руды во Францию [15].
До 1914 г. португальская руда, а также карногитов'ые (урако-ванадиевые) руды, разрабатываемые в США, отправля лись на французские заводы, где из них извлекали радий, уран и ванадий. Получение дорогого радия и повышение цен на ва надий делало рентабельной разработку карпотитовых песчани ков штатов Колорадо и Юта.
Первая мировая война вызвала повышение цен и рост про изводства элементов, -имевших стратегическое значение. Вслед ствие этого резко снизились цены на уран и радий; в урановой промышленности наступил временный застой. Сокращение до бычи урановых руд объяснялось также дороговизной геолого разведочных и горнопроходческих работ. В связи с падением цен на радий горнодобывающие предприятия вынуждены были добывать богатые руды, не уделяя внимания вопросам разра ботки бедных урановых месторождений.
В 1921 г. началась разработка руд в месторождениях Бель гийского Конго и Верхней Катанги. Переработка этих сравни тельно богатых и легко обрабатываемых руд позволяла полу чать радий по значительно сниженной себестоимости.
Снижение цен на радий сделало нерентабельной разработку известных к тому времени месторождений, и американские радиевые 'компании вынуждены были войти в соглашение е бель гийской компанией, так как африканские руды были монополи зированы правительством Бельгии. В результате этого соглаше ния США получили возможность потреблять урановые и радие вые соединения, получаемые в Бельгии, на заводе в Оолене из руд Бельгийского Конго. Завод работал до 1929 г., и лишь с на чалом мирового экономического кризиса 1929— 1932 гг. произ водство солей урана и радия на этом заводе было временно пре кращено из-за отсутствия сбыта.
8