Исследование и разработка физико-химических основ радиационно-химической технологии регенерации окислителя-ионов трехвалентного железа в процессах сернокислотного выщелачивания урановых руд

• Автор: Нестеров, Константин Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 191 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Условные обозначения и аббревиатуры

Введение

Глава 1. Обзор литературных источников

1.1. Окислители в процессе сернокислотного выщелачивания урана из руд

1.2. Современные способы регенерации окислителя ионов железа III

1.2.1. Окисление кислородом

1.2.2. Озонирование

1.2.3. Окисление пероксидом водорода

1.2.4. Обработка нитритнитратными соединениями

1.2.5. Бактериальное окисление

1.2.6. Электролитический процесс
1.2.7. Плазмохимический процесс
1.2.8. Выводы
1.3. Основные источники ионизирующего излучения
1.3.1. Источники у излучения Со и ,Св
1.3.2. Ускорители электронов
1.3.3. Выводы
1.4. Теоретические основы радиолиза водных растворов
1.4.1. Радиационнохимическое разложение воды
1.4.2. Радиолитическое окисление сульфата железа II
1.4.3. Влияние параметров РХ окисления на величину выхода реакции
1.4.3.1. Мощность поглощенной дозы
1.4.3.2. Температура
1.4.3.3. Концентрация ионов железа II
1.4.3.4. Концентрация серной кислоты
1.4.3.5. Наличие примесей
1.4.4. Кинетика РХ процессов
1.4.5. Развитие радикальноцепных реакций
1.5. Выводы
1.6. Выбор направления исследований
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Облучение растворов на установке в периодическом режиме
2.1.1. Лабораторное оборудование. Создание реакционной камеры и методика экспериментов
2.1.2. Изучение кинетики РХ процесса окисления железа II
2.1.2.1. Определение порядка и константы скорости реакции
2.1.2.1.1. Конвекционное перемешивание раствора
2.1.2.1.2. Механическое перемешивание раствора
2.1.3. Каталитическое ускорение РХ реакции окисления железа II
2.1.4. Выводы
2.1.5. Влияние основных параметров РХ процесса окисления железа II
2.1.5.1. Величина РХ выхода реакции
2.1.5.2. Степень окисления
2.1.5.2.1. Продолжительность облучения величина поглощенной дозы
2.1.5.2.2. Концентрация ионов железа II
2.1.5.2.3. Концентрация серной кислоты
2.1.5.2.4. Перемешивание раствора
2.1.5.2.5. Мощность поглощенной дозы
2.1.5.2.6. Наличие примесей
2.1.6. Оценка энергетических затрат
2.1.7. Выводы
2.2. Облучение растворов на установке непрерывного действия
2.2.1. Создание коаксиальной реакционной камеры. Оборудование лабораторной установки и методика экспериментов
2.2.2. Апробация установки в самотечном режиме
Обсуждение результатов
Общие выводы
Перечень использованных источников
Приложения
Условные обозначения н аббревиатуры
РХ радиационнохимический
ПВ подземное выщелачивание
КВ кучное выщелачивание
АВ агитационное выщелачивание
О.В.П. ЕЬ окислительновосстановительный потенциал, мВ
К.П.Д. коэффициент полезного действия
С концентрация вещества, гдм3мольдм3 т продолжительность экспозиция облучения, мин.
ЛПЭ линейная передача энергии, эВА
0 величина РХ выхода реакции, молекул0 эВ
Г поглощенная доза, Гр
Ом мощность поглощенной дозы, Грс
Кс, Кд константы скорости реакции, мин1
Н степень окисления ионов железа II,
г коэффициент, учитывающий долю поглощенного в образце пучка электронов для водного раствора 0,
1 средний ток ускоренных электронов, мкА
Е кинетическая энергия пучка электронов, эВ ш масса, облучаемого вещества, кг
3 производительность, кгч
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


По материалам и результатам исследований получен 1 патент РФ, а также получен приоритет по заявке (№ от , находится на экспертизе). Структура н объем рабом»! Диссертационная работа состоит из введения, 2-х основных глав, обсуждения результатов, выводов, списка использованных источников, включающего 1 наименований и приложения. Работа изложена на 1 странице машинописного текста, и содержит рисунков, таблиц и 3 приложения. ГЛАВА 1. Обзор включает широкий круг задач, непосредственно связанных с указанным выше направлением работ и посвящен рассмотрению вопросов: химизма процесса выщелачивания урана с использованием различных окислителей, их эффективности и регенерации, промышленной аппаратуры и теоретическим основам РХ технологии. Как известно [], природный уран имеет первичное или вторичное происхождение. В первичных рудах уран, находится в восстановленном (четырехвалентном) состоянии и лишь в малой степени - в окисленном (шестивалентном), во вторичных рудах - преимущественно или полностью в окисленном состоянии. Выщелачивание трехокиси урана 1Юз в растворах серной кислоты протекает быстро и легко. Однако, если исходная руда содержит преимущественно четырехвалентный уран, то обеспечение хорошего извлечения в раствор представляет сложную проблему. Процесс значительно ускоряется в присутствии окислителя, т. Сам окислитель при этом теряет электроны и переходит в форму низшей валентности. О.В. П.) и концентрацией серной кислоты (С). Эту зависимость графически можно представить в координатах ЕЬ-С, например, рядом схожих кривых гиперболического типа (ЕЬ = к*Ск‘п) , каждая из которых соответствует одинаковой степени извлечения урана в раствор, возрастающей по мере увеличения значений переменных (см. Рис. Изотермы зависимости степени извлечения урана в раствор от величины О. В.П. Как видно из рисунка 1, равное извлечение урана в раствор можно получить, при высокой концентрации кислоты и низком значении величины О. В.П. Увеличение концентрации кислоты с целью повышения степени извлечения урана в раствор сопровождается обычно пропорциональным ростом кислотоёмкости руды. О.В. П. выщелачивающего раствора путем введения окислителя. Известно, например, что при выщелачивании браннеритовых руд увеличение О. В.П. В (по каломельному электроду сравнения) дает прирост извлечения урана на ~ % []. Значительное количество окислителей, имеющих О. В.П. В (СЮ/, С4 ОСГ, Сг', МпО. Мп, №2, Н2, Ре3*, , ) могут успешно применяться для окисления урана при его выщелачивании из руд. Некоторые минеральные кислоты, азотная или кислота Каро (Н^Оз), могут служить в качестве окислителя и растворителя [, ]. Диоксид марганца - дефицитный, дорогостоящий реагент, его расход не превышает кг/т урановой руды. Образовавшийся двухвалентный марганец становится бесполезным для процесса выщелачивания. Регенерация его до четырехвалентного состояния — очень дорогая и сложная процедура []. Наиболее перспективным считается применение пероксида водорода, молекулярного кислорода, надсерной кислоты (кислота Каро) и сульфата железа (III). Перечисленные реагенты выгодно отличаются от традиционно применяемых в практической гидрометаллургии окислителей, таких как пиролюзит, хлораты, нитриты и т. Пероксид водорода и иадсерная кислота свободны от этого недостатка, но эго - нестабильные химические соединения и в тоже время дорогие реагенты. По сравнению с перечисленными молекулярный кислород и ионы железа (III) - вне конкуренции. Молекулярный кислород рассматривают как наиболее экономически, технологически и экологически приемлемый окислитель для эффективного сернокислотного выщелачивания урана. Однако, успешность применения кислорода лимитируется низкой растворимостью в сернокислой и карбонатной средах при атмосферном давлении. Максимальный эффект достигается при сверхатмосферном давлении в сочетании с повышенной температурой, т. Кинетика процесса выщелачивания урана разбавленной серной кислотой в присутствии молекулярного кислорода может быть представлена уравнением псевдо-первого порядка. Константа скорости выщелачивания прямо пропорциональна концентрации протонов в растворе [].