Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование закономерностей и разработка технологии выщелачивания урановых руд Далматовского месторождения с использованием азотистокислого натрия

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование закономерностей и разработка технологии выщелачивания урановых руд Далматовского месторождения с использованием азотистокислого натрия"

На правах рукописи

КЛЮШНИКОВ АНТОН МИХАЙЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНОВЫХ РУД ДАЛМАТОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЗОТИСТОКИСЛОГО НАТРИЯ

Специальность 25.00.13 - «Обогащение полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

14 НОЯ 2013

Екатеринбург - 2013 005538398

005538398

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Газалеева Галина Ивановна, доктор технических наук

Шемякин Владимир Сергеевич, доктор технических наук, профессор, генеральный директор ЗАО «Научно-производственная компания „Техноген"» Орехова Наталья Николаевна, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», доцент кафедры обогащения полезных ископаемых

Институт горного дела Уральского отделения РАН

Защита диссертации состоится «6» декабря 2013 г. в 1430 часов в аудитории 2142 на заседании диссертационного совета Д 212.280.02, созданного при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет», по адресу: г. Екатеринбург, ул. Куйбышева 30, 2-й учебный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «1» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук .

Багазеев В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наиболее перспективными для расширения масштабов производства урана являются урановые месторождения зауральского региона, важнейшим из которых является Далматовское месторождение. Руды Далматовского месторождения в настоящее время отрабатываются методом сернокислотного скважинного подземного выщелачивания (СПВ). Урановые руды содержат в качестве примесей минералы ряда редких элементов в количествах, достаточных для промышленного освоения. Процессы выщелачивания урановых руд данного месторождения изучены недостаточно и требуют дальнейшего исследования в области механизма и кинетики выщелачивания. Одним из перспективных направлений исследований является разработка и совершенствование реагентного режима выщелачивания.

Объектом исследований является технология выщелачивания урана из руд.

Предмет исследования - закономерности влияния солей азотистой кислоты на скорость выщелачивания урана из руд.

Цель работы. Научное обоснование и разработка технологии выщелачивания урановых руд с использованием солей азотистой кислоты.

Научная идея заключается в использовании солей азотистой кислоты в качестве катализатора при выщелачивании урана из руд.

Задачи исследований:

1 Изучение особенностей урановой минерализации руд Далматовского месторождения.

2 Изучение и моделирование кинетических закономерностей выщелачивания урана из руд Далматрвского месторождения.

3 Разработка оптимальных реагентных режимов выщелачивания для урановых руд Далматовского месторождения на базе моделирования процесса СПВ в перколяционном режиме в лабораторных условиях.

Методы исследований: лабораторные эксперименты и промышленные испытания, рентгенофазовый анализ (дифрактометр Shimadzu XRD 7000), калориметрия (калориметр TGA/SDTA 851), электронно-зондовый микроанализ (микроанализатор JXA-8100/8200), химический анализ, математические методы обработки экспериментальных данных.

Защищаемые научные положения:

1 Наиболее активными реагентами-окислителями в окислительно-восстановительных процессах с участием ионов железа (III) являются негид-ролизованные ионные формы железа (III), что обусловливает необходимость поддержания в выщелачивающем растворе определенной концентрации кислоты.

2 Механизм интенсификации процесса выщелачивания урановых руд при использовании добавок соли азотистой кислоты заключается в протекании каталитического процесса окисления железа (II) с образованием промежуточного комплексного соединения.

3 Разработана и испытана на урановых рудах Далматовского месторождения технология выщелачивания, предполагающая использование азотистокислого натрия (нитрита натрия) в качестве реагента на стадии подготовки растворов к процессу выщелачивания.

Научная новизна:

1 Раскрыт механизм выщелачивания урана из руд сернокислыми растворами, модифицированными добавками солей азотистой кислоты.

2 Впервые получены математические зависимости скорости выщелачивания урана от концентрации азотистокислого натрия в растворе.

3 Теоретически и экспериментально изучена роль гидролиза ионов железа (III) в процессах выщелачивания с участием солей железа (III), что позволило установить оптимальную область рН среды при выщелачивании урановых руд.

4 Установлен механизм взаимодействия технологических сернокислых растворов с пиритом и рудным органическим веществом в процессе сква-

жинного подземного выщелачивания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается положительными результатами выполненных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научное значение исследования заключается в получении новых научных знаний о механизме и кинетике выщелачивания урана и попутных ценных компонентов из урановых руд с использованием солей азотистой кислоты.

Практическая значимость работы. Разработаны технические и технологические решения по перколяционному выщелачиванию урановых руд, позволяющие эффективно извлекать в раствор ряд редких металлов. Теоретически и экспериментально обоснованы рациональные реагентные режимы выщелачивания.

Реализация работы. Разработанная технология выщелачивания сернокислыми растворами с добавками азотистокислого натрия испытана на урановых рудах Далматовского месторождения. Достигнуто повышение скорости выщелачивания урана в 1,2 - 1,4 раза по сравнению с традиционной технологией. Зафиксировано повышение извлечения урана из бедных руд на 10,5 % и повышение извлечения в раствор рения и молибдена.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на XII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2007 г.), на IV и V Международной научно-практической конференции по актуальным проблемам урановой промышленности (г. Алматы, Республика Казахстан, 2006, 2008 гг.), на XV и XVIII Международных научных конференциях молодых ученых (г. Екатеринбург, 2008, 2010 гг.), на XXII Российской молодежной научной конференции (г. Екатеринбург, 2012 г.), на XVIII Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сы-

рья» (г. Екатеринбург, 2013 г.), а также на V Уральском горнопромышленном форуме (г. Екатеринбург, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 5 работ в рецензируемых научных журналах, определённых ВАК.

Личный вклад автора состоит в определении цели и задач исследования, разработке методик исследований, выполнении лабораторных исследований, участии в промышленных испытаниях, анализе и обобщении полученных результатов.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 166 страницах машинописного текста, включая 66 рисунков, 26 таблиц, и состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка из 147 источников, 1 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе («Окислительно-восстановительные процессы в технологии выщелачивания урановых руд») выполнен аналитический обзор существующих методов выщелачивания урановых руд. Рассмотрены физико-химические основы использования окислителей при выщелачивании урановых руд. Показана перспективность исследования возможности применения солей азотистой кислоты в качестве реагента-окислителя при выщелачивании урана из руд.

Сформулированы основные задачи работы для исследования выщелачивания урановых руд и разработки технологий с применением реагентов-окислителей.

Во второй главе («Особенности урановой минерализации Далматов-ского месторождения») приведены результаты изучения минералогического состава Далматовского месторождения. Показано, что основными урансо-держащими минералами на месторождении являются настуран, браннерит, урансодержащий лейкоксен и коффинит. Результаты минералогического и

рентгенофазового анализа основных технологических проб приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Минеральные формы нахождения урана в рудах

Минеральная форма нахождения урана Распределение урана по минеральным формам в зависимости от общего содержания урана в пробе, %

0,013 % 0,025 % 0,033 % 0,070 %

Настуран 40 39 45 59

Коффинит 14 15 12 14

Браннерит и лейкоксен 44 45 42 26

Минералогически не выраженные органические соединения 2 1 1 1

Уран находится преимущественно в форме минералов урана (IV) (см. таблицу 1). Содержание урана в пробах руд колеблется от 0,013 до 0,07 %. На основании данных о вещественном составе произведена классификация рудных проб на бедные (забалансовые) по содержанию урана (0,013 %), рядовые (0,025-0,033 %) и богатые (0,07 %). Отмечены значительные концентрации в рудах молибдена (0,02-0,06 %), находящегося преимущественно в виде молибденита, а также рения (0,4-0,6 г/т). Зафиксировано присутствие в рудах больших количеств пирита (0,5-0,6 %) и органического вещества - древесных унифицированных остатков (2-3 %).

В третьей главе («Выбор и обоснование использования окислителей при СПВ») обоснована необходимость применения дополнительных окислителей при СПВ на Далматовском месторождении.

Процесс выщелачивания рудного урана на месторождении происходит по реакции:

• 1Ю2 + 2 Бе3+= и02 2+ + 2Ре2+. (1)

Содержание железа в оборотных растворах СПВ при отработке месторождения составляет около 1 г/дм3 за счет перешедшего в раствор рудного железа. Однако в естественных условиях выщелачивания собственного количества рудного трехвалентного железа оказывается недостаточно, так как железо (III) расходуется на побочные реакции с участием пирита и органического вещества.

В работе установлено, что присутствующий в рудах пирит активно

взаимодействует с солями железа (III) в растворе по реакциям:

2FeS2 +702 +2Н20 = 2FeS04 + 2H2S04; (2)

FeS2+14 Fe^+eHzOlSFe^+ZSO^'+löFT; (3)

FeS2 + 2 Fe3+ = 3 Fe2+ + 2S°. (4)

Выявлен механизм взаимодействия органического вещества с солями железа (III) в растворе. Органическое вещество также является активным восстановителем трехвалентного железа. В результате взаимодействия происходит практически полное восстановление железа (III) до железа (II), что значительно снижает движущую силу процесса (1) и приводит к низким показателям извлечения урана в раствор.

Из этого следует, что для эффективного СПВ урана необходима разработка непрерывного процесса регенерации накапливающихся в растворе солей железа (II) в соли железа (III). Регенерацию необходимо осуществлять дополнительным искусственно вводимым окислителем.

На показатели выщелачивания в присутствии окислителя оказывает влияние гидролиз железа (III) в водных растворах. Протекающие процессы

гидролиза описываются реакциями:

Ре3+ + Н20 = [РеОН]2+ + Н"; (5)

Ре3+ + 2Н20 = [Те(С)Н)2]+ + 2Н+; (6)

2|ТеС)Н]2+ = Ре2(ОН)24+. (7)

Расчет распределения ионных форм железа (III) в зависимости от рН был произведен с применением соответствующих констант гидролиза и уравнения материального баланса компонентов. Результаты расчета ионных форм для раствора с содержанием железа (III) 1 г/дм3 приведены на рисунке 1. Параллельно приведены результаты выщелачивания урана из руды в статическом режиме. Эксперименты проводили при соотношении Ж : Т = 5, в условиях поддержания постоянства рН среды.

Как следует из рисунка 1, в ходе кривых зависимости извлечения урана и зависимости содержания негидролизованных форм железа (III) от рН

прослеживается значительное сходство. Следовательно, негидролизованные формы железа являются кинетически наиболее реакционноспособными ионными формами Ре (III). Поэтому максимизация концентрации кислоты, обеспечивающая поддержание максимальной концентрации негидролизо-ванных форм железа, является важным условием эффективного СПВ урана. Тестовыми опытами по выщелачиванию руды с использованием пиролюзита, азотистокислого натрия, бихромата калия и пероксида водорода выяв-

и

Рисунок 1 - Извлечение урана из руды и распределение ионных форм железа (III) при выщелачивании

растворами с содержанием железа (III) 1 г/дм3: 1 - е (%), 4 сут; 3 - доля железа о форме Ре'*, %; 2-е (%), 30 сут; 4 - доля железа в форме РеОН3*, %, 5 - доля железа в форме Ре^СОН),4*, %

лено, что нитрит натрия является наиболее перспективным окислителем ввиду сложности и стадийности механизма взаимодействия, что позволяет добиться более высокого эффекта окисления железа (II) и соответственно более высоких показателей извлечения урана.

Использование в качестве окислителя азотистокислого натрия обусловливает прирост извлечения в раствор рения и молибдена. Тестирование выщелачиваемое™ рения и молибдена проводилось на модельных технологических растворах СПВ, имитирующих реальный технологический раствор по химическому составу. Продолжительность выщелачивания в статическом режиме составляла 4 суток. Результаты, приведенные в таблице 2, показывают, что использование азотистокислого натрия при расходах 0,125-1,0 г/дм3 приводит к повышению извлечения молибдена на 7,2-7,4 %, рения - на 4,59,6 % соответственно.

Таблица 2 - Влияние концентрации ЫаИОг на выщелачивание молибдена и рения (начальная концентрация серной кислоты 10 г/дм3)

Элемент Извлечение из руды (%) при различных начальных концентрациях ЫаМОг, г/дм3

0 0,125 0,25 0,5 1,0

Молибден 33,77 36,19 36,07 36,18 36,28

Рений 10,13 10,59 10,75 11,01 11,10

Таким образом, при организации попутного промышленного извлечения данных металлов применение окислителя будет способствовать приросту их извлечения.

В четвертой главе («Моделирование процессов выщелачивания с использованием окислителей в агитационном режиме») были рассмотрены закономерности кинетики выщелачивания урана из руд с применением солей азотистой кислоты и солей железа (III).

В таблице 3 приведены результаты определения энергии активации выщелачивания для различных сред.

Таблица 3 - Результаты определения энергии активации выщелачивания урана из бедной руды (содержание урана 0,013 %)

Среда Значения энергии активации (кДж/моль) при разных значениях извлечения урана в раствор (б), р=0,95

є = 0 % є = 55 %

12±1 0,9±0,1

Ре(ІІІ) 15±2 0,9±0,1

Добавки реагентов отсутствуют 21±2 0,9±0,2

Результаты определения порядка реакции и энергии активации выщелачивания урана в агитационном режиме позволили установить, что для руд характерно наличие двух стадий выщелачивания — стадии интенсивного выщелачивания (начальный этап) и стадии довыщелачивания, характеризующихся различными кинетическими моделями.

В присутствии окислителей, на первой стадии выщелачивания реакция приобретает порядок по железу (III) и азотистокислому натрию, равные соот-

ветственно 0,52 и 0,82. Полученные экспериментальные данные позволяют вывести кинетические уравнения процессов выщелачивания.

Для первой стадии выщелачивания без использования окислителя применимо следующее уравнение для описания скорости реакции V:

21000

->0,52 'Fallí)'

где K¡ - постоянная величина;

CFe(iii)- концентрация железа (III) в растворе.

Для режима с использованием солей железа (III) в качестве окислителя на начальном этапе выщелачивания применимо следующее уравнение для описания скорости реакции:

15000

V -К -е ят -г0'52

г 2 С Fe(III) >

где К2 - постоянная величина.

При использовании азотистокислого натрия в качестве окислителя на начальном этапе выщелачивания кинетическое уравнение имеет следующий вид:

12000

V = К ■ ■ с0 " . г0-"

3 е Fe<IlI) NaNO, '

где К3 - постоянная величина;

Смаыоз - концентрация азотистокислого натрия в растворе. На стадии довыщелачивания как без использования окислителей, так и при их наличии в растворе кинетические закономерности описываются общим уравнением:

900

К =

где К- постоянная величина.

Вторая стадия выщелачивания характеризуется отсутствием влияния концентрации реагентов-окислителей на процесс выщелачивания. На первой стадии выщелачивания происходит интенсивное выщелачивание коффинита и настурана, в то время как на второй стадии прироста извлечения во времени практически не происходит. В кеках выщелачивания не было обнаружено

коффинита и настурана, в то время как рентгенофазовым анализом было установлено, что уран в фазе органического вещества, браннерита и лейкоксена практически не подвергся растворению. Поэтому вторая стадия была отождествлена с выщелачиванием труднорастворимых лейкоксена и браннерита.

Из анализа данных таблицы 3 следует, что на начальной стадии в условиях отсутствия окислителя процесс протекает в переходном диффузионно-кинетическом режиме. Как следует из полученных расчетных данных, соли азотистой кислоты и соли железа (III) являются катализаторами процесса выщелачивания, позволяющими понизить энергию активации процесса выщелачивания. Введение катализаторов обеспечивает снижение значения энергии активации с 21 до 12-15 кДж/моль, то есть до значений, характерных для диффузионных режимов выщелачивания. В результате кинетические затруднения полностью устраняются, и процесс переходит во внутридиффузи-онный режим.

При определении энергии активации, соответствующей участку с высокой степенью выщелачивания, получены низкие значения, на уровне 0,9-1 кДж/моль, свидетельствующие о лимитировании процесса внутренней диффузией через твердую оболочку минерала.

Следовательно, выщелачивание урановых руд Далматовского месторождения в присутствии окислителей а также без добавок окислителей протекает в два этапа: стадия интенсивного выщелачивания урана, характеризующаяся протеканием процесса в смешанном диффузионно-кинетическом режиме, сменяется медленной стадией довыщелачивания остаточного урана, протекающей во внутридиффузионном режиме. На основании этого было обоснована возможность извлечения из забалансовых руд до 54-55 % урана, из рядовых руд - около 54-57 % , из богатых - до 73 %, то есть части урана, приуроченной к коффиниту и настурану. Довыщелачивание лейкоксена и браннерита значительно затруднено в условиях подземного выщелачивания.

В пятой главе («Окислительно-восстановительные процессы в системе Ре(П) - 02 - ЫаЫ02 - Н20») была изучена химия процессов взаимодействия солей азотистой кислоты с технологическими растворами подземного выщелачивания, содержащими железо (II).

Была предложена и доказана следующая гипотеза о модели химического взаимодействия. Было установлено, что при избытке концентрации железа (II) первоначально нитрит-ионы взаимодействуют по реакции:

Ре2+ +Ш2" +2РГ = Ре3* + Н20 + N0. (8)

Выделившийся монооксид азота связывается в комплексное соединение, имеющее темно-коричневый цвет:

Ре2+ + N0= |Те(М))]2+. (9)

Далее происходит распад комплексного соединения в присутствии кислорода 4[Ре (N0)] 2++02 +4H*=4Fe}*+2H20+4N0. (10)

Таким образом, выделившийся монооксид азота далее вновь вовлекается в процесс по реакциям (8) и (9).

Сложением уравнений реакций (9) и (10) получим суммарное уравнение процесса окисления железа (II)

4 Бе2+ +02 +4РГ=4 Ре3++2Н20, (И)

которое показывает, что процесс идет с участием кислорода воздуха при использовании азотистокислого натрия в качестве катализатора. В то же время почленным сложением уравнений (1) и (11) получим суммарное уравнение выщелачивания урана:

21Ю2 +41Г +02=2Ш22++2Н20, (12)

которое показывает, чт;о уран выщелачивается кислородом воздуха в присутствии железа и солей азотистой кислоты в качестве катализаторов. Таким образом, процесс выщелачивания урана должен приобрести порядок по катализаторам (азотистокислому натрию и солям железа (III)), что и было подтверждено в данной работе.

Изучение кинетики окисления железа (II), показало, что окисление эффективно с высокой полнотой проходит даже в присутствии следовых коли-

100 200 ЗОО 400 500 600 700 Продолжительность эксперимента, ч

честв азотистокислого натрия (25 мг/дм3) при наличии доступа воздуха (рисунок 2). Снижение рабочей концентрации нитрита натрия приводит к значительному увеличению длительности процесса (до 8-10 сут), что приемлемо для условий подземного выщелачивания, отличающегося большой длительностью. В то же время при отсут-

Рисунок 2 - Кинетика окисления Ре(Н) в оборотном растворе СПВ в условиях естественного доступа воздуха: I - 0 мг/дм3 №Ы02; 2 - продувка воздухом в отсутствии ЫаМ02; 3-12,5 мг/дм3 ; 4 - 25 мг/дм3 ЫаЫО,; 5-50 мг/дм3 ЫаМО,;

6-100 мг/дм3 №N0,; 7 - 200 мг/дм3 ЫаМО?

ствии солей азотистой кислоты в растворе окисление практически не происходит. Распределение азота по продуктам восстановления нитрит-ионов в экспериментах, результаты которых представлены на рисунке 3, количественно подтверждает показанный выше механизм взаимодействия солей азотистой кислоты с растворами СПВ (таблица 4).

Таблица 4 - Распределение азота по продуктам восстановления нитрит-ионов в растворе в условиях доступа атмосферного воздуха

Начальная концентрация Ж)2" в опыте, мг/дм3 Извлечение азота в жидкую фазу в виде различных ионных форм, мол.% от исходного содержания N02" Извлечение азота в виде смеси оксидов ыо+ыог, мол. % от исходного содержания N02" Извлечение азота в виде N2 и N20, мол.% от исходного содержания Ы02"

nh4+ no2- no}"

12,5 <0,8 24,2 0,9 67,2 6,9

25,0 <0,4 5,1 0,7 85,1 8,8

50,0 <0,2 0,8 0,5 92,0 7,5

100,0 <0,2 0,5 0,2 95,0 4,1

При начальной концентрации нитрита натрия 25-100 мг/дм3 практически весь нитритный азот (85,1-95,0 %) в результате взаимодействия

переходит в смесь оксида и монооксида азота, что свидетельствует о возможности его оборотного использования в соответствии с реакциями (8) -(10). Потери азота на побочные процессы с образованием нитратов и ионов аммония пренебрежимо малы.

500 550 600 Длина волны, нм

Рисунок 3 - Изменение спектров светопоглощения в оборотном растворе СПВ после добавления 25 иг/дм3 ЫаНО,: I -0 мин; 2 - ( мин; 3 - 15 мин; 4 -2 ч; 5 - 24 ч; 6 -220 ч

Изучение спектров светопоглощения раствора в процессе взаимодействия с нитритом натрия позволило зафиксировать наличие комплексного соединения [Ре(Ж))]2+ (определяемое по отсутствию максимумов X = 585 нм и X = 448 нм) и выявить его роль в процессе окисления. Как следует из рисунка 3, полное окисление железа (И) достигается при разрушении комплекса, что

идентифицируется по

Ь- ,, -г—-...... « -■ ' • ■ —I

200 400 600 800 Продолжительность эксперимента, ч

Рисунок 4 - Интегральный тепловой эффект окисления 1е(П) в условиях доступа воздуха:

1 - инертная атмосфера, 100 мг/дм' №N0»;

2 - 12,5 мг/дмэЫаЫО,; 3 -25 мг/дм'ЫаШ,;

4 -50 мг/дм'ИаМО,; 5-100 мг/дм'ЫаШ^б-гОО мг/дмЧ'аШ,

полному исчезновению спектра данного комплексного соединения, сопровождаемого достижением полноты окисления железа.

Важнейшее подтверждение наличия каталитического механизма окисления железа (II) получено с помощью калориметрических измере-

ний теплового эффекта реакции. В присутствии кислорода воздуха тепловой

эффект процесса окисления железа (II) асимптотически стремится к величине 440-450 кДж/моль, что полностью соответствует справочному значению в 449 кДж/моль для реакции (11) при нормальных условиях (рисунок 4). В то же время в отсутствие кислорода воздуха тепловой эффект составляет около 50 кДж/моль, что соответствует теоретическому справочному значению для реакции (8) при нормальных условиях.

Выявленный механизм химического взаимодействия дает возможность эффективной промышленной реализации данного процесса. Для интенсификации кинетики выщелачивания урана целесообразно организовать регенерацию железа (III) в оборотных растворах СПВ путем ввода в раствор добавок нитрита натрия перед стадией выщелачивания. При этом обязателен контакт раствора с кислородом воздуха либо при его естественном доступе, либо при условии принудительного нагнетания в скважины.

В шестой главе («Оптимизация технологических параметров модели в перколяционном режиме») приведены результаты выполненных исследований по моделированию процесса СПВ с добавками нитрита натрия в пер-коляторах, а также результаты промышленных испытаний использования нитрита натрия при СПВ урана.

При выщелачивании в перколяторах использовались растворы с концентрацией серной кислоты 10 г/дм3. Как следует из анализа данных рисунка 5, подача азотистокислого

а

0 1 2 3 4 5 6 7 Количество пропущенных растворов, м3/т руды

Рисунок 5 - Зависимость извлечения урана из бедной руды (0,013 % урана) от количества пропущенных растворов при использовании оборотного раствора СПВ с различными концентрациями ЫаЫСЬ, мг/дм3: 1-0; 2-25; 3-50; 4-120; 5-250; 6-500; 7-1000

натрия при расходе не менее 25 мг/дм3 позволяет резко повысить скорость выщелачивания, сравнительно с режимами без использования окислителей. Прирост концентрации урана в продуктивных растворах на начальной стадии выщелачивания достигает 32-39 %. В течение всей продолжительности выщелачивания Eh выходных растворов поддерживался на уровне не менее 400-420 мВ. По результатам экспериментов обосновано использование окислителей на стадии выщелачивания, протекающего с растворением настурана и коффинита. Ускорение скорости выщелачивания в результате использования окислителя приводит к повышению конечного извлечения урана, достигаемого при нормативном Ж:Т отработки рудного тела (Ж:Т=4,5-5). В частности, может быть обеспечен прирост извлечения урана в раствор с 43,00 до 53,50 % при отработке упорных забалансовых руд.

При дальнейшем продолжении выщелачивания применение соли азотистой кислоты нецелесообразно ввиду вовлечения в отработку упорных урановых минералов (браннерита и урансодержащего лейкоксена), что требует использования повышенных рабочих концентраций серной кислоты (свыше 10 г/дм3).

Промышленные испытания разработанного метода подготовки растворов перед выщелачиванием проводились на ЗАО «Далур», на рудах Далма-товского месторождения. В процессе испытаний было найдено, что оптимальное значение расхода азотистокислого натрия составляет 200 мг/дм3. В результате обеспечивается подъем Eh выщелачивающих растворов до 500520 мВ, а также повышение Eh продуктивных растворов с 250-280 до 420-450 мВ. Повышение концентрации урана в продуктивных растворах было обнаружено через 40 - 45 суток после начала испытаний, и в последующем продолжался стабильный рост содержания урана. Примерно через 90 суток прирост концентрации урана стабилизировался на всех скважинах. Результаты промышленных испытаний, приведенные в таблице 5, свидетельствуют о высокой эффективности разработанной технологии подготовки растворов СПВ к выщелачиванию.

Таблица 5 - Повышение концентрации урана в откачных скважинах при промышленных испытаниях азотистокислого натрия в качестве окислителя

Скважина Среднее значение кон- Среднее значение Прирост кон-

центрации урана до ис- достигнутой кон- центрации, %

пытаний, мг/дм3 центрации урана, мг/дм

1-4-3 17,5 27,5 61,6

1-4-4А 24,6 53,2 116,3

1-4-5 21,5 38,4 78,6

1-4-6 17,6 27,5 56,3

1-4-7 18,4 40,7 119,6

1-4-8 25,7 46,4 80,5

1-4-9 23,1 48,9 116,8

1-4-10 22,4 31,0 38,4

1-6-6 21,4 38,0 77,6

1-6-8 15,3 23,5 53,6

1-6-9 20,2 32,7 59,4

В результате промышленных испытаний предложена к внедрению технологическая схема добычи и переработки растворов СПВ с использованием растворов азотистокислого натрия (рисунок 6), Согласно традиционной технологии, сквозное извлечение урана из бедных руд в концентрат-составляет 42,98 % при извлечении в раствор на стадии выщелачивания 43,00 %. Применение разработанной технологии позволяет повысить выход уранового концентрата при переработке бедных руд с 0,0160 до 0,0199 %, то есть в 1,24 раза. Таким образом, сквозное извлечение урана в концентрат достигает 53,48 % при извлечении на стадии выщелачивания 53,50 %.

На основании полученных в промышленных испытаниях данных выполнена оценка затрат на энергетические и расходные материалы при внедрении данной технологии. Внедрение новой технологии приводит к снижению себестоимости продукции на 36,6 тыс. рублей / т урана в концентрате. Общий экономический эффект, обусловленный повышением скорости выщелачивания урана из руды, составит 18 млн. рублей / год.

рудноетепо Ідо|о.13о| - [ 100.0

выа^пач))взющм раствор

,189.19 0,003 0.2 4.31

Выщелачивание

- | 16,5 |

рудноетело

J1.22Jo.oQ3j - [ ода]

I с рудным телом

продуктивный раствор

ионообменная смола

1 оборотный ] раствор

і аммоний I азотнокислый

Сорбция

Приготовление дасорбирующего раствора

0.02 I

насьіценная ионсюбменная риала I 0.366 [ 20.

дГо[ - ¡56,29]

маточный раствор ссрбцш

Ио.ооз] -

Десорбция

І амш&мая ] вода

отработанная ионообменная смола 0.366І 1.0 І - 12,811

всборот, на

товарный десорбзт І1.098І 6,341 - I 53.50 |

Нейтрализация

1.238 5,62 - 53,50

СгущБние.фипьтрация

урановый кот&нтрат потребителю

І0,0199І 350 І - I 53,48 I

маточный раствор осаждения

.о,ооз| -

Объединение растворов

оборотный раствор

Деление раствора

сбсроггный раствор

І183.22 [0,003| - І4.31І

конц р-р нитрита

конц серная кислота

Подготовка раствора

Ри, РыаЮз, Еи,

кг/т кг/м3 %

Рисунок 6 - Качественно-количественная схема производства уранового концентрата из продуктивных растворов СПВ с использованием азотистокислого натрия в качестве катализатора окисления железа (И) в оборотных растворах СПВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена актуальная научно-практическая задача по разработке методов повышения эффективности процесса скважинного подземного выщелачивания урана за счет использования солей азотистой кислоты, обеспечивающих повышенное извлечение в раствор урана, а также попутных ценных элементов (рения и молибдена) в технологии химического обогащения урановых руд Далматовского месторождения.

Основные научные и практические результаты проведенной работы заключаются в следующем.

1 Показано, что процессы выщелачивания минералов урана (IV) с участием сернокислых растворов, содержащих железо (III), эффективно протекают только при участии негидролизованных ионных форм железа (III), что, в свою очередь, обусловливает необходимость поддержания в растворе повышенной концентраций серной кислоты.

2 Впервые изучены закономерности взаимодействия растворов СПВ с пиритом и органическим веществом, содержащимся в урановых рудах. Выявлен механизм их взаимодействия, что дает возможность оптимизировать расход реагентов-окислителей в промышленных процессах СПВ урана.

3 Получены математические модели выщелачивания урана с использованием натрия азотистокислого, которые могут быть применены для оптимизации процесса выщелачивания.

4 Установлено, что растворение минералов урана (IV) при использовании выщелачивающих растворов, модифицированных добавками солей азотистой кислоты, интенсифицируется за счёт многостадийного каталитического механизма взаимодействия нитрит-ионов с солями железа (И), протекающего с образованием промежуточного комплексного соединения.

5 Разработаны технологические решения, схемы и реагентные режимы для процесса скважинного подземного выщелачивания урана, позволяющие эффективно извлекать в раствор уран и открывающие возможность повыше-

ния комплексности использования сырья за счет дополнительного извлечения рения и молибдена.

6 Внедрение разработанной технологии выщелачивания с применением натрия азотистокислого на ЗАО «Далур» привело к снижению себестоимости продукции на 36,6 тыс. рублей на тонну урана в концентрате, обеспечив экономический эффект на уровне 18 млн. рублей / год.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК:

1. Umanskii А.В., Klyushnikov A.M. Development of S02-02 system as an oxidant at uranium leaching processes // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry: Vol. 292, N.2 (2012). P. 885-888.

2. Umanskii A.B., Klyushnikov A.M. Bioleaching of low grade uranium ore containing pyrite using A. ferrooxidans and A. thiooxidans // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry: Vol. 295, N 1 (2013). P.151-156.

3. Umanskii A.B., Klyushnikov A.M. Development of NaN0r-02 system as an oxidant at uranium leaching processes // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry: Vol. 293, N. 1 (2012), P. 193-198.

4. Клюшников A.M. Роль железа (III) в процессах выщелачивания урана из руд месторождений зауральского региона / A.M. Клюшников, А.Б. Уманский // Вестник Восточно-Сибирского государственного технологического университета. -2012. - № 1(36). - С. 13-16.

5. Клюшников A.M. Влияние окислителя на кинетические закономерности процесса выщелачивания урана из руд месторождений Зауралья / A.M. Клюшников, Г.И. Газалеева // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления - 2013.-№4 (43). - С.39-45.

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:

6. Клюшников A.M. Влияние гидролиза Fe3+ ионов на процесс выщелачивания урана из руд / A.M. Клюшников, А.Б. Уманский // Проблемы теоретической и экспериментальной химии: тезисы докладов XXII Российской молодежной научной конференции. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2012. - С. 275-276.

7. Клюшников A.M. Закономерности сернокислотного выщелачивания редких элементов из руд Зауральского региона / A.M. Клюшников // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы XVIII Международной научно-технической конференции. - Екатеринбург, 2013.-С. 291-293.

8. Клюшников A.M. Влияние окислителя на кинетические закономерности процесса выщелачивания урана из руд месторождений Зауралья // Материалы XVIII Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья » (3-4 апреля 2013 г.): сборник докладов. - Екатеринбург, 2013. - С. 315-318.

9. Газалеева Г.И. Разработка технологии подземного скважинного выщелачивания урана с использованием окислителей / Г.И. Газалеева, A.M. Клюшников // Инновационные технологии обогащения минерального и техногенного сырья: материалы V Уральского горнопромышленного форума. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2013 - С. 176-179.

10. Газалеева Г.И. К вопросу выщелачивания попутных ценных компонентов при скважинном подземном выщелачивании урана с использованием окислителей / Г.И. Газалеева, A.M. Клюшников // Инновационные технологии обогащения минерального и техногенного сырья: материалы V Уральского горнопромышленного форума. - Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2013 - С. 180-183.

11. Газалеева Г.И. Высокотемпературное выщелачивание бедных мед-но-цинковых сульфидных продуктов с использованием солей железа (III) /

Г.И. Газалеева, A.M. Клюшников// Инновационные технологии обогащения минерального и техногенного сырья: материалы V Уральского горнопромышленного форума. -Екатеринбург: Изд-во УТТУ, 2013 -С. 191-196.

Подписано в печать «28» октября 2013 г. Формат 60 х 84 1/16. Бумага писчая. Печать на ризографе. Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ .

Издательство ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Отпечатано с оригинала - макета в лаборатории множительной техники

издательства УГТУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Клюшников, Антон Михайлович, Екатеринбург

ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНОВЫХ РУД ДАЛМАТОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЗОТИСТОКИСЛОГО НАТРИЯ

Специальность 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых

04201 451 198

На правах рукописи

КЛЮШНИКОВ Антон Михайлович

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук Г.И.ГАЗАЛЕЕВА

Екатеринбург -2013

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

овп Окислительно-восстановительный потенциал

ПР Продуктивный раствор

ик Инфра красный

спв Скважинное подземное выщелачивание

РЗЭ Редкоземельные элементы

АЭС Атомная электростанция

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................7

1 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА ИЗ РУД........................................12

1.1 Современные представления о механизмах окислительно-восстановительных реакций........................................................................12

1.2 Использование кислорода и железа (III) в качестве окислителя

урана (IV).......................................................................................................14

1.3 Процессы окисления с использованием оксидов азота и солей азотистой кислоты.................................................................................17

1.4 Процессы выщелачивания урана в присутствии пиролюзита............20

1.5 Процессы кислородного окисления Fe(II) с использованием катализаторов: диоксида серы, активированного угля....................................20

1.6 Бактериальное и электрохимическое окисление Fe(II).....................21

1.7 Способы выщелачивания урана из руд.......................................22

1.7.1 Агитационное выщелачивание............................................22

1.7.2 Перколяционное выщелачивание.........................................23

1.8 Термодинамические предпосылки процесса СПВ урана с использованием окислителей......................................................................25

1.9 Способы подземного выщелачивания урана................................27

1.9.1 Кислотное выщелачивание урана........................................27

1.9.2 Карбонатное выщелачивание урана.....................................28

1.9.3 Бикарбонатно-кислотное выщелачивание урана.....................29

1.9.4 Выщелачивание с использованием природных реагентов.........30

1.10 Выводы и постановка задач исследования.................................31

2 ОСОБЕННОСТИ УРАНОВОЙ МИНЕРАЛИЗАЦИИ ДАЛМАТОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ.......................................................................33

2.1 Методики проведения исследований.........................................33

2.1.1 Подготовка проб....................................................................33

2.1.2 Химический анализ............................................................33

2.1.3 Рентгенофазовый анализ...................................................33

2.1.4 Оптическая микроскопия..................................................34

2.2 Экспериментальная часть........................................................34

2.3 Выводы..............................................................................44

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОКИСЛИТЕЛЕЙ ПРИ СПВ...........................................................................................45

3.1 Методики проведения исследований.........................................45

3.1.1 Методика тестирования вьпцелачиваемости...........................45

3.1.2 Инфракрасная спектроскопия.............................................47

3.1.3 Химический анализ..........................................................47

3.2 Влияние природы и расходов реагентов (K2Cr207, NaN02, Н202, Мп02) на показатели окисления Fe(II) в растворах СПВ....................................48

3.3 Влияние концентрации валентных форм железа в выщелачивающих растворах на показатели извлечения элементов из руд........................52

3.4 Влияние природы и расхода реагентов-окислителей (K2Cr207, NaN02, Н202, Мп02) на показатели выщелачивания.......................................59

3.5 Влияние гидролиза Ре(111)-ионов и избыточной концентрации кислоты в растворе на процессы выщелачивания руд.........................................62

3.6 Выщелачивание попутных ценных компонентов (рения, молибдена, ванадия и иттрия) с участием солей железа (III) и азотистой кислоты.....74

3.7 Поведение рудного органического вещества при выщелачивании с участием солей железа (III) и азотистой кислоты...........78

3.8 Поведение пирита в сернокислых растворах выщелачивания...........83

3.9 Выводы..............................................................................90

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКИСЛИТЕЛЕЙ В АГИТАЦИОННОМ РЕЖИМЕ..................91

4.1 Методики исследований.........................................................91

4.2 Порядок реакции выщелачивания урана по Fe(III)n нитриту натрия...94

4.3 Энергия активации процесса выщелачивания в отсутствии Fe(III) в растворе..................................................................................99

4.4 Энергия активации процесса выщелачивания в присутствии Fe(III) в растворе.................................................................................101

4.5 Энергия активации процесса выщелачивания в присутствии солей азотистой кислоты............................................................................................103

4.6 Выводы.............................................................................108

5 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМЕ Fe(II) - 02 - NaN02-H20.................................................................................109

5.1 Методики исследований........................................................109

5.1.1 Исследование выделения газообразных продуктов в процессе окисления...........................................................................109

5.1.2 Химический анализ........................................................110

5.1.3 Измерение тепловых эффектов реакции..............................111

5.2 Особенности протекания процессов окисления Fe(II) нитритом натрия с участием кислорода................................................................111

5.3 Химическое равновесие в системе Fe(II) - 02 - NaN02-H20...........118

5.4 Тепловой эффект взаимодействия нитрита натрия с раствором сульфата железа (II)..................................................................................123

5.5 Выводы.............................................................................125

6 ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ В ПЕРКОЛЯЦИОНОМ РЕЖИМЕ......................................................126

6.1 Методика моделирования процесса СПВ..................................126

6.2 Использование повышенных концентраций Fe(III) при выщелачивании.......................................................................................127

6.3 Выщелачивание в присутствии нитрита натрия..........................134

6.4 Предлагаемая технологическая схема использования окислителя при СПВ урана.............................................................................140

6.5 Испытания нитрита натрия в качестве окислителя в промышленных условиях.........................................................................................141

6.6 Выводы.............................................................................146

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................148

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................150

ПРИЛОЖЕНИЕ А.......................................................................165

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время атомная энергетика России испытывает большие потребности в редких элементах и, в первую очередь, в уране, являющемся основой топлива для атомных электростанций.

В нашей доля электроэнергии, вырабатываемой на атомных электростанциях, составляла до недавнего времени около 16 % [1]. Согласно Федеральной целевой программе (ФЦП) "Развитие атомного энергопромышленного комплекса России" планируется достигнуть доли производства электроэнергии на АЭС на уровне 25 % ее общего объема [2,3].

Ядерная авария на АЭС «Фукусима» (Япония), произошедшая в 2011 г, внесла некоторые коррективы в планы развития мировой энергетики. Так, в связи с аварией в мире планируется сокращение количества эксплуатируемых блоков АЭС с 450 до 320 штук. В результате, мировое потребление урана может сократиться примерно на 20 %. Однако, это не внесло значительных корректив в ФЦП ввиду того, что, отечественная атомная энергетика уже сейчас испытывает острый дефицит в природном уране, составляющий около 36 % потребности атомных электростанций [4].

В настоящее время дефицит покрывается за счет складских запасов, полное исчерпание которых прогнозируется в ближайшее десятилетие. Таким образом, потребности России в природном уране будут стабильно возрастать [3]. Для устранения дефицита необходимо резко увеличить добычу урана в стране в ближайшие годы. Поэтому расширение производств в области добычи урана можно рассматривать как одно из приоритетных направлений экономического развития России.

Переработка урановых руд традиционно осуществляется методами гидрометаллургического обогащения с получением в качестве товарного продукта химически осажденных урановых концентратов с содержанием полезного компонента 40-60 % [1]. Полученные концентраты, в свою очередь, подвергаются дальнейшей перечистки с получением чистых соединений ура-

на. Головной операцией процессов обогащения урановых руд является процесс перевода урана из руд в раствор, осуществляемый методом химического растворения (выщелачивания) с использованием водных сред.

С истощением богатых запасов руд отечественная урановая промышленность стоит перед необходимостью развития и совершенствования технологии скважинного подземного выщелачивания (СПВ), которая с успехом может быть применена к бедным и даже забалансовым рудам.

В настоящее время добыча урана в России осуществляется в трех регионах: Стрельцовском (ОАО «ППГХО»), Витимском (ОАО «Хиагда) и Зауральском (ЗАО «Далур) [1,5]. Месторождения двух (Зауральского и Хиа-гдинского) регионов относятся к типу гидрогенных месторождений, пригодных для отработки технологией СПВ. Важнейшим месторождением Зауральского региона является Далматовское.

Урановые руды содержат в качестве примесных компонентов минералы ряда редких элементов в количествах, достаточных для промышленного освоения. Эксплуатация урановых месторождений способна частично покрыть дефицит атомной отрасли в ряде редких элементов, таких как ванадий, рений и молибден, потребляемых в качестве легирующих элементов в конструкционных материалах атомной энергетики.

Очевидна целесообразность дальнейших исследований руд месторождений зауральского региона как перспективнейших источников интенсификации добычи урана и редких элементов в стране за счет совершенствования технологии СПВ.

Перспективными направлениями для совершенствования технологии СПВ урана является разработка и совершенствование реагентного режима выщелачивания, и в частности, исследование применения окислителей при выщелачивании. Исследования выщелачивания урана с использованием окислителей отражены в работах В.А. Грабовникова, Г.М. Вольдмана, А.Н. Зеликмана, А.П. Филиппова, Ю.В. Нестерова, М.И. Фазлуллина, Н.П. Лаве-рова, Е.А.Толстова.

Однако, процессы выщелачивания урановых руд с использованием окислителей изучены недостаточно и требуют дальнейшего исследования в области механизма и кинетики взаимодействия.

Объектом исследований является технология выщелачивания урана из руд.

Предмет исследования - закономерности влияния солей азотистой кислоты на скорость выщелачивания урана из руд.

Цель работы. Научное обоснование и разработка технологии выщелачивания урановых руд с использованием солей азотистой кислоты.

Научная идея заключается в использовании солей азотистой кислоты в качестве катализатора при выщелачивании урана из руд.

Защищаемые научные положения:

1 Наиболее активными реагентами-окислителями в окислительно-восстановительных процессах с участием ионов железа (III) являются негид-ролизованные ионные формы железа (III), что обусловливает необходимость поддержания в выщелачивающем растворе определенной концентрации кислоты;

2 Механизм интенсификации процесса выщелачивания урановых руд при использовании добавок соли азотистой кислоты заключается в протекании каталитического процесса окисления железа (II) с образованием промежуточного комплексного соединения;

3 Разработана и испытана на урановых рудах Далматовского месторождения технология выщелачивания, предполагающая использование азоти-стокислого натрия (нитрита натрия) в качестве реагента на стадии подготовки растворов к процессу выщелачивания.

Научная новизна:

1 Раскрыт механизм выщелачивания урана из руд сернокислыми растворами, модифицированными добавками солей азотистой кислоты;

2 Впервые получены математические зависимости скорости выщелачивания урана от концентрации азотистокислого натрия в растворе;

3 Теоретически и экспериментально изучена роль гидролиза ионов железа (III) в процессах выщелачивания с участием солей железа (III), что позволило установить оптимальную область pH среды при выщелачивании урановых руд;

4 Установлен механизм взаимодействия технологических сернокислых растворов с пиритом и рудным органическим веществом в процессе сква-жинного подземного выщелачивания.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается положительными результатами выполненных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научное значение исследования заключается в получении новых научных знаний о механизме и кинетике выщелачивания урана и попутных ценных компонентов из урановых руд с использованием окислителей.

Практическая значимость работы. Разработаны технические и технологические решения по перколяционному выщелачиванию урановых руд, позволяющие эффективно извлекать в раствор ряд редких металлов. Теоретически и экспериментально обоснованы рациональные реагентные режимы выщелачивания.

Реализация работы. Разработанная технология выщелачивания сернокислыми растворами с добавками азотистокислого натрия испытана на урановых рудах Далматовского месторождения. Достигнуто повышение скорости выщелачивания урана в 1,2 - 1,4 раза по сравнению с традиционной технологией. Зафиксировано повышение извлечения урана из бедных руд на 10,5 % и повышение извлечения в раствор рения и молибдена.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на XII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2007 г.), IV и V Международной научно-практической конференции по актуальным проблемам урановой промышленности (г. Алматы, Республика Казахстан, 2006, 2008 гг.), на XV и XVIII

Международных научных конференциях молодых ученых (г. Екатеринбург, 2008, 2010 гг.), на XXII Российской молодежной научной конференции (г. Екатеринбург, 2012 г.), на XVIII Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья » (г. Екатеринбург, 2013 г.), а также на V Уральском горнопромышленном форуме (г. Екатеринбург, 2013 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, из них 5 работ в рецензируемых научных журналах, определённых ВАК.

Личный вклад автора состоит в определении цели и задач исследования, разработке методик исследований, организации и непосредственном участии в выполнении лабораторных исследований, участии в промышленных испытаниях, анализе и обобщении полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 166 страницах машинописного текста, включая 66 рисунков, 26 таблиц, и состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка из 147 источников, 1 приложения.

1 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТЕХНОЛОГИИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ УРАНА ИЗ РУД

1.1 Современные представления о механизмах окислительно-восстановительных реакций

Для повышения извлечения урана из руд, содержащих минералы урана (IV), такие, как уранинит (1Ю2), коффинит (И8Ю4) и урановая смолка (и308), необходимо применение окислителей для перевода труднорастворимой четырёхвалентной формы урана в шестивалентную [6].

Ниже кратко рассмотрены вопросы окисления на примере растворения 1Ю2 и попутных ценных элементов в сернокислых и карбонатных растворах.

Сущность реакций окисления-восстановления, как известно, заключается в передаче электрона от атомов восстановителя к атомам окислителя. При этом перенос электронов осуществляется по туннельному и мостиково-му механизмам [7-11]. По первому механизму каждый из реагирующих атомов сохраняет свою координационную оболочку в активном состоянии. Перенос электрона сквозь оболочки атомов осуществляется за счет туннельного эффекта. При этом не утверждается, что один и тот же электрон уходит от одного, и переходит к другому атому [10]. Согласно второму механизму (мостиковому или внутрисферному), в процессе окислительно-восстановительной реакции признается существование хотя бы одного атома, общего для обеих координационных оболочек атомов в активном комплексе. Переход реагирующей системы из начального состояния в конечное происходит через промежуточное активированное состояние. Данный переход соответствует энергетически наиболее выгодному пути протекания реакции.

Квантово-механические расчеты и современные кинетические исследования показывают, что вероятность протекания реакции с участием двух электронов и более в одноактном переходе чрезвычайно мала. На основании этого была развита общая теория обязательных одноэлектронных стадий в

окислительно-восстановительных реакциях [12,13]. Было показано, что все редокс-процессы с переходом одного электрона протекают согласно следующему трехстадийному механизму [13]:

- образование