Экстракция урана из сернокислых водных растворов производится смесью экстрагентов: ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Ди-2-ЭГФК) и трибутилфосфата (ТБФ). Использование смеси экстрагентов обусловлено тем, что определенные комбинации двух экстрагентов экстрагируют извлекаемое вещество лучше, чем каждый экстрагент в отдельности (синергетический эффект).
В качестве разбавителя экстрагентов используется углеводородное сырье.
Процесс экстракции осуществляется в экстракторе - горизонтальном смесителе - отстойнике ящичного типа с механическим перемешиванием, состоящим из 11-ти камер.
Товарный регенерат из отделения десорбции насосами подается в буферную емкость, где подогревается острым паром до температуры 40°С и насосами подается в 4-ю камеру экстрактора. В 9-ю камеру экстрактора насосом из приемного зумпфа подается бедная по урану (после реэкстракции) органическая фаза (органика). Процесс экстракции идет в режиме противотока в камерах с 4-ой по 9-ю. Камеры 1, 2, 3, 10, 11 экстрактора выполняют вспомогательные функции: камеры 2-я и 3-я служат для отмывки насыщенной органики от кислоты; 1-я камера играет роль отстойника для разделения насыщенной органики и промывной воды.10-я и 11-я камеры служат для улавливания органики из маточников (рафинатов).
Отмывка насыщенной органики от кислоты производится предварительно подогретой до 40 °С технической водой, которая подается в 3-ю камеру экстрактора и, после разделения с органикой в 1-й камере, выходит из экстрактора и объединяется с маточниками.
Маточники после отстаивания в 10-й и 11-й камерах экстрактора для дополнительного улавливания органики самотеком поступают последовательно в отстойник, затем в сборник-ловушку органики, откуда насосами подаются для утилизации на выщелачивание. Отмытая от кислоты насыщенная органика из 1-й камеры экстрактора самотеком поступает на реэкстракцию.
Концентрация экстрагентов в органике поддерживается согласно требованиям регламента.
Дозагрузка экстрагентов и разбавителя в процесс производится по мере снижения их концентрации и уменьшения объема органики.
Предусмотрена схема фильтрации органической фазы для выделения гелеобразных коллоидных образований, так называемой "бороды", для чего часть органики отбирается в зумпф и насосами подается на фильтрацию в дисковый пресс - фильтр, после которого поступает в приемный зумпф органики.
Технологические параметры процесса экстракции:
Товарный раствор:
плотность - 1,1-1,12 г/см3;
вязкость - 1,3-1,6 ст.;
кислотность - 110-150 г/л;
Органическая фаза:
плотность - 0,81-0,83 г/см3;
вязкость - 3,5-4,0 ст.
Концентрация экстрагентов:
Ди-2-ЭГФК - 60-65 г/л;
ТБФ - 60-65 г/л.
Расход товарного раствора - 15-30 м3/час;
Расход органической фазы - 12-25 м3/час;
Соотношение орг.: вод. - 1: 1,5;
Насыщение органической фазы по урану - 10-16 г/л;
Содержание урана в органической фазе после реэкстракции - 50-200 мг/л;
Содержание урана в маточнике экстракции - 100-500 мг/л;
КПД ступени - 94-98%.
Реэкстракция урана - процесс снятия урана с органической фазы. Реэкстракция производится раствором бикарбоната аммония с образованием аммонийуранилтрикарбоната (АУТК).
Кристаллизация в процессе твердофазной реэкстракции урана определяется величиной растворимости кристаллов АУТК в карбонатно-солевом растворе.
Условия твердофазной реэкстракции должны быть таковы, чтобы величина растворимости комплекса была не выше 3-5 г/л урана, и образование кристаллов проходило во времени, так как только медленный рост кристаллов обеспечивает размер не менее 10 мкм. Выделение кристаллов АУТК проходит достаточно полно при времени реэкстракции не менее 1 часа.
Реэкстракция проводится в последовательно соединенных реакторах. Отмытая от кислоты, насыщенная органическая фаза из 1-й камеры экстрактора самотеком поступает в головной реактор цепочки реэкстракции. Туда же самотеком поступает раствор бикарбоната аммония (реэкстрагирующий раствор). Полученная в результате процесса реэкстракции, трехфазная смесь (органика, карбонатный раствор, кристаллы АУТК) из последнего реактора самотеком поступает в зону смешения трехфазного отстойника-разделителя фаз. Здесь начинается разделение фаз, которое продолжается затем во всем объеме аппарата.
Органическая фаза из верхней зоны поз.11 поступает в буферную емкость и далее в приемный зумпф органики. Часть органики из, при необходимости, может отбираться для фильтрации в. Органическая фаза насосом возвращается в 9-ю камеру экстрактора.
Карбонатный раствор из средней зоны самотеком поступает в склад химреагентов на доукрепление.
Кристаллы АУТК в виде пульпы из нижней зоны поступают самотеком в снабженный мешалкой сборник, откуда насосами подаются на отмывку от примесей в пульсационную колонну. Отмывка кристаллов ведется в режиме противотока. Пульпа кристаллов АУТК подается в верхнюю часть колонны, а отмывочный раствор, которым является карбонатный раствор из системы пылегазоочистки прокалочного отделения, подается в нижнюю часть колонны.
Кристаллы АУТК, отмытые от примесей, из конуса нижней части колонны поступают в сборник и насосами подаются на обезвоживание в барабанный вакуум-фильтр. Обезвоженные кристаллы АУТК срезаются ножом с барабана фильтра и ссыпаются в приемный бункер прокалочного отделения, фильтрат и верхний слив колонны отмывки кристаллов поступают в склад химреагентов на приготовление реэкстрагирующего раствора.
Реэкстрагирующий раствор готовится в складе химреагентов в емкостях, снабженных мешалками. В напорный бак раствор подается насосами.
Технологические параметры процесса реэкстракции:
Соотношение фаз орг.: вод. - 3: 1;
Карбонатность реэкстрагирующего раствора - 10-12%;
Содержание урана в карбонатном растворе после реэкстракции - 4-8 г/л;
Содержание урана в органической фазе после реэкстракции - 50-200 мг/л;
Расход реэкстрагирующего раствора - 5-8 м3/час;
Время реэкстракции - 30 мин;
Крупность кристаллов - 60-100 мкм;
Влажность кристаллов - не более 20%.
Технологическая схема экстракции и реэкстракции приведена на рисунке, принципиальная аппаратурная схема - на рисунке.
Компоновка оборудования отделения экстракции и реэкстракции приведена на рисунке 1.3.1