Устройство для получения уранового концентрата из преципитата пероксида урана

Номер патента: 28034

Опубликовано: 25.12.2013

Авторы: ДЖОБЛИНГ, Гленн

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) 22 3/02 (2006.01) 22 1/00 (2006.01) 01 43/01 (2006.01) 22 1/216 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ преципитат находится в форме богатого ураном шлама с низким содержанием твердых частиц,который загружается в устройство для переработки,при этом устройство содержит(а) концентратор для концентрирования шлама с целью повышения концентрации загруженного для переработки шлама и получения выгружаемого из концентратора нижнего продукта, содержание твердых частиц в котором находится в диапазоне от 15 масс. до 50 масс., и выгружаемого из концентратора верхнего продукта,(б) средство для обезвоживания выгружаемого из концентратора нижнего продукта с целью получения сгустка из твердых частиц с содержанием твердой фазы по меньшей мере 50 масс. и верхнего продукта, выгружаемого из средства для обезвоживания, и(в) сушилка непрямого нагрева для термической обработки сгустка из твердых частиц при температуре, подходящей для получения либо обожженного триоксидного уранового концентрата,либо высушенного пероксидного уранового концентрата.(73) АДЕЛАИД КОНТРОЛ ИНЖИНИЭРС ПТИ ЛТД(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УРАНОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ПРЕЦИПИТАТА ПЕРОКСИДА УРАНА(57) Предлагаемым изобретением предусматривается создание устройства для получения уранового концентрата из преципитата пероксида урана, при этом этот пероксидный Предлагаемое изобретение относится к устройству для получения уранового концентрата из урансодержащих руд, при этом под урановым концентратом понимается промежуточный продукт(например, пероксид урана (422) или триоксид урана (3, используемый для дальнейшей переработки или обогащения с целью получения урана в коммерческих количествах. В частности,предлагаемое изобретение относится к той части упомянутого устройства,которая используется для забора урансодержащего осадка и переработки его с целью получения уранового концентрата, при этом для получения урансодержащего осадка применяют процесс осаждения, основывающийся на использовании перекиси водорода. При добыче и переработке урансодержащих руд практически всегда применяется процесс выщелачивания (и, следовательно, использование выщелачивающего агента, например, такого как водный карбонатно-бикарбонатный раствор) с целью выщелачивания урана из сопровождающей вмещающей породы рудного месторождения. Такие операции выщелачивания могут осуществляться вместе с операциями поверхностного перемалывания, где добывается уран (часто в открытых разработках),с последующим размельчением и смешиванием,которые осуществляются перед выщелачиванием, или же применяются процессы выщелачивания на месте,когда выщелачивающий агент вводится в подземное рудное тело, а затем извлекается с помощью подходящих систем экстракции. Обогащенный выщелачивающий агент,получаемый в ходе процесса выщелачивания, затем подвергается дальнейшей переработке с целью повышения в нем концентрации урана. Эта дальнейшая переработка включает ряд возможных химических процессов,которые обычно определяются характеристиками конкретных руд,подвергаемых переработке, а также способом экстракции. Такая дальнейшая переработка может включать, например, процесс анионного ионообмена или процесс экстракции растворителем. Независимо от выбранного процесса получается относительно концентрированный раствор урана, который может быть назван элюатом, и который затем должен подвергнуться переработке с целью осаждения соединения урана, который часто называют просто ураном или урановым преципитатом. Существуют различные технологии осаждения,одной из которых предусматривается использование перекиси водорода, с помощью этих технологий обеспечивается возможность осаждения богатого ураном шлама для дальнейшего промывания,обезвоживания и сушки/обжига с целью получения сухого и стабильного уранового концентрата,который может относительно легко транспортироваться. При этом, оборудование для дальнейшей переработки такого уранового концентрата никогда не располагается поблизости от месторождений урановых руд, и сухие и стабильные урановые концентраты представляют 2 собой идеальную, с точки зрения безопасной транспортировки, часто на большие расстояния,промежуточную форму в общем процессе получения урана. Для более ясного понимания настоящей заявки требуется дать определения некоторым терминам (в оригинале разъясняется англоязычная терминология), который здесь был назван также богатым ураном шламом ,получаемый непосредственно в результате процесса осаждения, в отрасли иногда называют поанглийски(в буквальном переводе желтая лепешка, далее будет передаваться порусски термином урановый концентрат - перев.),так как он представляет собой сухую и стабильную форму уранового концентрата, которая получается после процессов промывания, обезвоживания и сушки/обжига,которые осуществляются в дальнейшем. Однако в тексте настоящей заявки для обозначения богатого ураном шлама, получаемого в результате процесса осаждения,будет использоваться термин урановый преципитат, а когда урановый преципитат получен с применением процесса осаждения, основанного на использовании перекиси (пероксида) водорода, он будет называться пероксидным преципитатом. Термин урановый концентрат будет использоваться для обозначения сухой и стабильной формы уранового концентрата, получаемого после того, как урановый преципитат подвергся процессам промывания, обезвоживания и сушки/обжига. При этом должно быть понятно, что состав уранового концентрата является переменным и зависит от рудного месторождения, выщелачивающего агента,условий последующего осаждения и последующих процессов промывания,обезвоживания и сушки/обжига. Его состав может представлять собой смесь, содержащую, помимо прочего, несколько аммоний-уран-кислородных соединений, а также может принимать различные формы в зависимости от тех веществ, которые в его составе преобладают. Поэтому следует заметить, что термин урановый концентрат (в оригинале(желтая лепешка) - перев.) в тексте настоящей заявки на патент не должен ограничиваться только одной формой уранового концентрата. В реальности все большую популярность приобретает урановый концентрат, в основе которого пероксид урана(42 гдеможет варьироваться от 2 до 4), и этот урановый концентрат часто называют пероксидным урановым концентратом. Кроме того, можно получать урановый концентрат, в основе которого триоксид урана и который называют триоксидным урановым концентратом. Для простоты и ясности в тексте настоящей заявки термином урановый концентрат (в оригинале(желтая лепешка) - перев.) охватываются все формы и типы уранового концентрата, а уточнения, например, триоксидный урановый концентрат или пероксидный урановый концентрат будут делаться только при необходимости. Цены, которые платятся за урановый концентрат перерабатывающими предприятиями, в целом зависят от уровня чистоты конкретного вида уранового концентрата (под чистотой в данном случае понимается концентрация той формы урана,которая требуется, например, пероксида урана). Поэтому производители пероксидного уранового концентрата в общем случае стремятся максимизировать концентрацию пероксида урана в урановом концентрате, что, конечно требует,помимо прочего, минимизации уровня примесей и минимизации содержания влаги в урановом концентрате. Что касается содержания влаги, то в идеале оно должно быть сокращено до уровня ниже 1 масс. для любого вида уранового концентрата. Обычно процессы, применяемые для сушки преципитата пероксида урана с целью получения пероксидного уранового концентрата требуют больших количеств воды, что, ввиду того что залежи урановой руды часто находятся в отдалении, связано со значительным увеличением расходов. Эти процессы обычно включают операцию промывания преципитата, который имеет вид шлама, целью которой является удаление нежелательных растворимых в воде примесей, после которой выполняется операция концентрирования шлама, а затем, перед упаковкой для продажи в качестве уранового концентрата, выполняется операция понижения содержания влаги. Операция промывания традиционно выполняется несколькими способами. Например, выполняют операцию промывания с помощью фильтр-пресса или промывающего концентратора, что избавляет от необходимости использования флоккулянта и улучшает контакт жидкость/продукт для удаления примесей, результатом чего является получение сгустка из твердых частиц с высоким содержанием твердой фазы (выше 50). После этого требуется удалить из этого твердого сгустка влагу (с помощью нагревания), чтобы получить урановый концентрат в виде порошка, пригодного для продажи для дальнейшей переработки. В этой связи необходимо заметить, что иногда возникает путаница с терминологией, связанной с процессом нагревания. В тексте настоящей заявки проводится различие между сушкой и обжигом. Термин сушка в тексте настоящей заявки используется для обозначения обезвоживания химического вещества (что представляет собой просто удаление влаги), которое происходит при температурах ниже температуры термического разложения этого химического вещества. Что же касается термина обжиг, то он в тексте настоящей заявки используется для обозначения такого нагревания,которое осуществляется при температуре выше температуры термического разложения этого химического вещества, в результате чего одно химическое соединение разлагается на два или большее количество более простых соединений или элементов. Для сушки сгустка из твердых частиц пероксидного преципитата применяется в целом два альтернативных способа получения пероксидного уранового концентрата - это сушка с помощью ротационной вакуумной сушилки, используемой для операций с периодической загрузкой, и сушка с помощью винтовой сушилки непрерывного действия, используемой для непрерывных или полунепрерывных операций (международная заявка О 2008/101296 от 28.08.2008). И та и другая сушилка работают при относительно низких температурах с нагреванием обрабатываемого материала до температуры 150 С или ниже с целью получения высушенного пероксидного уранового концентрата с содержанием влаги ниже приблизительно 2 масс Ротационные вакуумные сушилки могут использоваться только для операций с периодической загрузкой, но обычно они занимают много места и с ними связаны большие расходы. В действительности эти проблемы типичны для операций с периодической загрузкой вообще. Таким образом,представляется предпочтительным использование непрерывных операций, для которых используются винтовые сушилки непрерывного действия, которые традиционно выбирают для сушки уранового концентрата. Однако для винтовых сушилок непрерывного действия требуется, чтобы для предотвращения прилипаний и закупорок на загрузочном конце подаваемый в них материал имел содержание влаги ниже приблизительно 12 масс Это обычно достигается подмешиванием извне уже высушенного до этого материала, что представляет собой довольно сложный процесс, при котором высушенный материал (75 от пропускаемого сухого материала) подается в смеситель и перемешивается с влажным сгустком, содержание влаги в котором обычно составляет 35 масс., для получения сухой загрузки с желаемым содержанием влаги приблизительно 12 масс Этот способ помимо усложнения процесса представляет проблему при первичном запуске, так как нужно где-то брать высушенный материал для первичного подмешивания. Кроме того, в качестве среды для передачи тепла в сушилках этого типа используется термическое масло,что сопряжено с дополнительными сложностями, связанными с обработкой материала и работой сушилки. Целью предлагаемого изобретения является создание устройства для получения высушенного уранового концентрата из пероксидного преципитата как при операциях с периодической загрузкой, так и при непрерывных операциях, при этом предлагаемое устройство не требует загрузки материала с нормированным содержанием влаги,получаемого путем подмешивания уже высушенного материала, а также является,идеальным образом, менее сложным и более простым в работе. Прежде чем приступить к изложению сущности предлагаемого изобретения, следует заметить, что приведенное выше описание предшествующего 3 уровня техники служит только целям иллюстрации с целью объяснения контекста предлагаемого изобретения. Это не следует считать признанием того, что какая-либо сообщаемая информация была опубликована или известна, или же была частью общеизвестной информации в Австралии или гделибо за ее пределами. Краткое описание предлагаемого изобретения Предлагаемым изобретением предусматривается создание устройства для получения уранового концентрата из преципитата пероксида урана, при этом этот пероксидный преципитат находится в форме богатого ураном шлама с низким содержанием твердых частиц, который загружается в устройство для переработки, при этом устройство содержит(а) концентратор для концентрирования шлама с целью повышения концентрации загруженного для переработки шлама и получения выгружаемого из концентратора нижнего продукта, содержание твердых частиц в котором находится в диапазоне от 15 масс. до 50 масс., и выгружаемого из концентратора верхнего продукта,(б) средство для обезвоживания выгружаемого из концентратора нижнего продукта с целью получения сгустка из твердых частиц с содержанием твердой фазы по меньшей мере 50 масс. и верхнего продукта, выгружаемого из средства для обезвоживания, и(в) сушилка непрямого нагрева для термической обработки сгустка из твердых частиц при температуре, подходящей для получения либо обожженного триоксидного уранового концентрата,либо высушенного пероксидного уранового концентрата. Загружаемый для переработки шлам иногда содержит растворимые в воде примеси одного или большего количества видов, обычно это хлориды,сульфаты и/или нитраты. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения вымывание примесей из загруженного шлама осуществляется до его нагревания, например, на стадии повышения концентрации загруженного шлама или на стадии обезвоживания, или же на обеих этих стадиях. Согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения вымывание примесей осуществляется как часть стадии обезвоживания,например, путем использования на стадии обезвоживания дополнительной промывочной воды,так что примеси (или по меньшей мере их существенная доля) покидает технологический цикл вместе с верхним продуктом, выгружаемым из средства для обезвоживания. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения в устройстве предусмотрено повторное использование выгружаемого из средства для обезвоживания верхнего продукта,который подается в концентратор с целью минимизации потерь урана вместе с жидкостью, выводимой из перерабатываемого шлама. Прежде чем перейти к более подробному описанию предлагаемого изобретения, следует объяснить различные термины, которые будут использоваться далее. Например, выше было использовано выражение богатый ураном шлам с низким содержанием твердых частиц. Здесь под низким содержанием твердых частиц понимается загружаемый для переработки шлам, в котором содержание твердых частиц ниже,чем приблизительно 15 масс Обычно содержание твердых частиц в загружаемом шламе, переработка которого имеет смысл, находится в диапазоне от 2 масс. до 15 масс Что касается части богатый ураном, то этот термин используется для описания, например,концентрированного преципитата пероксида урана,получаемого при осуществлении процесса осаждения, основывающегося на использовании перекиси водорода. Концентрированный пероксидный преципитат обычно содержит свыше 60 масс. пероксида урана. С учетом этого должно быть понятно, что часть богатый ураном в выражении богатый ураном шлам с низким содержанием твердых частиц относится к содержанию урана именно в твердых частицах шлама. Кроме того, под терминами шлам и концентрат твердых частиц понимается следующее. Под шламом обычно понимается жидкость, в которой взвешены твердые частицы. Обычно в шламе пероксидного преципитата,например, содержание твердых частиц может находиться в диапазоне от 1 до 40 и тем не менее может считаться шламом в традиционном смысле. Под термином концентрат твердых частиц в настоящей заявке имеется в виду выгружаемый продукт, обычно получаемый с помощью центрифуг и фильтров, который представляет собой шлам с высоким содержанием твердых частиц, обычно их содержание выше 40 масс., а в норме - в диапазоне от 60 масс. до 80 масс Наконец, выше говорилось, что на выходе устройства согласно предлагаемому изобретению получается либо обожженный триоксидный урановый концентрат,либо высушенный пероксидный урановый концентрат. Как говорилось выше,термин высушенный применительно к урановому концентрату в настоящей заявке означает, что урановый концентрат был подвергнут обезвоживанию пероксида урана (О 4 Н 2 О), которое состоит в удалении несвязанных молекул воды. Термин обожженный применительно к урановому концентрату в настоящей заявке означает, что урановый концентрат был подвергнут термическому разложению (а не химической реакции) с образованием триоксида урана (3) из пероксида урана (О 4 Н 2 О). И в том и в другом случае урановый концентрат является прошедшим термическую обработку в том смысле, что содержание твердой фазы в них выше, чем приблизительно 98 масс На деле в таких урановых концентратах содержание твердой фазы находится в диапазоне от приблизительно 98 масс. до 100 масс., и имеют вид тонкого порошка(обычно это порошок желтого цвета в случае пероксидного уранового концентрата и порошок желтовато-красного цвета в случае триоксидного уранового концентрата. Возвращаясь к общему описанию предлагаемого изобретения, следует заметить, что первой ступенью предлагаемого устройства является концентратор. Это может быть концентратор любого типа, если только с его помощью обеспечивается отделение твердых частиц от жидкости путем гравитационного осаждения с образованием осажденного нижнего продукта,который накапливается на дне концентратора, и прозрачного верхнего продукта,который может сниматься с верхней части концентратора. Использование в качестве концентрирующего средства концентратора предпочтительно по нескольким причинам. Концентратор может работать в течение длительного времени при нарушении работы установки, так как осаждение не прекращается, а также обеспечивает возможность добавления флоккулянта с целью ускорения осаждения, когда это требуется. Кроме того, в периоды технического обслуживания установки или при ее неожиданном отказе концентратор может использоваться как хранилище. Размер концентратора обычно более важен, чем его тип, так как большинство концентраторов показывают лучшие результаты благодаря увеличенному времени обработки, хотя в некоторых ситуациях размер и тип используемого концентратора может диктоваться занимаемым им местом (или одним только экономическим фактором), а не оптимальным временем обработки шлама для осаждения. Однако скорость осаждения в концентраторе также зависит от количества (и распределения количеств) пероксидного преципитата. Иногда, особенно в процессе или сразу после аварийной остановки, преципитационная цепь может стать нестабильной, что может привести к тому, что пероксидный преципитат будет осажден в количестве ниже оптимального, а это потребует увеличить время осаждения, что заставляет отдать преимущество концентраторам большего размера. Кроме того, может оказаться более выгодным работать не с одним, а с двумя концентраторами,установленными последовательно. Верхний продукт, отводимый из концентратора,может содержать соединения урана как в виде твердых частиц, так и в растворенном виде, так,например, в растворе может присутствовать 38 в количестве от 30 до 50 частей на миллион ( аббревиатура от- частей на миллион),что эквивалентно концентрации приблизительно 1,05 г/мл, и при значении водородного показателяприблизительно 4,5, при этом в остаточных количествах присутствуют серная кислота, сульфаты и хлориды. Таким образом,верхний продукт,отводимый из концентратора,может быть перенаправлен, например, в предвыщелачивающий концентратор для повторного использования, чтобы не допустить ухода урана в отходы. Помимо верхнего продукта из концентратора отводится также нижний продукт, в котором в предпочтительных вариантах содержание твердых частиц составляет от 15 масс. до 50 масс., или,может быть, от 30 масс. до 50 масс., а в идеальном случае приблизительно 30 масс Разумеется, в этих твердых частицах содержание урана велико за счет удержанного (и сейчас сконцентрированного) уранового преципитата, и 60 твердых частиц или даже больше может состоять из пероксида урана. Нижний продукт,отводимый из концентратора, может содержать также некоторое количество примесей, о которых говорилось выше, таких как хлориды, нитраты и сульфаты. С целью удаления растворенных в воде примесей нижний продукт, отводимый из концентратора,может перекачиваться в промывочный концентратор. Представляется предпочтительным такое решение, при котором нижний продукт, в котором идеальное содержание твердых частиц,которое, как говорилось выше, составляет 30 масс., разбавляется в промывочном концентраторе чистой водой таким образом, что содержание твердых частиц понижается до приблизительно 4 масс Затем разбавленный шлам в промывочном концентраторе может быть снова подвергнут концентрированию до получения содержания твердых частиц 30 масс., при этом растворенные в воде примеси будут отведены из промывочного концентратора вместе с верхним продуктом. Нижний продукт, отводимый из концентратора,может содержать также нерастворимые примеси,которые на этой стадии нелегко удалить, и содержание которых обычно контролируется посредством экстракционного / ионного обмена и плотным контролем осаждения. Дело в том, что при некоторых видах обработки урана может быть стадия осаждения, предшествующая традиционной стадии осаждения урана, о которой говорилось выше, и эта стадия вводится с целью удаления других примесей, таких как железо, молибден и ванадий (в зависимости от состава руды,подлежащей переработке). Например,на упомянутой дополнительной стадии осаждения с целью осаждения сульфатов, гидроксидов и железа может добавляться известняк. При таком решении для традиционной стадии осаждения считается предпочтительным использование перекиси водорода, так как при ее использовании обычно получается более чистый продукт, чем при других технологиях, а также предотвращается совместное осаждение других металлов, что могло бы иметь место при других технологиях. Дело в том, что В последние годы многие требования к переработке стали строже, отсюда и предпочтение технологии осаждения с использованием перекиси водорода,которая по сравнению с другими технологиями обеспечивает получение более чистого продукта. Что касается средств для обезвоживания нижнего продукта, отводимого из концентратора, то в качестве таковых предусмотрено такое оборудование, как фильтр-пресс, нагнетательный фильтр или центрифуга. Использование одной из указанных единиц оборудования в качестве средства для обезвоживания по меньшей мере частично зависит от наличия в подаваемом для переработки шламе каких-либо растворенных в воде примесей. В этом отношении нагнетательный фильтр или фильтр-пресс в процессе фильтрования обеспечивает стадию промывания, когда отводимый из концентратора нижний продукт промывается в идеальном случае таким количеством воды,которого достаточно для удаления всех присутствующих растворенных в воде примесей,при этом степень, до которой это требуется, зависит от изначальных состава и количества, а также от требуемых в конечном итоге уровней чистоты уранового концентрата, получаемого с помощью устройства согласно предлагаемому изобретению. При такой схеме стадия промывания может быть сделана длинной или короткой, что легко регулируется для обусловленных местными условиями конкретных уровней примесей в пероксидном преципитате. Согласно одному из вариантов осуществления приемлемым нагнетательным фильтром является автоматический нагнетательный фильтр такого типа, который в последнее время взят на вооружение при осуществлении некоторых крупнотоннажных горных операций. Автоматические нагнетательные фильтры обычно высокоэффективны и полностью герметизированы,что позволяет избежать проблем с пылью или облучением. В идеальном случае такой нагнетательный фильтр работает в полунепрерывном режиме, в отличие от известных фильтр- прессов или других нагнетательных фильтров, таких как свечные фильтры, фильтры с горизонтальными пластинами или фильтры с вертикальным листом, которые работают в режиме с периодической загрузкой. Такой фильтр в идеальном случае может работать в течение временного цикла продолжительностью 6-7 минут,что очень близко к продолжительности цикла обезвоживания. Согласно одному из вариантов осуществления автоматический нагнетательный фильтр содержит пластины, которые наложены друг на друга горизонтально, образуя башню, изменяя таким образом направление фильтрации с горизонтального на вертикальное. Эти пластины идеальным образом образуют камеры, из которых шлам под давлением подается в зазор между резиновой диафрагмой и матерчатым вязаным фильтрующим ремнем. Как только образуется сгусток из твердых частиц,упомянутая диафрагма сжимает его, вытесняя остаточную влагу перед стадией промывания, если требуется, или перед выгрузкой этого сгустка. На этой стадии башня из пластин плотно закрыта, и матерчатый ремень остается неподвижным. Сразу по завершении цикла фильтрации башня 6 раскрывается, матерчатый ремень делает один шаг вперед, и сгусток из твердых частиц перемещается по валикам и выгружается на лоток для дальнейшей переработки. Представляется предпочтительным такое решение, при котором содержание твердой фазы в выгружаемом из нагнетательного фильтра сгустке из твердых частиц выше 65 масс. и достигает 80 масс., и при этом содержание растворимых в воде примесей (по меньшей мере сульфатов и хлоридов) находится в приемлемом диапазоне с точки зрения требований к желаемому урановому концентрату, о чем будет говориться далее. В альтернативном варианте в качестве средства для обезвоживания может использоваться фильтрпресс. Представляется предпочтительным такое решение, при котором фильтр-пресс состоит из головки и хвостового конца с ведомым элементом,который содержит пакет вертикальных прямоугольных пластин, опорой для которых служат боковые или верхние балки. Головка служит в качестве фиксированного конца, к которому могут подсоединяться подающая и фильтрующая трубы,при этом упомянутый ведомый элемент выполнен с возможностью перемещения вдоль упомянутых балок и прижимания упомянутых пластин друг к другу в ходе цикла фильтрации с помощью гидравлического или механического механизма. Каждая из этих пластин покрыта фильтрующей тканью с обеих сторон, и, будучи прижатыми друг к другу, они образуют последовательность камер,количество которых зависит от количества пластин. Эти пластины в целом имеют центрированный загрузочный канал, который проходит по всей длине фильтр-пресса таким образом, что обеспечивается соединение вместе всех камер пакета пластин. Аналогично четыре угловых канала соединяют все пластины и выполнены с возможностью собирания ила и промывочных фильтратов в замкнутом пространстве разгрузки по направлению к выпускным отверстиям на той же стороне, что и впускное отверстие. Как и нагнетательный фильтр, фильтр-пресс пригоден для процессов с высоким содержанием примесей, когда может выполняться промывание сгустка. В этом случае через высушенный сгусток может пропускаться чистая вода с целью удаления растворимых в воде примесей, и фильтрат может подвергаться текущему контролю на предмет проводимости когда проводимость фильтрата сравняется с проводимостью воды, цикл промывай является завершенным. В еще одном альтернативном варианте в качестве средства для обезвоживания может использоваться центрифуга. Дело в том, что в отсутствие растворимых в воде примесей (а именно,тех,которые требуют удаления перед обезвоживанием в промывочном концентраторе, или же где содержание примесей в преципитате низко) предпочтительным оборудованием для обезвоживания шлама является центрифуга. Центрифугой в целом легче управлять, ее техническое обслуживание менее интенсивно, и она обычно полностью закрыта, что существенно снижает уровень облучения и не создает проблем для здоровья и безопасности операторов. Центрифуга это аппарат, способный разделять загружаемый шлам на твердую и жидкую фазы благодаря разности гравитационных свойств или размеров частиц. Центрифуга производит фугат(жидкий выходной продукт, который выше был назван верхним продуктом обезвоживания) и обезвоженный или концентрированный сгусток из твердых частиц. Подходящий аппарат этого типа в целом содержит два вращающихся компонента,ковш и винтовой транспортер. Упомянутые два вращающихся компонента в идеальном случае вращаются в одном и том же направлении со скоростями, различающимися в малой степени. Зона питания находится в цилиндрическом конце аппарата, и твердая и жидкая фазы перемещаются в одном и том же направлении вдоль корпуса ковша. Затем жидкость улавливается в возвратные трубы и выгружается обратно у питающего конца аппарата. Как упоминалось выше, в некоторых ситуациях применение центрифуги обеспечивает преимущество благодаря относительной простоте управления и легкости технического обслуживания,в частности, при переработке пероксидных преципитатов с низким или нулевым содержанием растворимых в воде примесей. Что касается сгустка из твердых частиц,получающегося на выходе из средства для обезвоживания (независимо от того, используется ли в качестве средства для обезвоживания фильтрпресс, нагнетательный фильтр или центрифуга), то представляется предпочтительным такое решение,при котором этот сгусток из твердых частиц из средства для обезвоживания передается на двунаправленный транспортер (например, такой как винтовой транспортер),выполненный с возможностью осуществления им управления с целью разгрузки сгустка из твердых частиц в сушилку или в резервуар для хранения уранового концентрата. Целью этого альтернативного разгрузочного устройства является обеспечение для средства для обезвоживания возможности продолжать работу во время временных перерывов в работе сушилки или повторно загружать сгусток из твердых частиц в средство для обезвоживания во время запуска системы или в случае, если полученный сгусток из твердых частиц не соответствует требованиям качества. Обычно после стадии обезвоживания сгусток из твердых частиц является липким и нетекучим продуктом, консистенция которого похожа на консистенцию зубной пасты, содержание твердой фазы в этом сгустке из твердых частиц обычно не ниже 50 масс Как говорилось выше, сушилка представляет собой сушилку непрямого нагрева либо проводящего, либо контактного типа, при этом представляется предпочтительным такое решение,при котором используется горизонтальная ротационная сушилка, которая работает либо в непрерывном, либо в полунепрерывном режиме (но может использоваться и в режиме периодической загрузки). Должно быть понятно, что при таком решении у сушилки непрямого нагрева источник тепла отделен от сгустка из твердых частиц и любых газообразных продуктов, выходящих из этого сгустка из твердых частиц, предпочтительно с помощью вращающегося цилиндра. В противоположность этому сушилка прямого нагрева имела бы источник тепла, состоящий из продуктов сгорания в виде пламенного купола и горячих газообразных продуктов, в контакте со сгустком из твердых частиц и газами, если таковые имеются. Наиболее предпочтительным представляется использование горизонтальной ротационной сушилки,так как на производительность горизонтальной ротационной сушилки не оказывают вредного влияния вариации влажности загружаемого сырья, и горизонтальные ротационные сушилки справляются с обработкой склонного к прилипанию к поверхности сушилки липкого продукта, обеспечивая для него условия для более свободного прохождения через сушилку. Кроме того, сушилка непрямого нагрева в идеальном случае должна быть герметичной, что имеет значение при окончательной обработке в случае выделения радиоактивных газообразных продуктов и пыли. При таком решении при применении сушилки непрямого нагрева,снабженной системой герметизации,предотвращается газообмен между внутренней средой сушилки и местной окружающей средой,благодаря тому что давление во внутренней среде сушилки является пониженным. Кроме того, в случае применения ротационной сушилки непрямого нагрева общий объем выделяемых газообразных продуктов весьма невелик по сравнению с сушилками прямого нагрева, благодаря чему при применении ротационной сушилки непрямого нагрева меньше расходы на системы улавливания выделяемых газообразных ПРОДУКТОВ,чтобы удовлетворить требованиям к выбросам пыли в соответствии с нормативными документами местного уровня, уровня штата и федерального уровня. В порядке информирования и без желания прибегать к теоретическому объяснению следует заметить, что в сушилке сгусток из твердых частиц(который, разумеется, помимо твердых частиц содержит и воду и перемещается через зоны нагрева внутри сушилки) постепенно нагревается до температуры в диапазоне от приблизительно 100 С до приблизительно 145 С. По мере нагревания сгусток из твердых частиц попадает в зону кипения,когда температура воды приближается к точке кипения и сгусток из твердых частиц становится похож на горшок с медленно кипящей овсяной кашей. Как только температура воды достигает точки кипения, начинает выходить избыточный водяной пар (в него переходит несвязанная вода),который улавливается упоминавшейся газоотводной системой и выводится из сушилки, благодаря чему поддерживается несколько пониженное давление во внутреннем пространстве сушилки. То есть, до этой 7 точки происходит просто переход от 422 плюс вода к 422 плюс приблизительно 1 влаги. До этой точки, как уже говорилось выше,происходящий в сушилке нагрев называется термином сушка. Если желательно получить пероксидный урановый концентрат, то сушилка не нуждается в дальнейших зонах нагрева, и полученный пероксидный урановый концентрат выгружается. Однако, если желательно получить триоксидный урановый концентрат, то сушилка должна иметь дальнейшие зоны нагрева, в которых должен осуществляться дальнейший нагрев сгустка. Обычно при температуре выше приблизительно 150 С начинается термическое разложение пероксида урана, которое состоит в постепенном превращении его в смесь с вероятностным составом 3,52 при температуре приблизительно 290 С. Дальнейший нагрев до температуры в диапазоне от приблизительно 450 С до приблизительно 480 С приводит к завершению разложения и образованию триоксида урана (3) с удалением связанной воды. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения выделяющиеся в сушилке газообразные продукты проходят через большой барометрический конденсатор с целью охлаждения и способствования конденсации пара, прежде чем он пройдет через скруббер с трубами Вентури и систему фильтрации. Кроме охлаждения выделяющихся газообразных продуктов с помощью упомянутого барометрического конденсатора обеспечивается также удаление клубов пыли из потока выделяющихся газообразных продуктов. Затем может быть осуществлен сбор увлекаемой пыли и конденсированных паров в герметичном резервуаре. После этого охлажденные выделяющиеся газообразные продукты могут быть пропущены через скруббер с трубами Вентури, а затем через циклонный сепаратор, где большие капли конденсированного водяного пара и тонкие твердые частицы могут быть удалены из потока отводимых из упомянутого герметичного резервуара газообразных продуктов. Для отвода из сушилки выделяющихся газообразных продуктов может быть использован вакуумный насос с гидравлическим поршнем. С целью удаления мелких капель жидкости и, возможно, пыли продукт, выходящий из вакуумного насоса, может быть пропущен через устройство для удаления мелкодисперсного тумана. Представляется предпочтительным такое решение, при котором урановый концентрат из сушилки выгружается под действием силы тяжести в хоппер для хранения, содержащий любую известную систему наполнения барабана и взвешивания,откуда урановый концентрат извлекается и пакуется для продажи. Как говорилось выше, состав уранового концентрата и содержание влаги в нем обычно зависят от состава подаваемого для переработки шлама, используемого в этом процессе, который, в свою очередь, зависит от состава исходных урановых руд, а также от типа процесса обработки, примененного для получения 8 шлама, загружаемого для переработки. Однако,вообще говоря, ожидается, что получаемый согласно предлагаемому изобретению урановый концентрат имеет вид сыпучего порошка с содержанием влаги приблизительно в диапазоне от 0 масс. до 2 масс Краткое описание прилагаемого чертежа После приведенного выше краткого описания предлагаемого изобретения далее последует подробное описание одного из предпочтительных вариантов его осуществления. Однако должно быть понятно, что объем предлагаемого изобретения не ограничивается этим вариантом его осуществления. На прилагаемом чертеже, фиг.1, показана блоксхема устройства для получения уранового концентрата согласно первому варианту осуществления предлагаемого изобретения. Описание одного из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретения На фиг.1 показана блок-схема одного из предпочтительных вариантов осуществления устройства для получения уранового концентрата согласно предлагаемому изобретению, параметры которого рассчитаны на обжиг пероксидного преципитата с целью получения триоксидного уранового концентрата. При таком решении должно быть понятно, что принципиальное отличие в применении устройства для сушки пероксидного преципитата с целью получения пероксидного уранового концентрата состоит в рабочей температуре сушилки. При температурах в диапазоне от 100 С до 145 С образуется высушенный пероксидный урановый концентрат, в то время как при температурах в диапазоне от 450 С до 480 С образуется обожженный триоксидный урановый концентрат. Объемом предлагаемого изобретения, разумеется, охватываются оба эти процесса, хотя со ссылками на фиг.1 полностью описывается только один из них. На фиг.1 путь прохождения обрабатываемого продукта жирно выделен, чтобы отличить его от вспомогательных технологических потоков,которым в описании уделено (или необходимо) некоторое место, в число вспомогательных входят следующие технологические потоки поток рабочей воды (2) помимо прочего проходящий через расходный резервуар (ТК-001), охладительную башню (СТ-001) и теплообменник (НХ-001), а также поток горючих и выхлопных газов (8) из сушилки(-001). Главный путь прохождения продукта показывает низкое содержание твердой фазы, при этом богатый ураном подаваемый на переработку шлам (1) пероксидного типа проходит обработку с помощью концентратора (на прилагаемом чертеже не показан). В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в нижнем продукте, выходящем из концентратора и представляющем собой концентрированный шлам(1), содержание твердых частиц находится в диапазоне от 15 масс. до 50 масс При этом следует заметить, что в приведенном выше описании общих аспектов предлагаемого изобретения и последующем описании данного предпочтительного варианта осуществления предлагаемого изобретения указываются только наблюдаемые при нормальной работе устройства согласно предлагаемому изобретению идеальные диапазоны таких параметров, как температура,состав и концентрация. Специалисту должно быть понятно, что существует широкая вариация нормальной работы устройства в зависимости от типа поступающего на переработку материала и его характеристик, и, таким образом, при указании предпочтительных параметров предлагаемого изобретения допускается широкая вариация. В предлагаемом изобретении в качестве средства для обезвоживания используется центрифуга,фильтр-пресс или нагнетательный фильтр, и с помощью этого средства для обезвоживания осуществляется разделение твердых и жидких фаз перерабатываемого шлама. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в качестве средства для обезвоживания используется центрифуга (-001), в которую в виде потока (3) поступает концентрированный шлам (1) из расходного резервуара (ТК-001). В упомянутой центрифуге (-001) разделение фаз осуществляется за счет разности удельных весов и/или размеров частиц. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения центрифуга производит фугат (4) (который представляет собой верхний продукт обезвоживания, о котором говорилось выше при кратком описании предлагаемого изобретения, и который по существу представляет собой воду),который отправляется обратно в концентратор (на прилагаемом чертеже не показан) в виде потока (4),и сгусток из твердых частиц (5), представляющий собой твердую фазу, образовавшуюся в центрифуге(-001) и по существу представляющую собой обезвоженные твердые частицы. Центрифуга (-001) состоит из стационарного основания или корпуса, составляющего опору для вращающегося элемента и приводного двигателя,детали которого на фиг.1 не показаны. Представляется предпочтительным такое решение,при котором упомянутый вращающийся компонент(или ротор) содержит цилиндрическую секцию (или ковш), в которой жидкость осветляется, и коническую секцию (или гаситель), откуда твердые частицы выводятся из жидкости, например, с помощью винтового транспортера (или шнека),вставленного в упомянутую цилиндрическую секцию через открытый конец конической секции. Центрифуги этого типа иногда называют декантерными центрифугами,ковшовыми центрифугами или шнековыми центрифугами. Представляется предпочтительным такое,решение, при котором подлежащий переработке шлам поступает в центрифугу (-001) на впускном конце вращающегося компонента через стационарную питающую трубу. Центробежная сила, развиваемая при вращении цилиндрической секции центрифуги(-001),приводит к образованию непрерывного твердого слоя на ее внутренней поверхности. Должно быть понятно, что под действием центробежной силы, развиваемой при вращении, более тяжелые твердые частицы направляются к стенкам цилиндрической секции, а более легкие твердые частицы и жидкость остаются в жидкой фазе (в фугате) во внутренней части вращающегося слоя. Более тяжелые частицы образуют обезвоженный сгусток из твердых частиц(5), о котором говорилось выше, и затем с помощью винтового транспортера перемещаются из цилиндрической секции через коническую секцию,которая образует барьер для жидкости, к порту выгрузки твердых частиц. Представляется предпочтительным такое решение, при котором фугат протекает в том же направлении, что и обезвоженный сгусток из твердых частиц, и через возвратные трубы возвращается к тому концу цилиндрической секции вращающегося компонента центрифуги (-001),через который подается жидкость, где он и изливается на регулируемые отбивные решетки. Фугат и сгусток из твердых частиц могут собираться в сепараторных отсеках корпуса центрифуги (001), откуда они под действием силы тяготения падают в соответствующие лотки (все это происходит внутри центрифуги (-001). С целью предотвращения потерь уранового концентрата, который мог остаться в фугате (4) от жидкой фазы, фугат (4), выходящий из центрифуги(-001), направляется в концентратор (на прилагаемом чертеже не показан), или же, в альтернативном варианте, может быть отправлен обратно на стадию выщелачивания (тоже не показано на прилагаемом чертеже), если он содержит большие количества примесей. В зависимости от содержания примесей жидкая фаза может быть пригодна для повторного использования в качестве рабочей воды. Следует заметить также, что если бы в качестве средства для обезвоживания вместо центрифуги использовался фильтр-пресс или нагнетательный фильтр, и требовалась бы стадия промывания, то мог бы использоваться кондуктометрический зонд для отслеживания проводимости фильтрата(верхнего продукта обезвоживания) с целью определения момента,когда содержание растворимых в воде примесей, таких как хлориды и сульфаты, понизится до приемлемого уровня. Предполагается, что когда проводимость фильтрата понизится, то это будет значить, что примеси из сгустка из твердых частиц удалены. Реальная проводимость будет определяться типом и количеством примесей, а также требуемыми характеристиками устройства. По существу должно быть понятно, что в этой точке в сгустке из твердых частиц (6) содержание примесей (имеются в виду примеси, растворимые в воде) может находиться в приемлемом диапазоне с точки зрения требований к урановому концентрату,который должен быть получен впоследствии. Прежде чем перейти к более подробному описанию сушилки (на фиг.1 обозначена как 001), следует заметить, что для передачи 9 обезвоженного сгустка из твердых частиц (6) обратно через стадию обезвоживания для повторного использования, в случае когда содержание примесей превосходит допустимое для процесса, или для остановок сушилки (-001) во время технического обслуживания, или при аварийном прекращении процесса, или же при операциях запуска и остановки работы, когда сгусток из твердых частиц не соответствует требуемым характеристикам, идеально подходит двунаправленный винтовой транспортер (-001). Что касается работы сушилки (-001), то сгусток из твердых частиц (6) поступает в сушилку(-001) при минимальном содержании твердой фазы, составляющем приблизительно 50 масс В сушилке (-001) сгусток из твердых частиц подвергается нагреванию - электрическим способом или путем сжигания ископаемого топлива (10) - с целью испарения остаточной воды (как свободной,так и части связанной воды), и полученный водяной пар выводится из сушилки (-001) в составе выходящих газообразных продуктов (20) с помощью вакуумных насосов с гидравлическим поршнем (001 и -002). Сушилка (-001) показана как ротационная сушилка непрямого нагрева,снабженная системой герметизации для предотвращения газообмена между внутренней средой сушилки и местной окружающей средой, при этом давление во внутренней среде сушилки является пониженным. Выходящие из сушилки (-001) газообразные продукты (20) пропускаются через большой барометрический конденсатор (-001) с целью охлаждения и конденсации пара перед пропусканием через скруббер с трубами Вентури(-001). Помимо охлаждения выходящих газообразных продуктов с помощью барометрического конденсатора(-001) обеспечивается также удаление клубов пыли из потока выделяющихся газообразных продуктов и направление их в герметичный резервуар (ТК-002). Из барометрического конденсатора (-001) охлажденные газообразные продукты пропускаются через скруббер с трубами Вентури (-001), а затем через циклонный сепаратор (-001), где большие капли конденсированного водяного пара и тонкие твердые частицы отводятся из потока газообразных продуктов к герметичному резервуару (ТК-002) для последующего отведения в отстойный резервуар с потоком (12). Упомянутые вакуумные насосы с гидравлическим поршнем (-001 и -002),используемые для отвода из сушилки (-001) газообразных продуктов (20), поддерживают внутри сушилки (-001) пониженное давление, благодаря чему предотвращается выход образующихся в ней газообразных продуктов наружу. После пропускания через барометрический конденсатор (-001) и скруббер с трубами Вентури (-001) продукт, выходящий из вакуумных насосов с гидравлическим поршнем (001 и -002), проходит через устройство для удаления мелкодисперсного тумана (-002) с 10 целью удаления мелких водяных капель и увлекаемой пыли (для выгрузки в герметичный резервуар (ТК-002, с последующим обеспечением для чистого воздуха (7) возможности быть отправленным в пылеуловительную камеру (на прилагаемом чертеже не показана). Возвращаясь к описанию сушилки (-001),следует отметить, что сгусток из твердых частиц (6),образующийся в центрифуге (-001), в сушилке(-001), разумеется, подвергается обжигу для получения высушенного триоксидного уранового концентрата (9), который представляет собой конечный продукт. В порядке информирования и опять же без желания прибегать к теоретическому объяснению следует заметить, что в сушилке (-001) сгусток из твердых частиц (6) (который, разумеется, помимо твердых частиц содержит и воду и перемещается через зоны нагрева внутри сушилки) постепенно нагревается до температуры в диапазоне от приблизительно 100 С до приблизительно 145 С. По мере нагревания сгусток из твердых частиц (6) попадает в зону кипения, когда температура воды приближается к точке кипения и сгусток из твердых частиц становится похож на горшок с медленно кипящей овсяной кашей. Как только температура воды достигает точки кипения, начинает выходить избыточный водяной пар (в него переходит несвязанная вода),который улавливается упоминавшейся газоотводной системой и выводится из сушилки(-001),благодаря чему поддерживается несколько пониженное давление во внутреннем пространстве сушилки (-001). То есть, до этой точки происходит просто переход от 422 плюс вода к 422 плюс приблизительно 1 влаги. Как говорилось выше,если целью процесса является получение высушенного пероксидного уранового концентрата,то нагрев в сушилке (-001) в этой точке следует прекратить. Однако в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения, в котором целью является получение обожженного триоксидного уранового концентрата, требуется дальнейший нагрев. Обычно при температуре выше приблизительно 150 С начинается термическое разложение пероксида урана, которое состоит в постепенном превращении его в смесь с вероятностным составом 3,522 при температуре приблизительно 290 С. Дальнейший нагрев до температуры в диапазоне от приблизительно 450 С до приблизительно 480 С приводит к завершению разложения и образованию триоксида урана (3) с удалением связанной воды. На самом деле при нагреве до температуры приблизительно 480 С объемная плотность возрастает от приблизительно 1,5 кг/л (у уранового концентрата, высушенного при температуре 145 С) до приблизительно 1,85 кг/л. Общая реакция, протекающая в сушилке, может быть описана следующим уравнением 2 (422)(нагрев)23 О 24 Н 2 О. Представляется предпочтительным такое решение, при котором представляющий собой конечный продукт обожженный триоксидный урановый концентрат (9) из сушилки (-001) под действием силы тяжести разгружается в хоппер для хранения (на прилагаемом чертеже не показан),содержащий любую известную систему наполнения барабана и взвешивания, откуда урановый концентрат извлекается и пакуется для продажи. Должно быть понятно, что возможны другие вариации и модификации описанного выше устройства, которые тоже охватываются объемом предлагаемого изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для получения уранового концентрата из преципитата пероксида урана, при этом этот пероксидный преципитат находится в форме богатого ураном шлама с низким содержанием твердых частиц, загружаемого в устройство для переработки, при этом устройство содержит(а) концентратор для концентрирования шлама с целью повышения концентрации загруженного для переработки шлама и получения выгружаемого из концентратора нижнего продукта, содержание твердых частиц в котором находится в диапазоне от 15 масс. до 50 масс., и выгружаемого из концентратора верхнего продукта,(б) средство для обезвоживания выгружаемого из концентратора нижнего продукта с целью получения сгустка из твердых частиц с содержанием твердой фазы по меньшей мере 50 масс. и верхнего продукта,выгружаемого из средства для обезвоживания, и(в) сушилка непрямого нагрева для термической обработки сгустка из твердых частиц при температуре,подходящей для получения либо обожженного триоксидного уранового концентрата,либо высушенного пероксидного уранового концентрата. 2. Устройство по п.1, в котором сушилка непрямого нагрева это горизонтальная ротационная сушилка. 3. Устройство по любому из п.п.1 или 2, которое выполнено с возможностью повторного использования верхнего продукта, выгружаемого из средства для обезвоживания, с подачей его в концентратор. 4. Устройство по любому из п.п.1-3, в котором в качестве средства для обезвоживания использован фильтр-пресс,нагнетательный фильтр или центрифуга. 5. Устройство по п.4, в котором в качестве средства для обезвоживания использован автоматический нагнетательный фильтр,выполненный с возможностью работы в полунепрерывном режиме. 6. Устройство по любому из п.п.1-5, содержащее двунаправленный транспортер, выполненный с возможностью осуществления им управления с целью разгрузки сгустка из твердых частиц из средства для обезвоживания либо для обжига, либо обратно для обезвоживания. 7. Устройство по любому из п.п.1-6, в котором сушилка выполнена с возможностью работы в непрерывном режиме, в полунепрерывном режиме или в режиме периодической загрузки. 8. Устройство по любому из п.п.1-7, в котором сушилка выполнена с возможностью осуществления нагрева сгустка из твердых частиц при температуре в диапазоне от 450 С до 480 С с целью получения обожженного триоксидного уранового концентрата. 9. Устройство по любому из п.п. 1-7, в котором сушилка выполнена с возможностью осуществления нагрева сгустка из твердых частиц при температуре в диапазоне от 100 С до 145 С с целью получения высушенного пероксидного уранового концентрата. 10. Устройство по любому из п.п.1-9, в котором сушилка является герметичной сушилкой. 11. Устройство по любому из п.п.1-10, содержащее барометрический конденсатор для пропускания через него газообразных продуктов с целью их охлаждения и удаления из них пыли.

МПК / Метки

МПК: C22B 3/02, C22B 1/00, C01G 43/01, C22B 1/216

Метки: преципитата, уранового, пероксида, устройство, концентрата, урана, получения

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/11-28034-ustrojjstvo-dlya-polucheniya-uranovogo-koncentrata-iz-precipitata-peroksida-urana.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Устройство для получения уранового концентрата из преципитата пероксида урана</a>

Похожие патенты