Современная металлургическая промышленность производит почти все известные металлы

Выщелачивание кислотами. Выщелачивание кислотами наи­более широко используют в промышленной практике. Большей частью применяют серную кислоту, смеси серной и азотной кислот (меланж), а иногда одну азотную кислоту. Выщелачи­вание кислотами невыгодно применять из руд, содержащих большие количества карбонатов (кальция, доломита, магне­зита, сидерита и др.) вследствие повышенного расхода кис­лоты. В этих случаях выгоднее выщелачивание растворами соды. При обработке руд, содержащих уранинит и урановую смолку, выщелачивание серной кислотой проводят в присут­ствии окислителя — пиролюзита (МnО₂) или хлората натрия


(NаСlO₃). Окисление ускоряется в присутствии ионов железа; механизм их действия можно представить реакциями:
UО₂ + 2Fе³⁺ = UО²⁺₂ + 2Fе²⁺;
2Fе²⁺ + МnО₂ + 4Н⁺ = 2Fе³⁺ + Мn²⁺ + 2Н₂О.
Выщелачивание проводят на холоду или при подогреве 40 - 50 °С. Повышение температуры увеличивает расход киcлоты. Процесс обычно ведут в непрерывном режиме в каскад выщелачивателей с механическим или воздушным перемешиванием (аппараты типа "Пачук"). К концу выщелачивания значение рН раствора поддерживают в интервале 1-2, что примерно соответствует концентрации свободной кислоты 3- 7 г/л.
Выщелачивание растворами Na₂СО₃. Выщелачивание раство­рами соды основано на образовании шестивалентнын ураном растворимых комплексных солей состава Nа₄[UО₂(СО₃)₃].
Наиболее легко растворяются в растворах Nа₂СО₃ минералы, представляющие собой соли уранила. Труднорастворимы сложные силикатные минералы. Первичные минералы - уранинит, урановая смолка - растворяются в присутствии окислителя.
Выщелачивание растворами Nа₂СО₃ имеет ряд преимущество перед выщелачиванием кислотами; растворы Na₂СО₃ избира­тельно выщелачивают уран, поэтому растворы содержат мало примесей; выщелачивание можно проводить в аппаратуре из простой стали; его можно применять к рудам с высоким со­держанием карбонатов, обработка которых кислотами не вы­годна.
Недостатком выщелачивания растворами Nа₂СО₃ является, как правило, более низкое извлечение в растворы, чем при кислотном выщелачивании.
Основные реакции, протекающие при выщелачивании рас­творами Nа₂СО₃:
UO₃ + 3Nа₂СО₃ + Н₂О ↔ Na₄[UO₂(CO₃)₃] + 2NaOH;
UО₂ + 3Nа₂С0₃ + 1/2О₂ + ↔ Nа₄[UO₂(СО₃)₃] + + 2NаОН.
Как видно из реакций в процессе реагирования накапливается щелочь, что может привести к осаждению малорастворимого диураната натрия. Для нейтрализации щелочи выщелачивание ведут смесью карбоната и би­карбоната натрия (5-10% Nа₂СО₃ и от 1 до 7 % NаНСО₃).
В качестве окислителя большей частью используют воздух или обогащенный кислородом воздух. Выщелачивание руд рас­творами соды проводят в аппаратах с механическим переме­шиванием при атмосферном давлении при температурах 70-90°С или в автоклавах при 115 - 140 °С (для руд, содер­жащих первичные минералы).
Извлечение урана из растворов
Растворы выщелачивания обычно содержат 0,5 - 2 г/л урана. Растворы кислотного выщелачивания имеют рН = 1-2 и содержат ряд примесей (соли Fе, Аl, Сu, Ni, Мn и др.). Для извлечения урана из кислых растворов в настоящее время в основном используют сорбцию на ионообменных смо­лах. Применяют сильноосновные аниониты, у которых актив­ными группами служат четвертичные аммониевые основания. В сернокислых растворах уран находится преимущественно в составе аниона [UO₂(SО₄)₃]^4--. При использовании смолы в нитратной форме сорбция описывается уравнением:
4(R₄N)NO₃+[UO₂(S0₄)₃ ]^4-- ↔ R₄N)₄[UO₂(S0₄)₃]+4NО^--₃;.
Полная обменная емкость смол различных марок по урану находится в пределах 150 - 300мг урана на 1г сухой смо­лы. Рабочая емкость зависит от рН, концентрации урана, примесей других элементов. Для растворов с концентрацией урана 1г/л в интервале рН = 1-3 рабочая емкость колеб­лется от 40 до 100 мг/1 г сухой смолы.
Десорбцию урана со смолы большей частью проводят 0,9 - 1м растворами нитрата аммония, содержащими 0,1 М НNО₃. Получают растворы, содержащие 20 - 60 г/л урана (степень концентрирования в зависимости от концентрации урана в исходном растворе 50 - 200). Из растворов осажда­ют аммиаком малорастворимый диуранат аммония. Прокалива­нием диураната при 650 - 850 °С получают U₃О₈ - химичес­кий концентрат. Ионообменную сорбцию на анионитах исполь­зуют также для извлечения урана из карбонатных щелоков, из которых сорбируются карбонатные комплексы:
4(R₄N)N0₃ + [U0₂(С0₃)₃]↔ (R₄N)₄[UO₂(С0₃)₃] + 4NO₃.
С увеличением избыточной концентрации соды от 1 до 10 г/л обменная емкость смол понижается от 274 до 190 мг U₃О₈ на 1 г смолы вследствие конкуренции ионов СО₃^2-- . Де­сорбцию урана со смолы осуществляют в этом случае раство­ром нитрата натрия. Кислые элюирующие растворы не приме­няют вследствие выделения СО₂ и разрыхления смолы.
Для получения уранового концентрата элюаты подкисляют до рН = 3-4, что приводит к разрушению уранилкарбонатного комплекса. Затем из кислого раствора осаждают диуранат аммония.
С целью исключения операций отстаивания и фильтрации пульп ионообменную сорбцию осуществляют непосредственно из пульп в каскаде аппаратов с пневматическим перемешива­нием и аэролифтной транспортировкой смолы и пульпы (рис.94)
Сорбцию ведут из плотных пульп (Т:Ж = 1:1). Используют механически прочные пористые смолы с зернами размерами 0,5 - 1,5 мм, которые должны превосходить круп­ность частиц рудной пульпы.
рис.94. Схема аппарата для непрерывного про­цесса ионнообменной сорбции из пульп: 1 - корпус; 2 - аэролифт для перемешивания; 3 - аэролифт для транспортировки пульпы; 4 -разделительный элемент; 5 - аэролифт для транспортировки смолы.
Для осветленных растворов (после сгущения и фильтра­ции) вместо ионообменной сорбции для извлечения и концен­трирования урана можно использовать жидкостную экстрак­цию. Эффективными экстрагентами для извлечения урана из сернокислых растворов являются Д2ЭГФК - HR₂РО₄ и соли аминов. Эти экстрагенты используют в виде растворов в ке­росине, причем Д2ЭГФК находится в растворе в форме димера. Экстракция Д2ЭГФК протекает по механизму катионного обмена:
UO²⁺₂ + 2(HR₂Р0₄)₂ = UO₂(R₂Р0₄)₂ • 2НR₂Р0₄ + 2Н⁺.
Экстракцию можно вести из растворов с рН = 0,5-4. Ос­новной конкурент - ионы Fе³⁺, которые предварительно вос­станавливают до Fе²⁺. Реэкстракцию урана проводят кон­тактом органической фазы с 10 н. НС1 или растворами кар­боната натрия или аммония.
Экстракция урана из сернокислых растворов солью амина может протекать в зависимости от кислотности и концентра­ции ионов 8О₄~ по механизму присоединения или ионного об­мена:
(R₂NН) ₂S0₄ + UO₂S0₄ ↔ (R₃NH)₂UO₂(S0₄)₂;
(R₃NН)₂S0₄ + [UO₂(S0₄) ₂] ^2— ↔ (R₃1Ш)₂1Ю₂(80₄)₂ + 80²-.


Экстракцию ведут из растворов с рН < 3. Реэкстракция легко осуществляется растворами нитратов, хлоридов или соды.
Преимущества аминов перед Д2ЭГФК состоят в большей из­бирательности в отношении урана. Главный недостаток солей аминов - неприменимость их для экстракции плохо осветлен­ных растворов вследствие адсорбции ионов на твердых час­тицах. Между тем алкилфосфорные кислоты могут быть ис­пользованы даже для экстракции из пульп. Экстракцию прово­дят в каскаде смесителей-отстойников или пульсационных колоннах.