Уран технологиясындағы аффинаж


Жоспары:

І. Кіріспе
ІІ. Негізгі бөлім
А) Уран технологиясындағы аффинаж әдістері
Б) Уран аффинажының экстракциялық үрдістерінің
артықшылықтары
В) АҚШ . тағы уран аффинажы
ІІІ.Қорытынды
Кіріспе

Өткен тарауларда біз урандық химиялық концентраттарды алудың негізгі үш әдістерімен: тұнбалық, сорбциялық және жаңа, жетілдірілген экстракциялық әдісімен таныстық.
Бұлардың бәрі сапасы, құрамындағы уран және қоспалар мөлшері әр түрлі уранның химиялық концентратын береді. Олардың “кедей” құрамды (30 – 50% U3O8) және қайта тазалауды қажет етеді. Басқалары құрамы неғұрлым бай (U3O8 – 95 – 99% - ға жуық). Бірақ, бұлардың бәрі техникалық өнімдер, яғни техникалық уранның шала тотық – тотығы немесе уранат типті тұздар. Урандық атомдық техникада қолдану үшін ядерлі таза меалдық уран, оның тотықтары, тетрафториді және басқа қосылыстары таап етіледі.
“Ядерлі тазалық” түсінігі әртүрлі элемент – қоспалардың баяу нейтрондарды сіңіруінің тиімді қималарымен түсіндіріледі.
Бұл қималар әртүрлі элементтер үшін әрқалай.
Мұндай қауіпті элементтер болып нейтрондарды сіңіру қимасының жоғары мәні бар элементтер, мысалы: Cd, B, Hf, СЖЭ, әсіресе Gd, Sm, Eu, Dy және басқалар саналады. Бұлар “нейтрондық улар” деп аталады және олардың болуы нейтрондар жоғалуын туғызады. Ядерлік отын ретінде қолданылатын уран қосылыстарында бұл элементтердің мөлшері қатаң дәрежелермен шектелуі керек. Бұндай шектеулер басқа элементтердің мөлшеріне де қойылады, бірақ олардың зияндылығы жоғарыдағыларға қарағанда төменгі дәрежеде.

Пән: Химия
Жұмыс түрі:  Реферат
Тегін:  Антиплагиат
Көлемі: 17 бет
Таңдаулыға:   
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге
Кепілдік барма?

бот арқылы тегін алу, ауыстыру

Қандай қате таптыңыз?

Рақмет!






Уран технологиясындағы аффинаж

Жоспары:

І. Кіріспе

ІІ. Негізгі бөлім
А) Уран технологиясындағы аффинаж әдістері
Б) Уран аффинажының экстракциялық үрдістерінің
артықшылықтары
В) АҚШ – тағы уран аффинажы

ІІІ.Қорытынды
Кіріспе

Өткен тарауларда біз урандық химиялық концентраттарды алудың негізгі
үш әдістерімен: тұнбалық, сорбциялық және жаңа, жетілдірілген экстракциялық
әдісімен таныстық.
Бұлардың бәрі сапасы, құрамындағы уран және қоспалар мөлшері әр түрлі
уранның химиялық концентратын береді. Олардың “кедей” құрамды (30 – 50%
U3O8) және қайта тазалауды қажет етеді. Басқалары құрамы неғұрлым бай (U3O8
– 95 – 99% - ға жуық). Бірақ, бұлардың бәрі техникалық өнімдер, яғни
техникалық уранның шала тотық – тотығы немесе уранат типті тұздар. Урандық
атомдық техникада қолдану үшін ядерлі таза меалдық уран, оның тотықтары,
тетрафториді және басқа қосылыстары таап етіледі.
“Ядерлі тазалық” түсінігі әртүрлі элемент – қоспалардың баяу
нейтрондарды сіңіруінің тиімді қималарымен түсіндіріледі.
Бұл қималар әртүрлі элементтер үшін әрқалай.
Мұндай қауіпті элементтер болып нейтрондарды сіңіру қимасының жоғары
мәні бар элементтер, мысалы: Cd, B, Hf, СЖЭ, әсіресе Gd, Sm, Eu, Dy және
басқалар саналады. Бұлар “нейтрондық улар” деп аталады және олардың болуы
нейтрондар жоғалуын туғызады. Ядерлік отын ретінде қолданылатын уран
қосылыстарында бұл элементтердің мөлшері қатаң дәрежелермен шектелуі керек.
Бұндай шектеулер басқа элементтердің мөлшеріне де қойылады, бірақ олардың
зияндылығы жоғарыдағыларға қарағанда төменгі дәрежеде.

Уран технологиясындағы аффинаж әдісі

Аффинаж мақсаты – белгілі талаптарға жауап беретін уран қосылы-старын
алу. Ядерлі таза уранның көптеген дәрежелері бар және әртүрлі елдерде оны
қолдану принциптері бірдей. Ол, жоғарыда айтылып кеткен “нейтрондық улар”
концепциясына негізделген. Алайда бұл дәрежелердің бір – бірінен біршама
өзгешеліктері бар.
Уран аффинажының әдістері, сол сияқты оның қолданатын реагенттері -
әр түрлі. Сәйкес қышқылдарды қолдану – уранды жақсы ерігіш күйге, мысалы
уранил – нитратқа, уранил – хлоридке, уранил – сульфатқа айналдыруға
мүмкіндік береді. Белгілі бір реагенттерді қолданған кезде, іс жүзінде
ерімейтін қосылыстар – диуранат, асқан тотық, оксалаттар және т.б.
түзіледі. Уранның кейбір қосылыстары суда жақсы ериді және оны сулы
ерітінділерде тұнбаға сұрыптапбөліп алуға болады (аммонийуранилүшкарбонаты,
аммониуранилпентафториді, аммонийуранилсульфаты және т.б.). сорбция және
экстаркция әдістері де жоғары аффинаждық тиімділігімен сипатталады.
Кейбір нақты зауыттардың өнеркәсіптік нобайларына талдау жасамастан
бұрын, уран аффинажында қолданылатын жеке әдістер мен реагенттерге тоқталып
өтейік. Уран технологиясында аффинаждың көптеген әдістері белгілі, мысалы:
сульфиттік тазалау, гидрототықтық тазалау, фосфаттық тазалау, уранил -
нитратты кристалдау арқылы тазалау, оксалаттық тазалау, асқын тотықтық
тазалау, карбонаттық тазалау, экстракциялық тазалау.
Қазіргі уақытта осы әдістердің тек соңғы үшеуінің ғана іс жүзілік
мәні бар.
Асқын тотықтық тазалау. Асқын тотықтық тазалау әдісі ерітіндіден уран
асқын тотығын UO4 * 2H2O бөліп алуға негізделген.
Бұл уранға тән қосылысты

О O
U *2H2O немесе [UO (OO) (H2O)2] (сусыз қосылысы
О O
алынбаған)

уранның ерітіндідегі тұзына сутегі асқын тотығымен (30% - тік H2O2) әсер
етуі арқылы алады.
Асқын тотықтық тазалау нобайы өте қарапайым, бірақ дегенмен де бұнда
асқын тотықтың тұнбаға түсуінің біршама ерекшеліктеріне мән берген жөн,
өйткені үрдіс өте күрделі және сезімтал.
1) уран асқын тотығының тұнбаға түсуі төмендегідей реакция бойынша
жүреді:
UO2(NO3)2 + H2O2 + 2H2O → UO4 * 2H2O + 2HNO3
Яғни,бұнда сутегі асқын тотығының артық мөлшері қажет және түзілген азот
қышқылының аммиакпен бейтараптау керек;

Н2О2

80 – сурет. Техникалық уран шала тотық – тотығын асқын тотықтық тазалау
нобайы
2) үрдісте қыздыруға жол бермеу керек, өйткені бұндай жағдай-да
сутегі асқын тотығы ыдырайды;
3) сутегі асқын тотығы уақыт өткен сайын тез бұзылады;
4) салыстырмалы түрде жақсы сүзілетін тұнба алуға тырысу керек, ол
үшін тұндырғышты жайлап құю қажет.
Үрдістің шарттарына қойылатын талаптардың қарама – қайшылығы, уран
асқын тотығын тұндыруды іс жүзінде жүзеге асырудың қиындықтарын туғызады.
Лабораториялық зерттеулерде алынған, неғұрлым оптималды параметрлері:
рН=2÷2,5; t=40÷45oC; [U]=25÷240 гл; Н2О2 – ң артық мөлшері – 10% - ға
дейін. Сүзуден қалған ерітінді де 1 – ден 10г – ға дейін Uл болады. Бірақ,
зауыттар тәжірибесінде әдетте басқа, неғұрлым тиімді режимде қолданады:
[U]=100÷120 гл, [HNO3]=30 гл, бөлмелік температурада; Н2О2 - ң 100% -
дық артық мөлшері, уранның бөліп алынуы - 99%.
Қоспалардың асқын тотықтық тазалау үрдісіндегі сипаттамалары әртүрлі:
1) бор, СЖЭ, хром, никель, марганец, кобальт, мыс - өте жақсы,
литий, кадмий - өте нашар, фосфор, темір, натрий, ванадий –
нашар бөлінеді.
2) Кейбір қспаларуран асқын тотығының толық тұнбаға түсуіне
кедергі жасайды, олар: а) уранды комплекстейтін қоспалар:
сульфаттар, фторидтер, фосфаттар, ванадаттар және органикалық
қышқылдар. б) Н2О2 - ны ыдырауға ұшырататын қоспалар: Cu2+,
Fe3+, Fe2+, Mn4+, VO2+.
3) Қоспалар ерімейтін асқын тотықтық қосылыстар (немесе ерімейтін
комплекстер) түзеді: Ti, Th, Hf, Zr, Ce4+, Cu2+, Nb5+, Mo6+.
4) Ca, Ba, Sr сульфаттары, фосфаттары,арсенаттар және ванадаттар
әлсіз қышқылдық орталарда ерімейді және тұнбаны былғайды.
5) Уранның толық бөлініп шығуына, сілтілік және сілтілік жер
металдардың мөлшері көп болған кезде ерігіш асқын тотықты
уранаттар кедергі жасайды.
Бірақ жоғарыда айтылып кеткендей, сутегі асқын тотығы қымбат және онша
тұрақты емес. Сондықтан, асқын тотықтық үрдісті аффинаждық соңғы
сатыларында, яғни қоспалардың басым бөлігі әкетілген кезде пайдаланылған
тиімді. Қазіргі кезде асқын тотық үрдіс аффинаж тәжірибесінде мүлдем
қолданылмайды. Алайда кеде оны, уранды элюат пен регенераттан тұндырған
кезде, урандық ерітінділерді қосымша тазалау мақсаттарында пайдаланады.
Карбонаттық тазалау. Уран афинажының жетілдірілген және тиімді
әдістерінің бірі – үшкарбонаттық тазалау. Ол – алты валентті уранға тән,
өте тұрақты комплекстік қосылыстың (NH4)4[UO2(CO3)3] түзілуіне негізделген.
Оның түзілін алғаш 1824 ж. Берцелиус көрсеткен. Бұлар – ауыр, моноқиықты
сингонияның сарғылт – жасыл түсті кристалдары. Олар суда жақсы ериді, бірақ
бір атаулы иондардың әсерінен тұзсызданады. Аммоний карбрнатын қоа отырып,
уранды (NH4)4[UO2(CO3)3] түрінде толықтай тұнбаға бөліп алуға болады.
Сонымен қатар уранды, ерітіндіні қайнату кезінде монокарбонат түрінде де
тұнбаға түсіруге де болады. Комплекстік карбонаттардың мынадай генетикалық
қатары бар:

Қосылыс UO22+
CO32-
(NH4)[UO2(CO3)OH(H2O)2] 1:1
(NH)3[UO2(CO3)3OH(H2O)5] 1:1.5
(NH4)2[UO2(CO3)2(H2O)2] 1:2
(NH4)6[(UO2)2(CO3)5(H2O)2] 1:2.5
(NH4)4[UO2(CO3)3] 1:3

Ұқсас натрийлік комплекстерге қарағанда, (NH4)4[UO2(CO3)3] тұзының
суда ерігіштігі температура өскен сайын жоғарлайды және карбонаттың немесе
аммоний бикорбанатыны концентратциясы жоғарлаған сайын төмендейді.
Уранның карбонаттық тазалауының табысты орындалуына карбонаттық
қосылыстардың ерекше қаиеттері – олардың әлсіз концентрленген ерітінділерде
жақсы ерігіштігі, неғұрлым концентрлі ерітінділерде тұзсыздануы, қайнату
кезінде тұнбаға бөліну әсер етеді. Қоспалар сипатының тазалауға әсері
қолайлы; көбінесе олар корбанаттық рітінділерде ерімейді, ал егер бұндай
жағдай болатын болса, онда уранды тұзсыздандырукезінде қоспалар тұнбаға
түспейді, мысалы P, As, B, V толығымен ерітіндіде қалады. Және бұнда,
мысалы мынадай қоспалардан тазалау жақсы жүреді: Li, Be, Mg, Sr, Ba, Mn,
Fe2+, Fe3+, AI, Ga, Zn, Ti3+, Zr, Hg, Sn, Pb, Bi, Si, La, Th, Y, Cu және
т.б.
Демек, үрдістің шарттарын өзгерте отырып, іс жүзінде уранды барлық
қоспалардан тазартуға болады, мысалы, карбонаттық ерітінділерден тұнбаға
түсетін қоспалардан және карбонаттық орталарда ерігіш қосылыстар түзетін
қоспалардан.
Карбонаттық аффинаж Швецияда және Порт – Хоуп зауытында (Канада)
табысты қолдануда. Кейбір жағдайларда оны КСРО – да қолданады.
Уранның экстракциялық аффинажы. Экстракциялық үрдісті алғаш уранды
тазалау мақсатында Пелиго 1842 жылы қолданды. Ол үрдісті диэтил эфирін
қолданды. Бұл эфирді, осыдан 150 жыл уақыттан кейін, 1942 жылы
американдықтар Сент – Луистегі “Меликродт Кемикал Уоркс” зауытында алғашқы
атом бомбасын даярлау кезінде техникалық шала тотық – тотықты тазалу үшін
пайдаланды.
Осы әдіспен алдымен, 10-4 – 10-5% - дық қоспалы құрамды ядерлі таза
уран тотығын алды. 1947 жылы американдық Дж. Уорф уранның экстрагенті
ретінде үшбутилфосфатын (ҮБФ) пайдаланудың мүмкіндігін зерттеді. 1950 –
1954 жж. Тәжірибелік қондырғыларда уранды ҮБФ – ң сұйылтқыштағы
ерітінділермен экстракциялау үрдістері жасалып, тексерулерден өтті. Осыдан
кейін, ҮБФ – ы өнеркәсіпке енгізілді: АҚШ – та – 1954 ж., Канадада – 1955
ж., Францияда – 1956 ж., Англияда – 1957 ж., ГФР – да – 1958 ж. Біршама
уақыт бойы уран афинажы үшін Канадада, Францияда және Бельгияда
метилизобутилкетонды қолданды.
Қазіргі уақытта уран афинажы үшін ҮБФ – н атомдық технологиясы дамыған
елдердің барлығы кеңінен қолданады. Экстрак-цияның көмегімен афинаждау –
қазіргі кездегі неғұрлым көп қолданылатын және тиімді әдіс.

Уран афинажының экстракциялық үрдістерінің артықшылықтары

Әдетте, заттар экстракциялық бөлу нәтижесінде қатты фаза түзілмейді.
Бұл, экстракцияның тұнбалық әдістермен салыстырғанда үлкен артықшылығын
көрсетеді, өйткені бұнда, тұнба түзілу кезінде қоспалардың қамтылып кетуі
болмайды.
Экстракциялық бөліп алу жағдайында уранды концентрлеу оны қоспалардан
тазартумен қатар жүргізіледі.
Тұнбалық үрдістерді орындау кезінде лақтырынды сүзінділерде уранның
біраз мөлшері неғұрлым төмен болса, соғұрлым оның тазаланған фракцияға
бөлініп шығуы аз болады. Экстракциялық әдісте бұндай кемшілік жоқ, өйткені
уранның органикалық фазаға және реэкстрактқа бөлініп алынуы оның бастапқы
концентрациясына аз тәуелді. Уранның экстракциялық бөлініп алынуы кезінде
лақтырынды ерітінділердің көлемі төмендейді.
Тұндыру және тұнбаларды кристалдау – салыстырмалы түрде ұзақ және
күрделі үрдіс, ал онымен салыстырғанда экстракциялық тепе – теңдік бірнеше
минуттың ішінде орнайды.
Тек қана сұйық фазалардың болуы үрдістің аппаратуралық жабдықталуын
едәуір жеңілдетеді, яғни басқарудың қарапайым алгоритмі арқылы үрдісті
толық автоматтауға болады.
Экстракциялық үрдісті аффинажда қолданудың негізгі заңдылықтары,
уранкенді ерітінділерді экстракциялық қайта өңдеудің заңдылықтарымен
бірдей. Алайда, аффинаждағы экстрагенттерге қойылатын талаптар біршама
өзгеше және бірқатар себептермен шартталған
1) ерітінділердегі уранның мөлшері неғұрлым жоғары. Сондықтан,
экстрагент үлкен сыйымдылықты болуы керек. Ол үшін аффинажда таза
экстрагенттерді (гексан, дибутилкарбитол СН3(СН2)3О(СН2)2О(СН3)3 *
СН3) немесе ҮБФ – ң керосиндегі концентрленген ерітінділерден (30
– 40% - дық) қолданады;
2) реагенттердің бағасының алынған уранның өнімдердің бағасына әсері
аз, өйткені, ерітінділер көлемі уранкендік өндірістің ерітінділер
көлемінен әлдеқайда аз, ал алынған өнім одан анағұрлым қымбат.
Сондықтан, уран қосылыстарының көбін жақсы ерітетін және
таттанбайтын құрыштан жасалған аппараттарда қолдануға болатын
салыстырмалы түрде қымбат бағалы азот қышқылын қолдану мүмкіндігі
бар;
3) қоспалар таралуының төменгі коэффиценттерімен қамтамасыз ету талап
етілу керек, яғни экстрагенттің, уранилнитраттарының
сольваттарының (гексан, дибутилкарбитол, ҮБФ) түзілуіне байланысты
жоғарғы бөлгіштік қабілеті болуы керек.
Осындай талаптарды қанағаттандыратындар: ҮБФ – ң керосиндегі, CCI4 –
ге және т.б. ерітінділері. Бұл тамаша экстрагенттің физика – химиялық
қасиеттері жоғарыда айтылып кетті. ҮБФ – ң өте жоғары тығыздығы (0,973
гсм3), инертті рганикалық сұйылтқыштарды (керосин, бензол, CCI4,
дибутилэфирі, гексан) қолдану қажеттігін шарттайды. Керосин – қаныққан
көмірсутектердің жоғарықайнағыш фракциясы, іс жүзінде нитрленбейді,
аппаратураны қақтандырмайды. әдетте аффинаж үшін ҮБФ – ң керосиндегі 30 –
40% - дық ерітіндісі қолданылады.
ҮБФ суда 0, - 0,4 гл – ге дейін ериді. Су, ерітіндінің
концентрациясына байланысты (10 – 100% ҮБФ) ҮБФ –та 1,4 – тен 64 гл – ге
дейін ериді. ҮБФ – ң гидролиз нәтижесінде (температураның және HNO3 – тің
ұзақ ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Уран технологиясы
Уран - энергия көзі ретінде
Қазақстан түсті металлургия өнеркәсібінің басты саласы - мыс өнеркәсібі
Уранды жерасты ұңғылы шаймалау технологиялық процесін басқару нысаны (объектісі) ретінде сипаттау
Уранды шахталық тәсілмен алу кезіндегі қауіпсіздік шаралары
Уранды рудаларды жер асты сілтіден айыру
Күміс металлургиясы
Балқаш мыс байыту фабрикасының тарихы
ҚОРҒАСЫН ҚАҒЫН КОНЦЕНТРАЦИЯЛЫҚ БАЛҚЫТУ
Уран өндірісін автоматтандыру
Пәндер