- •«Металлургия» кафедрасы
- •Мазмұны
- •1 Уран жаратылысы
- •1.1 Жер қыртысындағы уран
- •1.2 Уранның көп таралу жолдары
- •1.3 Уран геосфераларын құру
- •1.4 Уран пегматиттері
- •1.5 Тау жыныстарында кездесетін уран түрлері
- •1.6 Уранның маңызды минералдары
- •1.7 Уранды минерализациялау
- •1.7.1 Уранды минералдарды классификациялау
- •1. Бақылау сұрақтары
- •2 Уранның физика-химиялық қасиеттері
- •2.1 Уранның физика-химиялық қасиеттерінің жалпы сипаттамасы
- •2.2 Уранның негізгі қосындылары
- •2.2.1 Уран гидриді
- •2.2.2 Уран оксиді
- •2.2.3 Уран фторидтері
- •2.3 Сулы ерітінділерінен алынатын уран қосылыстары
- •2.4 Уранил нитраты
- •2.5 Уранил сульфаты
- •2.6 Уранил оксалаты
- •2.7 Уранды кеннің жалпы сұлбасы
- •2. Бақылау сұрақтары
- •3 Уранды кен орындары
- •3.1 Уранның қалдықты (тұнбаланған) кен орындарын құру
- •3.2 Уранның гидротермальды кен орындары
- •3.3 Уран өндіру әдістері
- •3.3.1 Дағдылы әдіспен өнім өндіру
- •3.3.2 Жерасты шаймалау әдісімен өнім өндіру
- •3.4 Қазақстанда орналасқан уранның кен орындары
- •3.4.1 «Cтепное» кен орыны
- •3.4.2 «Центральноe» кен орыны
- •3.4.3 «№6 Кен басқармасы» кен орыны
- •3.5 Уранды қайта өңдеу кен орыны
- •3.5.1 Солтүстiк Қазақстан кен орыны
- •3.5.2 Грачев және Косашы кен орындары
- •3.5.3 Көксор, Шат, Глубинное, Ағаш кен орындары
- •3.5.4 Есiл, Шоқпақ, Қамыс кен орындары
- •3.5.5 Оңтүстiк Қазақстан кен орыны
- •3.5.6 Қордай кен орыны
- •3.5.7 Ботабұрым мен Жусандала кен орындары
- •3.5.8 Қызылсай кен орны
- •3.6 Уран кендері құрылысының ерекшеліктері
- •3. Бақылау сұрақтары
- •4 Уран кендерін байыту
- •4.1 Уран кендерін байытудың ерекшеліктері
- •4 Бақылау сұрақтары
- •5 Шаймалау үрдісін анықтау
- •5.1 Уранды шаймалау үрдісін анықтау
- •5.2 Шаймалау үрдісінің кинетикасы
- •5.3 Уран кендерін қысым астында қышқылды шаймалау
- •5.4 Уранды кенді карбонаттық шаймалау
- •5.4.1 Карбонаттық шаймалаудың химиясы
- •5.5 Қышқылдық шаймалау
- •5.5.1 Уранның үштотығын шаймалау
- •5.5.2 Уран диоксидін шаймалау
- •5.6 Жерасты шаймалау
- •5.7 Бактериялық шаймалау
- •5.7.1 Бактериялық шаймалаудың физика- химиялық негіздері
- •5.7.2 Бактериялық шаймалаудың шарттары
- •5.8 Уран кендерін шаймалау техникасындағы қазіргі заманғы беталысы (бетбағыты)
- •5. Бақылау сұрақтары
- •6 Урандық ерітінділерді қайта өндеудің собциялық әдістері
- •6.1 Ион алмасу сорбциясының физика-химиялық негіздері
- •6.2 Уран технологиясындағы ион алмасы шайырларына қойылатын талаптар
- •6.3 Иониттердің ғылыми классификациясы
- •6.4 Уранды ерітінділерден сорбциялаудың негізгі заңдылықтары
- •6.5 Уранның күкірт қышқылды ерітінділерден сорбциясы үшін аниониттер мен катиониттердің қолданылуы
- •6.5.1 Күштінегізді анионнттермен сорбциялау
- •6.5.2 Күшті қышқылды катиониттермен сорбциялау
- •6.5.3 Екінші класты ионитгермен сорбциялау
- •6.6 Уранды ерітінділерділерден сорбциялаудың технологиялық нобайлары
- •6.7 Кендік қоймалжындардан уранды сорбциялық бөліп алу
- •6.7.1 Уранды қоймалжыңнан cорбциялаудың шет елдік тәжірибесі
- •6.7.2 Қазақстандағы уранды коймалжыңнан бөліп алудың сорбциялық технологиясының дамуы.
- •6.8 Карбонаттық ерітінділер мен қоймалжыннан уранды бөліп алу үшін ион алмасу шайырларын қолдану
- •6.9 Ионалмасу сорбциялық үрдістеріне арналған қондырғылар
- •6 Бақылау сұрақтары
- •7 Уранды экстракциялаудың физика- химиялық негіздері
- •7.1 Экстракцияның жалпы сипаттамасы
- •7.2 Экстракциялық жүйелерге фазалар ережелерін қолдану
- •7.3 Экстракция кезіндегі фазалық таралу заңы
- •7.4 Уран қосылыстарының экстракциясының механизмімен экстрагенттердің классификациясы
- •7.5 Сұйылтқыштар
- •7 Бақылау сұрақтары
- •8. Уран технологиясындағы аффинаж
- •8.1 Уран қосылыстарындағы «ядорлық тазалық» түсінігі
- •8.2 Уран қосылыстарының «ядорлық тазалық» дәрежелері
- •8.3 Уран технологиясындағы аффинаж әдістері
- •8.3.1 Асқын тотықтық тазалау
- •8.3.2 Карбонаттық тазалау
- •8.3.3 Уранның экстракциялық аффинажы
- •8.5 Англиядағы уран аффинажы
- •8.6 Франциядағы уран аффинажы
- •8.7 Уран аффинажы үшін басқа экстрагенттерді қолдану мүмкіндігі
- •8. Бақылау сұрақтары
- •9. Уран металлургиясы
- •9.1 Металдық уран және оның қасиеттері
- •9.2 Металдық уран алудың әдістері
- •9.3 Уран металлтермиясының термодинамикалық негіздері
- •9.4 Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру
- •9.5 Металдық уранды уран тетрафторидінен өндіру
- •9.5.1 Уран тетрафторидін кальциймен тотыксыздандыру
- •9.5.2 Үздіксіз металтермиялық тотықсыздандыру
- •9.5.3 Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру
- •9.6 Рафинадтық балқыту
- •9.6.1 Тотыксыздандырғыштық және рафинадтық балқыту үрдістерін бір аппаратта біріктіріп жүргізу (дингот-үрдісі)
- •9.7 Жылу бөлгіш элементтерді (жбэл-ді) дайындау
- •9.8 Металлургиялық өндіріс қалдықтарын қайта өңдеу
- •9 Бақылау сұрақтары
- •10 Қоршаған ортаны қорғау
- •Қорытынды
- •Әдебиеттер тізімі
- •5В070900 мамандығыының студенттері үшін
Ф.7.03-18
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БIЛIМ МИНИСТРЛIГI
М.ӘУЕЗОВ атындағы ОҢТҮСТIК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТIК УНИВЕРСИТЕТI
«Металлургия» кафедрасы
Батькаев И.И.
«Радиабелсенді металдардың металлургиясы» тақырыбына
химиялық-технологиялық мамандықтарының студенттері үшін арналған
Оқулық
Шымкент, 2015
УДК 621.039
ББК 31.4я7 Г84
Батькаев И.И.
«Радиабелсенді металдардың металлургиясы» тақырыбына химия - технологиялық мамандықтарының студенттері үшін арналған оқулық. – Шымкент: ОҚМУ. 2015. – 165 бет.
ISBN 5 - 7262 - 0526 - S
«Радиабелсенді металдардың металлургиясы» тақырыбына химия - технологиялық мамандықтарының студенттері үшін арналған оқулық. Оқу құралында уранның физика-химиялық қаситеттері және оның қосылыстары, теориялық негіздері және кеңді шығарудан соңғы өнім алғанға дейінгі уранды кеңді өндеудің барлық сатыларының қондырғылы аппараттардың жасалынуы қарастырылаған.
Пікір жазғандар:
«Металлургия» кафедрасының (№ __ хаттама, « __ » _____ 2015ж.) және
Химиялық инженерия және биотехнология жоғары мектептің инновациялық технологиялық оқыту және әдістемелік қамтамасыз ету бойынша комитеттің отырысында (№ __ хаттама, « ___» ____ 2015ж.) қаралған және баспаға ұсынылған.
Басуға М.Әуезов атындағы ОҚМУ Әдістемелік кеңесі ұсынған,
№ __ хаттама, «___»__________2015ж.
© М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті, 2015 ж.
Мазмұны
|
Кіріспе |
6 |
1 |
Уран жаратылысы |
8 |
1.1 |
Жер қыртысындағы уран |
8 |
1.2 |
Уранның көп таралу жолдары |
8 |
1.3 |
Уран геосфераларын құру |
8 |
1.4 |
Уран пегматиттері |
9 |
1.5 |
Тау жыныстарында кездесетін уран түрлері |
11 |
1.6 |
Уранның маңызды минералдары |
11 |
1.7 |
Уранды минерализациялау |
12 |
1.7.1 |
Уранды минералдарды классификациялау |
13 |
|
Бақылау сұрақтары |
13 |
2 |
Уранның физика-химиялық қасиеттері |
14 |
2.1 |
Уранның физика-химиялық қасиеттерінің жалпы сипаттамасы |
14 |
2.2 |
Уранның негізгі қосындылары |
16 |
2.2.1 |
Уран гидриді |
16 |
2.2.2 |
Уран оксиді |
17 |
2.2.3 |
Уран фторидтері |
19 |
2.3 |
Сулы ерітінділерінен алынатын уран қосылыстары |
21 |
2.3.1 |
Үшвалентті уран U3+ |
21 |
2.3.2 |
Төртвалентті уран U4+ |
21 |
2.3.3 |
Бесвалентті уран UO2+ |
21 |
2.3.4 |
Алтывалентті уран UO22+ |
22 |
2.4 |
Уранил нитраты |
22 |
2.5 |
Уранил сульфаты |
22 |
2.6 |
Уранил оксалаты |
24 |
2.7 |
Уранды кеннің жалпы сұлбасы |
25 |
|
Бақылау сұрақтары |
27 |
3 |
Уранды кен орындары |
28 |
3.1 |
Уранның қалдықты (тұнбаланған) кен орындарын құру |
28 |
3.2 |
Уранның гидротермальды кен орындары |
28 |
3.3 |
Уран өндіру әдістері |
29 |
3.3.1 |
Дағдылы әдіспен өнім өндіру |
29 |
3.3.2 |
Жерасты шаймалау әдісімен өнім өндіру |
30 |
3.4 |
Қазақстанда орналасқан уранның кен орындары |
30 |
3.4.1 |
«Cтепное» кен орыны |
30 |
3.4.2 |
«Центральноe» кен орыны |
30 |
3.4.3 |
«№6 Кен басқармасы» кен орыны |
31 |
3.5 |
Уранды қайта өңдеу кен орыны |
31 |
3.5.1 |
Солтүстiк Қазақстан кен орыны |
31 |
3.5.2 |
Грачев және Косашы кен орындары |
32 |
3.5.3 |
Көксор, Шат, Глубинное, Ағаш кен орындары |
32 |
3.5.4 |
Есiл, Шоқпақ, Қамыс кен орындары |
33 |
3.5.5 |
Оңтүстiк Қазақстан кен орыны |
35 |
3.5.6 |
Қордай кен орыны |
36 |
3.5.7 |
Ботабұрым мен Жусандала кен орындары |
36 |
3.5.8 |
Қызылсай кен орны |
37 |
3.6 |
Уран кендері құрылысының ерекшеліктері |
39 |
|
Бақылау сұрақтары |
42 |
4 |
Уран кендерін байыту |
43 |
4.1 |
Уран кендерін байытудың ерекшеліктері |
43 |
4.2 |
Уран кендерін байыту әдістері |
44 |
4.3 |
Радиометриялық байыту |
44 |
4.4 |
Гравитациялық байыту |
47 |
4.5 |
Уран кендерін флотациялық байыту |
48 |
|
Бақылау сұрақтары |
48 |
5 |
Шаймалау үрдісін анықтау |
49 |
5.1 |
Уранды шаймалау үрдісін анықтау |
49 |
5.2 |
Шаймалау үрдісінің кинетикасы |
50 |
5.3 |
Уран кендерін қысым астында қышқылды шаймалау |
54 |
5.4 |
Уранды кенді карбонаттық шаймалау |
56 |
5.4.1 |
Карбонаттық шаймалаудың химиясы |
58 |
5.5 |
Қышқылдық шаймалау |
67 |
5.5.1 |
Уранның үштотығын шаймалау |
68 |
5.5.2 |
Уран диоксидін шаймалау |
69 |
5.6 |
Жерасты шаймалау |
73 |
5.7 |
Бактериялық шаймалау |
74 |
5.7.1 |
Бактериялық шаймалаудың физика- химиялық негіздері |
74 |
5.7.2 |
Бактериялық шаймалаудың шарттары |
75 |
5.8 |
Уран кендерін шаймалау техникасындағы қазіргі заманғы беталысы (бетбағыты) |
77 |
|
Бақылау сұрақтары |
86 |
6 |
Урандық ерітінділерді қайта өндеудің собциялық әдістері |
87 |
6.1 |
Ион алмасу сорбциясының физика-химиялық негіздері |
87 |
6.2 |
Уран технологиясындағы ион алмасы шайырларына қойылатын талаптар |
88 |
6.3 |
Иониттердің ғылыми классификациясы |
90 |
6.4 |
Уранды ерітінділерден сорбциялаудың негізгі заңдылықтары |
92 |
6.5 |
Уранның күкірт қышқылды ерітінділерден сорбциясы үшін аниониттер мен катиониттердің қолданылуы |
93 |
6.5.1 |
Күштінегізді анионнттермен сорбциялау |
93 |
6.5.2 |
Күшті қышқылды катиониттермен сорбциялау |
98 |
6.6 |
Уранды ерітінділерділерден сорбциялаудың технологиялық нобайлары |
100 |
6.7 |
Кендік қоймалжындардан уранды сорбциялық бөліп алу |
105 |
6.8 |
Карбонаттық ерітінділер мен қоймалжыннан уранды бөліп алу үшін ион алмасу шайырларын қолдану |
112 |
6.9 |
Ионалмасу сорбциялық үрдістеріне арналған қондырғылар |
113 |
|
Бақылау сұрақтары |
114 |
7 |
Уранды экстракциялаудың физика- химиялық негіздері |
115 |
7.1 |
Экстракцияның жалпы сипаттамасы |
115 |
7.2 |
Экстракциялық жүйелерге фазалар ережелерін қолдану |
117 |
7.3 |
Экстракция кезіндегі фазалық таралу заңы |
118 |
7.4 |
Уран қосылыстарының экстракциясының механизмімен экстрагенттердің классификациясы |
121 |
7.5 |
Сұйылтқыштар |
128 |
|
Бақылау сұрақтары |
128 |
8 |
Уран технологиясындағы аффинаж |
129 |
8.1 |
Уран қосылыстарындағы «ядорлық тазалық» түсінігі |
129 |
8.2 |
Уран қосылыстарының «ядорлы тазалық» дәрежелері |
130 |
8.3 |
Уран технологиясындағы аффинаж әдістері |
131 |
8.3.1 |
Асқын тотықтық тазалау |
131 |
8.3.2 |
Карбонаттық тазалау |
133 |
8.3.3 |
Уранның экстракциялық аффинажы |
134 |
8.4 |
АҚШ -тағы уран аффинажы |
141 |
8.5 |
Англиядағы уран аффинажы |
144 |
8.6 |
Франциядағы уран аффинажы |
144 |
8.7 |
Уран аффинажы үшін басқа экстрагенттерді қолдану мүмкіндігі |
145 |
|
Бақылау сұрақтары |
146 |
9 |
Уран металлургиясы |
147 |
9.1 |
Металдық уран және оның қасиеттері |
147 |
9.2 |
Металдық уран алудың әдістері |
148 |
9.3 |
Уран металлтермиясының термодинамикалық негіздері |
149 |
9.4 |
Металдық уранды, оның өзінің тотықтарынан өндіру |
151 |
9.5 |
Металдық уранды уран тетрафторидінен өндіру |
153 |
9.5.1 |
Уран тетрафторидін кальциймен тотыксыздандыру |
155 |
9.5.3 |
Уран тетрафторидін магниймен тотықсыздандыру |
156 |
9.6 |
Рафинадтық балқыту |
157 |
9.6.1 |
Тотыксыздандырғыштық және рафинадтық балқыту үрдістерін бір аппаратта біріктіріп жүргізу (дингот-үрдісі) |
159 |
9.7 |
Жылу бөлгіш элементтерді (ЖБЭЛ-ді) дайындау |
160 |
9.8 |
Металлургиялық өндіріс қалдықтарын қайта өңдеу |
161 |
|
Бақылау сұрақтары |
161 |
10 |
Қоршаған ортаны қорғау |
162 |
|
Қорытынды |
165 |
|
Әдебиеттер тізімі |
166 |
|
|
|
Кіріспе
XXІ ғасыр ғылым және техниканың әлемдiк экономиканың мол өсу қамтамасыз ететiн шапшаң өрлеуiмен белгiлi. Бұл өсу дегенмен жеке елдер және өлкелердiң экономикалық дамуын күштi дифференциалдауға себепшi болды.
Ең алдымен, дамитын елдер үшiн экономикалық өсудiң мәселесi анық, соның iшiнде Қазақстан, энергия өндiру мәселесін алға қояды. Елдердiң экономикалық жағдайын жақсартуға талпынысы, сөз жоқ, әлемдік энергия қуатының үлкеюi анықтайды, және де өсу қарқындары тiптi түбегейлi көрсете алады.
Дегенмен келешектің энергетикалық сұранымы және ұсынысы саяси, экономикалық, экологиялық көптеген мәселелердің жиындары - энергетикалық секторға тәуелдi болады.
Металлургия саласын дамытуда Н.Ә. Назарбаевтың Қазақстан халқына Жолдауында табиғи ресурстарды игеру және жергілікті минералды шикізаттар негізінде дайын өнімдерді шығаруға үлкен назар аударылған [1]. Уран Д.И. Менделеев периодтық жүйесіндегі тоқсан екінші элемент, ол табиғи элементтердің соңғысы болып табылады. Ол жоғары технологиялық салалы өнеркәсіптер және табиғи заттар туралы ғылыми білімдердің заманауи күйлерін анықтайтың маңызды элементтердің бірі болып саналады. Ураннан және оның балқымасынан жылу бөлетін элементтер, сонымен қатар уран диоксидімен атомдық электрбекеттерде, атомдық суасты қайықта, атомдық мұз бұзғыш және әуе тасығыштарда жұмыс жасайды. Уран жаңадан жасанды (трансуранды) элементтерді алуда бастапқы материал болып табылады: нептуния, плутония, америция, кюрия, берклия, калифорния, эйнштейния, фермия, менделеевия, лоуренсия және т.б.
Уранның тарихы, берлин химигі М. Клапрот Иоахимсталь (қазіргі Яхимово, Чехия) шайырлы кен орнында химиялық элемент ретінде жаңа элемент ашқан кезден бастап, 1789 жылдан бастау алады.
Уранның даму тарихының кейінгі кезеңі 1896 жылдан бастау алды. Француз физигі Антуан Анри Беккерель уранды тұздардың флуоресценциясын зерттеуімен байланысты, ол қара қағазға оралған, фотографиялық пластинкаға урансульфатты калиймен әсер еткенде, бұл қосылыста фотопластинканың қарайғаның байқады. Барлық уранды қосылыстардың және металды уранның фотографиялық пластинкаға ұқсас (аналогиялық) әсері бар болатындығы кейінгі кезде де табылды. Осылай радиоактивтілік құбылыстар ашылды.
1940 жылы Я.Б. Зельдович және Ю.Б. Харитон уран ядорын бөлу процесін басқаруға болатын мүмкіндігін алғаш болып мәлімдеді. Критикалық массаны құруға және тазалығы жоғары материал қажет болатындығы туралы есептеулер көрсетті. Уран ядросының бөлігі -235 баяу нейтрондармен болу ықтималдығы көп болғандықтан, гравит тәрізді бәсеңдетушілерді қолдану қажет етеді.
1940 жылы аспирантар И.В. Курчатов Г.Н. Флеров және К.А. Петржак өздігінен уран ядросының бөліну құбылысын ашты, бұның өзі уран ядросының сыртқы нейтрондардың қатысынсыз да тізбекті реакцияның қозатындығы туралы алғашқы мүмкіндігін айқындады.
Уранкеңді өнеркәсіптің қалыптасуы уран және оның қасиеттері туралы мағлұматтарды білуді дамытумен тығыз байланыста болды.
Уранның бөлінуінің ядорлы тізбекті реакциясының ашылуы арқасында уранды өнеркәсіптегі ахуал лезде өзгерді. Уранға сұраныс өсуіне байланысты уранды өнеркәсіптің даму қарқыны лезде ұлғайды. Уранды кеңді өңдеудің негізгі мақсаты, плутоний жинағыштарын - ядорлы реакторлар үшін, уран диоксиді - атомды электстанциясының (АЭС) жылубөлетін элементтерін даярлау үшін, уран гексафториді - уран изотптарын ажырату үшін металды уранды алу болып табылады. Бөлінетін материалдардың: уран-235 және плутоний-239 стратегиялық қорлары жиналды.
Уранның өнідірісінің өркендеуі атомды энергетиканың дамуымен байланысты.
Табиғи газда, мұнайда, мазутта, көмірде жұмыс жасалуы, жылулық элекрстанциялардың алдында атомды электстанциясының (АЭС) салмақты басымдылығымен қатар, электрэнергетикаға байланысты атомды электстанциясының (АЭС) үлесінің жоғарлатуын қажет етеді.
Басты себепші экономикалық және экологиялық басымдылық болып табылады.
Атомды отынның энергия сыйымдылығының жоғарлығы, органикалық отынды кен орындарынан алшақ жатқан жерлерде атомды электстанциясын (АЭС) тұрғызуға мүмкіндік береді.
Сондай-ақ органикалық отынның орасан көлемде жандыра отырып, адамзат осылайша органикалық синтез үшін қажет болатын, бағалы шикізат қорын төмендетеді. Демек, атомды элекртэнергетиканың, сонымен қатар уранның маңызын болашақта арттыру керек екендігін айқындайды.
Сонымен, болашақта уранның қосылыстарына, уранды кеңді өңдеу ауқымдылығы артады.