5.3 Уран кендерін қысым астында қышқылды шаймалау

Қысыммен шаймалану техникасында реагенттердің шығынын төмендетуге болатын тәсіл белгілі, АҚШ-да (2) әдіс жақсартылып игерілді, бұл бойынша сулы жүзгіндер түріндегі сульфидті минералдарды 130 ºС -тан біраз жоғары температурада қысылып оттегімен тотықтыруға болады. Тотығу ойдағыдай тез жүреді, бұл ерігіш сульфаттарды алу үшін пайдалы әдіс жасады.

Кендерді өңдеу үшін бұл әдісті пайдалануға болады, мұнда темір сульфидтері мен уран минералдары қауымдастырылады; осы кезде шаймалауға керекті күкірт қышқылы алынады. Оңтайлы жағдайда шаймалау үшін аппаратқа қышқылды немесе арнайы тотықтырғыш енгізу қажет емес; шаймалау үшін тек қана сумен қысылған оттегі қажет.

Егерде уран кендерін шаймалауда автоклавта жүргізсе, онда ерітінділер үстіндегі булардың қысымына сәйкес процестің температурасын көтеруге болады және шаймалауды шұғыл үдетеді. Күкірт қышқылының концентрленген ерітіндісінде ақырындап еритін кейбір берік кендер аздап концентрленген ерітінді де үлкен жылдамдықпен еруі мүмкін, егерде шаймалауды 100ºС-тан жоғары температурада жүргізсе. Сонымен Грей [2], деректері бойынша 0,6% ураны бар, температурасы 150ºС және қысымы 7 атм болғанда Радиум-Хил берік давидитті кендерін шаймалау, әдеттегі шаймалауда күкірт қышқылының шығынын, уранның бөліп алу дәрежесі бірдей болғанда, 400-500 кг/т-дан 100-150 кг/т-ға дейін қысқартуға мүмкіндік берді. Бұдан басқа, осы жағдайлар барысында жоғарыда көрсетілген реакция бойынша ерітіндіге темірдің мөлшері 50-ден 3 г/л-ге дейін және титандікі 0,8 -ден 0,05 г/л-ге дейін төмендейді. Автоклавта шаймалау кезінде күкірт қышқылы шығынының азаюы үшвалентті темірдің, титанның, молибденнің және кейбір басқа металдарді сулфидтері жоғарғы температурада күкірт қышқылын бөле отыра, гидролизге түседі. Түзілген күкірт қышқылы уран минералдарына әсер етеді және оларды ерітеді.

Құрамында 89% бар шайырлы кен қышқылдық автоклавты шаймалау кезінде, шаймалаудың оңтайлы жағдайлары болып табылатындар: температура 130 – 150 ºС, оттегінің үлестік қысымы 0,7 -1атм, процестің ұзақтығы 3-5 сағат. Шайырлы кенді автоклавты шаймалаудың кинетикалық қисықтары 5.3- суретте көрсетілген. 20-дан 65% -ға дейін қатысы бар қойыртпақтың тығыздығының өзгеруі уранды бөліп алуға елеулі әсер етпейтіндігі анықталды.

Оттегінің қысымымен қышқылдық автоклавты шаймалау кезінде уранмен бірге сульфидтер түрінде уран кендерінде болатын мыс, никель және кобальт ерітіндіге ауысады. Ерітінділерді ұқсатып өңдеу кезінде осы металдарда кешенді бөлініп алынуы мүмкін.

Жылудың едәуір мөлшерін қосарлана бөле отыра, сулы қойыртпақта пиритті тотықтыру экзотермиялық процесс болып есептелінеді. Кенде белгілі мөлшерде пирит болғанда шаймалау процесін жүзеге асыру үшін қажетті деңгейде қойыртпақтың температурасын сақтап қалу үшін бөлінген жылудың жеткілікті болуы мүмкін.

5.3 – сурет. Температурасы 130 ºС және оттектің улестік қысымы 0,7 атм. болғандағы шайырлы кенді қышқылдық автоклавты шаймалау кинетикасы. Кеннің ірілігі 65 %-ы 0,074 мм; қойыртпақтағы қаттының мөлшері 50%.

1 - уранды бөліп алу; 2 - SO/^- (X 2); 3 - Fe²⁺; 4 - ЦО; 5 - Al³⁺; 6 - SiO; 7 - pH.

Оттегінің қысымымен автоклавты шаймалаудың оң қасиеті, арзаншылығы мен пайдаланылатын реагенттің қолжетерлігі болып саналады. Пирит бар кендер үшін жалғыз реагент оттегі, ал құрамында пириті жоқ кендер үшін – оттегі мен пирит болып табылады.

Жұмыста [5] UO₂ -нің еру жылдамдығының қышқылдың концентрациясына тәуелділігінің қисықтары келтірілген (5.4–сурет). Бұл қисықтардың сипаттамасы реакциясының сыртқы диффузиялық аумақта жүретіндігін дәлелдейді. Сындық нүктелерге дейін (қисықтық көлбеу кесіндісі) UO₂ еру жылдамдығы қышқылдың минерал бетіне диффузиялық жеткізілумен шектеледі, ал күкірт қышқылының өте жоғары концентрацияларында (0,005 м –ден жоғары) – оттегінің бетке диффузиялық жеткізілумен.

Оттегімен тотықтыру кезінде UO₂-нің еруінің мына механизмін жорамалдайды:

Уран кендерін автоклавты шаймалау процесі өте тиімді, көбінесе берік сульфидті кендерді ұқсатып өңдеуде. Сонымен құрамында 4,4% сульфидті күкірт және 0,17% ураны бар сулы жүзгіндер де оттегінің 10 атм қысымымен канадалық сульфидті кенді шаймалауда уранды ерітіндіге бөліп алу 98% құрады.

5.4 –сурет. Температурасы 100 ºС және оттектің қысымы 6,8 (1), 13,6 атм (2) болғандағы күкірт қышқылы концентрациясынан уран диоксидінің еру жылдамдығының тәуелділігі

Шаймалаудың әдеттегі әдісін пайдалануда уранды ерітіндіге бөліп алу 15% - дан аспайды, күкірт қышқылы мен пиролюзиттің шығыны өте көр, ал ерітінділер қосымшалармен өте мықты ластанған.

Құрамында 0,5% ураны бар Рам – Джантль кенорынының австралиялық кені үшін осы сияқты нәтижелер алынды.