8.2 Уран қосылыстарының «ядорлық тазалық» дәрежелері

Аффинаж мақсаты – белгілі талаптарға жауап беретін уран қосылыстарын алу. Ядорлық таза уранның көптеген дәрежелері бар және әртүрлі елдерде оны қолдану принциптері бірдей. Ол, жоғарыда айтылып кеткен «нейтрондык улар» концепциясына негізделген. Алайда бұл дәрежелердін бір-бірінен біршама өзгешеліктері бар. Осындай қатаң дәрежелердің бірі Канадада қолданылады (8.2-кесте).

8.2-кесте. Ядорлық таза уранның құрамындағы қоспалар мөлшерінің дәрежелері

Элемент	Қоспалардың рұқсат етілген мөлшері (артық емес), млн-1	Элемент	Қоспалардың рұқсат етілген мөлшері (артық емес), млн-1	Элемент	Қоспалардың рұқсат етілген мөлшері (артық емес), млн-1
Бор	0,2	Марганец	5	Алюминий	30
Кадмий	0,2	Хром	10	Темір	35
Молибден	1	Никель	15	Мышьяк	35
Гафний	5	Кремний	20	Магний	40
Кобальт	5	Ванадий	30

Қазіргі уакытта, бір ғана амалмен ураннан қоспаларды керекті дәрежеге дейін бөліп алуға мүмкіндік беретін жалпы әдіс жоқ. Сондыктан іс жүзінде, жоғары сапалы соңғы өнім алу мақсатында бірнеше әдістердің жиынтығын қолданады.

Уранды аффинаждау әдісін тандау көптеген себептерге байланысты және олардың ішіндегі ең негізгілері: тазалаудың талап етілетін дәрежесі; қоспалардың табиғаты мен мөлшері; қолданылатын реагенттердің соңғы өнімнің тазалығына әсерінің рұқсат етілуі.

8.3 Уран технологиясындағы аффинаж әдістері

Уран аффинажының әдістері, сол сияқты оның колданатын 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 косылыстар - диуранат, асқын тотық, оксалаттар және т.б. түзіледі. Уранның кейбір қосылыстары суда жақсы ериді және оны сулы ерінтінділерден тұнбаға сұрыптап (аммонийгуранилүшкарбонаты, аммонийуранилпентафториды, аммонийуранилсульфаты және т.б.) бөліп алуға болады. Сорбция және экстракция 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 тотыктық тазалау, карбонаттық тазалау, экстракциялық тазалау.

Қазіргі уақытта осы әдістердің тек соңғы үшеуінің ғана іс жүзінде мәні бар.

8.3.1 Асқын тотықтық тазалау

Асқын тотықтық тазалау әдісі ерітіндіден уран аскын тотығын U0₄2H₂0 бөліп алуға негізделген. Бұл уранға тән қосылысты ураннын ерітіндідегі тұзына сутегі асқын тотығымен (30%-дық Н₂О₂) әсер ету арқылы алады.

2Н₂0

немесе [UO(00)(H₂0)₂] (сусыз қосылысы алынбаған)

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:

U0₂(N0₃)₂+H₂О₂+2H₂0U0₄•2H₂0+2HN0₃

Яғни, бұнда сутегі асқын тотығының артық мөлшері қажет және түзілген азот қышкылын аммиакпен бейтараптау керек;

8.1-сурет. Техникалық уран шала тотық-тотығын асқын тотықтық тазалау нобайы

2) үрдісте қыздыруға жол бермеу керек, өйткені бұндай жағдайда сутегі асқын тотығы ыдырайды;

3) сутегі асқын тотығы уақыт өткен сайын тез бұзылады;

4) салыстырмалы түрде жаксы сүзілетін тұнба алуға тырысу керек, ол үшін тұндырғышты жайлап құю кажет.

Үрдістің шарттарына қойылатын талаптардьщ қарама-қайшылығы, уран асқын тотығын тұндыруды іс жүзінде жүзеге асырудың қиындықтарын туғызады.

Зертханалық зерттеулерде алынған, неғұрлым оптималды параметрлер: рН=22,5; t =4045°C; [U]=25240г/л; Н₃O₂-ң артық мөлшері - 10%-ға дейін. Сүзуден қалған ерітіндіде 1-ден 10г-ға дейін U/л болады. Бірақ, зауыттар тәжірибесінде әдетте басқа, неғұрлым тиімді режимді колданады: [U]=100120г/л, [NHO₃]=30г/л, бөлмелік температура; Н₂O₂-ң 100%-дық артық мөлшері, уранның бөліп алынуы - 99%.

Коспалардың аскын 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 қоспалар уран асқын тотығының толық тұнбаға түсуіне кедергі жасайды, олар:

а) уранды комплекстейтін қоспалар: сульфаттар, фторидтер, фосфаттар, ванадаттар және органикалық қышқылдар.

б) Н₂О₂-ны ыдырауға үшырататын қоспалар: Сu⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Mn⁴⁺, VO²⁺.

3) қоспалар ерімейтін асқын тотықтык косылыстар (немесе ерімейтін комплекстер) түзеді: Ті, Тһ, Hf, Zr, Ce⁴⁺, Cu²⁺, Nb⁵⁺, Мо⁶⁺.

4) Са, Ва, Sr сульфаттары, фосфаттар, арсенаттар және ванадаттар әлсіз қышқылдык 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 жене онша тұракты емес. Сондықтан, асқын тотықтық үрдісті аффинаждың соңғы сатыларында, яғни қоспалардың басым бөлігі алынған кезде пайдаланған тиімді. Қазіргі кезде асқын тотықтық үрдіс аффинаж тәжірибесінде мүлдем қолданылмайды. Алайда кейде оны, уранды элюат пен регенераттан тұндырып алу кезде, урандық ерітінділерді қосымша тазалау мақсаттарында пайдаланады.