книги из ГПНТБ / Галкин Н.П. Технология переработки концентратов урана

По представлениям Гарриса, Кольтгофа [41] и Арланда [43]

началу выделения гидроокиси предшествует образование одно­ зарядных катионов:

непрерывно увеличивается. Таким образом, ход^гидролиза пред­ ставляется следующей схемой:

Однако с увеличением концентрации урана в растворе начало образования однозарядных катионов смещается в кислую об­ ласть и в соответствии с этим образование продуктов полного гидролиза наблюдается при более низких значениях pH. На основании этого можно заключить, что гидролиз уранилионов в растворе может протекать не только с образованием одноза­

рядных, но и двухзарядных полимерных катионов и 20б+и U3Os+- Исследования других ученых, в частности Сеттона [45], подтвер­ дили наличие полимерных соединений урана в процессе гидро­ лиза. Брусиловский [46] на основании своих исследований дает следующую схему гидролиза:

Исходя из этой схемы, можно объяснить природу образования ди- и полиуранатов. Известно, что в процессе .нейтрализации разбавленных водных растворов солей уранила уран проявляет амфотерные свойства и осаждается не в виде гидроокисей (или гидратов трехокиси), а в виде диуранатов, триуранатов и поли­ уранатов типа Me2U207-4H20 , Me2U30[o • яН20 и др. Роль ка­ тиона в осаждаемых уранатах обычно выполняет натрий, калий или аммоний. Рассматривая продукты гидролиза U20 5 (ОН) 2 и U3Os(OH)2 в виде H2U20 7 и Н2и 30ю, можно видеть, что ради­

калы U20 7 и U30?o отвечают составу выделяемых на практике ди- и триуранатов. Их образование определяется способностью

к реакциям полимеризации в ходе гидролиза соединений 6-ва­ лентного урана.

ГЛАВА IV

УРАНОВЫЕ РУДЫ И КОНЦЕНТРАТЫ

1. Распространенность урана в земной коре. Основные минералы

Уран принадлежит к числу рассеянных элементов. Однако относительная распространенность урана такова, что его счи­ тают обычным элементом.

Весовой кларк урана, по данным акад. А. П. Виноградова, 3 • КВ4 [31], по другим данным, — 4 • 10~4 [16]. На этом основании можно заключить, что в первом слое земной коры (до глубины 20 км) содержится приблизительно 1,3 • 1014 г урана (считая, что слой земной коры толщиной в 20 км весит 3,25 • 1019 т). Это

столько же, сколько свинца или цинка.

Ничтожные примеси урана входят в состав таких распро­ страненных кислых пород, как гранит (4- 10~4 %), гранодиорит, базальт и др. Уран содержится в почвах (10~5—10~4%), в воде озер и рек (около 10-8%), морей и океанов. Он обнаружен также в некоторых организмах.

Уран обладает способностью, в зависимости от условий, об­ разовывать большое количество различных природных соеди­ нений. В настоящее время известно более 150 минералов урана. По характеру соединений их можно разделить на три группы. Две из этих групп являются важными источниками урана [47].

К первой группе относится уран, встречающийся в виде

ного урана.

В третьей группе уран встречается в ,4-валентном состоянии в смеси окислов с такими металлами, как титан, торий и ниобий.

Для образования минералов, содержащих 4-валентный уран, необходимы восстановительные условия. Обычно эти минералы связаны с восстановителями, например с углеводородными минералами, графитом, самородными металлами и сульфидными минералами. Минералы, содержащие 6-валентный уран, редко образуют такую связь. Главными рудообразующими минера­ лами являются аморфная урановая смолка (40—76% урана), карнотит, отенит, торбернит и некоторые другие. Краткая ха­ рактеристика основных урановых минералов представлена в табл. 2.

20

2. Месторождения урановых руд

Значительные залежи урановой руды находятся в Африке (Бельгийское Конго, Южно-Африканский Союз), Америке (Ка­ нада, США и др.), Австралии. Уран добывается также в Европе- и Азии. Ниже приводится краткая ^характеристика различных типов урановых месторождений по странам,

Африка. В Африке, на территории Бельгийского Конго, рас­ положено крупнейшее урановое месторождение Шинколобве, открытое в 1915 г. [10]. Кроме уранинита, рудообразующими минералами являются кварц, пирит, халькопирит, сульфиды кобальта и никеля, карбонаты, турмалин, монацит, молибдениту апатит, хлорит и др.

Руда, выдаваемая на поверхность, содержиМиногда до 2,5% урана. В результате обогащения из этой руды получают концен­ трат, содержащий 50% и более U3Os.

До 1936 г. урановая руда в Бельгийском Конго добывалась, с целью извлечения из нее радия. Однако с 1944 г. тысячи тонн урана экспортируются в виде концентратов, содержащих 30— 70% урана.

К крупным промышленным источникам урана принадлежат месторождения Южно-Африканского Союза (Трансвааль, Витватерсранд и др.). Уран, представленный здесь уранинитом,, находится в золотосодержащих рудах. Среднее содержаниеурана в этих рудах невелико, но так как уран извлекается по­ путно при извлечении золота, то все затраты на добычу руды, включаются в себестоимость золота. Поэтому извлечение урана из этих руд со средним содержанием 0,02—0,025% урана с эко­ номической точки зрения так же выгодно, как и извлечениеурана из некоторых руд США со средним содержанием 0,2% урана [19].

мест в мире наряду с США и Канадой. Затем следуют Бельгий­ ское Конго и Австралия.

Запасы руды Южно-Африканских компаний, занятых добы­ чей урана, оцениваются в 67 226 700 т (включая шламы золотоизвлекательных фабрик). Эти запасы, считая на окись урана,, составляют 370 тыс. т [19, 48].

При производстве 6 тыс. т окиси урана в год известных за­ пасов урановых руд в Южной Африке хватит на 60 лет.

Уран обнаружен также в медно-кобальтовых рудах Север­

Африке. Только в Марокко эти залежи содержат около 3 млн.т урана. На Мадагаскаре известны урансодержащие торфяные

21.

илы, являющиеся низкосортной урановой рудой. Горные породы средней части этого острова содержат урановые минералы. Имеется около 1000 т торианита, содержащего от 10 до 20%

урана и 60—70% тория [20].

Америка. В Канаде известен ряд гидротермальных месторо­ ждений. Урановые руды в районе Большого Медвежьего Озера представлены настураном в ассоциации с минералами, содер­ жащими кобальт, никель, серебро, а также с различными кар­ бонатами и другими минералами.

После второй мировой войны в Канаде были освоены место­ рождения урановых руд в провинции Саскачеван, в районе озера Атабаска. В составе руд этого района наряду с урани­ нитом встречаются карбонаты, кварц, гематит, хлорит и другие минералы.

Запасы урановых руд в Канаде составляют около 225 млн. т или, считая на окись урана и на уран, соответственно 237 и 200 тыс. т. Среднее содержание урана в руде достигает 0,1% {6, 8, 23, 48]. В 1956 г. производство окислов урана в Канаде составило 3300 т (большая часГь их вывозилась в США),

ав 1958 г. производство их должно достигнуть 15 тыс. т.

ВСША широко известны карнотитовые песчаники и конгло­ мераты месторождений на площади Колорадского плато (штаты Колорадо, Новая Мексика, Аризона, Юта), которые служат зна­ чительным источником добычи урана и ванадия. В рудах глу­ боких горизонтов встречаются настуран, коффинит, сульфиды меди, пирит. В верхних горизонтах главными минералами являются карнотит и роекоэлит. Содержание урана в рудах со­ ставляет в среднем 0,17—0,3%, но иногда достигает 1%. Содер­ жание ванадия в рудах Колорадского плато колеблется от не­ значительных количеств — до 5% [9, 49]. На площади Колорад­ ского плато встречаются также известняки с промышленным содержанием урана.

В1949 г. в США в шх. Юта приступили к разработке отенитовых и торбернитовых руд; в некоторых местах руды содер­

жат 0,17% урана.

Существующие запасы урановой руды в США оцениваются

шингтон и остальное на другие штаты [7, 8, 20, 23]. В пересчете на закись-окись урана и на уран с учетом среднего содержания

14 тыс. г [8, 23]. США обладают богатейшими залежами фосфо­ ритов (штаты Флорида, Монтана, Юта, Вайоминг, Невада, Ко­ лорадо). Общие запасы фосфоритов в США оцениваются

26

в6 млрд. г. .При среднем содержании 0,01% количество урана

вних достигает 600 тыс. г. В некоторых образцах фосфоритов содержание урана достигает 0,04% [22].

Взападных частях Дакоты имеются залежи лигнита, содер­ жащие иногда до 1,7% урана [50]. Запасы лигнита оцениваются

также в 600 тыс. т урана [26].

В настоящее время страны Южной Америки производят мало урана, хотя в Аргентине имеются залежи урановых руд со значительным содержанием урана. По последним данным, некоторые месторождения в Аргентине начали разрабатываться [27]. Кроме.того, урановые руды имеются в Мексике и Бразилии.

Австралия. В Австралии наиболее крупными месторожде­ ниями урана являются медно-настурановые руды Рам-Джангла (Северная Австралия) и руды Радиум-Хилла (Южная Австра­ лия). В рудах первого месторождения настуран встречается с халькопиритом, борнцтом, пиритом и другими минералами. Содержание урана в руде колеблется в пределах 0,1—0,4%. Эти руды могут разрабатываться открытым методом [26].

Руды Радиум-Хилла представлены минералами карнотита и давидита; последний содержит до 9% окиси урана. Добываемая руда содержит до 0,2% урана, но на шахте руда обогащается ручным способом до 1 %'. В 1957 г. в Австралии было произве­ дено 200 т закиси-окиси. Предполагается, что производство урана будет возрастать [26, 51].

Запасы урановых руд в указанных двух месторождениях исчисляются в 3 тыс. т, считая на уран. Кроме того, известно месторождение урановых руд в районе Маунт Айза (провин­ ция Квинсленд). Руды этого месторождения представлены пер­ вичными урановыми минералами, включенными в . гранит и пегматит [17]. Эти руды бедные, но зато они разрабатываются, в открытых-, карьерах.

Европа. Из всех Европейских стран наибольшими запасами урановых руд (в том числе и бедных) обладают Швеция, Нор­ вегия, Германия, Чехословакия, Португалия, Франция, Италия, Англия, Испания, Болгария, Югославия. Нет месторождений урановых руд в Дании, Голландии, Швейцарии и некоторых, других странах.

В Юго-Западной части Швеции (на границе с Норвегией) имеются залежи битуминозных углей, получивших название кольм. Угли содержат менее 0,01 % урана. Однако запасы их очень велики и они, по-видимому, явятся одним из возможных источников получения урана. Такие же угли имеются и в Нор­ вегии.

Германия имеет несколько урановых месторождений в Ба­ варии и в Гессе. Недавно открыто месторождение урановой руды в 'Пфальце [52]. Запасы руды составляют примерно 100 тыс. т; содержание урана в руде 0,085%. Имеются место­ рождения урановой руды и в Саксонии.

27

В Чехословакии давно известно месторождение урановой руды в Иоахимстали.

Запасы урановых руд в Португалии сосредоточены главным образом в северной части страны. Наиболее богатые месторож­ дения расположены между городами Гуарда и Сабугал. Основ­ ными минералами,, содержащими уран, являются отенит и ура­ новая смолка. Португальские руды содержат 0,25—0,5% и бо­ лее урана. В 1956 г.'было получено около 100 т закиси-окиси урана.

Во Франции запасы урановых руд оцениваются в 10 тыс. т (на территории метрополии еще 50 тыс. т) . В ближайшем бу­ дущем намечено производить около 1 тыс. т закиси-окиси ежегодно. К 1975 г. производство урана предполагается довести до 3 тыс. г [52].

В Италии имеются месторождения урановой руды, которые оцениваются в 3 млн. т. Содержание урана в руде 0,2% [26].

В Англии известно месторождение Корнуэлл, в жилах ко­ торого наряду с касситеритом встречается урановая смолка; со­ держание урана растет с углублением выработок. Кроме той), имеются месторождения каменных углей, содержащих уран (бассейн йоркшира).

Азия. Месторождения урановых руд имеются в Китае, Ко­ рее, Индии, Японии, Индонезии, на Филиппинах и в некоторых других местах.

В Индии известны большие запасы монацитовых песков, со­ держащих до 9% тория и 0,3% урана [27]; имеются месторож­ дения урановой руды с содержанием 0,05% урана. Завод в Бом­ бее, перерабатывающий мовацитовые пески, в настоящее время производит 100 т урана в год. Кроме того, 25 г урана извле­ каются из хвостов медных руд. Известные запасы урановых руд

28

В Японии залежи урановых руд были обнаружены в не­ скольких местах. .Наиболее перспективным является месторож­ дение в Нинджио Пасс. Запасы руды составляют около 1 млн. г. Содержание урана в руде колеблется от 0,1 до 0,5% [26].

В табл. 3 приведены данные запасов урановых руд (считая на закись-окись) и указана величина предполагаемого произ­ водства закиси-окиси в 1958 г. в некоторых странах [54].

3. Промышленные руды урана и цены на них

Из краткой характеристики месторождений урана видно, что

Урановые руды отличаются как по содержанию урана и ха­ рактеру урановой минерализации, так и по составу горноруд­ ной -массы и текстурно-структурным особенностям.

Содержание урана в промышленных рудах колеблется от сотых долей до нескольких процентов; в большинстве место­ рождений среднее содержание урана не более 1%. Однако при комплексном использовании руд, в частности при переработке фосфоритов, иногда извлекают уран при наличии его в руде

около 0,01%.

Наиболее высокое содержание урана (0,17—0,25%, но иногда 1%) встречается в рудах гидротермальных месторождений. Из

этих руд добывается главная масса урана.

Представление о промышленных урановых рудах, их типах и распространенности можно получить при рассмотрении схемы (рис. 2), составленной на основании данных отечествен­ ной и иностранной литературы [10, 55—58].

Т а б л и ц а 4

Цена урановой руды в зависимости от содержания в ней урана

29

Рис. 2. Схема классификации промышленных типов урановых руд.