7.10. Экстракционное разделение тория и скандия

7.10 Экстракционное разделение тория и скандия

Одним из перспективных источников добычи скандия является попутное его извлечение из маточных растворов сорбции урана.

Об отечественной технологии извлечения Sc при переработке урановых руд впервые было упомянуто в докладе сотрудников ВНИИХТ на конференции в Сан-Пауло в 1970 г. Скандий извлекали в процессе экстракционной переработки глинисто-пиритных руд, содержащих уран, фосфор, РЗЭ.

При решении задачи комплексной переработки урановых руд неизбежно возникает вопрос очистки получаемой сопутствующей урану продукции от радиоактивности. Необходимо учитывать, что в технологических растворах присутствуют не только уран и торий, но и продукты их радиационного распада, концентрация которых изменяется в соответствии с их периодами полураспада.

Попутное извлечение скандия при добыче урана методом подземного скважинного выщелачивания предусматривает переработку возвратных растворов после сорбции урана и включает в себя следующие основные операции: сорбционное концентрирование скандия на ионообменных смолах, последующую отмывку ионообменных смол от примесей, десорбцию скандия, осаждение радиоактивных примесей, экстракционную очистку и дезактивацию полупродуктов, осаждение товарных концентратов.

Были проведены исследования экстракционного разделения скандия и тория в рамках разработки промышленной технологии попутного извлечения скандия при добыче урана методом подземного скважинного выщелачивания с получением оксида скандия.

Образцы чернового концентрата (ЧК) скандия для изучения экстракционного разделения скандия и тория были получены из фильтратов сорбции урана на АО "Далур" при проведении стендовых комплексных испытаний.

Известно, что азотнокислотное растворение является традиционным в схемах получения оксида скандия. Выбор способа вскрытия (использование серной или азотной кислот, концентрация) определяется, также условиями последующего экстракционного извлечения урана и тория.

Проведено исследование процесса выделения тория из раствора после азотнокислотного растворения первичного концентрата скандия. Установлено, что основной вклад в радиоактивную составляющую вносит изотоп уранового ряда Th-230. Объемная радиоактивность раствора по изотопу Th-230 составляет 1200 Бк/см³. Доля изотопов Ra-226, Ra-228, Th-228 составляет, %: 0,001; 0,001; 0,2. После растворения чернового концентрата получен раствор с концентрациями ~ 5 г/дм³ Sc и ~ 4 г/дм³ Th.

Для выделения тория методом жидкостной экстракции из азотнокислых сред после растворения ЧК скандия в лабораторных условиях изучена возможность применения систем экстрагентов, включающих реагенты из класса нейтральных фосфорорганических соединений на основе Cyanex 923 и ТБФ в керосине.

Для системы Cyanex 923 установлены условия наиболее эффективного избирательного извлечения тория - концентрация азотной кислоты 250-270 г/дм³, соотношение фаз О:В = 1:4  5. Коэффициент разделения Th и Sc составил от 34 до 312 в зависимости от концентрации тория и скандия в растворе. Для увеличения степени извлечения тория и снижения потерь скандия рекомендовано увеличить соотношение фаз и количество ступеней экстракции.

Показана принципиальная возможность применения 40 %-ного раствора ТБФ в керосине для снижения радиоактивности скандийсодержащего раствора. При концентрации азотной кислоты 120 г/дм³ удалось снизить активность на 98,5 %, однако потери Sc при этом составили 26,5 %. Для снижения потерь скандия и повышения степени очистки от тория рекомендовано повысить концентрацию азотной кислоты в исходном растворе до значения 230-270 г/дм³.

Выполненные исследования по влиянию концентрации HNO₃, NH₄NO₃ на извлечение Th, Sc и Y показали преимущественное извлечение тория 50 %-ным раствором ТБФ в широком диапазоне изменения кислотности и солевого фона исходного раствора. Наиболее благоприятными условиями извлечения тория являются интервал концентраций азотной кислоты 220-290 г/дм³ и нитратов более 4 моль/дм³.

Для дополнительной очистки от тория растворов промежуточных скандийсодержащих продуктов возможно использование смеси 7,5 % Cyanex 923 + 7,5 % ТБФ, а также 40 %-ный раствор ТБФ в керосине. В обоих случаях обеспечивается необходимый уровень активности образцов оксида скандия ( 1 Бк/г). При этом первый экстрагент обеспечивает процесс разделения Sc и Th при меньшем количестве стадий экстракции (5 стадий) по сравнению со вторым, но при большей степени соэкстракции скандия - до 30 %. Экстрагент 40 % ТБФ обеспечивает очистку от тория при 8 стадиях экстракции, но при меньшем соизвлечении Sc - 14,2 %.

Полученные результаты очистки скандия от радиоактивных примесей подтвердили эффективность экстракции радионуклидов в системе 40-50 % ТБФ в керосине. Достигнуто остаточное содержание тория в рафинатах экстракции - С(Th) = 5 мг/л без существенных потерь скандия. При этом соотношение Sc и Th в рафинате экстракции радионуклидов увеличилось относительно исходного раствора выщелачивания чернового скандиевого концентрата с 2,1 до 1500.

Из очищенного от тория раствора были получены образцы оксида скандия соответствующие требованиям ТУ 95.148-77 на оксид скандия с содержанием Sc₂О₃ 99,0 %.

Химический состав образца оксида скандия приведен в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Химический состав образца оксида скандия (ОС-1)

Содержание примесей, в пересчете на оксиды, %, не более
	ТУ 95.148-77	По результатам испытаний
Железо	0,05	0,04
Алюминий	0,01	0,01
Кальций	0,05	0,05
Медь	0,01	0,01
Кремний	0,05	0,05
Марганец	0,01	0,01
Магний	0,01	0,01
Иттрий	0,05	0,05
Иттербий	0,05	0,05
Цирконий	0,1	0,05
Титан	0,05	0,05
Фосфор	0,02	0,01