Изобретение представляет собой способ селективного извлечения урана из руд методом подземного выщелачивания с использованием как окислитель катализаторного комплекса, содержащего раствор солей d- и f- металлов переменной валентности. Этот метод позволяет увеличить интенсификацию процесса и повысить его экологичность, при этом обеспечивая окислительно-восстановительный потенциал раствора в пределах 500-600 мВ. Лабораторные испытания показали, что предложенный способ обеспечивает значительно больший выход урана по сравнению с традиционными методами.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29287
(51) C22B 60/02 (2006.01)
C22B 3/06 (2006.01)
C22B 60/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0080.1
(22) 23.01.2014
(45) 15.12.2014, бюл. №12
(72) Бейсембетов Искандер Калыбекович; Айбасов
Еркин Жакенович; Кенжалиев Багдаулет
Кенжалиевич; Байгужин Адиль Алибаевич;
Беркинбаева Айнур Нуркалиевна
(73) Акционерное общество "Казахстанско-
Британский технический университет"
(56) RU 2172792 C1, 27.08.2001
(54) СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО
ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ РУД
(57) Изобретение относится к
гидрометаллургическим способам переработки руд
и может быть использовано, в частности, в
гидрометаллургии урана для селективного
выщелачивания его из руд методами кучного (КВ) и
подземного (ПВ) выщелачивания. Предложен
способ селективного извлечения урана из руд
методом подземного выщелачивания, включающий
приготовление выщелачивающих растворов,
содержащих серную кислоту и нитрат-ионы,
фильтрацию их через руду с переводом
шестивалентного урана, двухвалентного железа и
других переходных d-металлов в продукционные
растворы с обеспечением окислительно-
восстановительного потенциала раствора, равного
500-600 мВ. В качестве окислителя предлагается
использовать катализаторный комплекс,
содержащий раствор солей d- и f- металлов
переменной валентности.
(19)KZ(13)A4(11)29287

2. 29287
2
Изобретение относится к
гидрометаллургическим способам переработки руд
и может быть использовано, в частности, в
гидрометаллургии урана для селективного
выщелачивания его из руд методами кучного (КВ) и
подземного выщелачивания (ИВ).
Известен способ выщелачивания урана из руд
методами КВ и ПВ с применением серной кислоты,
сущность которого сводится к просачиванию
разбавленных растворов кислоты через слой рудной
массы, уложенной в кучи, либо непосредственно
через рудоносный пласт (Л.И. Лунев. Шахтные
системы разработки месторождений урана
подземным выщелачиванием. М., 1982 г., с.8, 13,
17). Для пассивации оборудования в раствор
вводится азотная кислота.
Недостатком такого способа является малая
интенсивность процесса и большая его
продолжительность.
Наиболее близким по достигаемому результату и
техническому решению является способ серно-
кислотного выщелачивания урана из руд с
использованием трехвалентного железа в качестве
окислителя, включающий его химическую
регенерацию. Этот способ включает приготовление
выщелачивающих растворов, содержащих серную
кислоту и нитрат-ионы, фильтрацию их через руду с
переводом шестивалентного урана, двухвалентного
железа и др. металлов в продукционные растворы,
извлечение из них урана с получением маточных
растворов и рециркуляцию этих растворов на
выщелачивание руды.
Интенсификация процесса выщелачивания урана
из руд методами КВ или ПВ достигается путем
использования циркулирующих растворов, в
которых ионы Fe (II) окисляются до Fe (III), а
последние уже выполняют роль непосредственного
окислителя урана (IV) в уран (VI). Окисление Fe (II)
(III) осуществляется в основном кислородом
воздуха, барботируемого через циркулирующий
раствор, при каталитическом участии азотистой
кислоты и окислов азота, получаемых в результате
разложения азотной кислоты, являющейся
исходным азотсодержащим реагентом (Патент РФ
№2172792 С1 от 21.03.00, опубл. бюл. №24,
27.08.01).
Главным недостатком этого способа является
сложность в практической реализации и точности
поддержания заданных технологических
параметров.
Целью предлагаемого изобретения является
увеличение интенсификации процесса, повышение
его экологичности без усложнения действующих
технологий. Указанная цель достигается
использованием при выщелачивании в качестве
окислителя катализаторный комплекс, содержащий
раствор солей d- и f- металлов переменной
валентности.
Суть предлагаемого способа заключается в том,
что выщелачивание ведут растворами,
содержащими серную кислоту, нитрат-ионы и
комплексного раствора солей d- и f- металлов в
качестве окислителя путем фильтрации их через
руду с переводом шестивалентного урана,
двухвалентного железа и других переходных
d-металлов в продукционные растворы, извлекают
из них уран с получением маточных растворов и
рециркулируют эти растворы на выщелачивание
руды. Использование предлагаемого окислителя
позволяет обеспечить окислительно-
восстановительный потенциал выщелачивающего
раствора в пределах 500-600 мВ, что в свою очередь
обеспечивает стабильное окисление урана (IV) в
уран (VI).
Окислительный катализаторный комплекс
содержит раствор солей d- и f- металлов переменной
валентности MLn, где М - V, Со, Ni, Fe, U; Сu, Mn, a
L - NO3
-
, NO2
-
, Сl-
, Br-
J-
и галогенидов щелочных
металлов MX, где М = Li+
, Na+
, K+
, а X = Cl-
, Br-
, J-
при следующем соотношении компонентов, масс.
%:
MLn 0,1-25,0
MX 0,1 - 12,5
МОН 0,1-20,0
растворитель остальное.
Соли урана (IV) при взаимодействии с раствором
катализатора окисляются до U6+
по суммарной
химической реакции:
U4+
+ КТOх = U6+
+ KTRed (1)
Реакция регенерации отработанного
катализатора KTRed кислородом воздуха
описывается следующей реакцией:
KTRed + O2 = КТOх (2)
Окисление урана протекает по сложному
многоступенчатому механизму. Температура
проведения каталитического окисления 25-30°С, т.к.
основные технологические процессы проходят в
этом температурном режиме.
Основными технологическими параметрами
исследуемого процесса при заданном режиме
выщелачивания являются окислительно-
восстановительный потенциал (ОВП) и значения
водородного показателя (pH), от которых зависит
эффективность процесса окисления урана и расход
серной кислоты, которая отрицательно влияет на
окружающую экологию.
Заявляемый способ извлечения урана был
опробован на урановых рудниках «Уванас»,
«Аппак» и «Ак Дала».
На урановом руднике «Аппак» были проведены
лабораторные испытания катализаторного
комплекса при выщелачивании песчанных и
глинистых кернов.
Для этого готовили 1%-ный водный раствор
катализаторного комплекса и добавляли его в
выщелачивающий раствор из расчета 10 мл
катализаторного раствора на 1000 мл сернокислого
раствора.
При обработке песчаного керна (4-4-4 В) серной
кислотой в количестве 25 г/л с продувкой
кислородом в раствор переходит 50 г/л урана. При
использовании в качестве окислителя
катализаторного комплекса в раствор переходит
164,1 г/л урана.

3. 29287
3
При обработке глинистого керна (1-2-3 Н) 25 г/л
серной кислотой в раствор переходит 62,8 г/л урана,
а при использовании катализатора - 94,9 г/л.
Оптимальное количество катализаторного
комплекса, необходимого для интенсификации
процесса выщелачивание урана определяли по
величине окислительного потенциала при
выщелачивании руды месторождения «Уванас».
Параллельно определяли кислотность
выщелачивающего раствора.
Результаты измерений приведены в таблицах 1-3.
Таблица 1
Изменение окислительно-восстановительного потенциала U4+
→U6+
и pH выщелачивающего раствора в
зависимости от количества катализаторного комплекса
201 блок - Скв. №125
№ Катализатор, мл/л pH овп
1. 0 2,16 441
2. 1 1,53 452
3. 2 1,44 458
4. 3 1,34 464
5. 4 1,29 472
6. 5 1,28 476
7. 10 1,07 492
199 блок - Скв. №62
№ Катализатор, мл pH ОВП
1. 0 2,04 459
2. 1 1,80 471
3. 2 1,66 479
4. 3 1,54
5. 4 1,47 490
6. 5 1,38 495
7. 10 1,15 511
Как видно из результатов испытания (таблица 1),
в водных растворах катализатор увеличивает ОВП с
0,440 до 0,511В и уменьшает pH с 2,16 до 1,07, что
позволяет снизить расход серной кислоты.
Аналогичные исследования проводились на
урановом руднике «Ак Дала» (таблица 2).
Таблица 2
Изменение окислительно-восстановительного потенциала U4+
→U6+
и pH выщелачивающего раствора в
зависимости от количества катализаторного комплекса
№ Катализатор, мл/л pH ОВП, мВ № Катализатор, мл/л pH ОВП, мВ
1 0 2,06 393 1 0 2,06 387
2 1 1,96 402 2 1 1,93 416
3 2 1,95 419 3 2 1,91 420
4 3 1,93 424 4 3 1,90 429
5 4 1,90 434 5 4 1,80 439
6 5 1,89 440 6 5 1,76 447
7 6 1,78 450 7 6 1,68 452
8 7 1,60 488 8 7 1,47 480
Как видно из таблицы 2, увеличение
окислительно-восстановительного потенциала на 50
- 100 мВ и уменьшение pH до 1,8-1,5 (увеличение
кислотности) происходит при добавлении к
выщелачивающему раствору 4-7 мл/л 1,0%-го
раствора катализаторного комплекса. Это позволяет
увеличить выход урана из продуктивного раствора и
снизить расход серной кислоты.
Таким образом, кислотное выщелачивание с
применением катализаторного комплекса позволяет
увеличить выход урана в зависимости от состава и
свойств руды на 65-300%, позволяя при этом
снизить расход серной кислоты.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ селективного извлечения урана из руд
методом подземного выщелачивания, включающий
приготовление выщелачивающих растворов,
содержащих серную кислоту, нитрат-ионы и
окислитель, фильтрацию их через руду с
получением маточных растворов и рециркуляцию
этих растворов на выщелачивание руды,
отличающийся тем, что в качестве окислителя
используют катализаторный комплекс, содержащий
раствор солей d- и f- металлов переменной
валентности MLn, где М - V, Со, Ni, Fe, U; Сu, Mn, a
L - NO3-
, CI-
, Br-
, J - и галогенидов щелочных

4. 29287
4
металлов MX, где М = Li+
, Na+
, K+
, а X = Сl - , Br-
,
J - при следующем соотношении компонентов, масс.
%:
MLn 0,1-25,0
MX 0,1-12,5
МОН 0,1-20,0
сорбент 0,05-5,0
растворитель остальное.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова