Физико-химические и технологические основы извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Мирсаидов, Илхом Ульмасович

• Мирсаидов, Илхом Ульмасович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мирсаидов, Илхом Ульмасович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА УРАНА.

1.1. Важнейшие химические соединения урана.

1.2. Технологические основы производства урана.

1.3. Извлечение урана из урансодержащих вод Таджикистана.

1.4. Отходы урановой промышленности и возможности их переработки.

1.5. Постановка задачи.

ГЛАВА II. ХАРАКТЕРИСТИКА ШАХТНЫХ И

ТЕХНИЧЕСКИХ ВОД ОТХОДОВ УРАНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

2.1. Опробование и методика проведения экспериментов.

2.2. Шахтные воды хвостохранилища «Дигмайское».

2.3. Технические и шахтных воды урановых хвостохранилищ п.Табошар.

2.4. Характеристика шахтных вод месторождения Киик-Тал Таджикистана.

ГЛАВА III. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ УРАНА ИЗ ШАХТНЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ВОД ОТХОДОВ УРАНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

3.1. Выбор сорбента.

3.2. Извлечение урана из шахтных и технических вод анионитом AM (п) (катионитом).

3.3. Извлечение урана из шахтных и технических вод сорбентом - скорлупой урюка.

3.4. Технико-экономические расчеты по извлечению урана из шахтных и технических вод Таджикистана.

3.5. Термическая устойчивость и термодинамические характеристики уранилнитрата и сульфата.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические и технологические основы извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности»

Актуальность темы. Одной из главных, базовых отраслей экономики Таджикистана является горнорудная промышленность. Ее развитие в прошлом привело к накоплению большого количества отходов, в основном, ураноперерабатывающих предприятий, содержащих радионуклиды в техногенно высоких концентрациях (в основном, урано-ториевого ряда), и других вредных веществ. Они расположены в зонах проживания, а также в верховьях водных притоков таких главных рек региона, как Амударья и Сырдарья.

Кроме отходов ураноперерабатывающих и других горнопромышленных предприятий, в окружающую среду (в основном, с водными потоками) поступают сульфаты, тяжелые металлы, цианиды и др. Необходимо возобновление в регионе Центральной Азии комплексных скоординированных программ мониторинга с целью оценки их фактического и потенциального влияния на окружающую среду, а также обоснования приоритетов возможных реабилитационных мероприятий. Решение проблемы реабилитации бывших урановых производств, как наследия бывшего СССР, является общей задачей для стран СНГ. Для решения данной проблемы требуются не только материальные ресурсы, но также современные методы выбора оптимальной стратегии, эффективной технологии переработки отходов урановой промышленности.

В последние годы внимание многих исследователей направлено на обеззараживание местностей, в которых проводилась добыча радиоактивных веществ. На сегодняшний день радиоактивные отходы не нашли своего применения, но их можно вторично перерабатывать с целью добычи урана и утилизации отходов.

Кроме того, представляет интерес выделение урана из шахтных и технических вод месторождения Киик-Тал и п.Табошар (Республика

Таджикистан). Шахтные воды Киик-Тала содержат 20-25 мг/л урана и безвозвратно дренируются в землю, загрязняя почву. При эффективной технологии сорбции урана из этих вод можно получить 1-К2 тонн/год закиси-окиси урана.

Технические воды п.Табошар содержат от 10 до 70 мг/л урана, которые близки к промышленной добыче урана.

Это обстоятельство актуализирует проблему гармонизации программы мониторинга окружающей среды, 'а также необходимость разработки эффективной технологии переработки отходов и технических вод, содержащих уран.

Цель и задачи работы. Разработка технологий извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности с применением различных сорбентов.

В связи с поставленной целью основными задачами исследования являются: изучение характеристики шахтных и технических вод отходов урановой промышленности; изучение физико-химического процесса сорбции урана на анионитах AM и катионитах;

- изучение физико-химического процесса сорбции урана с использованием скорлупы урюка; изучение процесса термического разложения и термодинамических характеристик солей урана;

- разработка технологий извлечения урана сорбцией с применением различных сорбентов.

Научная новизна. Изучена возможность извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности методом сорбции с применением анионита AM и скорлупы урюка. Установлена температурная и временная зависимость степени извлечения урана. Определен размер частиц сорбента, который имеет максимальную емкость при хороших кинетических показателях сорбции и регенерации урана.

Методом тензометрии изучены термодинамические характеристики процесса термического разложения нитрат- и сульфатуранила.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологической схемы извлечения урана из урансодержащих вод отходов урановой промышленности, которая является эффективной с точки зрения экономии и экологии.

Основные положения, выносимые на защиту:

- характеристика шахтных и технических вод отходов урановой промышленности;

- результаты извлечения урана из технических и шахтных вод различными сорбентами;

- разработка принципиальной технологической схемы извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности;

- технико-экономические показатели разработанных схем.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на международной конференции «Ядерная и радиационная физика» (Алматы, 2007 г.); Сахаровских чтениях (Минск, 2007 г.) и Х-международной конференции по термодинамике (Суздаль, 2007 г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 6 статьях и 4 тезисах докладов.

Объем и структура работы. Диссертация представляет собой рукопись, изложенную на 84 страницах компьютерного набора, содержит введение, обзор литературы, результаты исследований и их обсуждение, выводы, а также список цитируемой литературы, включающий 73 наименования библиографических ссылок. Работа иллюстрирована 15 рисунками и 16 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Мирсаидов, Илхом Ульмасович

выводы

1. Изучена характеристика шахтных и технических вод отходов урановой промышленности. Установлено, что шахтные воды, выходящие из штольни месторождения Табошар, содержат уран в количестве 10 мг/л., водообильностью 40 м3/час, а шахтные воды месторождения Киик-Тал содержат уран в количестве 25-30 мг/л., рН 7,0-7,5 и водообильностью л

4,0-4,5 м /час. Характеристики шахтных и технических вод Табошара и Киик-Тал показали целесообразность выделения из них урана.

2. Исследована кинетика сорбционного процесса извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности. Выявлены высокие сорбционные свойства скорлупы урюка по сравнению с другими сорбентами. Установлены оптимальные параметры сорбции.

3. Изучен термический процесс разложения уранилнитрата и дегидратации гексагидратоуранилнитрата. Установлено, что в исследованном интервале температур (300-400 К) процесс дегидратации U02(N03)2*6H20 имеет трёхстадийный характер. По результатам тензиметрических опытов определена химическая схема отдельных стадий процесса и рассчитаны термодинамические характеристики процесса разложения уранилнитрата.

4. Разработана принципиальная технологическая схема извлечения урана из шахтных и технических вод отходов урановой промышленности, которая состоит из следующих стадий: подкисления, сорбции, обжига, выщелачивания, осаждения, фильтрации, сушки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мирсаидов, Илхом Ульмасович, 2007 год

1. Харрингтон Ч., Рюэле А. Технология производства урана. - М.: Атомиздат, 1961.-475 с.

2. Цеборовский Я. Основы процессов химической технологии. Л.: Химия. 1967.-318 с.

3. Трифонов Д.Н., Трифонов В.Д. Как были открыты химические элементы. -М.: Просвещение, 1980. 225 с.

4. Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. М.: Атомиздат, 1978.-336 с.

5. Шевченко В.Б., Судариков Б.Н. Технология урана. М.: Госатомиздат, 1961.-340 с.

6. Несмеянов А.Н. Радиохимия. М.: Химия, 1978,362 с.

7. Разыков З.А., Гусаков Э.Г., Марущенко А.А., Ботов А.Ю., Юнусов М.М. Урановые месторождения Таджикистана Худжанд: ООО «Хуросон», 2001.-С.172.

8. История организации и развития промышленного производства на Комбинате №6. 1945-1965 гг. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет». -65 с.

9. Технологический паспорт завода №1, предприятия 11. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1950. - 18 с.

10. Технологичная инструкция по получению концентрата урана на заводе 1/6 из руд предприятия 11. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1954. -20 с.

11. Временная технологическая инструкция получения закиси-окиси урана в отделении доводки цеха №4 экстракцией триалкиламином из товарных регенератов сорбции цеха №4, завода №1. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1965.

12. Иваницкая В.Н. Отчет по теме: Дополнительные данные к кислотносорбционной схеме с применением смолы СГ-1. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1960.

13. Козлов В.М., Ким В. Отчет: Проверка возможности концентрирования урана путем его экстракции трибутил-фосфатом из промышленных азотнокислых растворов. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1959.

14. Козлов В.М., Ким В. Разработка экстракционного метода переработки урансодержащей пульпы с применением карбоновых кислот. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1960.

15. Кондратьев И.И. Отчет о результатах исследования на обогатимость радиометрическим способом пробы урановой руды месторождения Вайдана. Кайраккум. Фонды Кайраккумской КГЭ. 1968.

16. Ласкорин Б.Н., Маурина А.Г. Отчет по теме: Сорбция урана и ванадия из кислых и карбонатных растворов. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1959.

17. Нестеров Б.В., Ставская З.Я. Десорбция урана с анионитов АМП и AM растворами минеральных солей. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1970.

18. Опланчук В .Я. Шапиро П.И., Гусаков Э.Г. Отчет по теме: Извлечение урана из руд способом подземного выщелачивания. Сорбционное извлечение урана анионитом АМП. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1969.

19. Ставская З.Я., Иваницкая В.А. Отчет: Сорбционное извлечение урана из щелоков кучного выщелачивания руд Табошарского месторождения при помощи ионитов СГ-1, АН-2Ф и ЭДЭ-10П. Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1965.

20. Временная технологическая инструкция по переработке бедных руд предприятия 11.- Чкаловск. Фонды ГП «Востокредмет», 1965.

21. Разыков З.А., Бакулина Г.К., Ниязматова Д.Т., Беляев А.П., Юнусов М.М. Извлечение урана из природных урансодержащих вод сложного солевогосостава Ягноб // Докл. АН Республики Таджикистан. -2002, т.45, №1-2. -С.60-65.

22. Разыков З.К. Миграция техногенных компонентов при подземном выщелачивании постэлементных руд, пульп хвостохранилищ и способы локализации радионуклидов. Дисс. . докт.техн.наук. Душанбе, 2003.

23. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Д.: Химия, 1977.-С. 107.

24. Разыков З.А. Экология уранодобывающего предприятия. Худжанд, 1999.

25. Коптелов В.П., Разыков З.А., Юнусов М.М., Коптелов А.В. Геофильтрация техногенных растворов на объектах подземного выщелачивания // Докл. АН Республики Таджикистан. -2001, т.44, №11-12. -С.54-58.

26. Разыков З.А., Юнусов М.М., Коптелов А.В. Распределение урана на месторождениях, обрабатываемых методом подземного выщелачивания // Докл. АН Республики Таджикистан. -2001, т.44, №1-2. -С.60-65.

27. Разыков З.А., Юнусов М.М., Коптелов А.В. Способ рекультивации водоносных горизонтов при отработке месторождений методом ПВ // Докл. АН Республики Таджикистан. -2001, т.44, №1-2. -С.66-70.

28. Коптелов А.В., Разыков З.А., Юнусов М.М., Халиков Д.Х. Кинетика сернокислотного выщелачивания урана // Докл. АН Республики Таджикистан. -2001, т.44, №11-12. -С.49-53.

29. Разыков З.А., Коптелов В.П., Юнусов М.М., Коптелов А.В., Халиков Б.Д. Пакет прикладных программ «Экология подземных вод» // Международная конференция «Водные ресурсы Центральной Азии и их рациональное использование», Тез.докл. Душанбе, 2001. -С.95-96.

30. Коптелов А.В., Разыков З.А., Юнусов М.М. Формирование карт состояния объектов подземного выщелачивания урана // Республ.конф. «Достижения в области химии и химической технологии», Материалы. -Душанбе: Дониш, 2002. -С.56-60.

31. Юнусов М.М., Разыков З.А., Беляев А.П., Бакулина Г.К. Очистка богатыхурансодержащих растворов участков подземного выщелачивания от железа // Республ.конф. «Достижения в области химии и химической технологии», Материалы. -Душанбе: Дониш, 2002. -С. 191.

32. Хакимов Н. Физико-химические и технологические основы переработки отходов урандобывающей промышленности. Дисс. . канд.техн.наук. Душанбе, 2006.

33. Козлов В.А., Батракова Л.Х., Терликбаева А.Ж., Разыков З.А., Гражданова Я.В., Нуржанова С.Б. Современные проблемы металлогении урана и ванадия. Современные проблемы металлогении. Ташкент: Фан, АН Республики Узбекистан, 2002. -С.90-92.

34. Разыков З.А., Гусаков Э.Г., Беззубов Н.И., Павлюк JI.M. Опыт исследования законсервированного хвостохранилища // Горный ж., Цветные металлы, 2003. Спецвыпуск. -С.82-83.

35. Бакулина Г.Х., Беляев А.П., Ниязматова Д., Разыков З.А., Юнусов М.М.

36. Разыков З.А., Юнусов М.М., Коптелов В.П., Халиков Д.Х. Миграция хвостовых растворов вокруг Дигмайского хвостохранилища // Докл. АН Республики Таджикистан. -2003, т.46, №11-12. -С.84-90.

37. Беззубов Н.И. Физико-химические основы контроля массопереноса при подземном выщелачивании. Дисс. канд.техн.наук. Душанбе, 2000.

38. Коптелов В.П. Особенности и методика реализации экономико-математической модели процесса ПВ с применением ЭВМ для оптимизации систем отработки и текущей эксплуатации объектов ПВ. Дисс. . канд.техн.наук. Душанбе, 2000.

39. Разыков З.А., Юнусов М.М. Содержание радионуклидов и тяжелых элементов в почвенном покрове и растительности в зоне Дигмайского хвостохранилища // Докл. АН Республики Таджикистан. -1997, т.41, №1112. -С.25-29.

40. Разыков З.А., Юнусов М.М. Эффективность различных материалов для локализации радионуклидов хвостохранилища // Докл. АН Республики Таджикистан. -1997, т.41, №11-12. -С.30-33.

41. Разыков З.А., Коптелов В.П., Юнусов М.М. Геофильтрация техногенных растворов и миграция их ионов. ПО «Востокредмет». Душанбе. Депон. В ТаджикНПИЦентр. 1997. №41 (1184).

42. Разыков З.А. Физико-химические основы миграции компонентов пульп хвостохранилищ и способы их локализации. Канд.дисс. Душанбе, 1998.

43. Разыков З.А., Юнусов М.М., Беззубов Н.И., Муртазаев Х.М., Файзуллоев Б.Г. Экологические исследования в долине Ягноб // Докл. АН Республики Таджикистан. -2002, т.45, №1-2. -С.66-71.

44. Халиков Д.Х., Разыков З.А., Коптелов В.П., Коптелов А.В. Взаимодействие объектов подземного выщелачивания с водозаборами и способы защиты подземных вод // Докл. АН Республики Таджикистан. -2003, т.46, №11-12. -С.76-83.

45. Хакимов H., Назаров X.M., Камалов Д.Д. Инженерно-геологическое состояние хвостохранилища г.Гафурова // Докл. АН Республики Таджикистан. -2005, т.48, №7. -С.15-20.

46. Хакимов Н., Назаров Х.М., Мирсаидов У.М. Экологический риск при вторичной переработке урановых отвалов Гафуровского хвостохранилища

47. Гафурова // Докл. АН Республики Таджикистан. -2005, т.48, №7. -С.43-48.

48. Мирсаидов У.М., Хакимов н., Назаров Х.М., Камалов Д.Д. Переработка рентабельных отвалов ГП «Востокредмет» для добычи урана // Докл. АН Республики Таджикистан. -2005, т.48, №7. -С.55-61.

49. Мирсаидов У.М., Хакимов Н., Назаров Х.М., Камалов Д.Д. Пути повышения извлечения урана из Гафуровского и Чкаловского хвостохранилищ на стадии выщелачивания // Докл. АН Республики Таджикистан. -2005, т.48, №7. -С. 103-109.

50. Хакимов Н., Назаров Х.М., Мирсаидов У.М. О возможности извлечения урана из шахтных вод месторождения Киик-Тал Таджикистана // Докл. АН Республики Таджикистан. -2005, т.48, №9-10. -С. 100-104.

51. Mirsaidov U., Khakimov N., Waste of Uranium Industry Valuable Raw Material for Reception of U02 and U3O8 // International Symposium Uranium Production and Raw Materials for the Nuclear Fuel Cycle - Vienna, Austria, 2024 June 2005. -P. 303-304.

52. Мирсаидов У.М., Хакимов H., Муртазаев X., Суфиев А. Физико-химический состав реки Сырдарьи (в пределах Согдийской области) // Докл. АН Республики Таджикистан. -2005, т.48, №7. -С.6-14.

53. Отчет о результатах деятельности по проекту МАГАТЭ RER 9/086 «Безопасность управления отходами добычи и переработки урановых руд в странах Центральной Азии». 2007 Вена.

54. Хакимов Н.Х., Назаров Х.М., Мирсаидов И.У., Муртазаев X., Миряхъяев В.М. Источники загрязнения реки Сырдарьи естественными и искусственными радионуклидами. // Доклады АН Республики Таджикистан. 2005, т.48, № 9-10. С. 18-23.

55. Хакимов Н., Назаров Х.М. Мирсаидов И.У. О возможностях извлечения урана из шахтных вод месторождения Киик-Тал Таджикистана. // Доклады АН Республики Таджикистан. 2005, т.48, № 9-10. С. 100-104.

56. Мирсаидов У.М., Хакимов Н., Назаров Х.М., Мирсадов И.У. Овозможности переработки отходов урановой промышленности Таджикистана / Материалы 6 международной конференции «Ядерная и радиационная физика», Алматы, Казахстан, 2007. С.528-529.

57. Мирсаидов У.М., Хакимов Н., Назаров Х.М. Экологический риск вторичной переработки урановых отходов / Материалы 6 международной конференции «Ядерная и радиационная физика», Алматы, Казахстан, 2007. -С.

58. Суворов А.В. Термодинамическая химия парообразного состояния. JI.: Химия, 1970. - 208 с.

59. Жарский Н.М. Новиков Г.И. Физические методы исследования неорганической химии. М.: Высшая школа. 1988. - 271 с.

60. Бадалов А., Камалов Д.Д., Хамидов Б.О., Мирсаидов И.У., Эшбеков Н.Р. Изучение процесса дегидратации гексагидратоуранилнитрата. // Доклады АН Республики Таджикистан. 2005, т.48, № 8. С.22-26.

61. Камалов Д.Д., Мирсаидов И.У., Эшбеков Н.Р., Хамидов Б.О., Бадалов А.Б. Термодинамические характеристики процесса термического разложения уранилнитрата. // Доклады АН Республики Таджикистан. 2005, т.48, № 9-10.-С.12-17.

62. Rossini F.P., Wagman D.D., Evans W.A. et al. Selected Values of Chemical Thermodynamic Properties C.N. bur stand. 500, 1952. 1268 p.

63. Cox J.D., Wagman D.D., Medvedev V.A. CODATA Key Values for Thermodynamics, Hemisphere Publishing Corp., N.Y., 1989.

64. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Госхимиздат, 1961.

65. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. M.-JL: Машгиз, 1963.

66. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том I, II и III. -М.: Машстроение, 1978.

67. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. Машгиз, 1960.1. УТВЕРЖДАЮ»г, • i л ■ ■ ■ ' •• J? .у, ^^^1. Главный врач ГСНb . > 1/канда\v х / - <;ЙУхаммаДиев2007 г.

68. ПРОТОКОЛ о намерениях по организации очистки шахтных и технических вод от урана.

69. Отличительной чертой разработанного сорбента является его доступность и дешевизна. Использование разработанной технологиилпозволяет очищать 35040 м воды в год до 1 тонны урана. Стоимость 1 кг. урана 270 долларов США.

70. Ожидаемый экономический эффект при добыче 1 тонны урана составляет 114230 долларов США.1. Филиала РТ1. Главный научныйи к ФАЯРБ АН РТ1. Соискатель АЯРБ АН РТ1. Конструктор1. Н. Хакимов

71. Х.М. Назаров И.У. Мирсаидов С. Гафуров