Исследование и разработка физико-химических основ радиационно-химической технологии регенерации окислителя-ионов трехвалентного железа в процессах сернокислотного выщелачивания урановых руд
![Диссертация: Исследование и разработка физико-химических основ радиационно-химической технологии регенерации окислителя-ионов трехвалентного железа в процессах сернокислотного выщелачивания урановых руд](https://westud.ru/work/5318912/cover.png)
Одним из наиболее перспективных решений этой задачи представляется использование радиационно-химических (РХ) методов, основанных на ионизирующем воздействии излучений на обрабатываемое вещество. Использование ионизирующих излучений позволяет ввести в облучаемые объекты практически любое необходимое количество энергии, сравнимое по воздействию с наиболее сильными химическими реактивами высокой… Читать ещё >
Содержание
- Условные обозначения и аббревиатуры
- Глава 1. Обзор литературных источников
- 1. 1. Окислители в процессе сернокислотного выщелачивания урана из руд
- 1. 2. Современные способы регенерации окислителя — ионов железа (III)
- 1. 2. 1. Окисление кислородом
- 1. 2. 2. Озонирование
- 1. 2. 3. Окисление пероксидом водорода
- 1. 2. 4. Обработка нитрит-нитратными соединениями
- 1. 2. 5. Бактериальное окисление
- 1. 2. 6. Электролитический процесс
- 1. 2. 7. Плазмохимический процесс
- 1. 2. 8. Выводы
- 1. 3. Основные источники ионизирующего излучения
- 1. 3. 1. Источники у — излучения 60Со и, 37С
- 1. 3. 2. Ускорители электронов
- 1. 3. 3. Выводы
- 1. 4. Теоретические основы радиолиза водных растворов
- 1. 4. 1. Радиационно-химическое разложение воды
- 1. 4. 2. Радиолитическое окисление сульфата железа (II)
- 1. 4. 3. Влияние параметров РХ окисления на величину выхода реакции
- 1. 4. 3. 1. Мощность поглощенной дозы
- 1. 4. 3. 2. Температура
- 1. 4. 3. 3. Концентрация ионов железа (И)
- 1. 4. 3. 4. Концентрация серной кислоты
- 1. 4. 3. 5. Наличие примесей
- 1. 4. 4. Кинетика РХ процессов
- 1. 4. 5. Развитие радикально-цепных реакций
- 1. 5. Выводы
- 1. 6. Выбор направления исследований
- Глава 2. Экспериментальная часть 86 2.1. Облучение растворов на установке в периодическом режиме
- 2. 1. 1. Лабораторное оборудование. Создание реакционной камеры и методика экспериментов
- 2. 1. 2. Изучение кинетики РХ процесса окисления железа (II) ~ 94 2.1.2.1. Определение порядка и константы скорости реакции
- 2. 1. 2. 1. 1. Конвекционное перемешивание раствора
- 2. 1. 2. 1. 2. Механическое перемешивание раствора
- 2. 1. 3. Каталитическое ускорение РХ реакции окисления железа (II)
- 2. 1. 4. Выводы
- 2. 1. 5. Влияние основных параметров РХ процесса окисления железа (II) 120 2.1.5.1. Величина РХ выхода реакции
- 2. 1. 5. 2. Степень окисления
- 2. 1. 5. 2. 1. Продолжительность облучения (величина поглощенной дозы)
- 2. 1. 5. 2. 2. Концентрация ионов железа (И)
- 2. 1. 5. 2. 3. Концентрация серной кислоты
- 2. 1. 5. 2. 4. Перемешивание раствора
- 2. 1. 5. 2. 5. Мощность поглощенной дозы
- 2. 1. 5. 2. 6. Наличие примесей
- 2. 1. 6. Оценка энергетических затрат
- 2. 1. 7. Выводы 143 2.2. Облучение растворов на установке непрерывного действия
- 2. 2. 1. Создание коаксиальной реакционной камеры. Оборудование лабораторной установки и методика экспериментов
- 2. 2. 2. Апробация установки в самотечном режиме 153 Обсуждение результатов 158 Общие
Условные обозначения и аббревиатуры
РХ — радиационно-химический- ПВ — подземное выщелачивание- КВ — кучное выщелачивание- АВ — агитационное выщелачивание-
О.В.П. (ЕЬ) — окислительно-восстановительный потенциал, мВ- К.П.Д. — коэффициент полезного действия-
С — концентрация вещества, г/дм (моль/дм) — т — продолжительность (экспозиция) облучения, мин.- ЛПЭ — линейная передача энергии, эВ/А- в — величина РХ выхода реакции, молекул/100 эВ-
0 — поглощенная доза, Гр-
— мощность поглощенной дозы, Гр/с- Кс, Кд — константы скорости реакции, мин"1- Н — степень окисления ионов железа (II), %- г/ - коэффициент, учитывающий долю поглощенного в образце пучка электронов (для водного раствора — 0,99) —
1 — средний ток ускоренных электронов, мкА-
Е — кинетическая энергия пучка электронов, эВ- ш — масса, облучаемого вещества, кг- <3 — производительность, кг/ч-
Список литературы
- Пикаев А.К. Современная радиационная химия. Твердое тело и полимеры. Прикладные аспекты. М.: Наука, 1987. С. 6, 275, 280, 298−299.
- Тарасов A.B. Экологические проблемы цветной металлургии пути решения // Электрометаллургия. — 2002. — № 1. — С. 14−19.
- Нагибин В.Д., Шевалева С. Л. Переработка отходящих газов в серную кислоту с использованием ускоренных электронов // Цветные металлы. — 1992.-№ 7.-С. 24−27.
- Петряев Е. П., Киселева Л. А., Ковалевская А. М., Шлык В. Г. Радиационная очистка сточных вод от цианидов // Химическая промышленность. 1984. — № 1. — С. 23.
- Филиппов М. Т., Панин Ю. А., Петров С. А. и др. Пенно-радиационная очистка сточных вод от синтетических поверхностно активных веществ // Химическая промышленность. — 1976. — № 8. — С. 618−620.
- Макарочкина Л.М., Михайлова А. К., Филиппов М. Т. и др. Сравнение радиационной и биохимической деструкции поверхностно активных веществ // Химическая промышленность. — 1976. — № 8. — С. 620−621.
- Брусенцева С. А., Прибуш А. Г., Шубин В. Н. Радиолиз водных растворов фенола // Химия высоких энергий. 1971. — Т.5. — № 1. — С. 83.
- Герасимова Г. И., Малышева Н. Г., Старчик Л. П. Радиационно-химический метод очистки сточных оборотных вод от полимерных флокулянтов // Кокс и химия. 1977. — № 1. — С. 12−14.
- Герасимова Г. И., Малышева Н. Г., Старчик JI. П. и др. Изменение структуры полимерных флокулянтов под действием ионизирующего излучения // Проблемы обогащения твердых горючих ископаемых. 1984. -Т.8. -№ 2.
- Классен В.И., Малышева Н. Г., Старчик Л. П., Шрадер Э. А. О влиянии радиоактивного облучения воды на агрегативную устойчивость суспензий // Коллоидный журнал. 1969. — Т.31. — № 4. — С. 628−629.
- Черняк A.C., Жигунов В. А. Осаждение Au и Ag из цианистых растворов гидратированными электронами, генерированными ионизирующим излучением // Журнал прикладной химии. 1981. — Т. LIV. — № 6. — С. 12 401 242.
- Долин П.И., Шубин В.Н, Брусенцева С. А. Радиационная очистка воды. М.: Наука, 1973, С. 13, 35, 37−38, 40, 42, 83, 127, 148.
- Козлов Ю.Д. Разработка установок с ускорителями электронов для реализации процессов радиационно-химической технологии. М.: Энергоатомиздат, 1986. 72 с.
- Громов В.В., Беспалова Т. Н. Растворение облученных кристаллов сульфата стронция в воде // Химия высоких энергий. 1968. — Т.2. — С. 263.
- Громов В.В., Влияние облучения электронами на неравновесную растворимость сульфатов стронция и кальция // Химия высоких энергий. -1968. Т.2. — С. 379.
- Громов В.В., Спицын В. И. Растворимость облученных электронами кристаллических осадков сульфата бария // ДАН СССР. 1968. — Т. 181. — С. 1410.
- Спицын В.И., Громов В. В., Медведев A.C. Влияние гамма-облучения на кинетику взаимодействия U3O8 с растворами H2SO4 // ДАН СССР. — 1968. -Т.178. — С. 397.
- Громов В.В., Медведев A.C. Кинетика растворения облученных окислов урана в серной кислоте // Радиохимия. — 1971. — ТЛ3. — № 5. С.716−719.
- Громов В.В., Абдуллаев Д., Яценко H.A. Валентные формы урана в процессах растворения гамма-облученных окислов урана в серной кислоте // Радиохимия. 1974. — Т. 16. — № 5. — С. 646.
- Спицын В.И., Громов В. В., Абдулаев Д. Механизм серно-кислотного растворения окислов урана в поле у-излучения // ДАН СССР. 1974. — Т. 216.-С. 356.
- Громов В.В. Влияние ионизирующего излучения на кинетику растворения твердых тел. М.: Атомиздат, 1976. 128 с.
- Медведев A.C. Влияние ионизирующих излучений на кинетику растворения урановых материалов: Автореферат диссертации, М., 1973.
- Чантурия В.А. Прогрессивные технологии обогащения руд комплексных месторождений благородных металлов // Геология рудных месторождений. -2003. Т.45. — № 4. — С. 321−328.
- Чантурия В. А, Иванова Т. А., Лунин В. Д, Нагибин В. Д Влияние жидкой фазы и продуктов ее радиолиза на поверхностные свойства пирита и арсенопирита // РАН СО Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1999. -№ 1. — С. 85 — 91.
- Шафеев Р.Ш., Чантурия В. А., Якушкин В. П. Влияние ионизирующих излучений на процесс флотации. М.: Наука, 1971.
- Амелькина Н. А., Малышева Н. Г., Старчик Л. П. Воздействие излучения высокой энергии повышает флотационную активность керосина // Цветные металлы. 1977. — № 7. — С. 84.
- Леонов С. Б., Богидаев С. А., Малов В. В. и др. Радиационно-химические способы интенсификации процесса флотации сульфидных и окисленных руд // Новые процессы и комбинированные схемы обогащения полезных ископаемых. -М., 1989.
- Леонов С. Б., Богидаев С. А., Тумашев В. А., Изучение влияния гамма -облучения на водную эмульсию олеиновой кислоты // Обогащение руд. Иркутск, 1990.
- Ппаксин И. Н., Малышева Н. Г., Старчик Л. П. Флотация минералов в поле действия радиоактивного излучения // ДАН. 1967. — Т. 174. — № 3.
- Исследование влияния радиационной модификации уран- и золотосодержащего сырья на повышение эффективности их гидрометаллургической переработки. Отчет о НИР / Фонды ФГУП ВНИИХТ- Пирковский С. А., Трусова В. М. и др.- Инв. № ТИ/2757. 2003.
- Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана Учебник для вузов. М.: Атомиздат, 1978. С. 71, 82.
- Ring R.J. Ferric sulphate leaching of some Australian uranium ores // Hydrometallurgy. 1980. — Vol. 6. — № 1+2. — P. 89−101.
- Смирнов И.П., Матвеев А. А. Научные основы, технология и оборудование гидрометаллургической переработки урановых и комплексных руд // ВНИИХТ 50 лет: Юбилейный сборник трудов / Под ред. В. В. Шаталова. М.: ЦНИИатоминформ, 2001. — С. 119 — 137.
- Haque К.Е., Ritcey G.M. Comparison of oxidants for the leaching of uranium ores in sulphuric acid//CIM Bull. 1982. — Vol. 75. -№ 841. -P. 127−133.
- Yan T.Y. In situ leaching of uranium using dilute sulfuric acid and molecular oxygen // Chem. Eng. Commun. 1985. — Vol. 33. — P. 219−230.
- Juznic K., Fedina S. On the kinetics of oxidation of uranium (IV) in sulphuric acid by molecular oxygen // J. Inorg. nucl. Chem. 1974. — Vol. 36. — P. 26 092 610.
- Sarkar K.M. Selection of autoclaves in hydrometallurgical operation // Trans. Inst. Min. Metall. Sect. C: Mineral Process. Extr. Metall. 1985. — Vol. 94. — P. 184.
- Narita E., Lawson F., Han K.N. Solubility of oxygen in aqueous electrolyte solutions // Hydrometallurgy. 1983. — Vol. 10. — P. 21−37.
- Dutrizak J.E., MacDonald R.J.C. Ferric ion as a leaching medium // Minerals Sci. Engng. 1974. — Vol. 6. -№ 2. — P. 59−100.
- Каневский E.A., Филиппов А. П. Влияние ионного состава раствора сульфата железа (III) на растворения диоксида урана // Радиохимия. 1963. Т. 5.-№ 5.-С. 602−608.
- Ларин В.К., Литвиненко В. Г., Шелудченко В. Г. Совершенствование технологии гидрометаллургической переработки урановых руд // Горный журнал. 1999.-№ 12.-С. 59−61.
- Литвиненко В.Г., Шелудченко В. Г., Спирин Э. К. Технологии агитационного выщелачивания урана из руд // Горный вестник. 1998. — № 3. — С. 25−28.
- Литвиненко В.Г., Шелудченко В. Г., Горбунов В. А. Совершенствование технологии сернокислотного выщелачивания урана из руд // Горный журнал. -2009.-№ 6. -С. 74−76.
- Пат. 2 326 177 РФ, МПК С22 В 60/02. Способ извлечения урана из руд / В. В. Шаталов, С. А. Пирковский, В. В. Петренко, K.M. Смирнов, A.B. Зайцева, В. М. Трусова // опубл. 10.06.2008.
- Разработка окислителя на основе отходов сернокислотного производства для интенсификации процесса выщелачивания урана. Отчет о НИР / Фонды ФГУП ВНИИХТ- K.M. Смирнов, Ю. А. Меньшиков и др.- Инв. № ТИ/2403. -2001.
- Изучение физико-химического влияния различных окислителей на интенсификацию процесса выщелачивания урана. Отчет о НИР / Фонды ФГУП ВНИИХТ- Фазлуллин М. И., Гордиенко O.E.- Инв. № ТИ/2778. 2003.
- Nicol M.J., Needes C.R.S., Finkelstein N.P. Electrochemical model for the leaching of uranium dioxide: 1 — acid media // In: Leaching and reduction in Hydrometallurgy, Burkin A.R. (ed.) IMM, London 1975. — P. 1−11.
- Masao I., Hiroshi M., Yasuhiro A. Oxidation of Fe (II) in sulfuric acid solutions with dissolved molecular oxygen // The Metal. Society of AIME Metallurgical Transaction В. 1982.-Vol.13B.-P. 311−318.
- Bashai R.W., Hewaidy I.F. Iron removal from hydrochloric acid leaching solution of zink dross // CIM Bulletin. 1989. — Vol. 82. — № 926. — P. 117.
- A.c. 1 560 692 СССР. Способ окисления железа (II) в сульфатных растворах / Коноплёва Л. В. и др. Опубл. в Б.И. 03.01.1990.
- Dreisinger D.B., Peters Е. The oxidation of ferrous sulphate by molecular oxygen under zinc pressure-leach conditions // Hydrometallurgy. 1989. — Vol. 22.-P. 101−119.
- Paul H. J. Acid Ferric Sulfate Solutions For Chemical Mining // Mining Engineering. — 1965. — № 8. — P. 64−68.
- Позин M.E., Мухленов И. П., Василеску Л. С. Об окислении сернистого ангидрида в растворе сульфата железа // Журнал Прикладной Химии. 1955. -Т. 28.-№ 7.-С. 681−686.
- Elizabeth М. Но., Clifford Н. Q. Iron (II) oxidation by S02 / 02 for use in uranium leaching // Hydrometallurgy. 2007. — № 85. -P. 183 — 192.
- Шаталов, К.М. Смирнов, Пирковский С.А., Е. П. Бучихин, M. J1. Коцарь, Нестеров К. Н. и др.- Инв. № ТИ/ 4061. 2008.
- Гордиенко О.Е., Авдонин Г. И., Бучихин Е. П. Результаты НИР по подземному выщелачиванию урана из руд различных месторождений. // Уран России: Сборник докладов НТС 20−21 ноября 2007 г. Москва, ФГУП «ВНИИХТ». — С.67−82.
- Добыча урана методом подземного выщелачивания. / Под ред. В. А. Мамилова. М.: Атомиздат, 1980.
- А.с. 368 910 СССР. Способ получения сернокислого окисного железа / Гиллер М. Е. и др. Опубл. в Б.И. 1973.
- Пат. 2 172 792 РФ. Способ извлечения урана из руд. А. П. Филиппов, Ю. В. Нестеров, В. В. Шаталов и др. // Бюл. № 24, 27.08.2001.
- Филиппов А.И. и др. Опытно промышленные испытания подземного выщелачивания урана с использованием HN02 в качестве окислителя // Горный журнал. — 2004. — № 10. — С.52−55.
- Pat. 4 732 503 Japan. С 01 G 49/14, 1972.
- Pat. 4 931 638 Japan. С 01 G 49/14, 1974.
- Long Z., et all. Kinetics of continuous ferrous ion oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans immobilized in poly (vinylalcohol) cryogel carriers // Hydrometallurgy. 2004. — № 3 — 4. — P. 181 — 187.
- Кирпиков A.C., Карелов C.B. Анодное окисление железа при очистке сульфатных цинковых растворов // Цветная металлургия. 2008. — № 5. — С. 15−18.
- Mostad Е., Rolseth S., Thomstad J. Electrowinning of iron from sulphate solutions // Hydrometallurgy. 2008. — № 2−4. — P. 213−220.
- Кутепов A.M., Захаров А. Г., Максимов А. И. Проблемы и перспективы исследований активируемых плазмой технологических процессов в растворах // Доклады Академии Наук. 1997. — Т. 357. — № 6. — С. 782−786.
- Пикаев А.К. Современная радиационная химия. Основные положения. Экспериментальная техника и методы. М.: Наука, 1985, С. 79, 92, 138, 140, 146, 151,282,288, 291−295.
- Пикаев А. К Современное состояние радиационной технологии // Успехи химии. 1995. — Т. 64. — № 6. — С.609−631.
- Стоимость ускорителя ЭЛВ-12 // Академинфо Электронный ресурс. URL: http://www.academ.info/news/13 740?page=l#anchor (дата обращения 26.11.2010).
- Салимов P.A. Мощные ускорители электронов для промышленного применения // Успехи физических наук. 2000. — Т. 170. — № 2.
- Салимов P.A. Промышленные ускорители серии ЭЛВ // Энергия-Импульс. 2007. — № 1−2. — С. 5.
- Ауслендер В.Л., Безуглов В. В., Брязгин A.A., Воронин Л. А. и др. Импульсные линейные ускорители электронов серии ИЛУ производства института ядерной физики им. Будкера // Вестник НГУ. Серия: Физика. -2006. Т.1. — № 2, — С. 89- 97.
- Брязгин A.A. Промышленные ускорители серии ИЛУ // Энергия-Импульс. 2007. — № 1−2. — С. 6.
- Пикаев А.К., Кабакчи С. А., Макаров И. Е. Высокотемпературный радиолиз воды и водных растворов. М.: Энергоатомиздат, 1988, С. 8−10, 12, 14, 22, 25, 26 28, 29, 31, 38−40, 56−57, 91−92, 94
- Хенли Э., Джонсон Э. Радиационная химия: Пер. с англ. В. Н. Лысцова. М.: Атомиздат, 1974, С. 227, 246−251.
- Кабакчи С.А., Булгакова Г. П. Радиационная химия в ядерном топливном цикле. Учебное руководство, 1997.
- Пикаев А.К., Кабакчи С. А., Макаров И. Е., Ершов Б. Г. Импульсный радиолиз и его применение. М.: Атомиздат, 1980, С. 124, 135, 194.
- Ершов Б.Г. Ионы металлов в необычных и неустойчивых состояниях окисления в водных растворах: получение и свойства // Успехи химии. 1997. -Т. 66. -№ 2. — С.103.
- Радиационные единицы и величины. Доклад 33 МКРЕ, М.: Энергоатомиздат, 1985, С. 23.
- Пикаев А.К. Дозиметрия в радиационной химии. М.: Наука, 1975. 312 с.
- Аллен О.А. Радиационная химия воды и водных растворов: Пер. с англ./ Под ред. П. И. Долина. М.: Госатомиздат, 1963, С. 35, 39−40, 42, 48−49, 99, 106.
- McAndrew R.T., Wang S.S., W.R. Brown Precipitation of iron compounds from sulphuric acid leach solutions // CIM Bull. 1975. — Vol. 68. — P. 101−110.
- Пшежецкий С.Я., Дмитриев M.T. Связь между энергетическим выходом и кинетикой радиационно-химической реакции // Журнал Физической Химии. 1958. — Т. 32. — № 12. — С. 2686−2689.
- Столярчик JI.3., Пикаев А. К. Пост-эффекты в сернокислых растворах сульфата закиси железа, насыщенных воздухом и содержащих этиловый спирт, при действии импульсного электронного излучения // Доклады АН СССР.- 1961.-Т. 141. — № 8. С. 1147.
- Шубин В.Н., Кабакчи С. А. Теория и методы радиационной химии воды. М.: Наука, 1969, С. 172−174.
- Научно-техническое обеспечение исследований радиационно-химического воздействия пучка электронов на рудные суспензии и растворы. Отчет ИЛИ РАН / Фонды ФГУП ВНИИХТ- Инв. № ТИ/228-п от 02.11.2007.
- Зеликман А.Н., Вольдман Г. М., Беляевская Л. В. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1975, С. 141.
- Baldwin S.A., Weert G.V. On the catalysis of ferrous sulphate oxidation in autoclaves by nitrates and nitrites // Hydrometallurgy. 1996. — Vol. 42. — P. 209 219.
- Исследования и промышленные испытания процесса агитационного выщелачивания урана без использования диоксида марганца. Отчёт о НИР /
- Фонды ОАО ВНИИХТ- Смирнов К. М., Пирковский С. А., Нестеров К. Н. и др.- Инв. № ТИ/4626. 2010.
- Для очистки воды // Электронный ресурс. URL: http://www.nestor.minsk.bv/sn/2002/07/sn20710.html (дата обращения 10.02.2011)
- Научно-техническое обеспечение исследований радиационно-химического воздействия пучка электронов на рудные суспензии и растворы. Отчет ИЛИ РАН / Фонды ФГУП ВНИИХТ- Инв. № ТИ/290-п от 10.09.2008.
- Пат. 2 393 255 РФ, МПК С22 В 60/02. Способ извлечения урана из рудного сырья / С. А. Пирковский, В. М. Трусова, К. Н. Нестеров // опубл. 27.06.2010.
- Griffiths A.J., Knorre Н., Gos S., Higgins R. The detoxification of gold -mill tailings with hydrogen peroxide //J.S. Afr. Inst. Min. Metall. 1987. — Vol.87. -P.279−283.
- Robbins H.G. Historical development of the INCO S02/Air cyanide destruction process // CIM Bulletin. 1996. — Vol. 89. — № 1003. — P.63−69.
- Соложенкин П.М., Ибрахим И. А. Деградация цианида с целью очистки сточных вод // Цветные металлы. 2005. — № 3. — С. 29−31.