Удаление радионуклидов из смесей - RU2705191C2

Описание

Настоящее изобретение относится к способу выделения радиоактивных элементов из смеси, причем указанная смесь обрабатывается, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой и, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них, а также к применению по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них для выделения радиоактивных элементов из содержащих их смесей.

Для обработки и переработки руд или рудных концентратов необходимо, чтобы концентрация различных существующих радиоактивных металл-катионов в рудах или рудных концентратах, находилась на возможно самом низком уровне, чтобы избежать отрицательного воздействия на здоровье людей, вступающих в контакт с рудой или рудным концентратом.

Из уровня техники известны различные способы обработки смесей, содержащих соединения металлов или руд или рудных концентратов.

Патентная заявка США US 2004/0129636 А1 раскрывает способ выделения металл-катионов, в частности, соединений, содержащих хром (VI) катионы, из соответствующих смесей с помощью жидкостно-жидкостной экстракции. В качестве экстрагента используется водная композиция, содержащая, по меньшей мере, один третичный амин.

В международной заявке WO 2007/099119 А1 раскрывается способ для кислотного разложения металлсодержащих соединений. Для этой цели служит соответствующая смесь с водным выщелачивающим агентом, причем водный выщелачивающий агент содержит алкансульфоновую кислоту и, при необходимости, серную кислоту и/или поверхностно-активное вещество и/или смесь алкансульфоновой кислоты и серной кислоты и, при необходимости, поверхностно-активного вещества. Согласно этому документу из состава могут быть исключены медь, цинк, лантаниды, титан, дифторид кальция, свинец, молибден, сурьма, висмут, ртуть, кобальт, никель, алюминий, лантан или уран содержащие смеси.

Задачей настоящего изобретения, по сравнению с уровнем техники, является обеспечить способ, с помощью которого концентрация радиоактивных элементов в смесях, содержащих эти, например, руды или рудные концентраты, может быть значительно снижена. В частности, с помощью способа согласно изобретению должно быть возможно, понизить концентрацию соответствующих радиоактивных элементов до значения, которое позволяет использовать смеси, обрабатываемые согласно изобретению, на коммерческой основе.

Эти задачи решаются с помощью способа согласно изобретению для выделения радиоактивных элементов из смеси, причем указанная смесь обрабатывается по меньшей мере одной алкансульфоновой кислотой и, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них.

Эти задачи решаются также с помощью использования согласно изобретению, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них для выделения радиоактивных элементов из содержащих их смесей.

Преимуществом способа согласно изобретению является то, что соответствующие смеси могут быть получены путем обработки смесей, в частности, руд, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой и, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них, причем количество радиоактивных элементов согласно данному способу является достаточно низким так, что обрабатываемые смеси могут быть дополнительно обработаны в соответствии с действующими правовыми требованиями.

В рамках настоящего изобретения, как правило, могут быть обработаны все смеси, содержащие радиоактивные элементы. Согласно изобретению предпочтительно обрабатываются руды или рудные концентраты.

Поэтому настоящее изобретение предпочтительно относится к способу согласно изобретению, причем смесь представляет собой руду или рудный концентрат.

Руды, как правило, получают путем горной добычи соответствующих месторождений. Рудные концентраты обычно получают из руд путем выделения одного или нескольких компонента(ов). Руды, подлежащие обработке, согласно изобретению при этом могут происходить из любого известного специалистам источника, например, руды из подземных месторождений или открытых карьеров.

В другом варианте реализации изобретения, с помощью способа согласно изобретению, могут быть обработаны другие смеси, содержащие радиоактивные элементы, например, отходы или промежуточные продукты других процессов такие, как возникающие при производстве серной кислоты, содержащие медь огарки пирита или получаемые при очистке отработанного воздуха пыли, уловленные фильтром, или летучая зола.

В предпочтительном варианте реализации, радиоактивный элемент выбран из группы, состоящей из урана-238, тория-230, радия-226, свинца-210, полония-210, урана-235, палладия-231, тория-227, радия-228, тория-228 и смесей из них.

В подлежащих обработке смесях в соответствии с настоящим изобретением, в частности, в рудах или рудных концентратах, как правило, присутствуют, в дополнении к разделенным радиоактивным элементам, другие соединения или химические элементы, предпочтительно минерального происхождения. Соответствующими соединениями являются, например, оксиды, гидроксиды, фосфаты, сульфаты, сульфиды, карбонаты, силикаты, флюаты, фториды, хлориды, алюминаты или смеси из них металлов или полуметаллов Периодической таблицы элементов. Соответствующими элементами являются, например, драгоценные металлы, которые могут быть твердыми, в частности золото, серебро, палладий или платина.

Особенно предпочтительны соединения или химические элементы, которые представлены в дополнении к разделенным радиоактивным элементам в подлежащих обработке смесях, в частности рудах или рудных концентратах, выбранные из группы, состоящей из меди, железа, серы, сульфида меди, Al₂O₃, SiO₂, CaO, K₂O, MgO, BaO, U₃O₈, Аg, As, Cd, Pb, Zn и смесей из них.

Желаемым продуктом способа согласно изобретению предпочтительно является смесь, в частности, руда, в которой содержание радиоактивных элементов настолько мало, что оно находится ниже определенных пределов, таких как нормативно предписанные пределы. Желаемый продукт способа согласно изобретению содержит радиоактивные элементы, например, в количестве менее 100 масс.-частей на млн, более предпочтительно, менее чем 80 масс-частей на млн, наиболее предпочтительно, менее чем 70 масс-частей на млн, каждый в расчете на основной элемент цепи распада, например, U238. Как правило, продукт способа согласно изобретению имеет радиоактивные элементы в количестве, по меньшей мере, 1 масс.-частей на миллиард. Предпочтительный продукт способа согласно изобретению имеет удельную активность менее чем 2,0, предпочтительно, менее чем 1,8 Бк на грамм (Бк/г) радионуклида цепи распада.

В подлежащих обработке смесях в соответствии с настоящим изобретением может присутствовать радиоактивный элемент или смесь различных радиоактивных элементов.

Как правило, смесь, подлежащая обработке, согласно изобретению содержит в частности, руду или рудный концентрат, отделенные радиоактивные элементы в таком количестве, что смесь, подлежащая обработке, имеет радиоактивность в каждом случае в расчете на отдельные элементы, от 10 до 20, предпочтительно от 15 до 19 Бк/г, например, в расчете на элементы U-238, Th-230, Ra-226, Pb-210 или Ро-210 или от 0,05 до 2,0, предпочтительно от 0,1 до 1,0 Бк/г, например, в расчете на элементы U-235, Па-231, Th-227, Ra-228 или Тh-228. В дополнении к радиоактивным элементам предпочтительно представлены указанные выше соединения и/или химические элементы. В случае необходимости, также представлены другие соединения и/или материалы в смеси, подлежащей обработке, согласно изобретению.

Согласно изобретению, как правило, может быть использована любая известная специалистам алкансульфоновая кислота.

В предпочтительном варианте реализации настоящее изобретение относится к способу согласно изобретению, причем, по меньшей мере, одна алкансульфоновая кислота выбрана из группы, состоящей из циклических, линейных или разветвленных алкансульфоновых кислот, алкильный радикал которых имеет от 1 до 40 атомов углерода. Они могут быть получены в соответствии с методами, известными специалистам в данной области, например, путем сульфоокисления соответствующих алканов.

Согласно изобретению особенно предпочтительными становятся алкан-сульфоновые кислоты с алкильными радикалами с короткой цепью, имеющие от 1 до 3 атомов углерода, таких как пропил, этил или метил. Наиболее часто используется согласно изобретению метансульфоновая кислота.

Таким образом, настоящее изобретение относится предпочтительно к способу согласно изобретению, причем в качестве алкансульфоновой кислоты используется метансульфоновая кислота.

Согласно изобретению также могут быть использованы соли, например, соли щелочных металлов вышеуказанных сульфоновых кислот.

Согласно изобретению дополнительно по меньшей мере используется одна дополнительная кислота, выбранная из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них. Согласно изобретению соляная кислота является особенно предпочтительной.

Поэтому настоящее изобретение особенно предпочтительно относится к способу согласно изобретению, причем по меньшей мере одна дополнительная кислота является соляной кислотой.

Согласно изобретению, предпочтительно, что, по меньшей мере, одна ал-кансульфоновая кислота и, по меньшей мере, одна дополнительная кислота используются ввиде водных композиций.

Поэтому настоящее изобретение предпочтительно относится к способу согласно изобретению, причем, по меньшей мере, одна алкансульфоновая кислота и, по меньшей мере, одна дополнительная кислота используются в виде водных композиций.

Согласно изобретению возможно, что, по меньшей мере, одна алкансульфоновая кислота и, по меньшей мере, одна дополнительная кислота используются последовательно или вместе.

В настоящем варианте реализации, согласно изобретению возможно, что, по меньшей мере, одна алкансульфоновая кислота и, по меньшей мере, одна дополнительная кислота используются последовательно и, что смесь, подлежащая обработке, сначала обрабатывается, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой, а затем, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой. Кроме того, согласно изобретению, также возможно, что смесь, подлежащая обработке, сначала обрабатывается, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой, а затем, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой.

Поэтому настоящее изобретение предпочтительно относится к способу согласно изобретению, причем смесь сначала обрабатывается, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой, а затем, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой.

Также настоящее изобретение предпочтительно относится к способу, согласно изобретению, причем смесь сначала обрабатывается, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой, а затем, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой.

В вариантах реализации изобретения, в которых, по меньшей мере, одна алкансульфоновая кислота и, по меньшей мере, одна дополнительная кислота используются последовательно, они предпочтительно используются в виде водных растворов. Концентрации отдельных водных растворов при этом могут иметь, согласно специалистам в данной области, считающиеся соответствующими значения. Водный раствор, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты, в частности, метансульфоновой кислоты, предпочтительно имеет концентрацию от 1 до 20 мас.-%, более предпочтительно, от 5 до 15 мас.-%, особенно предпочтительно, от 8 до 12 мас.-%, каждый в расчете на водный раствор.

Водный раствор, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты предпочтительно имеет при этом концентрацию от 0,5 до 2 моль/л, предпочтительно, от 0,75 до 1,5 моль/л, наиболее предпочтительно, от 1 моль/л, каждый в расчете на водный раствор.

Наиболее предпочтительно, настоящее изобретение относится к способу согласно изобретению, в котором используется водная композиция, содержащая, по меньшей мере, одну алкансульфоновую кислоту, в частности, метансульфоновую кислоту, и, по меньшей мере, одну дополнительную кислоту, в частности соляную кислоту. В этом варианте реализации изобретения смесь, подлежащая обработке, обрабатывается одновременно, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой и, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой.

Более предпочтительно, настоящее изобретение относится к способу согласно настоящему изобретению, в котором используется композиция, состоящая из, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты, предпочтительно метансульфоновой кислоты, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты, предпочтительно, соляной кислоты и воды. Таким образом, водная композиция для обработки смеси содержит, кроме воды, по меньшей мере, одну алкансульфоновую кислоту и по меньшей мере одну дополнительную кислоту, особенно предпочтительно, водная композиция состоит из воды, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты.

Как правило, по меньшей мере, одна алкансульфоновая кислота и, по меньшей мере, одна дополнительная кислота может присутствовать в, согласно каждому специалисту в данной области, считающейся соответствующей концентрации.

Наиболее предпочтительно используется водная композиция, которая базируется на от 0,5- до 2-моль, предпочтительно от 0,75- до 1,5-моль, наиболее предпочтительно, 1-моль, дополнительной кислоты, предпочтительно соляной кислоты, которая, содержит предпочтительно от 1 до 20 мас.-%, более предпочтительно, от 5 до 15 мас.-%, особенно предпочтительно, от 8 до 12 мас.-%, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты, в частности, метансульфоновой кислоты. Более предпочтительно больше нет каких-либо дополнительных компонентов, так что эта предпочтительная водная композиция состоит из воды, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты и, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты в указанных концентрациях.

В другом варианте реализации способа согласно изобретению в водной композиции в дополнение к указанной, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоте и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоте могут быть представлены другие добавки.

Подходящие добавки, например, выбраны из группы, состоящей из поверхностно-активных веществ, комплексообразователей, микроорганизмов, например бактерий, и смесей из них.

Поверхностно-активные вещества, например, выбраны из группы, состоящей из анионных, катионных, цвиттерионных поверхностно-активных веществ, неионогенных поверхностно-активных веществ и смесей их них.

Поверхностно-активные вещества могут быть представлены, например, в количестве от 0,05 до 3,0 мас.-%, предпочтительно, от 0,1 до 2,0 мас.-%, каждый в расчете на общую композицию.

Комплексообразователи могут, как правило, быть выбраны из известных специалистам комплексообразователей. Примерами для представленных комплексообразователей, согласно изобретению, при необходимости являются выбранные из группы, состоящей из метилглициндиуксусной кислоты, этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA), нитрилотриуксусной кислоты (NTA), диэтилентриаминпентауксусной кислоты (DTPA), глутаминдиуксусной кислоты (GLDA), гидроксиэтилдиаминотриуксусной кислоты (HEDTA), димер-капрола, димеркаптопропансульфоновой кислоты, димеркаптоянтарной кислотыи смесей из них. В частности, для выделения полония-210 могут быть выгодно использованы димеркапрол, димеркаптопропансульфоновая кислота, димеркаптосукциновая кислота или смеси из них.

Поверхностно-активные вещества могут быть представлены, например, в количестве от 0,05 до 3,0 мас.-%, предпочтительно, от 0,1 до 2,0 мас.-%, каждый в расчете на общую композицию.

Способ согласно изобретению предпочтительно осуществляют таким образом, что смесь, подлежащая обработке, предпочтительно, руда или рудный концентрат, подлежащий обработке, представлена или представляется в виде водной суспензии.

Поэтому настоящее изобретение предпочтительно относится к способу согласно изобретению, в котором смесь, предпочтительно, руда или рудный концентрат, подлежащий обработке, присутствует в виде водной суспензии.

Кроме того, более предпочтительно, что водная суспензия смеси, подлежащей обработке, предпочтительно руды или рудного концентрата, подлежащего обработке, имеет содержание твердых веществ от 10 до 70 мас.-%, предпочтительно, от 15 до 60 мас.-%, более предпочтительно, от 18 до 22 мас.-% или от 50 до 60 мас.-%, каждый в расчете на водную суспензию смеси, предпочтительно, руды или рудного концентрата.

Более предпочтительно, представленная водная суспензия смеси, предпочтительно, руды или рудного концентрата, затем обрабатывается описанной выше водной композицией(ями).

Способ согласно изобретению обычно проводят при температуре от 5 до 120°С, предпочтительно от 20 до 100°С, в частности, предпочтительно, от 55 до 80°С.

Обработка смеси, в частности, руды или рудного концентрата, обычно проводится до тех пор, пока не выделится достаточно большое количество радиоактивных элементов, так что получается желаемая концентрация соответствующих радиоактивных элементов в руде. Предпочтительно, способ согласно изобретению проводится в течение периода от 2 до 48 часов, предпочтительно, от 4 до 30 часов, например, 6 или 24 часов. Именно при наиболее предпочтительной комбинации, согласно изобретению, метансульфоновой кислоты и соляной кислоты, время обработки может быть особенно коротким.

Обработка смеси, предпочтительно, руды или рудного концентрата, водной композицией(ями) согласно способу согласно изобретению может, в частности, проводиться также в соответствии с известным специалистам в данной области процессом выщелачивания. Процесс выщелачивания для разложения металлсодержащих соединений или удаления части этих металлсодержащих соединений известны специалистам в данной области в принципе.

Под выщелачиванием смеси, подлежащей обработке, предпочтительно руды или рудного концентрата, в соответствии со способом согласно изобретению, предпочтительно, понимается, что смесь, подлежащая обработке, при необходимости, накапливается после того как она была размельчена, а затем водная(ые) композиция(и) через накопленный материал перколируется/перколируются или просачивается/просачиваются. Смесь, подлежащая обработке, также можно опрыскивать водной(ыми) композицией(иями). Опрыскивание смеси, подлежащей обработке, предпочтительно проводят по каплям. Согласно способу согласно изобретению может/могут использоваться используемая(ые) водная(ые) композиция(и) предпочтительно для дальнейших процессов экстракции.

В предпочтительном варианте реализации смесь подлежащая обработке, перед способом согласно изобретению сначала измельчается, так что могут быть получены частицы диаметром от 0,5 мкм до 100 мкм, предпочтительно от 1 мкм до 100 мкм. Измельченные частицы затем предпочтительно накапливаются и обрабатываются, как описано выше.

Согласно изобретению, также возможно, что используемая(ые) согласно изобретению водная(ые) композиция(ии) во время способа согласно изобретению может/могут содержать различные концентрации, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты и/или, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты (градирующий режим). Кроме того, в случае необходимости, добавки, например, поверхностно-активные вещества, частично или полностью, могут добавляться даже перед началом способа согласно изобретению к исходному материалу, то есть смеси, подлежащей обработке или также в процессе измельчения смеси.

В зависимости от смеси, подлежащей обработке, также предпочтительно, если она сначала предварительно обрабатывается для смачивания концентрированной серной кислотой и после этого смесь промывается избытком низко концентрированной серной кислоты, как описано в патенте США US 4,120,935. Согласно одному варианту реализации изобретения смесь, подлежащая обработке, может быть предварительно обработана концентрированной серной кислотой и после этого обработана, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислотой и, по меньшей мере, одной дополнительной кислотой, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них и/или поверхностно-активного вещества. Концентрированная серная кислота, используемая для предварительной обработки, может также содержать алканосульфоновую кислоту и/или поверхностно-активное вещество и/или соль алкансульфоновой кислоты.

Если для предварительной обработки (смачивания) используется разбавленная серная кислота, ее концентрация составляет предпочтительно от 10 до 250 г/л H₂SO₄, особенно предпочтительно от 20 до 150 г/л H₂SO₄, в частности, от 25 до 100 г/л H₂SO₄.

Настоящее изобретение также относится к применению, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты и по меньшей мере одной дополнительной кислоты, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них для выделения радиоактивных элементов из смесей, содержащих их.

Что касается индивидуальных особенностей и предпочтительных вариантов реализации применения согласно изобретению используется указанное, которое касается способа согласно изобретению.

Предпочтительно, настоящее изобретение относится к применению согласно изобретению, в котором используется водная композиция, состоящая из, по меньшей мере, одной алкансульфоновой кислоты, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты и воды.

Примеры

В качестве тестовой субстанции используется рудный концентрат из австралийского месторождения Одимпик-Дам (Olympic Dam). Оно, как правило, имеет следующий состав:

Указанные в таблице 1, металлы представлены как ураниниты, коффиниты, браннериты, ураноториты, торианиты, гематиты, пириты, халькопириты, борниты, халькозины, бастназиты, флоренситы,монациты, ксенотиты, циркон, кварц, серициты, хлориты, флюориты, бариты, сидериты, полевые шпаты, галенит, алтаит или клаусталиты.

V1 проводится с раствором 80 г H₂SO₄ в 1 л воды при температуре 70°С в течение 24 часов при содержании твердого вещества рудной дисперсии 55 мас.-%.

V8 проводится с 1 мольной соляной кислотой в воде при температуре 60 °С в течение 6 часов при содержании твердого вещества рудной дисперсии 20 мас.-%.

Эксперименты 2, 3 и 4 проводятся с раствором 80 г H₂SO₄ в 1 л воды и соответствующим количеством метансульфоновой кислоты (MSS) при содержании твердого вещества рудной дисперсии 55 мас.-%.

Эксперимент 7 проводится в 1-мольном растворе HCI и соответствующем количестве метансульфоновой кислоты (MSS) при содержании твердого вещества рудной дисперсии 20 мас.-%. Так как в ходе эксперимента расходуется большая часть кислоты, после 2-х часов была добавлена концентрированная соляная кислота.

Эксперименты V5 и V6 проводятся в чистой метансульфоновой кислоте (MSS), которая с (MSS) составляет 157 г/л.

В таблице 3 показано количество экстрагированных радионуклидов и присутствующих металлов относительно соответствующих начальным количеств.

Реферат

Изобретение относится к выделению радиоактивных элементов из смеси. Руду или рудный концентрат обрабатывают по меньшей мере одной алкансульфоновой кислотой и по меньшей мере одной дополнительной кислотой, выбранной из группы, состоящей из соляной кислоты, азотной кислоты, амидосульфоновой кислоты и смесей из них. Способ позволяет снизить концентрацию радиоактивных элементов, содержащихся в руде или рудном концентрате до значений, позволяющих использовать указанные руды или концентраты. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула