Расчет материального баланса процесса получения ХКПУ осаждением пероксидом водорода.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Теоретическая часть. На стадии осаждения уранового концентрата на большинстве урановых заводов используют аммиак для осаждения диураната аммония (NH₄)₂U₂O₇ (ДУА). При переработке комплексных руд, содержащих помимо урана также Тh, V, Mо, Cu наряду с осаждением диураната аммония используют осаждение пероксида урана.

Из кислых растворов шестивалентный уран осаждается перекисью водорода в кислотной среде (рН=1,5–2) в форме пероксида урана по реакции:

UO₂(NO₃)₂ + H₂O₂ +2H₂O = UO₄ ·2H₂O ↓+ 2HNO₃ (1)

Из уравнения реакции видно, что в процессе осаждения перекиси выделяется азотная кислота; она будет препятствовать выделению осадка. Для достижения требуемой полноты осаждения применяют избыток перекиси водорода или частично нейтрализуют выделившуюся кислоту аммиачной водой. Последний способ применяют в том случае, когда осаждение ведут из сравнительно чистых растворов.

При повышенной температуре перекись водорода разлагается, причем реакция сопровождается большим выделением тепла:

Н₂О₂ = Н₂О + 1/2О₂+ 109450 кДж. (2)

Поэтому осаждение перекисью водорода рекомендуется производить без нагревания. Продолжительность осаждения перекиси урана не должна быть большой, так как со временем избыток перекиси водорода разрушается, а это приводит к частичному растворению осадка.

Растворимость пероксида урана в воде составляет 5,1 мг U/л при 20^оС и 7 мг U/л при 90^оС, растворимость увеличивается с повышением кислотности. Пероксидное осаждение обеспечивает хорошую очистку от примесей, основанную на том, что при рН=2 еще не начинается гидролиз солей примесей с осаждением гидроксидов.

Пероксидное осаждение обеспечивает хорошую очистку от бериллия, бора, титана, никеля, марганца, кобальта, хрома, магния, но мало эффективно по отношению к литию, кадмию, железу, фосфору, ванадию.

Вместе с ураном в виде нерастворимых пероксидов осаждается торий (Th₂O₇ · nH₂O) и частично церий, осаждаются также цирконий и гафний, образующие нерастворимые комплексные соединения.

Отрицательное влияние на полноту осаждения пероксида урана оказывают комплексообразующие анионы (SO₄^2- , F− ), а также ванадий и Fe³⁺, так как они являются катализаторами разложения пероксида водорода.

Процесс осаждения осуществляется или периодически в одном агитаторе или чаще непрерывно – в каскаде агитаторов. При проведении процесса осаждения стремятся провести мероприятия, способствующие образованию хорошо отстаивающихся, легко фильтруемых крупнокристаллических осадков.

Процесс осаждения включает 3 стадии:

1. вначале образуются при внесении осадителя термодинамически неустойчивые пересыщенные растворы;

2. из пересыщенных растворов выделяются первичные агрегаты, обладающие скрыто кристаллической структурой (центры кристаллизации);

3. начинается рост кристаллов за счет отложения на первичных агрегатах ионов и молекул осаждаемого вещества.

Для получения крупнокристаллических осадков следует создавать условия преимущественного протекания роста кристаллов, одновременно снижая скорость образования новых центров кристаллизации.

Число образующихся в единице объема новых центров кристаллизации пропорционально относительному пересыщению раствора:

(3)

С₁ – фактическая концентрация осаждаемого вещества в растворе до начала кристаллизации, то есть, концентрация пересыщенного раствора;

С₂ – концентрация насыщенного раствора осаждаемого вещества.

Относительное пересыщение раствора можно снизить, уменьшая С₁ или увеличивая С₂.

С₁ можно уменьшить разбавлением раствора, медленным прибавлением осадителя, рассредоточением подачи осадителя на несколько аппаратов каскада либо использованием газообразных осадителей.

Образующийся осадок полидисперсен. После образования осадка продолжается перемешивание суспензии для созревания осадка. Так как растворимость мелких кристаллов (микронного размера) больше, чем у крупных, то происходит укрупнение осадка за счет растворения мелких кристаллов и переотложения осаждаемого вещества на крупных кристаллах. Общая длительность осаждения составляет 1-6 часов. Осадок созревает тем быстрее, чем выше его растворимость, тогда и абсолютное значение разности концентрации насыщенного раствора у мелких и крупных кристаллов будет больше. Отсюда следует, что нельзя получить одновременно и крупные кристаллы и высокую степень осаждения. Необходимо находить компромисс – наиболее выгодное решение с экономической точки зрения.

Следует отметить, что в настоящее время химическое осаждение для выделения урана из растворов после выщелачивания практически не применяется. Причины: малая селективность, большой расход реагентов. Поэтому на данной стадии осадительный передел практически полностью вытеснен ионообменными и экстракционными процессами.

Но осадительные процессы сохраняют свое значение для фиксации урана из товарных регенератов ионообменного процесса, из реэкстрактов и в процессах аффинажа.

Пример. Производительность цеха пероксидного аффинажа составляет 1200 г/год при эффективном времени работы 340 суток. Состав товарного десорбата поступающего в цех представлен в таблице:

Компонент	U		Fe³⁺	NO₃^-	Al³⁺	SiO₃^2-	Mg²⁺
Содержание в ТД	60 г/л	30 г/л	0,024г/л	30.4г/л	0,015г/л	0,68г/л	0,0049г/л

Осаждение ведут пероксидом водорода в щелочной среде, используя каустическую соду. Произвести расчет и составить материальный баланс процесса осаждения пероксида урана.

Решение:

1. Часовая производительность цеха по урану:

(1)

2. Материальный баланс процесса осаждения ПУ.

2.1. Расчет прихода ПУ и примесей:

(2)

x = (166,76·338)/270=208,76 кг/час

y = (166,76·98)/270=60,53 кг/час

a = (166,76·34)/270=21,0 кг/час

b = (166,76·36)/270=22,23 кг/час.

(3)

x = (0,06·107)/56=0,114 кг/час

y = (0,06·255)/56=0,273 кг/час

a = (0,06·120)/56=0,128кг/час.

(4)

x = (1,68·122)/78=2,63 кг/час

y = (1,68·36)/78=0,775 кг/час

a = (1,68·80)/78=1,72 кг/час.

В пересчете на ионы Na⁺и SiO₃^2-:

M ( Na ⁺ )=(2,63·46)/122=0,991 кг/час

M ( SiO ₃ ^2- )=(2,63·76)/122=1,638 кг/час.

(5)

x = (0,036·78)/27=0,104 кг/час

y = (0,036·255)/27=0,34 кг/час

a = (0,036·120)/27=0,16кг/час.

(6)

x = (0,012·58)/24=0,029кг/час

y = (0,012·170)/24=0,085 кг/час

a = (0,012·80)/24=0,04 кг/час.

(7)

x = (74,4·85)/62=102кг/час

y = (74,4·18)/62=21,6 кг/час

a = (74,4·40)/62=48 кг/час.

(8)

Общее количество серной кислоты участвующее в реакции:

М( H ₂ SO ₄ ) = 73,5 +60,53 = 134,03кг/час

x = (134,03·142)/98=194,20 кг/час

y = (134,03·36)/98=49,23 кг/час

a = (134,03·80)/98=109,41 кг/час.

В пересчете на ионы Na⁺иSO₄^2-:

M ( Na ⁺ )=(194,20·46)/142=62,91 кг/час

M ( SO ₄ ^2- )=(194,20·96)/142=131,29 кг/час.

3.2 Общий выход NaNO₃:

В пересчете на ионы Na⁺и NO₃^-:

M ( Na ⁺ )=(102,7·23)/85=27,79 кг/час;

M ( NO ₃ ^- )=(102,7·62)/85=74,91 кг/час.

Материальный баланс процесса осаждения пероксида урана

Приход			Расход
Статья прихода	Кол-во, кг/час	%	Статья расхода	Кол-во, кг/час	%
1. Раствор UO ₂ SO ₄ , в том числе: UO₂^2- SO₄^2- H₂SO₄ Fe³⁺ NO₃^- Al³⁺ SiO₃^2- Mg²⁺ H ₂ O	166,76 59,29 73,5 0,06 74,4 0,036 1,68 2427,77 0,012	5,55 1,97 2,44 0,002 2,47 0,0012 0,056 80,76 0,0004	1 Осадок, в том числе: UO ₄ ^· 2 H ₂ O Fe(OH)₃ Al(OH)₃ Mg(OH)₄	208,76 0,114 0,104 0,029	6,94 0,0038 0,0034 0,001
2. Реагенты, в том числе: Н₂О NaOH Н₂О₂	22,23 159,46 21,0	0,739 5,30 0,70	2. Водная фаза, в том числе: SiO₃^2- SO₄^2- Na⁺ NO₃^- H₂O	1,638 131,29 91,69 74,91 2499,37	0,054 4,36 3,05 2,49 83,1
итого	3006,22	100	итого	3007,90	100

3.3 Общий выход воды:

4. Расчет расхода гидроксида натрия:

Погрешность в расчетах составила ≈ 0,056 %.

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 45

Мы поможем в написании ваших работ!