Физико-химические и технологические основы переработки отходов уранодобывающей промышленности тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА УРАНОВЫХ

ОТВАЛОВ ГП «ВОСТОКРЕДМЕТ»

1.1. Разведка и добыча урана из забалансовых и убогих руд на месторождениях Табошара, Адрасмана, Чкаловска и Б. Гафурова

1.2. Классический способ выщелачивания урана из руд и причины недо-извлечения полезного компонента на отвалах ГП «Востокредмет»

1.3. Извлечение урана из руды и классификация его потерь.

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ И СОДЕРЖАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДАХ.

2.1. Опробование и методика проведения экспериментов

2.2. Хвостохранилище опытного гидрометаллургического завода в г. Гафурове.

2.3. Хвостохранилище г. Чкаловска

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛОВ

ГП «ВОСТОКРЕДМЕТ»

3.1. Характеристика проб, отобранных для исследований

3.2. Физико-химические основы технологического процесса переработки урановых растворов

3.3. Исследования вторичной переработки по добыче урана из отвалов

3.4. Описание технологической схемы переработки «богатых» и «бедных» песков из хвостохранилищ в условиях гидрометаллургического завода

3.5. Экономический расчёт переработки отвалов урановой промышленности

ВЫВОДЫ

Актуальность темы. Уран - один из самых популярных в наши дни элементов, основа атомной энергетики, исходный материал для многочисленных тепловыделяющих элементов атомно-энергетических установок, атомных электростанций, атомных подводных лодок, атомных ледоколов.

Добыча и переработка урановых руд является первым этапом, обеспечивающим устойчивое функционирование ядерной энергетики. В течение 55 лет со всех концов бывшего Советского Союза в Таджикистан завозилось урансодержащее сырье и добывался оксид урана, который затем отправлялся в Россию для дальнейшего получения обогащённого урана. Общий объём выпущенного урана на заводах Таджикистана составляет около 100 тыс. тонн. В Согдийской области за этот период накопилось более 55 млн. тонн урановых отходов и 150 млн. тонн отходов тяжёлых металлов.

Надо отметить, что проблема радиационной безопасности в Согдийской области - это одна из ветвей глобальной экологической проблемы, так как на территории 6-ти районов области недалеко от населённых пунктов накоплено огромное количество отходов урансодержащих руд высокой интенсивности и на больших площадях. Кроме того, эти отходы находятся в непосредственной близости от реки Сыр-Дарья, которая обеспечивает водой республики Средней Азии.

В связи с этим, особенно актуальными становятся вопросы обращения с накопленными отходами - их передислокация, захоронение, контроль за состоянием хвостохранилищ и поддержание их в удовлетворительном инженерно-геологическом состоянии.

С другой стороны, с 2000 года из-за отсутствия сырья простаивает гидрометаллургический завод ГП «Востокредмет», который считался первенцем атомной промышленности Таджикистана.

Таким образом, за последние годы в связи с экологической опасностью отвалов урановой промышленности появился фронт исследовательских работ по изучению их влияния на окружающую среду и экономической целесообразности их вторичной переработки по добыче урана. Для этого требуется всесторонняя проработка, связанная не только с извлечением урана, но и одновременно с передислокацией отходов на более безопасное хвостохранилище.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Целью настоящей работы является изучение физико-химических процессов извлечения урана из отвалов и исследование технологии вторичной переработки отвалов Гафуровского и Чкаловского хвостохранилищ.

Научная новизна. Впервые изучена возможность переработки отвалов и разработана принципиальная технологическая схема использования «богатых» и «бедных» песков в условиях гидрометаллургического завода ГП «Востокредмет». Установлены оптимальные параметры вскрытия «богатых» песков, проведены опыты по полной технологической схеме, включая операции выщелачивания, фильтрацию, удаление кека, осаждение урана из растворов аммиаком, фильтрация и прокалка диураната. Показана степень вскрытия «бедных» отвалов на процессе выщелачивания песков.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологической схемы для переработки «богатых» и «бедных» песков за счёт наличия в старых отвалах нитратов и сульфатов железа, возможности вскрытия отвалов без использования окислителей. «Бедные» пески могут быть использованы на стадии вскрытия урана серной кислотой. Предварительный экономический расчёт показал, что эффект от внедрения рекомендуемых схем при переработке 1,2 млн. т. отвалов и получении около 1168 т. закиси-окиси урана составляет 11 409 280 $ США

Основные положения, выносимые на защиту: инженерно-геологическое состояние захороненных и законсервированных хвостохранилищ;

- результаты исследования вторичной переработки по добыче урана из отвалов на объектах ГП «Востокредмет»;

- разработка принципиальной технологической схемы вторичной переработки отвалов Гафуровского и Чкаловского хвостохранилищ;

- технико-экономические показатели разработанных схем.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на: VII Всероссийской конференции «Ванадий, химия, технология, применение», (Чусовой, 2000 г.), Международной конференции «Monitoring of migration and accumulation of radionuclides in component of natural ecosystems» (Душанбе, 2004 г.), региональных семинарах по применению международных стандартов по безопасности и управлением отходов (Душанбе, 2005 г.), (Алма-Аты, 2005 г.), (Ташкент,

2006 г.); Международном симпозиуме по урановой продукции (Вена, 2005 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 5-ти печатных работах и 5-ти тезисах докладов.

Объём и структура работы. Диссертация представляет собой рукопись, изложенную на 82 страницах компьютерного набора, содержит введение, обзор литературы, результаты исследований и их обсуждение, выводы, а также список цитируемой литературы, включающей 60 наименований библиографических ссылок. Работа иллюстрирована 13 рисунками и 18 таблицами.

ВЫВОДЫ.

1. На основании проведённых исследований и паспортизации всех хвостохранилищ Согдийской области установлено, что наиболее перспективными для вторичной переработки являются отходы Гафуровского и Чкаловского хвостохранилищ.

2. Исследовано инженерно-геологические состояние и содержание радионуклидов в радиоактивных отходах хвостохранилищ Опытного гидрометаллургического завода г. Гафурова и завода г. Чкаловска. Установлено, что рассматриваемые отходы по радиоактивности являются слабоактивными и их легко можно вторично перерабатывать с целью получения закиси-окиси урана.

3. Установлено, что отходы с содержанием урана от 0,03 до 0,518% можно перерабатывать, минуя операции дробления, измельчения, сгущения, классификации, сорбции и десорбции. Выход урана при этом составляет 90%. Найдены оптимальные параметры извлечения закиси-окиси урана из отходов уранодобывающей промышленности.

4. Разработана принципиальная технологическая схема переработки урановых отходов хвостохранилищ г. Гафурова и г. Чкаловска, которая состоит из следующих операций: репульпация песков, выщелачивание, нейтрализация и довыщелачивание «бедных» песков, фильтрация, удаление кека, осаждение урана из раствора аммиаком, фильтрация и прокалка диураната. За счет наличия в старых отвалах нитратов и сульфатов железа возможно полное исключение использования окислителей.

5. Предварительный технико-экономический расчет показал, что эффект от внедрения рекомендуемых схем при переработке 1,2 млн.т отвалов и получении около 1168 т закиси- окиси урана составляет 11 409 280 $ США.

1. Андреева О.С., Бадьин В.И., Корнилов А.Н. Природный и обогащенный уран. Радиационно-гигиенические аспекты. - М.: Атомиздат, 1979, с. 164-174.

2. Комплексы подземного выщелачивания. Под ред. О.Л. Кедровского. М.: Недра, 1992, с. 250-252.

3. Обращение с отходами при добыче м обработке урановых и ториевых руд. Серия изданий по безопасности. № 85. МАГАТЭ. Вена, 1989.

4. Разыков 3. А., Гусаков Э.Г., Марущенко А.А., Ботов А.Ю., Юнусов М.М. Урановые месторождения Таджикистана Худжанд: ООО «Хуросон», 2001,212 с.

5. Разыков З.А. Экология уранодобывающего предприятия. Худжанд, 1999, 184 с.

6. Подземное выщелачивание полиэлементных руд. Под ред. Н.П. Лаверов. М.: Изд. Академия горных наук, 1998, с. 335-342.

7. Разыков З.А., Юнусов М.М. Эффективность различных материалов для локализации радионуклидов хвостохранилища. // Доклады АН Республики Таджикистан. 1997, Т. 41, № 1Ы2, с. 30-33.

8. Разыков З.А., Юнусов М.М. Содержание радионуклидов и тяжёлых элементов в почвенном покрове и растительности в зоне Дигмайского хвостохранилища. // Доклады АН Республики Таджикистан, 1997, Т. 41. № 1112, с. 25-29.

9. Циборовский Я. Основы процессов химической технологии. Л.: Химия, 1967,318 с.

10. Разыков З.А., Юнусов М.М., Коптелов А.В. Распределение урана на месторождениях, обрабатываемых методом подземного выщелачивания. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2001, Т. 44, № 1-2, с. 60-65.

11. Богатырёв. Иониты в смешанном слое. Л.: Химия, 1968,280 с.

12. Шмидт B.C. Экстракция аминами. М.: Атомиздат, 1970, 165 с.

13. Коптелов А.В., Разыков З.А., Юнусов М.М., Халиков Д.Х. Кинетика сернокислотного выщелачивания урана. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2001, Т. 44, № 11-12, с. 49-53.

14. Зефиров А.П., Невский Б.В., Иванов Г.Ф. Заводы по переработке урановых руд в капиталистических странах. М.: Атомиздат, 1962, 218 с.

15. Джембрек У. Д. Процессы и аппараты химико-металлургической технологии редких металлов. М.: Атомиздат, 1965, 310 с.

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

17. Ласкорин Б.Н., Токарев Н.Н., Водолазов Л.И. Ионообменная технология. М.: Наука, 1964, 240 с.

18. Разыков З.А., Бакулина Г.К., Ниязматова Д.Т., Беляев А.П., Юнусов М.М. Извлечение урана из природных урансодержащих вод сложного солевого состава. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2002, Т. 45, № 1-2, с. 60-65.

19. Хан Г.А. Опробование, контроль и автоматизация процессов обогащения. М.: Наука, 1958, 350 с.

20. Черносвитов Ю.Л. Требования промышленности к качеству минерального сырья. М.: Атомиздат, 1959, 210 с.

21. Халиков P.X. , Разыков 3.A., Коптелов В.П., Коптелов A.B. Взаимодействие объектов подземного выщелачивания с водозаборами и способы защиты подземных вод. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2003, Т. 46, № 11-12, с. 76-83.

22. Разыков З.А., Коптелов В.П., Халиков Д.Х. Миграция хвостовых растворов вокруг Дигмайского хвостохранилища. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2003, Т. 46, № 11-12, с. 84-90.

23. Козлов В.А., Батракова JI.X., Терликбаева А.Ж., Разыков З.А., Гражданова Я.В., Нуржанова С.Б. Современные проблемы металлогении урана и ванадия. Ташкент: ФАН АН Республики Узбекистан, 2002, с. 90-92.

24. Санитарные правила ликвидации, консервации и перепрофилирования предприятий по добыче и переработке радиоактивных руд (СП ЛКП-91) М.: Минздрав СССР, 1991, 76 с.

25. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96). Гигиенические нормативы. М.: Информационно-издательский центр Госсанэпидемнадзора России, 1996, 127 с.

26. Разыков З.А., Гусаков Э.Г., Беззубов Н.И., Павлюк JI.M. Опыт исследования законсервированного хвостохранилища. // Горный журнал. Цветные металлы, 2003, с .82-83.

27. Yunusov М.М., Bezzubov N.I., Razikov Z.A. Research of ground water re-cultivation by the method of vertical electric sounding. // Golden jubilee convention, 11-15 April 1998. Karachi. The Institution of Engineers. Pakistan Karachi denser, p. 108-109.

28. Yunusov M.M., Bezzubov N.I., Razikov Z.A., Kovirshin. Natural and technological water composition study by methods of polarografy. // Golden jubilee convention, 11-15 April 1998. Karachi. The Institution of Engineers. Pakistan Karachi denser, p. 109.

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

30. Беззубов Н.И., Бугорков М.С., Путиков О.Ф. Изучение загрязнения природных вод при подземном выщелачивании. // Известия ВУЗов. Геология и разведка. 1991, № 5, с .123-125.

31. Рябков Ю.А., Шкапоров В.Н., Путиков О.Ф., Бугарков М.С., Уваров Н.Н. О применении полярографического каротажа на кислород при ПВ. // Материалы по геологии урановых месторождений. М.: ВИМС: вып. 144. 1988. С. 62-67.

32. Demand and supply estimates for the nuclear fuel cycle. // Материалы Международной конференции МАГАТЭ по ядерной энергетике и её топливному циклу. IAEA CN -36/493. Зальцбург, 2-13 мая 1977 г. Auth.: W. Haussermann, P. Hogroian, R. Krymm e.a.

33. Беззубов Н.И., Разыков 3.A., Юнусов M.M. Возможности электрохимических методов при экологических исследованиях. Депон. ТаджикНИИЦентре, 1999, вып. 1, № 014 (1257).

34. Беззубова О.Н., Рябков Ю.А. Дерлецкий В.В., Шкапоров В.М. Электромеханический и поршневой скважинные пробоотборники. Геофизическая аппаратура. № 96.-Л.: Недра, 1990, с. 174-176.

35. Бугорков М.С., Путиков О.Ф. Изучение загрязнения природных вод при подземном выщелачивании. // Известия ВУЗов. Геология и разведка, 1991, № 5, с. 123-125.

36. Бугорков М.С., Путиков О.Ф. Применение полярографического каротажа при изучении процессов рекультивации подземного выщелачивания.

37. Известия ВУЗов. Геология и разведка, 1991, № 6, с. 125-128.

38. Беззубов Н.И., Юнусов М.М. Полярографическое определение урана в скважинах при сернокислотном выщелачивании. // Доклады АН Республики Таджикистан, 1999, т. 42, № 1, с. 35-40.

39. Юнусов М.М. Определение высоких концентраций кислорода методом полярографического каротажа. // Доклады АН Республики Таджикистан, 1999, т. 42, № 1, с. 12-17.

40. Юнусов М.М., Разыков З.А., Ковыршин С.Г. Моделирование процессов атмосферной миграции радона. Материалы III научно-практической конференции. «Актуальные проблемы урановой промышленности». Алматы: НАК «Казатомпром», 2004.

41. Скороваров Д.И., Ласкорин В.Д., Невский Б.В. Переработка бедных урановых руд в СССР. // Доклад на конференции группы экспертов МАГАТЭ, Вашингтон, 1975.

42. Скриниченко М.Л., Татарников А.П., Горшков А.И. Радиометрическое обогащение бедных урановых пуд. // Доклад на Международной конференции МАГАТЭ по ядерной энергетике и её топливному циклу. IAEA-CN-36/321, Зальцбург, 1977.

43. Ласкорин Б.Н., Водолазов Л.Н., Токарев Н.Н. Бесфильтрационный метод переработки урановых руд. // Материалы Международной конференции МАГАТЭ по ядерной энергетике и её топливному циклу. IAEA-CN-36/355, Зальцбург, 1977.

44. Международное Агентство по Атомной Энергии, Принципы обращения с радиоактивными отходами. Серия изданий по безопасности. № 111-F, МАГАТЭ. Вена, 1996.

45. Международное Агентство по Атомной Энергии. Оценка безопасности приповерхностных захоронений радиоактивных отходов, серия норм безопасности МАГАТЭ. Серия № WS-G-1.1, МАГАТЭ. Вена, 1999.

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

47. Хакимов Н., Назаров Х.М., Камалов Д.Д. Инженерно-геологическое состояние хвостохранилища г. Гафурова. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2005, т. 48, № 7, с. 15-20.

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

49. Доклады АН Республики Таджикистан, 2005, т. 48, № 7, с. 43-48.

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

51. Мирсаидов У., Хакимов Н. О возможности добычи урана из хвостохранилищ и шахтных вод месторождения Киик-Тал Таджикистана. // Доклады АН Республики Таджикистан, 2005, т. 48, № 1, с. 44-46.

52. Mirsaidov U., Khakimov N. Waste of the Uranium Industry Valuable Raw Material for Reception of UO2 and U3O8 // International Symposium Uranium Production and Raw Materials for the Nuclear Fuel Cycle - Vienna, Austria, 20-24 June 2005, p. 303-304.

53. Атомная отрасль России. Вклад в будущее М.: Атомиздат, 1998.