[发明专利]用于从天然铀浓缩物中纯化铀的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从天然铀浓缩物中纯化铀的方法。

所述方法适用于精炼产自铀矿的天然铀浓缩物的领域，并且所述天然铀浓缩物含有的铀在纯化后被特别用来转换为铀金属或铀化合物，例如六氟化铀(或UF₆)、四氟化铀(或UF₄)、二氧化铀(或UO₂)或八氧化三铀(U₃O₈)，这些是制造核燃料的中间产物。

背景技术

使用精炼天然铀浓缩物的设备以使包含在这些浓缩物中的铀达到所谓的《核》纯度，一种方法在将所述浓缩物溶于硝酸中以获得不纯的硝酸铀酰水溶液后，包括:

-利用在有机稀释剂中含有对该硝酸盐具有高亲和力的萃取剂的有机相，萃取该硝酸盐，然后

-用水相洗涤在该萃取结束时获得的有机相以从有机相中去除不需要的化学物质，所述化学物质可能已经同硝酸铀酰一起被萃取，以及

-从由此洗涤的有机相中汽提硝酸铀酰以在水相中回收硝酸铀酰。

这三项操作在液液萃取装置如搅拌塔中进行。

所使用的萃取剂是磷酸三正丁酯(或TBP)，它还被用作辐照核燃料的处理中的萃取剂，并且是所有精炼厂选择的最适应本方法施加的选择性、水溶性、化学稳定性、密度、腐蚀性、毒性和安全性约束条件的萃取剂。

然而，该纯化方法具有若干弊端，这是使用该萃取剂所固有的。

这些弊端中的第一个，是在实施萃取操作的装置中发生钍(铀矿石中存在的杂质)堆积，这是由在此装置中针对该元素的萃取/汽提回路引起的。事实上，因为钍本身也可被TBP萃取，所以它在装置中有机相的硝酸铀酰浓度低的区域被萃取，然后在装置中有机相的硝酸铀酰饱和的区域从该有机相中被汽提。

在不纯的硝酸铀酰溶液中存在的钍234(这是铀238的直接产物)衰变后，由于亚稳态镤234(^234mPa)产生辐射，这一钍堆积引起剂量率峰值。

为了避免这类剂量率峰值的出现，已知如何向不纯的硝酸铀酰溶液添加能够在萃取操作中络合钍的试剂，所述试剂可以是氟化物或磷酸盐。然而，所产生的水性流出物中存在的这些络合剂给对所述方法的利用与对这些流出物的处理增添了限制条件，其类型包括：再生硝酸与馏出液的污染、所用设备的腐蚀、大气降水等等。

另一个弊端是由于TBP对铀的萃取不可忽略(甚至在低酸度下也如此)，汽提操作的执行相对困难。因此有必要将用于执行此操作的水相、通常是蒸馏水加热到至少50℃，并使用较大的水相流速来获得硝酸铀酰的定量汽提。

使用温度为至少50℃的水相不利于装置的安全性，因为有机相具有易燃的危险，除此之外，使用较大的水相流量即意味着硝酸铀酰的较大稀释。因此，当不纯的硝酸铀酰溶液中的硝酸铀酰浓度初始400g/L级别时，在汽提操作产生的水相中的硝酸铀酰浓度最多是130g/L。铀饱和的有机相在萃取出口含有约150g/L的铀。为了防止有机相中的铀泄露，汽提时O/A(有机相/水相)流速的最大比率小于1(0.8的级别)，甚至是在60℃下也如此。

由于汽提并不充分浓缩，因此有必要在随后进行的脱硝酸盐处理之前，对该水相进行耗能极大的浓缩操作。

最后，由于TBP在酸性水相中的可溶性不可忽略，有必要用有机稀释剂洗涤从萃取和洗涤操作产生的水性流出物，以便回收存在于这些流出物中的TBP并通过这种方式避免萃取剂的过度消耗。

因此，鉴于上述情况，本发明旨在提供一种对天然铀浓缩物中含有的全部铀进行高效纯化而同时没有上述弊端的方法。

发明内容

这一目的和其它目的通过本发明得以实现。本发明提供从含有以下杂质：钍、钼、锆、铁、钙和钒中的至少一种的天然铀浓缩物中纯化铀的方法，所述方法包括：

a)萃取在所述天然铀浓缩物溶于硝酸形成的水相A1中以硝酸铀酰的方式存在的铀，这是通过使该水相与在有机稀释剂中含有萃取剂的不与水溶混的有机相接触，然后分离所述水相和有机相来实施；

b)洗涤步骤a)结束时获得的有机相，这是通过使该有机相与水相A2接触，然后分离所述有机相和水相来实施；以及

c)从步骤b)结束时获得的有机相中汽提硝酸铀酰，此汽提是通过在装置中循环该有机相作为水相A3的逆流，并分离所述有机相和水相来实施；

并且所述方法的特征在于，一方面，有机相中所含的萃取剂是N，N-二烷基酰胺，以及另一方面，在步骤b)结束时获得的有机相的流速与步骤c)中发生的在装置中循环的水相A3的流速的比率大于1，使得对硝酸铀酰的汽提伴有对该硝酸盐的浓缩。