DE1917350A1 - Process for the recovery of uranium from an aqueous solution - Google Patents
Process for the recovery of uranium from an aqueous solutionInfo
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Description
R.R.
HOLZEBWOODB
w.w.
Augsburg, den 1. April 1969Augsburg, April 1, 1969
Westinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania, Vereinigte Staaten von AmerikaWestinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania, United States of America
Verfahren zur Rückgewinnung von Uran aus einer wäßrigen LösungProcess for the recovery of uranium from an aqueous solution
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von Uran aus wässrigen Lösungen, welche Uranylionen und Fluoridionen enthalten, und insbesondere die Ausfällung von Ammoniuradiuranat aus solchen Lösungen mittels Ammoniumhydroxyd. The invention relates to a method for the recovery of uranium from aqueous solutions which uranyl ions and Contain fluoride ions, and in particular the precipitation of ammoniuradiuranate from such solutions by means of ammonium hydroxide.
Ein Verfahren zur Darstellung von Urandioxyd (UO2) ausA process for the preparation of uranium dioxide (UO 2 ) from
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Uranhexafluorid (UPg) erfordert eine Primärreaktion des UPg mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Lösung von Uranylfluorid (UO2P2) und Fluorwasserstoff (HP). Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß das wäßrige Uranylfluorid leichter und einfacher zu handhaben ist als das gasförmige Uranhexafluorid. Danach fügt man üblicher Weise eine konzentrierte Ammoniumhydroxydlösung in großen ÜberschußUranium hexafluoride (UPg) requires a primary reaction of the UPg with water to form an aqueous solution of uranyl fluoride (UO 2 P 2 ) and hydrogen fluoride (HP). An advantage of this process is that the aqueous uranyl fluoride is lighter and easier to handle than the gaseous uranium hexafluoride. A large excess of concentrated ammonium hydroxide is then added as usual
^ über die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge von Ammoniumhydroxyd hinaus bei, damit nach einer Reaktion mit der Uranylfluoridlösung eine Ausfällung des Urans in Form von Ammoniumdiuranat (NHjL)2U2O7 erfolgt. Diese letztere Verbindung wird dann bei einer bestimmten Temperatur gekocht, worauf weiteres Ammoniumhydroxyd zugegeben wird, damit im wesentlichen eine Komplexbildung zwischen Uranylionen und Fluoridionen verhindert wird. Selbstverständlich erfordern diese Verfahrensstufen einen großen Überschuß von Ammoniumhydroxyd. Ein . solches Verfahren und eine abgewandelte Form desselben sind in den US-Patentschriften 2 K66 II8 und 3 39k 997 beschrieben.^ above the stoichiometric equilibrium amount of ammonium hydroxide, so that after a reaction with the uranyl fluoride solution, the uranium is precipitated in the form of ammonium diuranate (NHjL) 2 U 2 O 7 . This latter compound is then boiled at a certain temperature, whereupon further ammonium hydroxide is added, so that a complex formation between uranyl ions and fluoride ions is essentially prevented. Of course, these process steps require a large excess of ammonium hydroxide. A . such a method and a modified form thereof are described in US Pat. Nos. 2 K66 II8 and 3,399,997.
Die Ausfällung des Ammoniumdiuranats (NHp)2U2O7. durch' Ammoniumhydroxyd erfolgt infolge der Komplexbildung der Uranylfluoridlösung beim stöch'iometrischen Verhältnis nicht vollständig. Damit die Reaktion vollständig abläuft, ist ein großer Überschuß Ammoniumhydroxyd erforderlich. EinThe precipitation of ammonium diuranate (NHp) 2 U 2 O 7 . ammonium hydroxide does not take place completely due to the complex formation of the uranyl fluoride solution at the stoichiometric ratio. A large excess of ammonium hydroxide is required for the reaction to proceed to completion. A
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Beispiel für den Reaktionsablauf ist- in der folgenden Formel (1) angegeben:Example of the course of the reaction is- in the following formula (1) specified:
2UO2P2 + 4HF ■+ 1ONH4--^ (NH^)2U2O7 + 8NH21F + 7Hg0 (1)2UO 2 P 2 + 4HF ■ + 1ONH 4 - ^ (NH ^) 2 U 2 O 7 + 8NH 21 F + 7H g 0 (1)
Nachteilig bei diesem Reaktionsverlauf ist der erforderliche große Überschuß an Ammoniumhydroxyd* Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist, daß die gebildete Ammoniumdiuranatausfällung nicht zu einer vollständigen Ausfällung und einer vollständigen Rückgewinnung des gesamten Urans aus dem Fluorid führt. Diese Reaktionsprodukte enthalten normalerweise 1,5 % bis 2,0 % Uranfiuorid in Form eines Mischfluorids, insbesondere : UOpFp * 3NHhF, das vergleichsweise leicht löslich ist und dadurch zu einem Uranverlust in der Abflußströmung führt. Solche Fluoridkomplexe sind zum Zwecke der Uranabtrennung außerordentlich schwierig aufzuschließen.The disadvantage of this course of the reaction is the large excess of ammonium hydroxide required. Another major disadvantage is that the ammonium diuranate precipitate that is formed does not lead to complete precipitation and complete recovery of all of the uranium from the fluoride. These reaction products normally contain 1.5 % to 2.0 % uranium fluoride in the form of a mixed fluoride, in particular: UOpFp * 3NHhF, which is comparatively easily soluble and thus leads to a loss of uranium in the runoff flow. Such fluoride complexes are extremely difficult to break down for the purpose of separating uranium.
Ausgedehnte Untersuchungen"haben gezeigt, daß die Formel (l) einen Reaktionsablauf wiedergibt, der auch unter idealen Bedingungen nicht quantitativ verläuft. Tatsächlich führt die Reaktion'der Formel (1) zu einer Anzahl von Nebenreaktioneh, die so schnell ablaufen, daß das HF. nicht vollständig'mit dem NH4OH zur Reaktion kommt. Vielmehr treten gleichzeitig.weitere Reaktionen zwischen HF,Extensive investigations have shown that the formula (1) reproduces a course of the reaction which does not proceed quantitatively even under ideal conditions. In fact, the reaction of the formula (1) leads to a number of side reactions which proceed so quickly that the HF. does not react completely with the NH 4 OH. Rather, further reactions between HF,
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UO0P0 und NHi1OH auf, die zur Komplexbildung führen, nämlich zu UOpPp · JNHhP. Wenn einmal diese Urankomplexe gebildet sind, gehen sie in Lösung über; die betreffenden Uranteile ■"-" sind verloren, weil sie nicht leicht abgetrennt werden' können, sondern vielmehr infolge ihrer Wasserlöslichkeit durch die Abflußströmung mitgenommen werden.UO 0 P 0 and NHi 1 OH, which lead to complex formation, namely to UOpPp · JNHhP. Once these uranium complexes are formed, they go into solution; the relevant original components "-" are lost because they cannot be easily separated, but rather are carried along by the runoff due to their solubility in water.
Darüberhinaus benötigt das Verfahren nach der US-Patentschrift 2 466 118 eine konzentriere Ammoniumlösung (8 bis 15 molar), weil in dieser Fluoridzubereitung die Uranlöslichkeit am kleinsten ist, wenn das Ammonium-Uran-Verhältnis möglichst groß ist. So reicht der anfängliche Zusatz des konzentrierten Ammoniumhydroxyds zur Ausfällung eines Hauptteils des Urans ■ aus und bildet noch einen Ammoniumhydroxydüberschuß gegenüber dem stöohiometrischen Gleichgewicht, damit eine Neutralisierung des Säuregrades erfolgt und damit alles Uran beim Fehlen von Fluoridionen ausgefällt wird. Das Endprodukt UO0 ist fein verteilt und deshalb schwierig zu entwässern und zu trocknen.In addition, the process according to US Pat. No. 2,466,118 requires a concentrated ammonium solution (8 to 15 molar) because the uranium solubility in this fluoride preparation is lowest when the ammonium-uranium ratio is as large as possible. The initial addition of concentrated ammonium hydroxide is sufficient to precipitate a major part of the uranium and also forms an excess of ammonium hydroxide compared to the stoehiometric equilibrium, so that the acidity is neutralized and so that all uranium is precipitated in the absence of fluoride ions. The end product UO 0 is finely divided and therefore difficult to drain and dry.
Das Verfahren nach der US-Patentschrift 3 394 997 benötigt eine große Menge an verdünnter, wäßriger Ammoniumlösung, im wesentlichen weniger als 2-molar, zur Ausfällung des Ammoniumdiüranates (NHh)pUpO~, das in vergleichsweise , The process according to US Pat. No. 3,394,997 requires a large amount of dilute, aqueous ammonium solution, essentially less than 2 molar, to precipitate the ammonium diuranate (NHh) pUpO ~, which in comparatively
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kristalliner und körniger Form vorliegt. Wenn auch das Endprodukt ÜÖg vergieiehs'weise leicht zu entwässern und schnell zu troekneri ist} läßt es sieh schwer sintern. Im Rahmen dieses Verfahrens ergibt sich immerhin ein Üranverlust von i % bis S fo, is in crystalline and granular form. Even if the end product is vergiehs'weise easy to dehydrate and quickly too dry} it is difficult to sinter. In the course of this procedure there is at least a loss of oil of i % to S fo,
Wenn auch die AUsfäilUhgSreaktion für U0«Fo durchAlthough the AUsfäilUhgSreaktion for U0 "F o by
. d. a . d. a
NH11OH unter. Qleiehgewichtsbedingungen zu einem Hydrat ITCu(0Ή)«NH 11 OH below. Low weight conditions for a hydrate ITCu (0Ή) «
T- C. C- T - C. C-
führt, treten v§rmütiich Nebenreaktionen auf (z.B. Dimerisierühgi Hydrätatiohi Ämmonisierung)> wodurch der auss'öhlieBlieh gewünschte Reaktiohsabiatif verhindert wird. Bisiärig korinte in keinem Fall in einer einzigen Stufe ÄmmoniUmdiUrärtät aus1 einer wäßrigen Lösung'in stöchiometrischem VerhMithiä erhälteh werdehi ohne daß eine Polymerisationside reactions are likely to occur (e.g. dimerization, hydration, ammonization), which prevents the otherwise desired reaction. Bisiärig korinte in any case in a single step from 1 ÄmmoniUmdiUrärtät an aqueous Lösung'in stoichiometric VerhMithiä erhälteh werdehi without polymerization
iiliit vermütiiöh ^i Verbindung dar j äl§ dig äÜieifi^ih. ilbr"iiiöHiiöh§ F§rtti§iiiliit vermütiiöh ^ i Connection dar every year ilbr "iiiöHiiöh§ F§rtti§i
ieft iM%i iä Üegeh Hihwäiäi vorj usM iiiafiöhe Moiiküil reisliS liräiiälaÄ. enthäilen.köhiiehj biä zu Üib^Ü odei^ieft iM% i iä Üegeh Hihwäiäi vorj usM iiiafiöhe Moiiküil reisliS liräiiälaÄ. enthäilen.köhiiehj biä zu Üib ^ Ü odei ^
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INSPECTEDINSPECTED
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Aufgäbe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens; für eirii Weitgehend vollständige Wiedergewinnting von Uran aus wäßrigen' Lösungen.The object of the invention is to create a method; for eirii largely complete recovery of uranium from aqueous' solutions.
Biege Äüfgäfee WiM gettiljS der' Erfindung dadurch gelöstj däJ3 in dii Hosting zü§f st etWä§ Weniger als der stSehidniettfisehe Anteil äri verdünntem Ämniöniümhydröxyd eingeleitet wird, das nur iiiit dem Fluorwasserstoff unter.Bildung voti Ämniöniumfiuörid reagiert^ wogegen ein kleiner Anteil Fluorwasserstoff öiöht tieüträiis'iert wird und damit eine leicht gäüere i^siirig ffiit eineiii iH-¥ert von 6,1 - 0,2 bedingt} und daß darauf verdünntes Äriimohiümnydroxyd mit einem Normal Wert von weiiig§r als 3 in einer» solöhen Menge zugegeben wir'dji daß · geriügiiid Äm'iöMümioheh Bür Reaktion iiiit dem üraliyifiüörid und dem fitiörWäögergtolf ziir Verfügung steheri> däthiit Ättiniöiliümii geöiiiet Ütid äliä äeM Eö§tin§ äiisgefMiM Mrdi,Biege Äüfgäfee WiM gettiljS the 'invention thereby solvedj däJ3 in dii hosting a little less than the stSehidniettfisehe Part of the diluted ammonium hydroxide introduced becomes, that only iii with the hydrogen fluoride under. Formation voti Ammonium fluoride reacts, whereas a small proportion of hydrogen fluoride reacts Oiöht is deeply retried and thus an easy one ferment i ^ siirig ffiit aiii iH- ¥ ert of 6.1 - 0.2 conditional} and that on it diluted Äriimohiümnydroxyd with a normal value of less than 3 in a »as much amount as we'dji admitted that · geriügiiid Äm'iöMümioheh Bür reaction iiiit the üraliyifiüörid and the fitiörWäögergtolf at your disposal däthiit Ättiniöiliümii geöiiiet Ütid äliä äeM Eö§tin§ äiisgefMiM Mrdi,
ffli Uli äiis'iä fir'fährlriilbiäTifi riäeli dir: Irflnäürife Wird däi. Ätiiifeigii vöi! FlÜörid^lliMliie^eäfetiöäSn hiiC i i liy Mi gieilÜieilii die liiäMfig viEffli Uli äiis'iä fir'fährlriilbiäTifi riäeli dir : Irflnäürife Will dai. Ätiiifeigii vöi! FlÜörid ^ lliMliie ^ eäfetiöäSn hiiC i i liy Mi gieilÜieilii die liiäMfig viE
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ORIQlNAL INSPECTEDORIQlNAL INSPECTED
damit sich'mit etwa 90 % des HF Ammoniumfluorid bildet. Nach Einstellung des Gleichgewichtszustandes wird in einer zweiten Verfahrensstufe mehr verdünntes Ammoniumhydroxyd (und zwar etwa 1-normal) hinzugefügt, damit Ammoniumdiuranat im wesentlichen quantitativ ausgefällt wird. Die Reaktion erfolgt vorzugsweise bei etwa 70 Cj obwohl sie auch bei Zimmertemperatur oder niedrigerer Temperatur ausgeführt werden kann. Die Ammoniumdiuranatreaktion verläuft im wesentlichen vollständig und es kommt kaum zu einer Uran-Fluor id- Komplexbildung. In beiden Verfahrensstufen wird eine große Menge pro Mol Uran benötigt. Das Ammoniumdiuranat läßt sich leicht abtrennen und kann anschließend auf beliebige Weise leicht zu Ürandioxyd reduziert werden.so that about 90 % of the HF forms ammonium fluoride. After the equilibrium has been established, more dilute ammonium hydroxide (approximately 1 normal) is added in a second process step so that ammonium diuranate is precipitated essentially quantitatively. The reaction is preferably carried out at about 70 CJ, although it can be carried out at room temperature or lower. The ammonium diuranate reaction is essentially complete and there is hardly any uranium-fluoride complex formation. A large amount per mole of uranium is required in both stages of the process. The ammonium diuranate can easily be separated off and can then easily be reduced to Ürandioxyd in any desired manner.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:The invention will now be based on a preferred embodiment with reference to the attached Drawings explained. They represent:
Fig. 1 * ein Titrationsdiagramm für dreiFig. 1 * a titration diagram for three
verschiedene molare Konzentrationen von NHhOH und für drei verschiedene Verhältnisse ΝΗ,/U unddifferent molar concentrations of NHhOH and for three different ones Ratios ΝΗ, / U and
Fig. 2 ein Flußdiagramm für das erflndungs-Fig. 2 is a flow chart for the invention
gefnäße Verfahren.vascular procedures.
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
Nach der Erfindimg erfordert das Verfahren zur Rückgewinnung von Uran aus einer wäßrigen Lösung mit Uranyl-Pluoridionen, die durch Einleiten von UPg in Wasser gebildet werden kann, zwei Stufen. Die erste Verfahrensstufe verläuft nach der Formel:According to the invention, the process for the recovery of uranium from an aqueous solution with uranyl-fluoride ions requires formed by introducing UPg into water can be two stages. The first stage of the process is based on the formula:
UO0F0 + 4NH,. OH + 4HF-^UO0F0 + 4NH..F + 4H„Q + HF in geringem 22 4 2 2 4 * Überschuß (2;UO 0 F 0 + 4NH ,. OH + 4HF- ^ UO 0 F 0 + 4NH..F + 4H "Q + HF in a slight 22 4 2 2 4 * excess (2;
mit einem Gleichgewichts-pH-Wert von etwa 6,1. Mach Formel (2) ist der Anteil des Ammoniumhydroxydzusatzes zu der Uranylfluorid und Fluorwasserstoff enthaltenden Lösung auf etwas weniger als den stöchiometrisehen Anteil von Ammoniumhydroxyd beschränkt, der für eine Reaktion mit dem vorhandenen Fluorwasserstoff erforderlich,ist. Denn es ist wichtig, daß ein geringer HF-Anteil nicht neutralisiert bleibt, damit im Gleichgewichtszustand der pH-Wert der Lösung etwa 6,1 i. 0,2 beträgt.with an equilibrium pH of about 6.1. According to formula (2), the amount of ammonium hydroxide added to the solution containing uranyl fluoride and hydrogen fluoride is limited to slightly less than the stoichiometric amount of ammonium hydroxide required for reaction with the hydrogen fluoride present. Because it is important that a small amount of HF does not remain neutralized so that the pH of the solution in the equilibrium state is about 6.1 i. Is 0.2.
Nach der Formel (2) reagieren nur NH^OH und HF unter Bildung von NHj,F und H0O miteinander, wogegen in dieser Verfahrensstufe das UO0Fp im wesentlichen unverändert bleibt.According to formula (2) only NH ^ OH and HF react with one another to form NHj, F and H 0 O, whereas in this process stage the UO 0 Fp remains essentially unchanged.
Durch Begrenzung des zugesetzten Ammoniumhydroxydanteils sowie durch Steuerung des pH-Wertes wird vorzugsweiseLimiting the amount of ammonium hydroxide added and controlling the pH is preferred
Ämmoniurnfluorid gebildet. Die Reaktionsfreudigkeit der Uranverbindung innerhalb der gebildeten Lösung wird verringert, so daß die Ausbildung unerwünschter Komplexe, wie UOpFp · J-NHji,F begrenzt wird. Damit werden, wie in Formel (2) gezeigt, im wesentlichen alle Fluoridionen des HF bevorzugt mit den Ammoniumionen unter Bildung von Ammoniumfluorid kombiniert, während die Uranylverbindung zur Reaktion mit dem anschließend zugesetzten, verdünnten Ammoniumhydroxyd frei bleibt. Nach Einstellung des Gleichgewichtszustandes wird die erhaltene Lösung mit einem weiteren Zusatz verdünnten Ammoniumhydroxyds behandelt, z.B. durch Zusatz von mindestens sechs oder mehr Molen pro Mol UOpFp, was zur Neutralisierung des vorhandenen HF weitaus ausreicht. Die Reaktion läuft nach der folgenden Formal ab:Ammonium fluoride formed. The reactivity of the uranium compound within the solution formed is reduced, so that the formation of undesirable complexes such as UOpFp · J-NHji, F is limited. Thus, as in formula (2) shown, essentially all fluoride ions of HF preferentially with the ammonium ions with the formation of ammonium fluoride combined while the uranyl compound to react with the subsequently added, dilute ammonium hydroxide remains free. After the equilibrium has been established the solution obtained is treated with a further addition of dilute ammonium hydroxide, e.g. by adding at least six or more moles per mole of UOpFp, which is far sufficient to neutralize the HF present. the The reaction takes place according to the following formula:
+ 7NHj+OH + HF-* 2UO2 (OH)2 + 5NH2+F + 2NHj+OH + 2U2°7 + + 7NHj + OH + HF- * 2UO 2 (OH) 2 + 5NH 2+ F + 2NHj + OH + 2 U 2 ° 7 +
In dieser Formel ist angenommen, daß ein Mol HF für zwei Mole UOgF2 vorhanden ist. Danach reagiert das Zwischenprodukt in Form von Uranylhydroxyd unmittelbar mit dem zusätzlichen Ammoniumhydroxyd unter Bildung von Ammoniumdiuranat, das aus der Lösung ausfällt. Es erfolgt im wesentlicheIn this formula it is assumed that there is one mole of HF for two moles of UOgF 2 . The intermediate product then reacts immediately in the form of uranyl hydroxide with the additional ammonium hydroxide to form ammonium diuranate, which precipitates out of the solution. It essentially takes place
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eine vollständige Ausfällung des Urans in Form von Ammonium-complete precipitation of uranium in the form of ammonium
diuranat, und in der Flüssigkeit bleibt praktisch keine Uranverbindung vorhanden.diuranate, and practically no uranium compound remains in the liquid.
Das Zweistufenverfahren erfordert eine Zeitbeziehung,-Wenn die Gesamtreaktion durch Zusatz von MKOH im Überschuß gegenüber dem stöchiometrisehen Anteil, der zur Neutralisierung von HF erforderlich ist, in einer Stufe ausgeführt wird, ist der Reaktionsablauf so plötzlich, daß das gebildete NHhF an einer Ausbildung von Urankomplexen nicht gehindert werden kann, bevor sich das unbedingt wichtige UO2(OH)2 ausbildet.The two-stage process requires a time relationship -If the overall reaction by the addition of Mkoh i m excess over the stöchiometrisehen portion that is required for neutralization of HF is carried out in a stage of the reaction is so sudden that the formed NHhF in training of Uranium complexes cannot be prevented before the essential UO 2 (OH) 2 is formed.
Aufgrund des Zweistufenverfahrens geht weniger Uran in der Abflußströmung in Form von Fluoridkomplexen verloren, die schwierig abzutrennen und nachzuweisen sind.Because of the two-step process, less uranium is lost in the runoff in the form of fluoride complexes, which are difficult to separate and prove.
Für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, daß etwas weniger als der stöchiometrische Anteil von verdünntem Ammoniumhydroxyd zur Neutralisierung des NHhF im Rahmen der ersten Reaktionsstufe zugesetzt Hrird. Das zweckmäßigste Mol verhältnis von NH-^ zu Uran ist etwa 3,5 : 1 bei einem pH-Wert von etwa 6,1 "-0,2. Deshalb werden fürFor the success of the process of the invention it is necessary that something less than the stoichiometric Portion of dilute ammonium hydroxide to neutralize the NHhF added during the first reaction stage. The most appropriate molar ratio of NH- ^ to uranium is about 3.5: 1 at a pH of about 6.1 "-0.2. Therefore, for
jedes Uranylion-Mol in der wäßrigen Lösung etwa vier Mole Ammoniurnhydroxyd zugesetzt. - 10 -each mole of uranyl ion in the aqueous solution is about four moles of ammonium hydroxide added. - 10 -
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JiJi
In Fig. 1 ist die Beziehung zwischen dem pH-Wert und dem NHj,OB^Zusatz ein Milliliter anhand von Untersuchungen dargestellt, die.mit drei unterschiedlichen Molkonzentrationen (11,8-molar, 7,4-molar, 2,7-molar) von NH2^OH, durchgeführt worden sind. Nach Fig. 1 liegt der Wendepunkt, an dem sich für jede NH2,OH-Zugabe iäer pH-Wert am stärksten ändert, bei jeder Probe bei einem pH-Wert von etwa 6,1 -0,2, was für jeden Normalwert des NHnOH reproduzierbar ist. Deshalb wird ein kleiner Anteil HF in der ersten Stufe in Lösung gelassen, damit der pH-Wert im saueren Bereich bleibt, nämlich bei 6,1 - 0,2. Die drei Kurven der Fig. 1 zeigen den sehr unterschiedlichen Einfluß eines Zusatzes unterschiedlicher Konzentrationen von Ammoniumhydrox3rd zu Uranylfluoridlösungen, die jeweils 166 g Uran pro Liter in Form von UO2Fp enthalten. Der kritische Punkt dieser Titrationskurven tritt bei einem pH-Wert von etwa 6 auf. Die linksgelegene Kurve zeigt, daß der Zusatz eines Milliliters von 11,8-molarem NHuOH den pH-Wert der Lösung von etwa 6,3 auf 8 ändert. Nach der mittleren Kurve ergibt 1 Milliliter von 7i4-molarem NH^OH eine Änderung des pH-Wertes von etwa 6,3 auf 7*2. Dagegen zeigt die rechte Kurve, daß ein Zusatz von 2 Millilitern von 2,7-molarem NH2, OH den. pH-Wert von 6,1 auf 6,3 ändert und daß ein weiterer Milliliter den pH-Wert auf 6,6 bringt. Innerhalb einer Spanne des PH-Wertes von 6,1 i 0,2 bildet sich UO0(OH)0. Deshalb bedingt einIn Fig. 1, the relationship between the pH and the NHj, OB ^ addition of a milliliter is shown on the basis of studies that die.mit three different molar concentrations (11.8 molar, 7.4 molar, 2.7 molar ) of NH 2 ^ OH. According to FIG. 1, the point of inflection at which the pH value changes the most for each NH 2 , OH addition, lies in each sample at a pH value of about 6.1-0.2, which is the case for every normal value of the NHnOH is reproducible. Therefore, a small amount of HF is left in solution in the first stage so that the pH value remains in the acidic range, namely 6.1-0.2. The three curves in FIG. 1 show the very different effects of adding different concentrations of ammonium hydroxide to uranyl fluoride solutions which each contain 166 g uranium per liter in the form of UO 2 mp. The critical point of these titration curves occurs at a pH value of around 6. The curve on the left shows that the addition of one milliliter of 11.8 molar NHuOH changes the pH of the solution from about 6.3 to 8. According to the middle curve, 1 milliliter of 7.4 molar NH ^ OH results in a change in the pH value from about 6.3 to 7 * 2. In contrast, the right curve shows that an addition of 2 milliliters of 2.7 molar NH 2 , OH den. pH changes from 6.1 to 6.3 and that another milliliter brings the pH to 6.6. UO 0 (OH) 0 is formed within a range of the pH value of 6.1 i 0.2. Therefore, conditionally a
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starkes NHhOH einen, übermäßigen Anstieg des pH-Wertes, wodurch diese erwünschte Reaktion herabgesetzt wird und ein alkalischer Zustand auftritt, in dem sich der unerwünschte UO2P2 ' J5NH^F-Komplex ausbilden kann.strong NHhOH causes an excessive rise in the pH value, as a result of which this desired reaction is reduced and an alkaline state occurs in which the undesired UO 2 P 2 'J5NH ^ F complex can form.
■ Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, daß beim Abschluß der ersten Verfahrensstufe kein freies Ammoniak in der Lösung vorhanden ist. Infolge der jeweiligen. Verhältnisse und Konzentrationen von UOpF2, HF und NHjjF in Verbindung mit dem kritischen pH-Viert von 6,1-0,2 können keine Nebenreaktionen mit unerwünschter Uran-Komplexbildung beim nachfolgenden Ammoniakzusatz auftreten, wenn derselbe sorgfältig erfolgt. Die beschriebene Lösung reagiert bei nachfolgendem Zusatz von verdünntem NH^OH stöchiometrisch in der beschriebenen Weise unter Bildung einer quantitativen AmmoniumdiuranatausfEllung aus UOpFp. Ein Merkmal der Erfindung liegt .in der Kombination des Fluorids mit dem Ammoniak, bevor sich der Fluoridkomplex mit Uran ausbildet.An important feature of the invention is that there is no free ammonia in the solution at the end of the first process stage. As a result of the respective. The proportions and concentrations of UOpF 2 , HF and NHjjF in connection with the critical pH fourth of 6.1-0.2 cannot cause side reactions with undesired uranium complex formation during the subsequent ammonia addition, if this is done carefully. When dilute NH ^ OH is subsequently added, the solution described reacts stoichiometrically in the manner described with the formation of a quantitative ammonium diuranate precipitate from UOpFp. A feature of the invention lies in the combination of the fluoride with the ammonia before the fluoride complex with uranium is formed.
In der zweiten Stufe (Formel 3) werden für jedes Uranylfluoridmol etwa sieben Ammoniumhydroxydmole beigefügt. Die Konzentration des Ammoniumhydroxyds sollte nicht größerIn the second stage (Formula 3) are for each About seven moles of ammonium hydroxide are added to uranyl fluoride moles. The concentration of ammonium hydroxide should not be greater
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als 3N sein, vorzuziehen ist 1-normales Ammoniumhydroxyd. Das Molverhältnis Ammonium zu Uran beträgt mindestens 7:1* liegt jedoch nicht über 10 : 1, da sich bei einem großen Ammoniaküberschüß keine Vorteile ergeben.than 3N, preference is given to 1-normal ammonium hydroxide. The molar ratio of ammonium to uranium is at least 7: 1 * however, is not more than 10: 1, since there are no advantages with a large excess of ammonia.
Ss hat sich gezeigt, daß die Uranverluste in der Abflußströmung im Rahmen des Zweistufenverfahrens nach der Erfindung um einen Paktor von mehr als 10 kleiner als die besten Verlustwerte bei einem bekannten einstufigen Verfahren sind, wo ein 7- bis l^-facher Überschuß von Ammoniumhydroxyd gegenüber Uranylfluorid verwendet wird. Damit bringt das Verfahren nach der Erfindung eine Überwindung des Nachteils der bekannten Verfahren, nämlich des Nachteiles der Ausbildung eines vergleichsweise stabilen, wasserlöslichen Fluoridkomplexes mit Uran, der den Uranverlust in der Ausgußströmung bedingte. Wenn sich diese Komplexe einmal ausgebildet haben, sind sie außerordentlich schwierig aufzuschließen. Infolgedessen ermöglicht die Erfindung die Rückgewinnung im wesentlichen des gesamten Urans, das an der Reaktion beteiligt ist. Im Rahmen der Erfindung ist auch weniger Ammoniumhydroxyd erforderlich. Außerdem ist die Verfahrensdauer viel kürzer, da kein Kochen und Erhitzen erforderlich 1st.It has been shown that the uranium losses in the Discharge flow in the context of the two-stage process according to the invention by a factor of more than 10 smaller than that The best loss values in a known one-step process are where a 7 to 1 ^ -fold excess of ammonium hydroxide versus uranyl fluoride. The method according to the invention thus solves the problem the disadvantage of the known method, namely the disadvantage of the formation of a comparatively stable, water-soluble fluoride complex with uranium, which reduces the uranium loss conditional in the pouring flow. Once these complexes are formed, they are extraordinary difficult to unlock. As a result, the invention enables essentially all of it to be recovered Uranium involved in the reaction. Less ammonium hydroxide is also required in the context of the invention. In addition, the process time is much shorter since no cooking or heating is required.
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Das nachfolgende Ausfuhrungsbeispiel erläutert die Ausführung der Erfindung. Nach.dem Flußdiagramm von Fig. ,2-.■---.-. wurde eine Charge einer Lösung mit einem Gehalt von 31,6 kg konzentrierten NHnOH (24 % NH,) aus dem Lösungs-Speicherbehälter 10 entnommen und mit 343*0 kg Wasser aus dem Speicherbehälter 12 vermischt, so daß man eine 4,21-pro-· zentige NH^OH-Lösung erhielt. Eine Charge von 403.,0 kg der Lösung 16 mit einem Gehalt von 39,7 kg UO2F2, 10,3 kg HF und 353i 0 kg Wasser wurde mit der Lösung 14 in einem Misehgefäß l8 vermischt. Diese Anteile der NHhOH-Lösung 14 und der Uranylfluoridlösung wurden so ausgewählt, daß sich nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes ein Molverhältnis zwischen-NH-z und U (ΝΗ-,/U) mit dem .Wert 3*5 und ein pH-Wert von 6,1 - 0,2 einstellten. Mit Abschluß der ersten Verfahrensstufe enthielt die Ausgangsströmung 20 des Mischgefäßes 18 39,7 kg des ursprünglichen UO2F2, 1,3 kg HF, 16,7 kg NH21F und 720,0 kg HgO. · .The following exemplary embodiment explains the implementation of the invention. According to the flow chart of Fig. 2-. ■ ---.-. a batch of a solution containing 31.6 kg of concentrated NHnOH (24 % NH) was removed from the solution storage tank 10 and mixed with 343 * 0 kg of water from the storage tank 12, so that a 4.21-per - · centige NH ^ OH solution received. A batch of 403.0 kg of solution 16 containing 39.7 kg of UO 2 F 2 , 10.3 kg of HF and 353 kg of water was mixed with solution 14 in a mixing vessel 18. These proportions of the NHhOH solution 14 and the uranyl fluoride solution were selected so that, after the equilibrium was reached, a molar ratio between -NH-z and U (ΝΗ -, / U) with the value 3 * 5 and a pH value of 6 , Set 1 - 0.2. At the end of the first process stage, the output stream 20 of the mixing vessel 18 contained 39.7 kg of the original UO 2 F 2 , 1.3 kg of HF, 16.7 kg of NH 21 F and 720.0 kg of HgO. ·.
Eine Menge einer Lgsung 22 mit Anteilen von 27,0 kg NHhOH und 27,0 kg .Wasser sowie eine Menge 24 von 712a 1 kg Wasser wurden vermischt, so daß man 766,2 kg einer 3,52-prozentigen NHhOH-Lösung 26 erhielt. Gleiche Mengen der Lösung 2β und der Lösung 20 wurden durch Düsen unter Bildung einer gemeinsamen Strömung innerhalb eines Ausfällgefäßes zerstäubt. Diese Zerstäubung stellt eine Steuerung desAn amount of a solution 22 with proportions of 27.0 kg of NHhOH and 27.0 kg of water and an amount 24 of 712 a 1 kg of water were mixed, so that 766.2 kg of a 3.52 percent NHhOH solution 26 received. Equal amounts of solution 2β and solution 20 were atomized through nozzles to form a common flow within a precipitation vessel. This atomization provides a control of the
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Reaktionsverlaufs bei einem pH-Wert von etwa 6,1 sicher. Sin Umlaufsystem für die Lösung mit einer Pumpe 30 wurde in Verbindung mit dem Ausfällgefäß 28 benutzt, damit eine schnelle und vollständige Reaktion zwischen den eingesprühten Lösungen 26 und 20 erfolgte. Die Ausgangsströmung 32 des Ausfällgefäßes 28 enthielt 4o,2 kg. (NH^)2U2O7 (in feiner Ausfällung), 28,6 kg NH^F, 11,3 kg NH2^OH und 1 464,0 kg HpO. Das (NHIi)2UpO7. wurde vollständig in ausgefällter, kristalliner Form rückgewonnen. Der Rest des Stromes mit NHh?, NHkOH und HpO wurde abgeleitet, eine Analyse ließ kein lösliches Uran im Abfluß erkennen. Insgesamt !■rurden 4-2,8 kg NHkOH verwendet, nur 11,3 kg gingen verloren. Dieses ist viel weniger als nach der bekannten Technik zur Rückgewinnung einer entsprechenden Uranmenge erforderlich war.The course of the reaction is certain to take place at a pH of about 6.1. A circulating system for the solution with a pump 30 was used in connection with the precipitating vessel 28 so that a quick and complete reaction between the sprayed solutions 26 and 20 could take place. The exit stream 32 of the precipitation vessel 28 contained 40.2 kg. (NH ^) 2 U 2 O 7 (in fine precipitation), 28.6 kg NH ^ F, 11.3 kg NH 2 ^ OH and 1,464.0 kg HpO. The (NHIi) 2 UpO 7 . was completely recovered in a precipitated, crystalline form. The remainder of the stream with NHh ?, NHkOH and HpO was diverted, analysis revealed no soluble uranium in the effluent. In total! ■ 4-2.8 kg NHkOH were used, only 11.3 kg were lost. This is much less than was required by the known technique to recover a corresponding amount of uranium.
Das Verfahren nach der Erfindung kann mit angereichertem UF/- durchgeführt werden. Beispielsweise können 3*5 % angereichertes UF/- in Wasser unter Bildung von UOpFp und HF aufgelöst werden,, worauf dann in zwei Stufen eine Reaktion mit Ammoniumhydroxyd erfolgt, wie dies vorstehend im einzelnen.erläutert worden ist.The method according to the invention can be carried out with enriched UF / -. For example, 3 * 5 % enriched UF / - can be dissolved in water to form UOpFp and HF, whereupon a reaction with ammonium hydroxide takes place in two stages, as has been explained in detail above.
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