鉬值從鈾過程餾出物的分離和回收的制作方法
【專利說明】鉬值從鈾過程餾出物的分離和回收
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請要求于2012年11月16日提交的美國臨時專利申請N0.61/727，580的權(quán)益，其公開內(nèi)容整體并入本文中作為參考。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于從核級六氟化鈾的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的過程重質(zhì)餾出物中回收鉬和鈾值的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于將來自此類過程的鉬和鈾值分離成純度足以出售或再循環(huán)用于制造過程中的化合物的方法，所述化合物方便彼此分離并且方便地與氟化物雜質(zhì)分離。
[0004]發(fā)明背景
[0005]在核級六氟化鈾的生產(chǎn)中，將含有少量的釩、鈦，并在更大程度上含有鉬的粗UF6蒸發(fā)并進料至蒸餾鍋爐中進行處理。在UF6的蒸餾開始前，容易除去低沸點雜質(zhì)，S卩，HF、VOFjP MoF 6，同時剩余作為四氟氧鉬MoOF4存在的鉬污染物。粗六氟化鈾連續(xù)批次間精制導(dǎo)致鉬雜質(zhì)在高蒸餾鍋爐底部的累積。在某些時候，發(fā)生鉬雜質(zhì)與UFfJ^共蒸餾，并且含有MoOFj^ UF 6組合物不滿足質(zhì)量管理規(guī)格標準。隨后必須將這種含鉬的UF 6組合物處置掉，或者儲存起來直到開發(fā)出合適的回收技術(shù)。捕獲鈾值和/或鉬值將提高UF6生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性。
[0006]從酸浸出液中回收鈾值的常規(guī)分離方法是已知的。通常，這些方法利用離子交換或溶劑萃取技術(shù)。然而，在高鉬和氟離子濃度的存在下，這些方法都難以實施，比如使用這些方法來處理含鉬的UF6組合物時就是這種情況。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)認識到，需要從鈾中除去鉬。然而，現(xiàn)有技術(shù)的方法沒有解決回收鉬的問題。這些方法包括US專利N0.3790658中Fox等人，US專利N0.4092399中Ruiz等人或US專利N0.4304757中Kuehl等人的離子交換工作。宣稱了這些用于回收金屬值以處理含鉬UF6組合物的方法的局限性。例如，眾所周知鉬會類似于鈾反應(yīng)形成將吸附在樹脂上的陰離子絡(luò)合物。由于鉬值在樹脂上繼續(xù)增加，導(dǎo)致總的鈾容量降低。在實踐中，通過混合礦石浸出液來努力控制鉬濃度，以保持鉬的含量在0.01至0.02克/升的范圍內(nèi)。然而，在處理本發(fā)明所要解決的含鉬UF6組合物中，可以存在最高達90重量％或更高濃度的鉬。顯然，通過這些方法稀釋以實現(xiàn)分離是不經(jīng)濟的。
[0008]關(guān)注更多的是該系統(tǒng)的過程重質(zhì)餾出物水解過程中產(chǎn)生的高氟離子濃度。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當高濃度的氟離子(彡100ppm)存在時，發(fā)生鈾和鉬的過早穿透(breakthrough)。對于再處理金屬以及含有超過容許極限氟離子的最終產(chǎn)品而言，這必然會導(dǎo)致不可接受的高的交叉污染因子。需要替代方法。
[0009]例如，在US專利N0.4011296中描述的嘗試使用常規(guī)的溶劑萃取技術(shù)導(dǎo)致了有限的實用性。過程廢物中高濃度的鉬在胺萃取劑中累積，并以類似于使用離子交換樹脂時觀察到的方式充當“毒藥”。當有機相的鉬的濃度超過0.03g/升時通常會發(fā)生這種現(xiàn)象。最終，達到最大容許水平，之后出現(xiàn)鉬雜多酸胺絡(luò)合物沉淀。沉淀像粘質(zhì)塊一樣在有機-水界面形成，這嚴重干擾了操作。當通過這樣的方法處理含鉬的UF6組合物時，構(gòu)成(compounding)該問題的是高氟離子濃度的存在。能夠形成氟化鈾酰，從而導(dǎo)致在反萃(stripping)過程中這些絡(luò)合物保留在有機相中。結(jié)果是回收金屬中不可接受的交叉污染水平。高氟離子濃度還由于妨礙快速相分離增強了這一問題。
[0010]試圖使用由Crossley在US專利N0.4393028中公開的沉淀技術(shù)；然而，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)與使用含鉬的現(xiàn)6組合物不相容。引入了不利于鈾值再循環(huán)的不期望的陽離子，并且所有產(chǎn)品都被含氟化合物交叉污染到妨礙產(chǎn)物再循環(huán)或再出售的程度。
[0011]即使是以前獲得專利權(quán)的回收這些金屬值的方法，參見并入本文作為參考的US專利4584184，需要使用大量的有機醇，由于環(huán)境法規(guī)的變化也已不再是理想的方法。因此，顯然最需要一種從含鉬的UF6組合物中回收鉬和鈾值而避免使用任何有機底物(substrates)的方法。
[0012]發(fā)曰月簡沐
[0013]本發(fā)明的第一個目的是提供UF6的生產(chǎn)方法，該方法包括通過減壓蒸餾從高蒸餾鍋爐底部回收鈾值。優(yōu)選該方法在不存在含有機(碳)的物質(zhì)的情況下進行，以防止氟化有機廢物的形成。
[0014]本發(fā)明的第二個目的是以可供出售或作為無害非核廢料丟棄的純度從UF6生產(chǎn)過程中回收鉬值。優(yōu)選地，鉬和鉬值作為鉬鹽回收，并且甚至更優(yōu)選地，作為具有許多商業(yè)用途的鉬酸鈣回收。
[0015]同樣地，本發(fā)明的第三個目的是從包含，基本上由，或由現(xiàn)6和MoOF 4組成的組合物中回收鈾和/或鉬值。
[0016]發(fā)明詳述
[0017]本發(fā)明提供了從核級六氟化鈾的制造過程中產(chǎn)生的過程蒸餾高沸點組分(process still high boilers)中分離和回收鉬和鈾值的方法。本發(fā)明的重要方面在于以下事實:鉬和鈾值都可以以足以再循環(huán)或出售的純度回收。避免了在低水平核廢料掩埋場貯存或處置的費用。
[0018]如前文所述，在一種用于生產(chǎn)核級六氟化鈾的方法中，將含有少量的釩、鈦，以及更大程度的鉬的粗UF6蒸發(fā)并進料至蒸餾鍋爐進行處理。蒸餾在升高的壓力，S卩，顯著高于大氣壓的壓力下進行，使得UF6可以以液體形式存在。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在升高的壓力下的蒸餾過程中發(fā)生鉬雜質(zhì)與UF6共蒸餾后，對包含現(xiàn)6和MoOF 4的過程蒸餾高沸點組分在減壓下，即，在低于90kPa下進行蒸餾。優(yōu)選地，蒸飽在低于約50kPa的壓力下進行，并且最優(yōu)選地，蒸飽在約20kPa至約35kPa之間，例如在約28kPa(或約210mmHg)的壓力下進行。對于此類蒸餾，蒸餾在合適的溫度下進行，例如，對于在210mmHg下的蒸飽，在60°C進行。在此步驟中去除高沸點蒸餾器中所含的大部分 UF6。
[0020]然后，利用水對留在蒸餾器中的所得到的固體進行水解，以溶解任何殘留的材料?，F(xiàn)在此溶液包含氫氟酸、水解鉬和任何作為氟化鈾酰，UO2F2的剩余鈾。
[0021]由于本發(fā)明的一個目的是提供導(dǎo)致基本上不含鈾和含有最小量氟的鉬值的分離的方法，因此使水解溶液與氫氧化鈉反應(yīng)以將剩余的鈾沉淀為不溶性鹽，重鈾酸鈉，Na2U2O7并且將大部分氟，優(yōu)選至少95 %，沉淀為氟化鈉，NaF。殘留在溶液中的鉬作為可溶性鹽，鉬酸鈉，Na2MoO4。
[0022]可以通過將來自鈾和氟去除步驟的液體用氯化鈣溶液處理，將可溶性鉬酸鈉轉(zhuǎn)化成不溶性鈣鹽，鉬酸鈣，CaMoO4，對鉬進行回收。通過過濾和干燥分離出該鹽，該鹽適用于多種應(yīng)用，包括土壤添加劑，釉質(zhì)粘接劑，保護和裝飾金屬涂層，鐵和鋼合金，潤滑劑，石油煉制催化劑，磷鉬和磷鎢調(diào)色劑，顏料，腐蝕抑制劑，防煙劑，以及用于電子，電氣和難熔金屬工業(yè)的鉬金屬的生產(chǎn)。優(yōu)選地，分離出的鹽含有小于約300ppm的鈾，使得該鹽可作為無害和/或非核廢物得到安全地處理。甚至更優(yōu)選地，分離出的鹽含有小于10，或甚至Ippm的鈾，以便易于出售并可用于多種商業(yè)應(yīng)用中。
[0023]如果需要的話，通過使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的標準工藝化學(xué)，可以回收并再循環(huán)包含在重鈾酸鈉鹽/氟化鈉混合物