Uranyum cevher konsantresinin organik solvent ile direkt ekstraksiyonu ve uranyum konsantrelerinin elde edilmesi

Abstract

ÖZET Ticari adı Sarı Pasta olan uranyum cevher konsantresi rafinerilerde işlenerek uranyum dioksit (LXD`), uranyum hegza florür (UFg) veya uranyum metal i eldesi çalışmalarında kul lanı lır. Nükleer yakıt teknolojisinin ilk basamağını oluşturan sarı pastanın reaktör yakıtı olarak kullanılabilmesi için ileri saflaştırma tekniklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Dünyada genel olarak uygulanan ticari yöntemlerde, sarı pasta asit ile çözünerek safsızlık oluşturan elementlerden solvent ekstraksiyon (SX) prosesi ile ayrılmakta ve sulu çözeltiden çöktürülerek reaktörler için gerekli saf uranyum bileşiği elde edilmektedir. Bu çalışmada konvans iyonel yönteme alternatif olarak, Mani sa-Köprübaş ı pilot tesislerinde üretilen sarı pastadaki uranyumun, asit ile önarıtılmış bir organik ile doğrudan solvent fazına ekstrakte olduğu i yome t al u r j i k proses uygu lanmıştır. Bu amaç doğrultusunda da aşağıdaki çalışmalar yapı lmıştır Direkt katıdan uranyumun ekstraks iyonunda verimi etkile yen katı/organik oranı, tepkime süresi, organik fazın onar tıl masında nitrik asit konsantrasyonu, organik solven tin seyreltici ile karışım oranı, yakıt materyalinin tanecik büyüklüğü parametrelerinin etkileri araştırılmış ve optimum koşullar saptanmıştır. Deneysel sonuçlar nitrik asit ile arıtılan tribütil fosfatın sarı pastadaki uranyumu % 82.35 verim ile organik faza ekstrakte ettiğini göstermiştir. Saf s iz 1 ıklar in da değişik oranlarda organik faza geçtikleri tesbi t edi lmi ş t i r.II Çalışmanın ikinci bölümünde organikteki saf s iz 1 ıklar in belli ölçüde giderilebilmesi için organik fazın yıkanması (scrubbing) işleminde değişik koşulların etkisi incelenmiş tir. Üçüncü aşamada, yıkanmış organik fazdan saptanan optimum koşullarda, uranyumun sulu çözeltiye alınması (stripping) işlemi yapılarak, son basamağı oluşturan uranyum konsantre ler çöktürülmüş tür. Çöktürme basamağında organik ve sulu fazlardan değişik koşullarda ADU (amonyum di ürenat) ve AUC (amonyum uranil karbonat) konsantreleri elde edilmiş tir. Her çalışma basamağı sonunda esas olan fazın ve sonuçta çöktürülen konsantrelerin safsızlık analizleri Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi'nin Nükleer Yakıt Teknolojisi Bölümü'nde ARL 3520 ICP-Atomik Emisyon Spektro metresi ile yapılmıştır. Böylece 11 nadir toprak elementi de dahil olmak üzere toplam 35 elementin başlangıç mater yaline göre saf laşt ı rıl ma oranları saptanmıştır.

Ill SUMMARY Concentrated uranium ore, the commercial name of which is Yellow Cake is used to obtain uranium dioxide (U02), uranium hexafluoride (UFfi) or uranium metal. For the yellow cake, which forms the first stage in the nuclear fuel technology, advanced purification techniques are necessary in order that it can be used as nuclear reactor fuel. In general, in the commercial extraction methods applied throughout the world, the yellow cake is dissolved in acid and then separated from the elements which form impurities by solvent extraction process (SX) and pure uranium compound is obtained after the aqueous solution is precipitated. In this study, as an alternative to the conventional method, Iyometal lurgical process has been applied on the yellow cake obtained from the pilot plant at Mani sa-Köprü- başı in which the uranium has been directly extracted to the solvent phase through a organic pretreated with acid. In the purpose of this objective the following have been carried out. The solid/organic ratio that effects directly the production of uranium extraction from solid, the concent ration of nitric acid in the pretreatment of the organic phase, the mixture ratio of the organic solvent and the dilvent, the effects of the particle sizes of the fuel materials have been investigated and the optimum conditions have been determined. The experimental results have shown that the uranium in the yellow cake is extracted to the organic phase by a yield of 82.35 % when the tributyl phosphate is treated by nitric acid. It has also been determined that the impurities are transformed to organic phase in different proportions.IV In the second stage of the study, in order to eliminate the impurities in the organic in a certain extent, the effects of different conditions have been examined in the scrubbing procedure of the organic phase. In the third phase, within optimum conditions obtained from the scrubbed organic phase, stripping process was applied on the uranium, and so, the last step which is the precipitation of the uranimum concentrates, have been realized. In the precipitation stage, ADU (ammonium diuranate) and AUC (ammonium uranyl carbonate) concentrates have been obtained through organic and aqueous phases under different conditions. At the end every stage studied, the impurity analysis of the main phase and of the precipitated concentrates have been carried out by the ARL 3520 ICP - Atomic Emission Spectrometer at the Nuclear Fuel Technology Department of the Çekmece Nuclear Research and Education Center. Thus, compared with the starting material, the purification ratios of total 35 elements, including 11 rare earth elements, have been determined.