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Sp ISSN 0ÓS1-3397

• r

por

A. Rodrigó OteroF. Rodrigo VitasecaG. Morales CalvoJ. Menéndez Menéndez

JUNTA DE ENERGÍA NUCLEAR

MADRID, 1976

CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES

B-16URANIUMSLAGSDISSOLUTIONCALCIUM COMPOUNDSMAGNESIUM COMPOUNDSRADIOACTIVE WASTESURANYL NITRATESNITRIC ACIDSLURRIESFILTRATION

Toda correspondencia en relación con este trabajo debe dirigirse al Servicio de Documentación Bibliotecay Publicaciones, Junta de Energía Nuclear, Ciudad Uni-versitaria, Madrid-3, ESPAÑA. .

Las solicitudes de ejemplares deben dirigirse aeste mismo Servicio.

Los descriptores se han seleccionado del Thesaurodel INIS para describir las materias que contiene este in-forme con vistas a su recuperación. Para más detalles consúltese el informe IAEA-INIS-12 (INIS: Manual de Indiza-ción) y IAEA-INIS.-13 (INIS: The'sauro) publicado por el Or-ganismo Internacional de Energía Atómica.

Se autoriza la reproducción de los resúmenes analíticos que aparecen en esta publicación.

Este trabajo se ha recibido para su impresión enMayo de 1976.

Depósito legal n° M-33076-1976 I.S.B.N. 84-500-1593-6

I !T D I C 2

1. 1NTR ODUC CION

2. LA ESCORIA

3. ATAQUE CON ACIDO liTTRICO

3.1 Variables consideradas

3»2 Método operatorio

3.3 Resultados

4. FILTRACIÓN

4.1 Método operatorio

4.2 Resultados

4.3 Interpretación de resultados

5 . BLDCCIOI-" D3 LAS COÍCDICIOZTDS DE OPSRACIOI

6 . NOTACIOI; UTILIZADA

7. BIBLIOGRAFÍA

DISOLUCIÓN DE URANIO EN ESCORIAS DE CALC1OTERMIA Y I-IAGNESIOTSRMIA

Por

Rodrigo Otero," •"•. , Rodrigo Vilaseca, F. , Morales Calvo, G.

y Meriendes Meriende 2, J~~

1. • • INTR OD ÜC C1 ON

En la Junta de Energía Nuclear iiabía almacenadas escoriasde calciotermia y nagnesioterisia, producidas, en su mayor parte,durante el programa de üranio-Vandellós (l) y, el resto, a lo lar¿jo de años de trabajo en otros programas.

Su tratamiento era preciso para recuperar el uranio asícomo para eliminar los peligros derivados de su radioactividad yde la posibilidad de combustión espontánea de las que tienen altocontenido en aquel metal (?O-9O-'o).

Dicho tratamiento, necesariamente, debe comprender dos pa_sos;

- Puesta en disolución del uranio.

2 - Acondicionamiento de la solución, debido a su conteni_do en fluoruros, pa.ra poderla tratar en las plantas -de conversión.

Descartada la tostación previa de las escorias ricas en -uranio por precisar instalaciones especiales que impidan la contaminación, se escogió solubilizar el metal atacando directamente -con ácido nítrico a una mezcla de escorias de alto y bajo conteni_do en uranio, obteniéndose así una solución de nitrato de uranilocon cierto contenido en fluoruros. Sn la Pig. 1 se muestra el es-quema de la. parte del proceso objeto de este informe.

Sn el presente trabs.jo no se considera la molienda de lasescorias, realizada a un tamaño raáicino de 500 mieras, necesaria -para liberar el uranio contenido en ellas, limitándose al estudiade las condiciones de ataque y filtración que proporcionan la má-xima, recuperación del uranio a un menor coste posible, dejándosepara trabajos posteriores los problemas relacionados con el acon-dicionamiento de las soluciones.

*Dr. .en Química industrial. Div. Materiales. Junta de Energía -"uclear. ;

**Ldo. en C. Químicas. Div. Materiales. Junta de Energía Nuclear.+ Dr. en Ciencias. Div. Materiales. Junta de Energía Nuclear.

+4- Ing. Técnico en Metalurgia. Div. Materiales. Junta de Energía -Nuclear.

ESCORIAS RICAS Y POBRESMEZCLADAS Y MOLIDAS

ACIDO NÍTRICO ATAQUE

FILTRACIÓN ESCORIAS AGOTADAS

SOLUCIÓN DE NITRATO DE URANILOCON FLUORUROS

( A ACONDICIONAMIENTO }

FIG. 1 - DIAGRAMA DE BLOQUES DEL TRATAMIENTO DE ESCO-RIAS ESTUDIADO.

2. LA ESCORIA

El uranio metálico se obtiene haciendo reaccionar tetra-fluoruro de uranio con calcio o magnesio, según las siguientes -ecuaciones

UF4

2Ca U 2 CoF2

UF4 + 2 Mq U + 2 MgF2

Por tanto, en la escoria, además de los fluoruros de cal-cio y magnesio es posible que naya algo de tetrafluoruro de ura-nio sin reaccionar, junto con óxidos de los tres netales y uranio.elemental.

La mayor parte de la escoria estaba, constituida por mate-rial pobre, con bajo contenido en uranio, que se encontraba en —forma de pequeñas partículas procedentes de la solidificación degotas que no llegaron a decantar en el tocho metálico. Sin embar-go, en las escorias ricas, procedentes de las cabezas de los lin-gotes,, el uranio está, normalmente, en forma de grandes trozos quepueden llegar a pesar varios kilogramos, que, a su vez, tienen inclusiones apreciables de escoria.

En principio, ambos tipos de escorias, pobres y ricas, nodeberían tener impurezas ya que los elementos de partida eran nu-clearmente puros; no obstante, a causa de que estuvieron expuestasa la interperie, había diversas impurezas de muy distintas proce-dencias .

En la Tabla I se resumen los principales datos del conjunto de las escorias pudiéndose, a partir de ella, estimar un conte_nido total de 2,8 Tm. de uranio.

TABLA I.- CANTIDADES Y COMPOSICIONES GLOBALES DE LAS ESCORIAS

TIPO DE ESCORIA

Cacleiotermia

Magnesioteraia-ricas

Magnesiotermia-pobres

TOTAL

PESO

ESTIMADOTM

3,8

3,8

30,8

38,4

CONTENIDO EN URANIO

MÁXIMO

90

5

--

MEDIO- "

10

7,5

Las escorias estaban contenidas en 207 bidones cuya riqu£za en uranio oscilaba desde el 1,9 al 33j2^o. A continuación, se -indica una composición típica de escoria, no necesariamente repre_sentativa, obtenida mezclando muestras.procedentes de un conjuntode siete bidones:

p 35,4 cJo base secaCa 22,7U ___ ______ R Q__________ o , y

M g 3,6C0=3 2,9•A..L ——•-••-----------.-- U j o

Fe 0,7Si ; 0,5Na 0,3K 0,3SCP^ °»1

' Los cationes se expresan base elemental. La pérdida de pe_so de las muestras a 600 9C fuá del 6,7/S»

3. ATAQUE CON ACIDO NI.TRICO.

En ensayos previos, se había comprobado que no era posi-ble tratar las escorias ricas 'con ácido nítrico ya que, incluso ala temperatura ambiente, la reacción llegaba a un punto tal que -era difícil de controlar. Sin embargo, con-las escorias pobres —transcurría regularmente, si bien con ápreciable desprendimientode gases y de calor, dependiendo la intensidad de dichas caracte-rísticas de las condiciones empleadas. Estas circunstancias, lle-varon a la decisión de mezclar las escorias ricas con las pobresde forma que la composición media no superase el lOfó de contenidoen uranio y a estudiar directamente las condiciones de ataque demanera que la disolución tuviese lugar suavemente con el menor consumo de ácido posible.

Puesto que en las escorias el uranio se encuentra, princi_pálmente, en forma metálica, su disolución se puede, realizar conácido nítrico para obtener una solución de nitrato de uranilo. Di_cha solución puede transcurrir según las reacciones siguientes:

U + 4HN0, U02 (N03)2 + 2N0 + 2H20 J

U + 8 H N03 •**- U0 2 (N03)2 + 6 N02 + 4H20 k

En líneas generales, se puede admitir que con ácido diluido se desprende preferentemente NO y con concentrado, No obteniün

dose en la práctica una mezcla de los dos gases.

De acuerdo con las eci;aciones 3 y -» los consumos estsauiométricos de nítrico son 0}01ó8 y 0,0336 nol/gr.U., respectivamen-te. Sin embargo, el consumo real es mayor, pues si bien algunos -constituyentes de la escoria (CaF2j *•%?£> ~^h) 'son insolúbles o -muy poco solubles en las condiciones del ataque, otros, tales comolos óxidos de magnesio y de calcio, se disuelven en ácido nítrico.Igualmente, las impurezas contribuirán a un mayor consumo, si biensu valor no se puede establecer de antemano ya que en la bihliografía (2, 3» *0 sólo se encuentran datos referidos a los concentra-dos de uranio, empleándose el sobrante en operaciones posteriores(5) o en la fabricación de otros compuestos de uranio (6).

Puesto que parte del ácido consumido en la disolución (ec.3 y k) actúa como oxidante, la adición de ion férrico puede su]31e_mentar dicha acción, contribu3rendo a una mayor economía (7)»

3.1 Variables consideradas

Las variables estudiadas en los ensayos realisados fueron

Concentración del ácido nítrico i 1, 2 y 3MCantidad.de ácido: 0,050, 0,000, 0,070, 0,084 y 0,100 nol/gr.U•Temperatura: 3O, k0, 50, 60 9C y ebullición.Tiempo: 1, 3> 6 y 9 horas.

Se utilizó exceso de. ácido para asegurar, al final de ladisolución, una cantidad suficiente de forma, que aquella transcu-rriese a velocidades aceptables. Por o-tra parte, no se emplearonconcentraciones a 3- debido a que' podían encontrarse dificultadesen el manejo de la pulpa ya que se tendrían relaciones sólido-lí-quido elevadas para algunas cantidades bajas de ácido añadido.

3.2 Método operatorio

De uno de los bidones que contenían las escorias se extrajeron 30 kg. y mediante desmuestre se prepararon lotes de 5^0 gr,aproximadamente. Una nalisis de siete muestras determinó un conte_nido medio de uranio del 8,2 ± 0,8^0, con un nivel de confianza —d e l 95)i>.

Las disoluciones se realizaron en un recipiente de aceroinoxidable de 16 cm. de diámetro y 2k cm. de altura, provisto deagitador, termómetro y serpentín. La escoria "se pesaba'y agregabaal recipiente cuando ya se había cargado la solución acida corres_poxidiente, controlándose cuidadosamente la temperatura. Una vez -concluido el ataque, la pulpa se filtraba, mediante succión por -

vacio, en un Búciiner de 19 en. de diámetro, lavándose la torta --hasta que las aguas de lavado no mostraban reacción acida. Instasaguas se unían al líquido de ataque y se enviaban a análisis, de-terminándose fluoruros uranio y acidez libre, calculándose, a partir de estos datos, la composición de la solución de ataque antesde unirla a las aguas de lavado.

Las tortas se pesaban y secaban, efectuándose, en algunas,análisis de contenido en uranio.

3.3 Resultados

En los ensayos previos se había determinado que para po-der manejar las pulpas la relación volumen de liquido/peso de só_lido, debía ser, como mínimo de 1 litro/kg.

Asi-mismo, en los cinco primeros experimentos efectuadosa 60 se con ácido 2M, una duración de 3 horas y añadiendo entre0,050 y 0,100 moles de 'nítrico/gr.U., se comprobó que el consumode ácido, para una recuperación de prácticamente el lOOfo del uranio, era de .0,045 moi/gr.U., independientemente de la cantidad -añadida.

El efecto de la concentración del nítrico, temperatura ytiempo de ataque, fue el objeto de la siguiente tanda, efectuadatoda ella con 0,085 moles de ácido/gr.U. En su realización se si_guió el criterio de encontrar "las condiciones que determinasen -una recuperación superior al"9Sfo, no. efectuándose aquellos ensa-yos que, en función de los resultados que se iban conociendo, de_terminarían, lógicamente, recuperaciones claramente inferiores osuperiores. De esta forma, se evitó llevar a cabo numerosos exp_e_rimentos.

En la Tabla II se muestran los resultados obtenidos. Desu estudio se deduce que *

1 - El rendimiento de la disolución aumenta con la tempe_ratura, el tiempo y la concentración del ácido.

2 - La disolución total del uranio se consigue para cualquier concentración, temperatura o tiempo siempre que las otrasdos variables se escojan convenientemente.

3 - El consumo de ácido se puede establecer entre 0,040 y0,050 moles de ácido nítrico por 'gramo de uranio contenido en laes coria.

k - La cantidad de fluoruros disueltos aumenta con la tenperatura y la concentración del ácido y es independiente del ti erapo de ataque.

TABLA I I -PRINCIPALES RESULTADOSAcido añad ido : 0,

ENSAYO

US

6

7

8 .

•5

10

.11

12

13

14

15

16

17

18

19

4 .

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

CCNOICIJiES U£ ATAQUE

Concen-t raciónd s l Wlü

( E ) •>

1 •

2

3

Tiempo(Hr)

1

2

6

9

1

3

6

S

1

3

6

Tempe-ratura

(SC)

60

E b u l l .

60

E b u l l .

500

60

40

50

60

60

E b u l l

30

40

50

60

E b u l l .

30

40

50

30

' 40

50

30

40

50

E b u l l .

30

40

50

60

33

4C

50

DE LOS ENSAYOS DE DISOLUCICN DEGS4 r r .o lss /gr .U.

CJSW

Uranio

10,2

.11,2

11,3

11,2

10,1

12,6

10,3

11,8

12,9

23,3

23,8

19,5

21,0

21,3

23,8

23,4

21,4

23,8

30,0

24,5

21,5.

28,7

31,5

31,0

30,0

36,0

35, e

37,5

37,4

35,1

= 1.0

«2.1

45,9

i- lCI-í; .Df.TL

riuorurcs(gr/U

2,0

2,2

2,1

1,8

1,7

2 ,2

1,3

I,."

2,1

3,1

4 ,2

2,3

.3,0

3,1

3,0

3,6

1,3

2,0

4,0

2,0

2, a

4 , 3

2,7

2,9 .

3,5

5,4

3,4

4,0

4 , 4

5,1

3,2

5,0

6 , 4

A SO.UCICN

Acidezlibraw

0,52

0,49

0,49

0,40

0,50

0,43

0,55

0,50

0,48

0,95

0,88

1,20

1,10

V i o

0,90

0,82

1,09

0,98

1,30

1,03

1,00

1,22

V92

1 , 8 0 •

1,37

1,30

1,71

1,73

1,74

1,42

1,41

1,80

1,92

ESCOflIAS

ACIOOCUNSUfiilDO

(nolo3/grU)

0,041

0,045

0,044

0,050

0,043

0,051

0,034

0, 044

0,051

0,045

0, 048

0, 036

0,038

0,040

0,045 :

0,050

0,042

.0, 048

0,042

0,047

0,050

0,047

0,034

0,040

0,051

0,043

ü, 037

0,042

0,043

0.C44

0,051

0,044

0,047

URANIOD1SUELTC

85

92

92

98

68

99

87

59

102

9S

101

82

89

91

101

96

90

99

100

98

100

104

£0

85

98

103

. 5 6 '••

ICO

100

98

132

103

103

.8

k. FILTRACIÓN DE LAS ESCORIAS ATACADAS.

La fase sólida de la pulpa de ataque se puede considerarconstituida por dos -cipos de partículas: arenas, que sedimentan -rápidamente y lamas, muy finas, cuyo tiempo de depósito es grande.De esta forma, si la separación sólido-líquido se realiza por fijLtraciÓn convencional, la torta filtrante queda constituida por doscapas claramente diferenciadas. Como resultado y dependiendo de -las características de las lamas,' se obtienen velocidades de fil-tración muy diferentes y, generalmente, bajas, constituyendo la -filtración una de las principales dificultades del proceso, por -lo que se han efectuado unos ensayos de laboratorio con objeto deconocer las condiciones de filtrabilidad y lavado de este tipo depulpas.

Para los cálculos se ha aplicado la teoría de Carinan querelaciona los volúmenes y los tiempos de filtración mediante la -expresión:

-i.

en la que

J r - c JA Ra = ¿- 6 y b - ^

22 A P A2 P • A

La primera expresión es la ecuación de una recta cuyos parametros a y b son fáciles de obtener representando t/V frente aV.

4.1 Método operatorio

Los ensayos de laboratorio se llevaron a cabo simultánea-mente con filtraciones en planta. En aquel se estudiaron por sepa-rado las lamas y las arenas, realizándose experiencias de lavadode tortas y formas de efectuar la filtración.

En la planta piloto, el contenido del reactor de ataque -(100 kg. de escorias y 262,5 litros de solución), se descargaba -sobre cuatro nuchas prácticamente iguales (0,43 m /ud.). Dado queel equipo de la .planta no permitía obtener datos adecuados de fil_tración, se decidió definir a esta por la velocidad media (volu-men total filtrado/tiempo), lavándose a continuación la torta dosveces con agua (35 y 17>5 litros, respectivamente). El gradientede presión fue, en todos los casos, de 5ó4 mm.Hg.

Al principio, a la mitad y al final de la descarga del —reactor, se tomaban tres muestras de 2 litros cada una, agitándo-se aquel mientras duraba la descarga. £n cada una de ellas, se SJSparaban las lamas de las arenas mediante sucesivas agitaciones ydecantaciones con el mismo liquido de la solución.

Las filtraciones en el laboratorio se hicieron a la tem-peratura ambiente en un Búciiner de 135 mía. de diámetro a una dife_rencia de presión de 27^ mm. Eg. con las lamas y 10 mm. Hg. con -las arenas. Como medio filtrante- se empleó papel comercial Albei-tnS 205.

Las tortas se secaban a 110 °C y pesaban. Las viscosida-des de los líquidos se midieron en un viscósimetro Cannon-Fenske,serie

4.2 Resultados

En primer lugar se nicieron 2^ ensayos correspondientes aotras tantas disoliiciones y filtraciones en planta. En ellos se -filtraron separadamente lamas y arenas con objeto de encontrar sila caus'a de las grandes diferencias en las velocidades de filtra-ción se debía a unas u otras o a su relación en peso. Las tortasretenían un 15/» de líquido y una vez secas mostraban una pérdidade peso del 17 al 25$ respecto de la-escoria sin atacar. S n la Ta_bla III se resumen los resultados obtenidos.

Con lamas y solución del ataque D2-2Ó2 se determinaron lasresistencias- específicas-a seis gradientes de presión distintos -(de 60 a jk-0 mm. Hg. ) encontrándose un exponente de comprensibili_dad de 0,4.

A continuación, se realizaron en el laboratorio ensayos -de lavado de las tortas de lamas pues estas constituyen la princi_pal resistencia. Se había observado en la planta que, normalmente,el lavado era más lento que la última fase de la filtración^ a lavez que se endurecía sensiblemente la capa de lamas; asi mismo, aigualdad de otras condiciones, las velocidades de filtración aumen.taban con la acidez. Todo ello llevó a planear más detenidamenteel estudio del lavado. Como criterio, se adoptó comparar en fun-ción de la acidez del agua de lavado, el flujo de filtración'en -su último periodo con el flujo de lavado, que era constante, puesdurante éste no se depositaban sólidos que aumentasen el espesorde la torta. A sí, por ejemplo, en la Fig. 2, la línea 2 correspondería al lavado con la misma solución filtrada y la 1 y la 3 a ope_raciones con flujos mayores"y menores, respectivamente, que el úl_timo-periodo de filtración.

Los ensayos de lavado se realizaron con unos 3^0 cía de -suspensión de lamas del ataque DE-2ó8 con un contenido en sólidos •de 250 gr./litro. Una vez formada la torta, se hacían dos lavadosconsecutivos, con un intervalo de cinco minutos, con 200 CHK , ca-

TAOLA 11I-ENSAYÜ5 DE COMPARACIÓN DE FILTRACIONES EN PLANTA Y EN EL LAOUKATORIO

REFERENCIA

ATAQUE

ÜE-1OO

DE-1O2

OE-1O4

DL-1Ü6

OE-IOÜ

OE-111

DE-12?.

DE-125

CE.-127

OC-129

OC-163

OE-172

OC-1D3

DE-mQ

DC-192

OE-15J7

DE-2UO

DE-221

OE-231

DC-235 '

CARACTERÍSTICAS DELLIQUIDO FILTRADO

ANÁLISIS

F1

10,37

10,76

10.G6

9,9B

0,90

9,70

7,14

6,45

—

6,05

0,22

9,10

5,57

0,24

7,09

7,49

11,CO

9,52

12,45

11,05

Ugr/i

140

154

140

155

153

139

105

111

—

110

121

136

117

129

98

121

100

114

112

98

UNO

n 3

0,55

1,23

1,01

0,90

0,72

0,99

1,90

1,70

~

1,26

1,50

0,29

0,22

0,69

0,62

0,29

1,36

1,40

1,64

0,86

Viscosidada 20Q C.OpüiüGD

(A)

2,76

' 2,76

2,53

2,70

3,24

2,76

2,29

1,74

1,90

1,90

2,07

2,22

2,20

2,40

2,03

2,36

2,27

2,10

2,30

2,39

FILTRACIUNEN PLANTA

Velocidadl/miri

1,10

0,62

0,77

0,77

0,48

1,11

0,69

1,00

0,65

1,32

1,17

0,23

0,21

0,74

0,66

0,15

1,62

2,00

0,92

1,15

Roíoci&ngil pgao

lamasarenas

1,42

1,57

1,77

2,71

1,40

1,75

1,21

0,83

1,32

1,19

2,08

0,96

1,°5 .

1,10

—

—

—

- -

~

FILTRACIUN EN LABIlllATüniO(Raslstonciss específicas) (A)

LAH1AS

Y or tar

(sogVor)iQ-6

05,1

99,9

100,3

110,7

119,7

74,9

255,5

122,5

106,1

50,5

70, D

460,0

204,0

. 109,5

133,0

644,0

42,8

35,7

. 101,1

57,3

tedio FiltrantoFf

(oOg2/cm2)i0-6

3,33

3,18

3,00 •

4,28

4,33

2,05

5,09

7,94

6,08

4,34

5,15

0,00

3,34

2,54

2,59

' 0,55

3,12

3,00

2,05

3,14

AIIC. MAS

TurGr

(8m)2/rjr)i0"G

0,16

0,09

0,03

0,15

0,20

0,10

0,10

0,U9

0,01

D,06

0,12

0,11 .

0,34

0.1S

0,30

0,17

0,34

0,32

0,26

0,03

lilodio Fil tranto

(B->n2/c!..2)iTa

0, UC9

0,003

n,ocra

O.CICU

0, Í)2Ü _

0,021

0,0130

0, lliiO

0,012

0,030

0,050

0, 050

0,159

0,075

0,179

0,023

0,1 OS

Q, 007

0,033

0,035l i i l i i

HO

(A) - Valor madio da los dstarrninacionas da los tras muootrao tomadas pora anRayos do laboratorio.

1 1

Volumen filtrado

FiltraciónLavado

Tiempo

FIG. 2.- VOLÚMENES vs. TIEMPOS EN FILTRACIÓN Y LAVADO

V v F 4

3 —

i r r i i i i i ¡ i iV[_=Velocidad de lavado

= Velocidad final de filtración

0 Primer lavado© Segundo lavado

O í 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 13

e»- Molaridad de la solución de HNO3

FIG. 3-EFECTO DE LA ACIDEZ DEL AGUA DE LAVADO SOBRELA VELOCIDAD DE LAVADO

1.2

da uno, de tina solución acuosa de ácido nítrico a concentracionesestablecidas. En la Fig. 3 se muestran los resultaods obtenidos;en ella se ha representado la relación de velocidades de filtra-ción (último periodo) y de lavado en función de la acidez de lasaguas empleadas.

Por último, se estudió el efecto de la forma de filtración,empleándose una pulpa homogánea que se separó en cinco partes iguales. Una de ellas se filtró directamente sobre el' papel de filtroy otra sobre una precapa de arenas depositadas sobre aquel. Sn —otras dos, se separaron las lamas en la forma descrita, filtrando,se éstas como las dos anteriores muestras. Por fin, en la última,se filtraron sus arenas directamente sobre el papel. Los resulta-dos obtenidos se anotan en la Tabla IV.

TABLA IV.- EFECTO DE LA FORMA DE FILTRACIÓN

TIPODETORTA

Lamasy

Arenas

Lamas

Arenas

MEDIO

FILTRANTE

Papel

Arenas y papel

Papel

Arena y papel

Papel

RESISTENCIAS ESPECIFICAS

TORTA(Seg2/gr) 10-6

31,0

16, 4

40,5

17,2

0,2

MEDIO FILTRANTE(Seg2/cm2.) 10~6

4,51

3,98

2,11

4,20

0,06

4.3 Interpretación de resultados

Dada la composición de los sólidos, la velocidad de fil--tración en planta estaba determinada por el componente de mayor -resistencia específica, las lamas, las cuales se acumulaban en laparte superior de las tortas de filtración. Por esta razón y debi_do a sus muy diferentes valores de "r", se obtenían velocidades -sensiblemente distintas. Por el contrario, las arenas tenían re-sistencias mucho menores.

Otra variable que ejerce efecto significativo es la aci-dez de las soluciones. En la Fig. 4 se muestra una correlación deesta variable y de la resistencia específica de las lamas con las

Velocidad de filtraaon(planta)lif./min.

2'2- i i I r ^ i i | i i i i | i i i i i r

= Molaridad nítrica de la solución

r = Resistencia específica de las

i10 20 25 30

• xiO"

FIG. 4.-VELOCIDADES DE FILTRACIÓN EN PLANTA PILOTO EN FUNCIÓN

DE LA ACIDEZ DE LA SOLUCIÓN Y DE LA RESISTENCIA ESPECIFI-

CA DE LAS LAMAS.

velocidades medias de filtración en planta piloto. Esto concuerdacon los resultados obtenidos en el lavado de tortas. Fig. 3> puessu velocidad aumenta con el contenido en nítrico hasta un máximoentre 4 y 7M» a partir del cual disminuye de nuevo. Sin embargo,si el lavado se realiza con agua sin acidular, las tortas se ha-cen más duras y presentan velocidades menores que las correspon-dientes al t'ltimo periodo filtrante.

La forma de operar también afecta a. los resultados ya quesi se trabaja con una precapa de arenas las resistencias de lastortas pueden hacerse la mitad, como si realmente hubiese un re-parto de las lamas entre los poros de la precapa y de la torta -filtrante propiamente dicha. Esto confirma la heterogeneidad de -las pulpas utilizadas la cual, depende, en grado importante de lamolienda de la escoria

5 . ELECCIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPSRACIOií

El objetivo del ataque de las escorias es la recuperacióntotal del uranio, junto con la menor disolución posible de fluoruros. 'Sn. efecto, si bien estos últimos, cuando las proporciones --uranio/fluoruro son las adecuadas, no presentan problemas de co-rrosión del acero inoxidable por encontrarse acomplejados con elion uraniolo (8), sin embargo, por esta misma razón, determinan -pérdidas de uranio ya que los complejos fluoruro-uranilo no son -extraibles por el fosfato de tributilo. Para evitarlo, se añade -ion aluminio que forma un complejo fluoruro-aluminio, más estable,existiendo un equilibrio entre los dos complejos que determina, -siempre, cierta .pérdida de uranio.

En el esquema de la Fig. 5 se han sombreado las condicio-nes que determinan disoluciones completas de uranio. Así mismo, -se han anotado las relaciones uranio/fluoruro correspondiente, --confirmándose que, una vez disuelto el uranio, al emplearse cond_iclones más drásticas aumenta la disolución de fluoruros. De estaforma, se llega a la conclusión de que las condiciones más favorables son: con ácido nítrico 2M en ataque de 9 horas a 3^ SC o de6 horas a k-0 2C.

El ácido consumido es 0,045 mol./gr.U., siendo necesarioagregar un exceso para que al final del ataque la molaridad tengaun valor apreciable y así se mantenga una velocidad de disoluciónadecuada. Por otra parte, es preciso que la solución a filtrar —tenga una acidez superior, a 0,6M con objeto de que la filtraciónno transcurra lentamente. Ahora bien, puesto que el ataque debe -realizarse con ácido 2M, los números anteriores determinan una --cantidad inicial de 0,065 ¿iol./gr.U. , como mínimo.

El exceso de ácido puede aprovecharse, en parte, recircu-lando, después de cada ataque, cierta canxidad de la solución. Es_to determina un aumento progresivo de las concentraciones de loslíquidos. En efecto, si antes de cada ataque se ajusta la acidesy se s pone que siempre se disuelve, en igualdad de condiciones,

15

CONCENTRACIÓNDEL

H N 0 3

(M)

1

2

3

TIEMPO

(Hr)

1

3

6

9

1

3

6

9

1

3

6

TEMPERATURA, °C

30°

9*7

40°

7 Y

S'4

S'4

50°

6+9

7*5

6*71

8*6-

8 '5

7*2

60°

5rS

6 l l

7*3

7 ! 9

6*7

6 l 9

Ebull.

6'2

blr

645

FIG. 5 - CONDICIONES ENSAYADAS EN EL ATAQUE DE ESCORIAS

Los casilleros sombreados indican una recuperación de uraniosuperior al 9 8 %Los números corresponden a ia relacio'n U/r en la solución deataque.

16

la misma cantidad de iones, la concentración que se obtendrá en -el segundo ataque, después de la primera recirculación, será:

v 0

y en el ataque n:

• xr.IB.v0

n-1

Cuando n tiende a infinito, se obtendrá

El máximo volumen de líquido a recircular es el 85c/° del to_tal empleado, debido a la pérdida de peso de la escoria atacada yal líquido retenido por aquella. • •

En función de lo expuesto, se pueden fijar las siguientescondiciones de ataque para las escorias de calcioternia y magnesi£terraia:

Concentración del ácido nítrico 2MCantidad de ácido 0,070 mol. /gr.UTiempo de ataque 6 horasTemperatura hO seSolución recirculada 70-SOfó

De acuerdo con esto y teniendo en cuenta los errores de experimentación, factores de ampliación de escala, evaporaciones durante el ataque, etc., se puede preveer que con las anteriores —'condiciones, la solución de ataque tendrá la composición aproxima,da siguiente*

.. Uranio 95 - 120 gr/litroFluoruro 8 - 10 " "Acidez nítrica libre •.. 1,4 - 1,8H

6 . NOTACIÓN UTILIZADA

2A = Superficie filtrante, eraC = Contenido en sólidos de la suspensión, referido al volú

men de líquido filtrado, gr.cnf-3AP = Gradiente de presión de filtración, gr.cm"*^R = Resistencia específica del medio filtrante, seg. cmr = Resistencia específica de la torta, seg.2 gr-1t = Tiempo de filtración- seg.V = Volumen filtrado, craVo = Volumen de líquido empleado en la disolución, litrosVR = ídem, recirculado, litros _ ..Vp = Velocidad final de filtración, cm. seg"

= ídem-, de lavado, ern-* seg"^= Concentración de la solución en un componente dado, que

se obtiene en el primer ataque cuando no se na recircu-lado solución procedente de otros ataque, gr/litro.

— ídem, en el ataque n, después de n-1 recirculaciones, -gr/litro ^ _1

= Viscosidad del liquido filtrado, gr. cm seg

7. BIBLIOGRAFÍA

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J . E . N . 348

Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid."D iso luc ión de uranio en escor ias de cáleiote.rmia y

m a g n e s i o t e r m i a " . RODRIGO OTERO, A.; RODRIGO VILASECA, F.; MORALES CALVO, G.HENERDEZ MENENDEZ, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 refs.

Se ha realizado un estudio de laboratorio para recuperar el uranio de las escoriasde un proceso de prodicción mediante el ataque con ácido ní t r ico a distintas concentra-^clones, temperaturas, etc. Así mismo, y en función de las variables de -ataque, se haconsiderado la f i l t rac ión de las pulpas procedentes de aquel. Cerno resultado, se deducenlas condiciones óptimas de trabajo para una planta de tratamiento.

•CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B-16. Uranium. Slags. Dissolution. Calcium compounds.Magnesium compounds. Radiactive wastes. Uranyl ni t rates. Nitr ic. acid. Slurries. Filtra-»t ion .

J . E . N . 348

1 Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid.i "Disolución de uranio en escorias de calciotermia y¡ m a g n e s i o t e r m i a 1 1 . RODRIGO OTERO, A.; RODRIGO V1LASECA, F.; MORALES CALVO, G.! MENENDEZ MENENDEZ, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 reís.¡ Se ha realizado un estudio de laboratorio para recuperar el uranio de las escoriasM e un proceso de producción mediante el ataque con ácido ní t r ico a dist intas conccntra-i ciones, temperaturas, etc. Así mismo, y en función de las variables de ataqué, se hai considerado l a f i l t rac ión de las pulpas procedentes de aquel. Como resultado, se deduw| l a s condiciones óptimas de trabajo para una planta de tratamiento.

! CLASIFICACIÓN INIS V DESCRIPTORES: B-16. Uranium. Slags. Dissolution. Calcium compouhdi Magnesium compounds. Radiactive wastes. Uranyl nítrates. N i t r i c acid. Slurries. Fi l t ra» t ion .iit . . . . . . :

J.E.N. 348

Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid."D iso luc ión de u ran io en escor ias de ca l c io te rm ia y

m a g n e s i o t e r m i a " . RODRIGO OTERO, A.; RODRIGO ViLASECA, F.; MORALES CALVO, G.MENENDEZ MENENDEZ, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 refs.

Se ha realizado un estudio de laboratorio para recuperar el uranio de las escoriasde un proceso de producción mediante el ataque con ácido ní t r ico a distintas concentra-

iclones, temperaturas, e tc . Así mismo, y en función de las variables du ataque, se haconsiderado la f i l t rac ión de las pulpas procedentes do aquel. Como resultado, se dedicenlas condiciones óptimas de trabajo para una planta de tratamiento.

CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B-16. Uraniun. Slags. Dissolution. Calcium compounds.Magnesium compounds.- Radiactive wastes. Uranyl ni t rates. N i t r i c acid. Slurries. F i l t r a -t i on .

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i Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid.• "Disolución de uranio en escorias de calciotermia y| m a g n e s i o t e r m i a " . RODRIGO OTERO, A.; RODRIGO VILASECA, F.; MORALES CALVO, C

MENENDEZ MENENDEZ, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 refs .Se ha realizado un estudio de laboratorio para recuperar el uranio de las escorii

de un proceso do produce ion. medí ante el ataque con ácido ní t r ico a distintas concervdones, temperaturas, etc. Así mismo, y en función de las variables de ataqué, se hconsiderado la f i l t rac ión de las pulpas procedentes de aquel.Como resultado, se dedlas condiciones óptimas de trabajo para una planta de tratamiento.

•CLASIFICACIÓN INIS Y DESCRIPTORES: B-16. Uranium. Slags. Dissolution. Calcium compoiiMagnesium compounds. Radiactive wastes. Uranyl nitrates, Ni t r ic acid. Slurries. F i lJtion.

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Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid."Uranium dissolution írom calciothermic and magne-

s i o t h e r m i c " . RODRIGO OTERO, A.; RODRIGO VILASECA, F.; MORALES CALVO, G.;HENENDEZ MENENDEZ, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 refs.

A laboratory study to recoyer uranium from the slags in a production procéss, hasbeen undertaken. Main variables considered are concentrations of n i t r i c acid, tempera-ture, etc. Likewise, and acbrding to the attack variables the slags slurries f i l t r a t i onhas been studied. As á result , -tlie optimum work conditions for a treatment plant, arefixed.

INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B-16. Uranium. Slags. Dissolution. Cakium com-pounds. ¡lagnesium compounds. Radioactive wastes. Uranyl nitrates. Nitr ic acid.Slurries» Fi l t ra t ion.

J.E.N. 348

Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid."Uranium dissolution from calciothermic and magnc-

s i o t h e r m i c " # RÜDR|f f l QT[R0 ^ . RODRIGO VILASECA, F.; MORALES CALVO, 6. ;HENENDEZ MBttDB, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 refs.

A laboratory study to recovar uranium from the slags in a production procéss, hasbeen undertaken. Main variables considered are concentrations of n i t r i c acid, tempera-ture, etc. Likewise, and acording to the attack variables ihe slags slurries f i l t r a t i 'has"been studied. As a result, the optimum work conditions for a treatment plant, arefixed.

INIS CLASSIFICATION AMD DESCRIPTORS: B-16. Uranium. Slags. Dissolution. Calcium com-pounds. Magnesium compounds. Radioactive wastes. Uranyl nitrates. Ni t r ic acid.Slurries. Fi l t rat ion.

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s i o t h e r m i c " . RODRIGO OTERO, A. ; RODRIGO VILASECA, F . ; MORALES CALVO, G.;HENENDEZ HENENDEZ, J . (1976) 19 pp. 5 f igs . 8 refs. •

A laboratory study to recover uranium from the slags in a production process, hasbeen'undertaken. Main variables considered are concentrations of n i t r i c acid, tempera-ture, etc. Likewise, and acording to the attack variables the slags slurries f i l t r a t i onhas been studied. As a result, the optimum work conditions for a treatment plant, arefixed.

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Junta de Energía Nuclear. División de Materiales. Madrid."Uranium dissolution from ca lc io thermic and magne

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A laboratory study to recover uranium from the slags in a production process, habeen undertaken. Main variables considered are concentrations of n i t r i c acid, tempe-ture, etc. Likewise, and acording to the attack variables the slags slurries f i l l r ehas been studied. As a result, the optimum work conditions for a troatment plant, ;f ixed.

INIS CLASSIFICATION AND DESCRIPTORS: B-16. Uranium. Slags. Dossolutíon. Calcium coipounds, Magnesium compounds. Radioactive wastes. Uranyl nitrates. Ni t r ic acid.Slurries. F i l t ra t ion.